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1、羊毛细化的方法 和工艺设备,化学细化法,化学细化法按照所用试剂的不同又可分为许多种,在此主要介绍以下几种常用的化学细化法。,1、氯化法氯化法 这是最传统的化学细化方法,常用的氯化剂有NaClO、DCCA等。其作用机理是:利用氯化氧化作用,分解鳞片次表皮层和内表皮层中的胱氨酸部位,胱氨酸具有还原性,它被氧化生成各种氧化过渡产物,最终二硫键被切断,也就意味着蛋白质的网状结构被打破,使蛋白质的水溶性增加,鳞片部分被去除,边缘钝化,纤维表面孔径增大。 这种方法的优点是成本低,效果好,处理后的羊毛不但富有光泽而且强力高,染色变得容易,染色牢度也好。但是致命的缺点是环境污染。在处理过程中会产生可以吸附的有
2、机氯化物(AOX)等有害物质。随着人们环保意识的增强及对自身健康的关注,这种方法将被逐步摈弃。,化学细化法,2、 双氧水处理法 双氧水处理法是利用大量的氧化剂使胱氨酸破坏或转换成半胱氨酸,甚至使酰胺键破坏,从而破坏羊毛的角蛋白。这种方法常用于酶处理中的预处理,即用双氧水使羊毛鳞片层中的胱氨酸分解,并把Woo1-S-S-Wool中的硫氧化从而使其抗酶解能力降低,易于被酶解去除。 经双氧水预处理,再经酶处理后,可获得6%10%的减量率,并且羊毛的白度有很大的提高,对染艳亮的色泽提供了条件。但双氧水用量过大,难以大批量生产;并且在处理过程中易造成损伤。,化学细化法,3、 高锰酸钾处理法 高锰酸钾主要
3、是对胱氨酸中的-S-S-部位的氧化以及对肽链的氧化分解作用。羊毛在一定温度下,在含有其它助剂的高锰酸钾溶液中,吸附KMnO4分子,其鳞片梢部吸附程度最大,纤维产生膨化,鳞片梢部氨基酸与高锰酸钾反应,氨基酸中的二硫键被氧化断裂,KMnO4被还原成MnO2,形成棕色沉淀物沉积在纤维表面。进一步用NaHSO3和其它助剂组成的还原浴处理,将MnO2还原为Mn2+,脱掉棕色,溶解于水。 这种方法处理后的羊毛手感柔软,且有漂白作用。但因反应位置单一,减量效果差。当KMnO4用量过多时,对鳞片层虽有较好的剥除作用,但皮质层却受到严重损伤,所以应合理控制KMnO4的用量,或与食盐共用,使反应局限于纤维表面。,
4、化学细化法,4 、甲酸振荡法 组成羊毛的各类细胞之间的粘合物的组分和结构是非均一的,但均含有甲酸可溶物。甲酸可溶物可能是高甘氨酸或高酪氨酸蛋白。羊毛浸于浓甲酸中,由于甲酸分子量较小,而且与羊毛有较高的亲和力,它会通过细胞间通道而渗入羊毛纤维中。由于甲酸的水合以及对细胞间质的溶解和对角质大分子间氢键的破坏可造成高的膨润压而使羊毛高度膨化。膨化了的羊毛其鳞片边缘突起,鳞片表面甚至发生纵向裂隙。 加热可明显提高鳞片剥离速度,这与提高细胞间质的溶解度和加剧热振动有关。但须严格控制剥离条件,否则会造成过分剥除,甚至使皮质层崩裂而使羊毛解体。当羊毛鳞片已大部分松动并脱落时,即停止加热,然后靠机械振荡的方法
5、使纤维剥光。这种方法可避免皮质层损伤。,化学细化法,5、 碱腐蚀法 由于鳞片的边缘富有含硫量大的(约占整个羊毛含硫量的18%)次鳞片角质层,它会因碱剂催化水解而形成可溶胶化物,使鳞片边缘稜脊变平,纤维表面光滑,光泽增强,同时定向摩擦效应降低,缩绒性能降低。但碱剂并非只限于破坏次鳞片角质层,还可使内角质层进一步水解使鳞片层消失。但应注意碱剂的渗透问题,它可以沿鳞片间隙渗入羊毛纤维内部,以至使鳞片尚未消除前,纤维内部即已水解胶化而解体。因此要研究如何使反应局限于羊毛表层。已知的方案包括:提高碱剂的浓度(粘度相应提高)、改变溶剂(不用水而用乙醇)、加入无机盐(如氯化钠等)、严格控制时间等。这些方案总
6、的原则是减少羊毛纤维的膨化程度,缩小细胞间隙通道,使碱剂向纤维内部扩散的速度低于其反应速度,使反应局限于表层而不损伤纤维内部,即非均态反应。这种方法耗时长,且反应条件须严格控制,但所得效果亦佳。,化学细化法,6 、蛋白酶处理法 在酶和羊毛的反应体系中,酶是肽键加水分解的催化剂。酶对羊毛的催化水解作用,首先是经由贯通于整个纤维内部并延伸到表面的细胞膜复合物(CMC)中的胞间黏合物开始,并且沿着CMC向纤维内部逐渐扩散并发生作用。羊毛的皮质层、内角质层蛋白质胱氨酸含量较少,蛋白酶易于在其中扩散并对其作用。而外角质层二硫交联密度较高,可及性小,蛋白酶不易扩散进去,当羊毛先经过氧化剂处理后再用蛋白酶,
7、由于氧化剂能够切断胱氨酸二硫键,增大纤维的可及性,蛋白酶能更容易地向纤维中扩散并对其发生作用。外角质层二硫键的氧化断裂,使得蛋白酶在外角质层中的扩散并对其催化水解比较容易进行。加工中,酶在适宜的条件下发挥其活性,从羊毛纤维表面鳞片层的亲水部分进入纤维内部,促使羊毛中的肽键水解,达到使部分蛋白质溶解的目的,其催化过程首先酶在溶液中向纤维表面扩散;再次,酶在纤维表面的吸附;然后酶由纤维表面向内部扩散;最后酶催化反应。由此可见,蛋白酶对羊毛纤维的作用是由里及外,而不是由外及里进行的。,化学细化法,然而,蛋白质分解酶首先是将易水解部分分解,这样会导致纤维各部分减量不匀,强度过分下降;另一方面,酶本身是
8、分子量较大的蛋白质,渗透性差,而羊毛的鳞片层含有较多的二硫键,结构坚硬,抗酶解能力强,所以加工中通常先对羊毛进行预处理,使二硫键断裂,亲水性增强,从而使酶解作用能够易于进行。预处理剂中,常用的有含氯化合物、过氧化合物以及一些碱和还原剂,但预处理应和酶处理相配合,否则,预处理过于剧烈,不仅使二硫键断裂,胱氨酸氧化为磺基丙氨酸,羊毛鳞片被明显破坏,使得后续的酶处理就很可能侵蚀到皮质层,严重损伤羊毛,出现减量率过大和强度剧烈下降的情况。 蛋白酶处理的羊毛制品具有光泽好、防毡缩、手感柔软、色泽鲜艳、不易起球等特点。但成本较高。,化学细化法,物理细化主要为拉伸细化法。拉伸细化法以不破坏纤维鳞片为前提,对
9、纤维施以预处理、拉伸和定形,以达到改变纤维分子间结构,并使整体纤维变细伸长。该改性细化的技术原理已有的描述是:羊毛纤维的角蛋白是由呈-螺旋形的角蛋白大分子链构成的,大分子之间由氢键、二硫键和盐式键固定。在特定条件下,大分子形状可由-螺旋形变成-折叠链形,这种转变使得羊毛纤维有拉伸变细的可能。但是由于大分子之间存在氢键、二硫键和氨基酸侧链端所形成的盐式键作用,形成排列规整紧密的网状结构,因此在拉伸前通过特定的化学试剂处理使纤维内大分子间的各种键松开,-螺旋形角蛋白大分子可以像弹簧一样被拉长变直变细,转变成-折叠链形,并且在新的位置上重新建立起新的键接,在通过定形剂把永久形状固定下来或暂时定形,实
10、现了羊毛拉伸改性的目的。,物理细化法（拉伸细化法),由于拉细羊毛是由常规羊毛经过一定的预处理后,将其极度拉伸而使羊毛纤维大分子链的单分子空间结构发生了型螺旋链向型折叠链的变化,即常规羊毛发生了性变和形变,再经过定形后即变成了拉伸改性羊毛,亦称拉细羊毛。将拉细羊毛和常规羊毛相比较,除了细度更细、长度更长外,拉细羊毛白度明显好,具有丝般的光亮度;纤维表面光滑,使其与皮辊摩擦和与纤维自摩的静摩擦系数和动摩擦系数都最小;拉细羊毛在沸水和高温热水中发生团缩,热收缩也较相当支数超细羊毛和其他常规羊毛大;拉细羊毛的染色速率很快,相比超细羊毛和其他细支毛,它的低温上染速率最高;拉细羊毛断裂强力、断裂伸长、断裂
11、功都比较小,而断裂强度较大。其产品在丝光感、挺爽感、滑糯感、机可洗等服用性能方面得到增强和改善,但其耐热水性能较差。,物理细化法（拉伸细化法),羊毛拉伸细化技术的开发始于1984年，但真正工业化生产是近23年的事。中国国内的研究包括羊毛的拉伸理论、加工工艺和加工设备，进行了大量的理论分析和工艺实践研究，已经取得了较快的发展。同时，引进了国外的主要加工机型，并且投入工业化生产。目前，国产工业化设备加工羊毛纤维的主要有tjgderdos02型羊毛假捻拉伸机。tjgderdos02型羊毛拉伸机是鄂尔多斯羊绒股份有限公司投资，天津工业大学研制的。2003年投入试生产以来，主要开发了66支、70支、80
12、支等外毛拉伸细化产品。并且对66支国毛等的加工进行了探讨。同时，对短羊毛纤维、粗支羊绒、驼绒纤维等的拉伸工艺和设备进行了研究。tjgderdos02型羊毛拉伸机采用了可编程控制器进行控制和荧屏显示。占地面积小、操作方便。,物理细化法（拉伸细化法),实现毛纤维持长细化的要求，必须提供拉伸毛纤维的工艺和设备，使纤维的直径下降，而长度增加。同时，在设计时，希望提供的工艺和设备是连续的，而且机构并不十分复杂。,拉伸细化工艺设备,目前，拉伸装置主要有2种。一种为无捻拉伸，一种为有捻拉伸。由于采用有假捻的纤维集合体实施拉伸时，产量较高，机械设计也不过分复杂，因此，采用了对有假捻的纤维集合体实施拉伸的装置。
13、拉伸后的定型可以是暂时定型，也可以实施永久定型。,拉伸细化工艺设备,加工的工艺流程如图l所示。,拉伸细化工艺设备,图l中，纤维集合体首先进入有溶液的化学预处理装置l中，目的是使纤维大分子之间的结合力下降，有利于拉伸。被浸渍的纤维集合体进入假捻拉伸装置2 内。纤维集合体被密封在湿热空气加温的密闭箱体内。纤维集合体在湿热状态下被逐渐实施拉伸。实施拉伸后的纤维集合体有恢复原来长度的趋势，为了使纤维集合体拉伸后的长度保持稳定，需要使纤维集合体m进人定型装置3，经过一定的定型力加工，而后由烘干装置4使纤维集合体达到加工工艺的要求。即使纤维集合体中的纤维长度被拉长细度被拉细。,拉伸细化工艺设备,纤维预处理
14、装置1是装有溶液的浴槽，内装有水溶液或者加入使毛纤维大分子之间的结合力下降、初始模量下降、有利于拉伸的药剂混合溶液。被浸渍的纤维集合体大分子之间的氢键、盐式键、二硫健被打开。药剂是氢键打开剂、盐式键的松解剂和二硫交联键的打开剂。、如尿素、酚、溴化锂、低醇类、巯醋酸、氨盐、还原剂(如亚硫酸盐类、巯基乙酸等)。、浸渍温度最好为60一1 00。也可以由蒸汽来完成。pH值在59. 5之间，时间为2060 min，以保证浸渍彻底为准。为了提高毛纤维集合体的浸渍效果可以加入适量的表面活性剂，提高纤维的润湿性能。并且采用了浸渍挤轧相结合的方式，保证纤维集合体尽可能快速浸透。例如：还原剂亚硫酸氧钠的浓度取18
15、，润湿剂的浓度为00103。被润湿的纤维集合体进入热储存箱，然后，进入拉伸装置2内。,拉伸细化工艺设备,拉伸装置2为假捻拉伸装置。，假捻拉伸装置是对实施假捻的纤维集合体进行拉伸，对实施假捻的纤维集合体进行拉伸时，必须使罗拉之间的纤维集合体被假捻在轴向给予束缚，使纤维在拉伸时不发生滑脱。拉伸的纤维集合体的捻系数为80300。纤维是在湿热状态下被拉伸的，因此，拉伸的纤维被密封在湿热的密闭拉伸装置中。箱内温度可由40100。加热可以由蒸汽来实现，也可以由电加热装置直接加热润湿拉伸纤维。 该装置的罗拉隔距可以设置的较大一般采用300600 mm由612组罗拉组成。实施假捻的纤维集合体可以是一束，也可以
16、是多束。当喂人多束时，传动的实现较困难，当一束喂入，线密度较小时，产量较低，而线密度较大时，扭转力矩较大，不易给予足够的假捻。,拉伸细化工艺设备,图2是由7组罗拉组成的6区假捻拉伸装置。,拉伸细化工艺设备,密闭拉伸装置保证纤维集合体处于高温、状润湿态。温度在8095度范围。 假捻器和拉伸罗拉的结构可以分为一体的和分体的两种类型。所谓分体的结构如图2所示。拉伸罗拉和假捻器2组机构分别完成拉伸和给予假捻。传动由2套装置分别进行。一体式时，拉伸罗拉和假捻装置的结构为一体，拉伸点和假捻点为同一点，因此，在拉伸的同时也完成施加假捻的任务。本装置的主要特点是在假捻拉伸区间没有无捻区，因此，可以对各种长度的毛纤维进行拉伸加工。,拉伸细化工艺设备,可采用的一体式结构如图3所示。,拉伸细化工艺设备,当皮带轮13转动时，Z4/Z5即做公转，又做自转。由Z4传动Z3，Z3带动拉伸罗拉11/11回转，从而完成纤维连续输出。同时，当13回转时，11/11握持纤维集合体m沿轴线回转，给予12和11/11之间的纤维集合体m假捻。假捻
