山羊绒被誉为“纤维钻石”, 是稀有的天然纺织原料, 属于高档纺织原料, 具有柔软、纤细、保暖等特性, 所制得的羊绒制品具有光泽柔和、绒面丰满、手感柔软、穿着舒适、保暖性好、滑糯等特点[1].山羊绒可按照其颜色分为白绒、青绒、紫绒等, 其中紫绒数量约占羊绒总数量的60%, 色泽为紫褐色、纤维细而长、手感柔软、强力大, 紫绒价格相对较低[2-9], 一般仅限于染制深色样品.因此, 为了提高紫绒的经济价值, 需将紫绒进行脱色处理, 使之达到白绒的效果，提高羊绒制品生产经济价值[10].文献[11-18]通过“脱色”使紫绒纤维的各项性能达到白绒的水准, 然后进行染色, 已成为工厂降低成本、提高紫绒的实用价值、扩大原料使用范围的一个重要途径.传统工艺通常采用亚铁盐预处理→氧化→还原的加工流程对紫绒进行脱色, 但是存在脱色绒断裂伸长度较低的问题.其中亚铁盐预处理是为了使亚铁离子吸附在紫绒纤维上, 作为后续氧化阶段双氧水的漂白催化剂.本文分析活化体系脱色工艺的预处理阶段各项因素对脱色绒纤维理化性能的影响, 得出最佳活化体系及其工艺.采用活化体系脱色工艺处理的脱色绒在手感、白度、单纤维强力等各项指标与传统工艺相当, 且单纤维断裂伸长率得到明显改善.
1 实验 1.1 材料、药品及仪器 1.1.1 材料内蒙古左旗紫绒(中银绒业股份有限公司).
1.1.2 药品30%过氧化氢(分析纯, 天津市富宇精细化工有限公司)、保险粉(分析纯, 天津市津北精细化工有限公司)、草酸(分析纯, 天津市化学试剂六厂三分厂)、甲酸(分析纯, 天津市福晨化学试剂厂); 纤维保护剂WBH、触媒体WFE (含有FeSO4)、氧漂活化剂WSP、调理剂WPA (工业品, 江苏沃森化工有限公司); 山羊绒保护剂、色素分离剂、络合剂、络合稳定剂、氧化稳定剂、还原保护剂(工业品); 活化体系Ⅰ(SA、WFE、Na2SO3体系)、活化体系Ⅱ(PT、WFE、Na2SO3体系)、活化体系Ⅲ(S-7、WFE、Na2SO3体系)(自制).
1.1.3 仪器cp313电子天平(奥豪斯仪器(上海) 有限公司)、HH-S4电热恒温水浴锅(北京科伟永兴仪器有限公司)、YG004E电子式单纤维强力测试仪(宁波纺织制造厂)、WSD-3全自动白度仪(成都贝斯达仪器有限公司).
1.2 紫绒脱色工艺流程及参数活化体系脱色工艺流程和传统脱色工艺一致, 流程:预处理→氧化脱色→还原脱色, 浴比均为20:1, 紫绒脱色工艺处方见表 1，2, 紫绒活化体系脱色工艺流程如图 1所示, 其中传统工艺在预处理阶段为55℃处理70min, 其他两个阶段与紫绒活化体系脱色工艺一致.
| 工艺序号 | 预处理 A |
氧化脱色 B |
还原脱色 C |
还原脱色 D |
|||||||
| 助剂名称 | 山羊绒保护剂 | 色素分离剂 | 络合剂 | 络合稳定剂 | 保险粉 | 山羊绒保护剂 | 氧化稳定剂 | 双氧水 | 保险粉 | 草酸 | 还原保护剂 |
| 用量/%(owf) | 2 | 4 | 12 | 4 | 2 | 4 | 25 | 100 | 2 | 4 | 2 |
| 工艺序号 | 预处理 A |
氧化脱色 B |
还原脱色 C |
还原脱色 D |
||||||
| 助剂名称 | 纤维保护剂WBH | 活化体系 | 甲酸 | 保险粉 | 纤维保护剂WBH | 氧漂活化剂WSP | 双氧水 | 保险粉 | 草酸 | 调理剂WPA |
| 用量/%(owf) | 5 | 20 | 1 | 2 | 5 | 25 | 100 | 2 | 4 | 2 |
|
| 图 1 紫绒脱色活化体系工艺流程 Fig.1 The activated system process flow of purple velvet decolorization |
将脱色后的样品平铺, 梳理纤维使其基本平行、厚度均匀并且不透光, 有一定宽度的纤维薄层, 每个样品在白度仪下取不同的点, 分别测试10次, 取10次平均值作为脱色后样品的白度.
1.3.2 单纤维强力及断裂延伸度的测试将紫绒与脱色绒纤维在恒温恒湿条件下放置24h, 按照GB4711-1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长试验方法》对相关样品进行单纤维强力及断裂延伸度测试, 每个试样测200根纤维, 求平均值.
1.3.3 纤维手感的评价由5位人员对样品的手感进行评价, 手感分为差、较差、一般、较好、好, 未脱色紫绒的手感评为好.
2 结果与讨论 2.1 活化体系组成的影响整合剂与亚铁盐进行反应形成螯合体系称之为活化体系.为了探讨不同的活化体系预处理对紫绒脱色的影响, 以及确定最佳的活化体系, 分别采用SA、PT、S-7 3种不同螯合剂, 以水为介质对WFE中的亚铁离子进行螯合, 为防止亚铁离子的氧化, 在体系中加入Na2SO3, 活化体系中各组分质量比为螯合剂：WFE:Na2SO3=n:3:1.不同螯合剂配制得到3种活化体系, 分别为活化体系Ⅰ、活化体系Ⅱ、活化体系Ⅲ.按1.2紫绒脱色工艺流程及其参数进行紫绒脱色预处理, 结果见表 3~5.其中，nSA, nPT及nS-7分别为3种螯合剂在对应活化体系中与WFE、Na2SO3的质量比.
| nSA | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.4 | 2.7 | 3.0 | 3.6 | 4.5 | 6.0 |
| 白度/% | 58.9 | 61.2 | 63.2 | 68.9 | 67.8 | 73.9 | 69.1 | 65.3 | 62.8 |
| 手感 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 较好 | 较好 | 较好 |
| nPT | 1.5 | 2.1 | 3.0 | 3.9 | 4.5 | 6.0 | 6.9 | 7.5 | 9.0 |
| 白度/% | 59.6 | 62.1 | 63.2 | 68.7 | 70.2 | 72.8 | 71.2 | 69.3 | 67.5 |
| 手感 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 较好 | 较好 |
| nS-7 | 1.5 | 2.1 | 3.0 | 3.9 | 4.5 | 6.0 | 6.9 |
| 白度/% | 60.1 | 63.2 | 65.8 | 69.2 | 70.1 | 71.3 | 68.8 |
| 手感 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 较好 |
从表 3可以看出, 活化体系Ⅰ中, 随着螯合剂SA质量比例的增大, 脱色紫绒的白度提高, 当SA:WFE:Na2SO3为3:3:1时, 白度效果最佳, 脱色绒手感好; 但螯合剂SA的质量比例继续增大, 则脱色紫绒的白度降低, 手感也略有下降.从表 4, 5可以看出, 螯合剂PT、S-7质量比例对活化体系Ⅱ、活化体系Ⅲ的脱色效果的影响与活化体系Ⅰ一致, 活化体系Ⅱ的最佳质量比例为PT:WFE:Na2SO3=6:3:1, 活化体系Ⅲ的最佳质量比例为S-7:WFE:Na2SO3=6:3:1.由脱色绒的白度及手感, 可判定活化体系Ⅰ的效果优于其他两种活化体系.螯合剂与Fe2+形成带负电的不稳定配位体系, 在酸性条件中对带正电的紫绒纤维进行吸附、扩散, 由于螯合剂与Fe2+的螯合能力较低, 活化体系中的螯合剂被纤维中色素区域的极性配位基团所取代, 即Fe2+与色素形成配位体, 其对后续双氧水起到可控催化分解作用, 螯合剂在预处理过程中起到携带、输送Fe2+的作用[19-20].不同活化体系对紫绒的脱色效果存在差异, 可能是由于3种螯合剂与Fe2+螯合能力不同，形成的配位体稳定性存在差异.螯合剂螯合能力过低, 在紫绒脱色预处理中不利于对Fe2+的携带、输送; 螯合剂螯合能力过强, 影响活化体系中螯合剂被色素极性基团置换的程度, 即影响了Fe2+与色素极性基团配位体系的形成, 进而影响紫绒的脱色效果.3种螯合剂中, 以SA的螯合能力最为合适, 其形成的活化体系Ⅰ的性能最佳.
2.2 活化体系用量采用2.1确定的最优活化体系组成, 按照1.2紫绒脱色工艺流程及参数对紫绒进行脱色, 考察活化体系用量对紫绒脱色效果的影响, 结果见表 6.
| 指标 | 活化体系Ⅰ用量/%(owf) | |||||
| 5 | 8 | 10 | 15 | 20 | 25 | |
| 手感 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 |
| 白度/% | 66.7 | 67.3 | 68.5 | 71.3 | 74.3 | 72.3 |
从表 6可以看出, 白度随着活化体系的用量增加而增加, 用量达到20%(owf) 时, 脱色绒的最佳白度为74.3%, 活化体系用量继续增加时, 脱色绒白度略有下降; 但脱色绒的手感基本不随活化体系用量增加而改变, 均为好.随着活化体系用量的增加, 预处理后纤维中的Fe2+的量增加, 使双氧水的分解更为充分, 色素的去除更加彻底, 脱色绒的白度提升.但活化体系用量过高时, 纤维中的Fe2+含量过高, 可能使双氧水的分解速率加快, 促进双氧水的无效分解, 降低了脱色绒的白度.
2.3 预处理时间采用2.1确定的最优活化体系组成, 按照1.2紫绒脱色工艺流程及参数对紫绒进行脱色, 以预处理时间为变量, 考察预处理时间对紫绒脱色效果的影响, 实验结果见表 7.
| 时间/min | 10 | 30 | 50 | 60 | 70 |
| 手感 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 |
| 白度/% | 50.2 | 53.4 | 65.5 | 73.8 | 73.6 |
从表 7可以看出, 随着预处理时间的延长, 脱色绒的白度先提高再趋于稳定, 时间为60min时, 脱色绒的最佳白度为73.8%;但脱色绒的手感基本不受预处理时间的影响, 均为好.这是由于紫绒表面覆盖着致密的鳞片层, 结构紧密, 具有一定的疏水性, 因而活化体系从纤维表面扩散到内部, 与色素发生络合需要时间, 且随着时间的延长, Fe2+与色素的络合趋于充分, 使得脱色绒的白度提升.根据预处理时间对脱色效果的影响, 可确定活化体系的预处理时间为60min.
2.4 甲酸用量采用2.1确定的最优活化体系组成, 按照1.2紫绒脱色工艺流程及参数对紫绒进行脱色, 考察甲酸用量对紫绒脱色效果的影响, 结果见表 8.
| 甲酸用量/%(owf) | 0 | 1 | 2 |
| 手感 | 好 | 好 | 好 |
| 白度/% | 69.8 | 74.2 | 73.7 |
从表 8可以看出, 脱色绒白度随着甲酸用量的增加而提高, 随着甲酸用量的继续增加, 白度趋于稳定; 但脱色绒手感不随甲酸用量的增加而改变, 均为好.用量为1%(owf) 时, 此时脱色绒的最佳白度为74.2%, 手感为好.在预处理体系中加入甲酸, 维持溶液pH值在4左右, 可预防活化体系中的Fe2+的析出被氧化为Fe3+; 此外, 在酸性条件中紫绒纤维的质子化带正电, 有利于带负电的活化体系对纤维的吸附和扩散.根据甲酸用量对紫绒脱色效果的影响, 可确定甲酸的用量为1%(owf).
2.5 不同预处理工艺的比较采用2.1确定的最优活化体系组成, 按照1.2紫绒脱色工艺流程及参数对紫绒进行脱色, 通过脱色绒的理化性能判定不同工艺的优劣, 结果见表 9.
| 工艺 | 活化体系工艺 | 传统工艺 |
| 手感 | 好 | 好 |
| 白度/% | 74.2 | 73.5 |
| 单纤维断裂强力/cN | 4.17 | 4.24 |
| 单纤维断裂伸长率/% | 42.4 | 32.1 |
从表 9可以看出, 活化体系工艺与传统工艺脱色绒的手感、白度与单纤维强力基本一致; 活化体系工艺脱色绒单纤维断裂延伸度为42.4%, 传统工艺脱色绒单纤维断裂延伸度为32.1%, 前者比后者高32.1%(以传统工艺处理的脱色绒的单纤维断裂延伸度为参考标准), 该项指标前者明显优于后者.可能由于活化体系中SA与Fe2+形成的螯合体系结构, 实现较高效率地对Fe2+向纤维色素区域的输送, 并使Fe2+与色素极性基团进行有效螯合, 而非色素区域Fe2+的残留量相对较低, 这可促进双氧水在羊绒色素区域的有效分解, 降低了非色素区因双氧水的分解带来的损伤, 故更好保留了单纤维断裂延伸性能.由此可见, 紫绒活化体系脱色工艺的综合效果优于传统工艺.
3 结论(1) 分析紫绒脱色活化体系工艺预处理阶段各个因素, 确定紫绒脱色新工艺:最佳活化体系SA:WFE:Na2SO3=3:3:1, 其用量为20%(owf), 甲酸用量为1%(owf), 预处理时间为60min.
(2) 活化体系工艺可提高Fe2+对纤维色素的定位吸附与螯合作用, 使获取的脱色绒具有良好的手感、单纤强力与白度的同时, 能明显降低脱色绒的断裂伸长度的损失.
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