CN1916263A

CN1916263A - 羊毛纤维拉伸改性方法

Info

Publication number: CN1916263A
Application number: CN 200610047617
Authority: CN
Inventors: 郑来久
Original assignee: Dalian Institute of Light Industry
Current assignee: Dalian Polytechnic University
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-02-21

Abstract

一种羊毛纤维改性方法，属于天然纤维领域，是将羊毛经预浸液处理、加捻拉伸、加热润湿、一次定型、冲洗、二次定型和烘干步骤制成高支细羊毛，本发明的羊毛纤维拉伸改性方法，加工过程简单，原料廉价易得、设备投资较低，加工过程和产品质量容易控制。羊毛拉伸细化后，羊毛纤维颜色变浅，手感柔软，刚性降低。对开发羊毛细化改性产品、开辟羊毛用途的新领域和解决轻薄羊毛织物的原料问题，具有积极的社会效益和现实的经济效益。同时，设计了开发羊毛拉伸改性整套设备，为我国纺织机械制造业的发展提供一定技术依托。

Description

羊毛纤维拉伸改性方法

技术领域

本发明是涉及天然纤维领域，特别是一种羊毛纤维改性方法。

背景技术

随着人们对衣着的轻薄化和高档化需求日益增加，开发舒适、环保、易护理的羊毛产品成为国际纺织品的总趋势。由于织造高支轻薄化织物需采用高支细羊毛，因此，利用拉伸技术提高羊毛纤维支数成为当今世界研究热点。羊毛拉伸细化方法是一种利用人工使羊毛快速变细的无污染加工技术，以不破坏纤维鳞片为前提，对纤维施以预处理、拉伸和定型，改变纤维分子间结构，使整体纤维变细伸长，可用于生产光泽柔和、手感如真丝、悬垂性优良的轻薄织物。羊毛拉伸细化技术的研究始于1984年，经检索有关资料，澳大利亚、日本、美国等发达国家羊毛拉伸技术已趋于成熟。澳大利亚联邦科学工业研究所和国际羊毛局共同开发了羊毛拉伸细化技术，并加工出纤维产品，其注册商标为“OPTIM”。该技术缓解了超细羊毛资源短缺问题，既保持了羊毛原有优点，又克服了其不足，是所有毛纤维拉伸技术中最为先进合理的。日本可乐丽公司在羊毛拉伸技术研究上取得了较大的成功，并利用蛋白酶对羊毛进行改性处理。经酶处理后，滑爽性、白度、柔软性和丰满性均有较大的提高。而后在湿热状态下，拉伸纤维平行排列的毛条以制成拉细羊毛。此方法不仅能使纤维变细，而且使大分子链的排列更加整齐，从而提高纤维的强伸性。美国已有关于羊毛拉伸技术的专利，认为羊毛可用交联断裂剂预处理使其膨胀，可用蒸汽或溶液进行加湿，其温度在温室到沸水之间，pH值在弱酸到酸性之间。处理后，纤维线密度减少了37.8％，强度提高了26.1％，其细化效果明显。目前，我国在这方面的研究主要包括羊毛的拉伸理论、加工工艺和加工设备，并已取得了阶段性成果。同时，国内一些企业也已引进了国外的主要加工机型，并投入工业化生产，但由此加工的羊毛纤维的性能测试未见详细报道。我国是纺织大国，又是全球最大的羊毛进口国和消费国。我国年消费羊毛30万～35万吨(净毛)，而国产羊毛仅为11万～12万吨(净毛)。然而，细度偏粗的占75％，细羊毛的自给率仅为25％～30％，市场缺口很大，影响了产品加工的档次及附加值。如果将其中三分之一采用羊毛拉伸细化改性进行深加工，使其细度减少20％，具有蚕丝的光泽和手感，将大大提高其附加值，提升国产羊毛档次，减少进口，节约外汇。同时，据澳大利亚国际羊毛局推测，澳大利亚羊毛产量2004～2005年度减至48万吨，还不到90年代初期110万吨的一半，并且未来几年内羊毛产量不会有显著增加，这就为我国细羊毛业发展留下了较大空间。

发明内容

本发明是利用传统的羊毛制备成高附加价值的拉伸改性羊毛，达到解决轻薄羊毛织物的原料问题的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种羊毛纤维拉伸改性方法，是利用羊毛经以下步骤制成高支细羊毛：

a、预浸液处理：用净水清洗羊毛，除去杂质浮皮脱干，梳理成毛条；测量绑制毛条长度，安装到两个夹头上；浸入拉伸预处理液10-30min，使毛条纤维充分润湿。

b、加捻拉伸：将毛条加上一定捻度，喂入假捻拉伸装置，所加假捻的捻度为1.2-2.0捻/10cm，最适捻度为1.67捻/10cm；罗拉隔距为8-12mm，最适罗拉隔距为10mm；拉伸率为25-35％，最适拉伸率为30％；拉伸速度为15-25mm/min，最适拉伸速度为20mm/min。

c、加热润湿：用蒸汽将加捻后的毛条加热润湿到80-90℃后开始拉伸。

d、一次定型：将拉伸后的毛条放到一次定形液中，浸泡2-4min，最佳浸泡3min。

e、冲洗：取出后用水冲洗2min。

f、二次定型：冲洗后挤压去水，再放入二次定形液中，浸泡1-3min，最佳浸泡2min；

g、取出放入烘箱中烘干。

其中：预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 15-20

NaCl 20-30

水 55-65；

预处理液最佳重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 17

NaCl 25

水 58。

一次定型液重量百分组成为：

NaClO 5-10

NaCl 20-30

水 65-75；

一次定型液最佳重量百分组成为：

NaClO 6

NaCl 25

水 69。

二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 0.5-1.5

重量含量17％的氨水 0.5-1.5

水 97-99；

二次定型液最佳重量百分组成为：

NaHSO₃ 1.0

重量含量17％的氨水 1.0

水 98。

所述的羊毛纤维拉伸改性方法中，假捻拉伸装置是由上罗拉、下罗拉、假捻器、加热器和编程控制器组成的密闭拉伸装置，该装置是由7组罗拉组成的6区假捻分体式拉伸装置，即对纤维集合体实施假捻的装置和拉伸的装置单独进行传动。

在本发明所述的羊毛纤维拉伸改性方法中，采用包括拉力传感器、位移传感器的数据采集系统和数据处理ORIGIN软件系统来控制拉伸过程，并通过编程控制器进行控制和荧屏显示，能实时得出拉伸数据，以便调整拉伸工艺。其中拉力传感器用于测试毛纤维束所受得拉力，由金属箔式电阻应变计和弹性元件组成，其工作原理是：通过非电量的电转换方法，用高灵敏度的电阻应变计将纤维拉伸所受的力信号转换成电信号；位移传感器用于测试毛纤维束的伸长，动夹头的位移是电感式直流位移传感器，把模拟信号转化成数字信号并放如计算机的内存区域，最后经计算机处理显示结果。数据处ORIGIN软件系统包括两大功能：数据分析和绘图。数据分析包括数据的排列、调整、计算、统计、频率变换、曲线的拟合等各种完善的数学分析功能。数据准备好后进行分析时，只需选择所要分析的数据，然后选择相应的菜单命令即可。它采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单合工具栏操作，不需要用户编写任何的程序代码，带给用户最直观、简单的数学分析合绘图环境，具有方便快捷准确的特点。羊毛纤维拉伸改性机理

对拉伸细化而言，关键在于α-螺旋大分子和微原纤构象由α型拉伸至β型。从羊毛纤维大分子空间构象分析，对其拉伸细化在理论上是可行的。

(1)拆键机理

从微观角度分析，羊毛纤维有两个基本的物理相态，即基质相和微原纤相，两相的各自的亲水区和疏水区成多层相间分布，如图5所示。在缺乏疏水性拆键渗透剂的情况下，简单地用亲水性拆键渗透剂，会引起拆键不匀，会导致拉伸不匀和回缩过大。二相区的亲水区(A，C)和疏水区(B，D)是呈多层相间分布的，当单使用亲水区的渗透拆键剂时，渗透拆键助剂一般只能达到较外层的亲水A区，很难达到里层的亲水C区，更难触及里层疏水区。因此，在拆键不充分的情况下拉伸，则会出现拉伸不匀。

(2)拉伸机理

a.分子构象变化

羊毛纤维的基原纤，微原纤，巨原纤三级结构均是由最基本的氨基酸多肽α-螺旋大分子组成。对于拉伸而言，关键在于氨基酸中α型转变为β型和微原纤大分子的滑移。有关资料表明，羊毛纤维在有润湿条件下，当伸长率达到20％时，分子螺旋构像开始转变；当伸长率达到35％时，转变明显；当伸长率达到80％时，则完全转变为β构象。握持张力消失后，分子构象发生逆转，最后可恢复到α-螺旋状态。

b.分子之间结构块滑移

皮质层的正皮质由基原纤、微原纤和巨原纤三级原纤维构成，而副皮质由基原纤和微原纤两级原纤构成。基原纤是由3个双螺旋或2+2个多重复螺旋的α型大分子组成，微原纤结构模型为基原纤的各类组合，此间结构块可以产生错位、滑移。

微原纤结构块之间也存在二硫键、氢键等交联作用。在拉伸细化处理工艺中，改性剂会打开这些交联作用，使毛皮质细胞中的微原纤结构块能够在拉力的作用下产生滑移，通过定形剂在新的位置重建交联，使毛纤维拉伸变细。如果控制得当，预处理试剂只打开微原纤的交联，拉伸使微原纤滑移部分增大，而纤维大分子的α型向β型转变减少，则细化处理后的羊毛纤维将保持原毛的优良性能，从而能提高产品的质量。

为确保其延伸率，在拉伸细化时，要利用渗透剂和加热方法，使其充分膨胀。在拉伸率为60％时，用还原剂和热源进行定形，冷却后用氧化剂使其形状固定。拉伸时辅以捻度，使加捻应力集中于毛条中心，从而使纤维截面发生变形，形成异形截面。或在S-S键断裂过程中，在纤维内部交联剂残存状态下定形，这样当它与未拉伸的纤维混纺时会因收缩而变得膨松。

(3)定型机理

羊毛纤维鳞片层中有些区域相互联系得较为紧密，排列得较为整齐，大分子之间依靠二硫键、盐式键、氢键交联形成一个紧密的网状结构。因此，必须拆开这些大分子链之间的横向键和氢键，使之在新的位置重新交联并永久固定下来。

拉伸羊毛在经历了高度拆键和高比例拉伸后，有很大的回缩趋势，这对拉伸后保型(维持伸长率和细化率)是不利的。因此，有必要减少回缩趋势，增进耐久定型程度。要获得好的耐久定型度技术难度很大，原因是被高度拉伸的毛其内部积聚了较高的应力，具体表现在构型逆转，胱氨酸开裂逆转及重结晶逆转等方面。

(4)定型过程中的化学反应

定形过程主要是一个二硫键的拆散、重建及应力松弛的过程，其化学反应类型由反应环境介质的种类决定。

a.在蒸汽、水或碱性溶液中的反应

二硫键的拆散：

交链重建：

b.在亚硫酸钠或亚硫酸氢钠存在下的反应

可逆的亚硫酸酸解：

交链重建：

，

后来又有人提出了硫醇基二硫键的交换理论，即

因羊毛纤维中始终存在着少量的半胱氨酸剩基等硫醇基，且其数量随着羊毛和还原剂、热水、蒸汽或碱的反应而增加。

硫醇基-二硫键交换反应促使和稳定纤维定型作用，可用“拉链机理”来表示，即原纤维→伸长的纤维→交换反应→经交换达到稳定的纤维。

本发明的羊毛纤维拉伸改性方法，加工过程简单，原料廉价易得、设备投资较低，加工过程和产品质量容易控制。设备具有结构简单、占地面积小、使用方便、数据测量准确等特点。羊毛拉伸细化后，羊毛纤维颜色变浅，手感柔软，刚性降低。本发明产品技术指标如下：

纤维细度：本发明采用投影仪法测定羊毛纤维的细度，并对原毛和拉伸后的纤维直径进行了对比，结果如表1。

表1拉伸细化前后纤维直径变化

试样	直径(μm)	直径标准差	变异系数(CV值)
试样	直径(μm)	直径标准差	变异系数(CV值)	原毛	20.8	3.64	21％
拉伸毛	16.9	4.24	24％	原毛	20.8	3.64	21％

羊毛纤维拉伸细化直径变化率：

φ_d＝(D₁-D₂/D₁)×100％＝18.8％

其中：φ_d---纤维直径的变化率；

D₁——拉伸细化前羊毛纤维的直径；

D₂——拉伸细化后羊毛纤维的直径。

纤维长度：拉伸后纤维长度采用梳片法测量。从根数和重量加权长度来看，拉伸细化后的纤维长度明显高于原毛，结果如表2。

表2拉伸细化前后纤维长度变化

试样	重量加权平均长度(mm)	加权主体长度(mm)
试样	重量加权平均长度(mm)	加权主体长度(mm)	原毛	65.5	25.87
拉伸毛	71.6	28.65	原毛	65.5	25.87

拉伸前后纤维长度的变化率：

(L₂-L₁/L₂)×100％＝12.9％

其中：L₁---原毛纤维平均长度；L₂---拉伸毛平均长度。

纤维强伸性能：拉伸细化处理后纤维细度变细，直径减小，纤维的强伸性能也相应的有所改变。本发明中，按照GB/T4711-84《羊毛单纤维断裂强力和伸长实验方法》，采用LLY-068型电子单纤维强力仪对纤维强伸性能进行了测试，其主要指标对比如表3所示：

表3拉伸细化前后纤维强伸性能指标对比

试样	直径(μm)	断裂强度(cN)	断裂强力(cN/tex)	断裂伸长(mm)	断裂功(mJ)	初始模量(cN/tex)
试样	直径(μm)	断裂强度(cN)	断裂强力(cN/tex)	断裂伸长(mm)	断裂功(mJ)	初始模量(cN/tex)	原毛	20.8	13.68	1.75	4.28	0.33	0.07
拉伸毛	16.9	15.66	1.51	3.24	0.20	0.12	原毛	20.8	13.68	1.75	4.28	0.33	0.07

扫描电子显微镜照片：通过扫描电子显微镜照片(放大3000倍)对比可以看出，原毛纤维表面的鳞片层边缘整齐光滑，基本上呈瓦片状紧密覆盖在毛干上，鳞片层结构紧密，这是由于鳞片外层是含二硫键较多的角质硬蛋白，结构坚硬。拉伸后，纤维表面结构较粗糙，鳞片层边缘凸凹不平，且间距增大，并有部分被破坏的痕迹，这表明拉伸后其部分二硫键断裂，蛋白分子链间的交联减少，纤维的鳞片层变得松散。因此，拉伸后纤维表面形态发生了较大的变化，其强伸性能也因此有所改变。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为假捻拉伸装置示意图。

图2为拉伸机数据处理工作原理图。

图中，1.上罗拉，2.下罗拉，3.假捻器，4.加热器，5.编程控制器。

具体实施方式

实施例1：

a、预浸液处理：用净水清洗羊毛，除去杂质浮皮脱干，梳理成毛条；测量绑制毛条长度，安装到两个夹头上；浸入拉伸预处理液20min，使毛条纤维充分润湿。

b、加捻拉伸：将毛条加上一定捻度，喂入假捻拉伸装置，所加假捻的捻度为1.67捻/10cm；罗拉隔距为10mm；拉伸率为30％；拉伸速度为20mm/min。

d、一次定型：将拉伸后的毛条放到一次定形液中，浸泡3min。

e、冲洗：取出后用水冲洗2min。

f、二次定型：冲洗后挤压去水，再放入二次定形液中，浸泡2min；

g、取出放入烘箱中烘干。

其中：预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 17

NaCl 25

水 58。

一次定型液重量百分组成为：

NaClO 6

NaCl 25

水 69。

二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 1.0

重量含量17％的氨水 1.0

水 98；

实施例2：

a、预浸液处理：用净水清洗羊毛，除去杂质浮皮脱干，梳理成毛条；测量绑制毛条长度，安装到两个夹头上；浸入拉伸预处理液10min，使毛条纤维充分润湿；

b、加捻拉伸：将毛条加上一定捻度，喂入假捻拉伸装置，所加假捻的捻度为2.0捻/10cm，罗拉隔距为8mm，拉伸率为35％，拉伸速度为15mm/min；

c、加热润湿：用蒸汽将加捻后的毛条加热润湿到80-90℃后开始拉伸；

d、一次定型：将拉伸后的毛条放到一次定形液中，浸泡4min；

e、冲洗：取出后用水冲洗2min；

f、二次定型：冲洗后挤压去水，再放入二次定形液中，浸泡1min；

g、取出放入烘箱中烘干；

其中：预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 15

NaCl 20

水 65；

一次定型液重量百分组成为：

NaClO 5

NaCl 30

水 65；

二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 0.5

重量含量17％的氨水 0.5

水 99。

实施例3

a、预浸液处理：用净水清洗羊毛，除去杂质浮皮脱干，梳理成毛条；测量绑制毛条长度，安装到两个夹头上；浸入拉伸预处理液30min，使毛条纤维充分润湿；

b、加捻拉伸：将毛条加上一定捻度，喂入假捻拉伸装置，所加假捻的捻度为1.2捻/10cm，罗拉隔距为12mm，拉伸率为25％，拉伸速度为25mm/min；

d、一次定型：将拉伸后的毛条放到一次定形液中，浸泡2min；

e、冲洗：取出后用水冲洗2min；

f、二次定型：冲洗后挤压去水，再放入二次定形液中，浸泡3min；

g、取出放入烘箱中烘干；

其中：预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 15

NaCl 30

水 55；

一次定型液重量百分组成为：

NaClO 5

NaCl 20

水 75；

二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 1.5

重量含量17％的氨水 1.5

水 97。

Claims

1.一种羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于是将羊毛经以下步骤制成高支细羊毛：

a、预浸液处理：用净水清洗羊毛，除去杂质浮皮脱干，梳理成毛条；测量绑制毛条长度，安装到两个夹头上；浸入拉伸预处理液10-30min，使毛条纤维充分润湿；

b、加捻拉伸：将毛条加上一定捻度，喂入假捻拉伸装置，所加假捻的捻度为1.2-2.0捻/10cm，罗拉隔距为8-12mm，拉伸率为25-35％，拉伸速度为15-25mm/min；

d、一次定型：将拉伸后的毛条放到一次定形液中，浸泡2-4min；

e、冲洗：取出后用水冲洗2min；

f、二次定型：冲洗后挤压去水，再放入二次定形液中，浸泡1-3min；

g、烘干：取出放入烘箱中烘干；

其中：预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 15-20

NaCl 20-30

水 55-65；

一次定型液重量百分组成为：

NaClO 5-10

NaCl 20-30

水 65-75；

二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 0.5-1.5

重量含量17％的氨水 0.5-1.5

水 97-99。

2.如权利要求1所述的羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于所加假捻的最适捻度为1.67捻/10cm，最适罗拉隔距为10mm，最适拉伸率为30％，最适拉伸速度为20mm/min。

3.如权利要求1所述的羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于预处理液重量百分组成为：

重量含量36％的盐酸 17

NaCl 25

水 58。

4.如权利要求1所述的羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于一次定型液重量百分组成为：

NaClO 6

NaCl 25

水 69。

5.如权利要求1所述的羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于二次定型液重量百分组成为：

NaHSO₃ 1.0

重量含量17％的氨水 1.0

水 98。

6.如权利要求1所述的羊毛纤维拉伸改性方法，其特征在于假捻拉伸装置是由上罗拉(1)、下罗拉(2)、假捻器(3)、加热器(4)和编程控制器(5)组成的密闭拉伸装置，该装置是由7组罗拉组成的6区假捻分体式拉伸装置，即对纤维集合体实施假捻的装置和拉伸的装置单独进行传动。