羊毛染色技术的研究

羊毛染色技术的研究摘要：羊毛染色存在温度高、耗能大、环境污染等缺点。文章主要从生态角度介绍了一些染色技术——低温等离子体、助剂增溶、超声波、超临界二氧化碳流体、紫外线辐射、电化学、微胶囊、微波技术等在羊毛染色技术中的作用机理及应用。可改善羊毛纤维或染色体系的染色性能，提高羊毛的加工质量，减少染色污水的排放，实现无水或非水染色，节约能源，有利于环保。关键词：羊毛染色技术助溶生态羊毛是一种优良的天然蛋白质纤维,以其丰满的手感,优良的吸湿性、弹性、透气性、保暖性、舒适性以及独特的成衣效果而深受人们的喜爱。羊毛表面被有定向摩擦效应的鳞片层覆盖,呈疏水性质,染液不易润湿,阻碍了染料的吸附和扩散,难以上染。特别是一些亲和力不高的染料,残液中染料浓度含量高,污水处理较难。羊毛染色一般采用较高温度,染色时间较长,能耗高,纤维损伤大,尤其在羊毛等电点之外染色时,羊毛纤维损伤更大,手感粗糙,色泽泛黄。此外，羊毛纤维疏水性外表皮层和致密的鳞片层的存在以及羊毛本身的差异性,极易造成羊毛的染色不匀及毛尖毛根的色差问题。目前较常用的羊毛低温染色方法有甲酸法、尿素法、溶剂助剂法、低温染色助剂法、生物酶处理法、前处理法等,虽有一定成效,但均有成本高、污染严重等弊端。随着各个学科之间相互交叉、相互渗透的日益广泛,一些高新技术作为一种辅助工具,用于羊毛纤维染色可以改善纤维或染色体系的染色性能,提高羊毛的加工质量;减少染整污水的排放,实现无水或非水染色。现阶段可用于羊毛染色的染整技术主要有低温等离子体、超声波、助剂增溶、超临界CO2流体、紫外线辐射、电化学、微胶囊、微波、微悬浮体染色等。低温等离子体技术低温等离子体处理技术以其清洁、快速和对羊毛损伤少而倍受关注。等离子体处理只作用于羊毛纤维表面极浅的一层(30~50nm),从而使纤维原有的优点几乎不变。低温等离子体处理羊毛，可改变羊毛表面的化学组分．在羊毛表面形成刻蚀效应，增加极性基团；使纺织品表面粗糙化，减少对光的表面反射，提高染色织物的表观深度和染色浓度；织物比表面积的增加，比表面积的增加有利于染料在纤维中的扩散，增加对染料的吸收；同时羊毛表面形成的刻蚀效应，破坏了鳞片层胱氨酸中二硫键，使其断裂形成磺基丙氨酸或氧化后形成硫代磺酸盐，提高了羊毛纤维表面的亲水性和极性，改善了润湿性，提高染料对纤维的亲和力；由于破坏鳞片层胱氨酸中二硫键．致使羊毛染色壁障被破坏，使染料分子容易进入纤维内部。染色时渗透性增强，容易吸附染料，因此初染温度降低，染色速率提高。另外，等离子体的物理破坏作用(表面刻蚀)使鳞片变软，染色时纤维容易润湿和溶胀，染料分子容易吸附在纤维表面，并扩散进人纤维内部．使上染速率明显提高，平衡上染时间大大缩短，同样对处理样颜色光泽起到增深作用。因此，低温等离子体处理可改善羊毛的染色性能，其表现为初始上染速率提高，固色率增加，但平衡上染率变化不大。因此，低温等离子体处理后，羊毛即使在70℃染色，也能有较快的上染速率，平衡上染时间大大缩短．平衡上染率比未经等离子体处理的羊毛略高，固色率大幅度提高，颜色更加鲜艳。超声波技术由于人们早就认识到了超声波对液体、分散体、聚合体都有影响,使得超声波技术在染整方面的应用研究更引起了人们的极大关注。目前,国外学者已经对超声波技术在纺织品湿加工过程中的应用作了大量的研究,但从应用效果和经济的角度考虑,超声波应用于染色最为有利。它可以降低染色温度、增加染色深度、缩短染色时间、节约染料、减少污染。尤其是对疏水性纤维在水溶液中染色的作用十分显著。但对亲水性纤维染色,尤其是对酸性染料染羊毛的应用需要进行更深的探索。超声波作用于纤维时,在纤维无定形区的空隙产生应力、应变能的集中,引起裂纹的扩展形成新表面,即无定形区的空隙加大。同时,由于超声波的作用,产生纤维表面的微观滑移而形成疲劳源,在纤维的表面刻蚀出微孔,使羊毛鳞片变钝,尖部受损,鳞片层之间开裂,削弱分子间作用力及分子内的氢键作用,膨润性增加,纤维中有足够大的空隙使染料分子更容易扩散进入内部,使染料平衡上染百分率提高,上染速率加快,提高了羊毛的可染性。超声波产生空化效应对染浴影响的主要原因是：增加染料分子的动能,有利于染料分子克服扩散能进入纤维的内部,从而提高上染百分率,加快上染速率;使染料的扩散边界层变薄破裂,增加染料与纤维表面的接触,有利于纤维内外染液的循环,提高染料的扩散速率;能将纤维毛细管中或织物经纬纱交叉点溶解或滞留的空气分子排除掉,从而有利于染料与纤维间的接触,有利于染色的进行;使染浴中的胶束和分子的缔合体粉碎,形成均匀的分散体。采用超声波进行染色,有利于提高染料的分散性,及染料聚集体和分子缔合体的解聚,提高染料的溶解度,降低解聚能,增加染料单分子分散状态的染料数目。超声波的热效应使染浴温度升高,增大了染料分子的活化能,有利于染料的扩散。助剂增溶染色技术羊毛助剂低温染色机理主要为：（1）第一类是利用助剂的溶胀作用，使羊毛在较低的温度区间就发生膨胀，以利于染料及酸剂的进入，将上染区间前移。这类助剂的溶胀作用，实际上属于对羊毛的润湿渗透作用，是界面作用。用量较多，在羊毛染色工艺及纤维强力方面，对纤维影响不大；（2）第二类助剂的基本原理是利用助剂分子与羊毛纤维有特殊的亲和力，在显水质的污染，微胶囊染料的研制成功为印染行业以，殷染料工业清洁生产创造了条件。微波由于微波对物体的穿透性比较好，并且微波振动与极性材料分子的偶极振动以及水分子的转动频率类似，很容易被极性材料分子尤其是水分子吸收。羊毛染色加工所用的各种整理剂及染料都是极性的分子，在交变的微波电场存在的条件下，产生热效应，有利于染料的上染，可降低能源的消耗。在微波辐射下，水分子的介电损耗极大，此纤维织物更能强烈地吸收微波的能量，在微波的染整加工过程中，存在于织物及溶液中的水分子吸收了微波的能量，使水分子运动加剧，从而大大地促进染料分子及整理剂分子在织物内部的扩散，有效地推动了染料分子及整理剂分子与纤维分子的结合，极大地增大染料及整理剂分子的扩散系数。由于微波的加热，染料的分子向纤维内急速扩散，促使染料分子与纤维间发生物理化学反应，因此上染百分率高，染色深度深，牢度增大。采用微波加热可缩短加热时间，提高生产效率，在较短时间内实现快速加热，避免纤维长时间染色造成的损伤。微波加热具有选择性，由于水的介电常数和介质损耗角正切较大，对微波能选择吸收，既有利于染料分子向纤维内部扩散，又可避免被加工的纤维织物受到损伤和破坏。微波加热具有整体性，被加工织物是内外表面一起受热，加热均匀、生产效率高。微波加热有利于将新技术渗透到纺织行业中，便于纺织行业实现自动化，以满足纺织工业走向国际市场所面临的科技的挑战，具有可观的社会效益。微悬浮以微悬浮体染色工艺对羊毛纤维进行染色,在染色初始的低温条件下,随着染液的循环,微悬浮体化助剂与染液形成稳定的染料微悬浮体体系。在一定条件下,该悬浮体具有较强的疏水性,与羊毛纤维间存在较强的亲和力,于较低的温度下在纤维表面发生均匀的吸附。随着染浴温度的升高,因该微悬浮体化助剂具有特殊的结构和性能,可使吸附在纤维表面的染料微悬浮体发生解体,释出的染料分子向纤维内部扩散,进而固着于纤维内部。实验证明:微悬浮体染色工艺中,染料以微悬浮体状态存在于染浴中,改变了传统的染料对纤维的上染模式,缩短了染色时间,特别是高温染色阶段的时间;与传统染色工艺相比,微悬浮体染色工艺能实现上染阶段的快速升温,在保证良好匀染性和固色率的前提下,显著减少了染色过程中羊毛纤维的损伤,且显著降低消耗,生产效率得到提高;采用微悬浮体染色工艺能显著减少羊毛染色加工对环境的危害,且染得的样品色泽较传统染色工艺鲜艳。10．羊毛染色新技术构想将微波染色技术与助剂增溶染色技术相结合。通过利用助剂，增加大量的染座，作用于羊毛表面鳞片，增加纤维与染料的亲和性；同时利用微波的加热，使染料的分子向纤维内急速扩散，促使染料分子与纤维间发生物理化学反应在顺利完成低温上染的同时提高上染百分率，加深染色深度及染色牢度。11.结语高新技术的