羊驼毛纤维毡缩性能的研究

关于毛纤维防缩性处理已经有了大量的研究，因为毛纤维的缩绒性直接关系产品的服用性和可洗性，所以，在过去的几十年里，有大量关于毛类纤维（尤其是羊毛）防缩性的方法产生。由于防缩处理涉及对化学药品的选用，且依赖对生物蛋白酶的选用，因此，毛纤维的防缩处理一直是业内研究热点，关于如何搭配使用和选用生物蛋白酶，如何选取高效可行的防缩方法，始终是研究人员慎重考虑和深究的热点课题。目前关于羊驼毛防缩加工的研究，发达国家主要集中在：改性生物蛋白酶的制备和应用，生物蛋白酶的选配，防缩技术间的结合，以及开发新型高新技术进行防缩加工羊驼毛。

1．羊驼毛纤维的毡缩原理

鳞片外层含有较多的二硫键，羧基含量少，结构较为稳定。而鳞片内层恰好相反，二硫键含量很低，羧基含量较多，故化学稳定性差。鳞片层由于外层和内层的化学性能、组织结构都存在着较大差异，所以具有一种双金属性质，当遇到水、酸、碱等溶液后，其内外膨润程度差别较大，这就导致了羊毛纤维表皮鳞片的翘立，当羊毛纤维在洗涤时，翘立程度更大，在洗衣机等强力机械搅拌下，毛纤维更易产生移动，而导致不可逆的毡缩。

目前，毛纺产业化应用中最为广泛的防缩方法就是氯化防缩法，它是指通过氯及氯的衍生物（DCCA二氯异氰脲酸盐）在酸性条件下利用其强氧化性直接高效去除毛纤维表面鳞片层的方法，能使羊毛织物达到机可洗标准，织物手感也较好，成本低且产量高。但是，氯化过程产生的可吸附有机卤化物（AOX，毒性很高）排入污水和残留在毛制品上，对环境及人体造成严重危害，很多发达国家的法律已对此限制使用。因此，环保、高效、经济的可行性防缩整理工艺和技术备受关注。

传统防毡缩：降解处理（减法处理）、聚合物沉积处理（加法处理或树脂处理）。

新型防缩技术有蛋白酶法、低温等离子体法、超声波法、光化学法及臭氧法。

2．羊驼毛纤维的防毡缩工艺

（1）紫外线在防缩中的应用。紫外线是太阳光谱中波长最短的一种，根据波长的不同可分为短波（UVC）、中波（UVB）和长波（UVA）。在波长为250～320 nm的紫外线长时间照射下，纤维有机物中的诸多官能团（如碳氢键、碳碳键、碳氯键）的官能键断开，导致毛纤维中的很多氨基酸会发生一定程度的降解。因此，可以将紫外线用于羊驼毛防缩前处理，以增加毛纤维鳞片层的破坏和促使蛋白酶更加容易扩散入毛纤维鳞片内层对鳞片进行降解。

（2）蛋白酶在防缩中的应用。蛋白酶是肽链水解的高效催化剂。当羊驼毛处于一定浴比的蛋白酶溶液中，在一定的温度和pH条件下，蛋白酶从羊驼毛鳞片层亲水部分进入纤维内部，促进羊驼毛中的酰胺键水解，此水解是一多相催化作用。酶分子在水浴扩散中先吸附在羊驼毛表面，与羊驼毛表面鳞片外层发生催化反应，随着降解时间的延长和降解程度的加大，酶分子逐渐扩散进纤维鳞片层内部，到达毛干并在CMC无定形区内逐步发生生物催化反应，最终造成表面鳞片层破坏或脱落。鳞片层破损或剥除大大降低纤维摩擦效应，改善毛织物的毡缩性和起毛球性。

具体步骤：酶分子在溶液中向羊驼毛表面扩散→酶吸附在羊驼毛表面→酶从纤维表面结构的疏松部位（无定形区/细胞间质）向纤维内部扩散→酶催化水解→反应产物从纤维内部向外扩散→产物向溶液中扩散。

经蛋白酶防缩处理的毛织物，不仅可以大大提升面料的缩绒性，使织物风格明显提升，同时由于其自身能够降解，对环境没有污染，符合生态要求，属于新型绿色技术。但是，酶法防毡缩工艺实际运用中存在很多问题，如纤维强力损伤、工艺操作复杂、织物亲水性低等。因此，开发新型、高效且工艺简单的蛋白酶、改性蛋白酶、蛋白酶和氧化剂的联合处理工艺成为目前研究的重点。

3．防毡缩处理羊驼毛纤维的表征及测试

（1）紫外光/蛋白酶对羊驼毛表面鳞片层结构的影响。羊驼毛纤维表面鳞片层结构直接影响羊驼毛的缩绒性和染色性。采用扫描电镜（SEM）分别拍摄经紫外线处理和经紫外线/蛋白酶联合处理后的羊驼毛纤维在放大1000倍时的纤维（100 μm）表面鳞片层结构，分别如图1-7和图1-8所示。

图1-7　紫外光照射处理后的羊驼毛鳞片层结构

由图1-7可看出，羊驼毛纤维经紫外光照射0．5 h，1 h，2 h后，扫描电镜下未能观察到纤维鳞片层的破坏，当紫外光照射时间延长到4 h后，纤维鳞片层只出现局部损伤和部分鳞片的凹槽，但是破坏程度不明显。说明单纯地使用紫外光照射对羊驼毛表面进行处理，并不能对纤维鳞片层结构造成明显破坏。

由图1-8可以看出：经过紫外光照射/蛋白酶处理后的纤维鳞片层较之前未经蛋白酶处理的紫外光照射过的纤维开始出现鳞片破损。纤维鳞片聚集度下降，鳞片纹路的不连续性上升，伴有局部鳞片的破损。并随着紫外光照射时间的延长，鳞片层破坏状况加强。尤其是当羊驼毛经紫外光照射2 h和4 h，纤维鳞片层结构破坏明显，纤维局部鳞片消失，使纤维变得光滑平整。说明长时间的紫外光照射作用导致鳞片层结构不再紧密，鳞片层组织发生了降解和钝化，蛋白酶因此可以在纤维表面充分地发挥降解作用，导致一部分鳞片被蛋白酶消化和破坏。

图1-8　紫外光/蛋白酶联合处理(www.xing528.com)

（2）紫外光/蛋白酶对羊驼毛白度的影响。羊驼毛纤维属于天然蛋白质纤维，在日光照射下会发生泛黄和纤维脆损现象。波长为254 nm的紫外光照射会造成纤维内部的氨基酸分解，进而导致能肉眼观察到的纤维泛黄。具体测试结果见表1-4。

表1-4　紫外光不同照射时间对羊驼毛纤维白度影响

由表1-4可以看出：随着紫外光照射时间的加长，羊驼毛纤维的泛黄程度越来越大。当照射时间达到2 h和4 h后，纤维几乎全部变黄，纤维甚至伴有一定的异味。而在经过蛋白酶处理后，羊驼毛纤维重新变回纯白，甚至比处理之前的白度更高。

蛋白酶处理能够提高羊驼毛白度的主要原因是蛋白酶本身与羊驼毛中的色素或与这些色素分子相结合的蛋白质发生了作用，因而蛋白酶对羊驼毛泛黄纤维产生一定消色和漂白作用。

（3）紫外光/蛋白酶对羊驼毛纤维断裂强力的影响。羊驼毛纤维具有良好的强力和弹性。经过紫外线照射处理一段时间后，纤维发生降解，脆损和严重泛黄，强力有所下降。而经蛋白酶防缩处理后，纤维鳞片层剥离明显，强力会再次下降，并且下降程度相比经紫外线处理的更大。具体强力测试结果如图1-9所示。

图1-9　紫外光/蛋白酶处理后的羊驼毛纤维强力

由图1-9可以看出：单独经过紫外光照射时，羊驼毛纤维断裂强力会有所下降，但不明显；而使用蛋白酶处理纤维后，纤维断裂强力会大大降低。也验证了蛋白酶对羊驼毛纤维角蛋白酶的水解作用，降低了鳞片层在纤维表面的覆盖程度，削弱了纤维强力。说明紫外光/蛋白酶处理会损伤纤维造成纤维强力下降，并且强力下降效果会随紫外光照射时间延长而更加严重。

（4）紫外光/蛋白酶对羊驼毛纤维摩擦因数的影响。毛纤维表面的鳞片结构使其具有独特的摩擦效应，能够直接影响纤维的生产加工和服用性能。紫外光和蛋白酶对羊驼毛鳞片层破坏程度，可以通过摩擦因数来研究。羊驼毛纤维处理前后摩擦因数如图1-10所示。

图1-10　紫外光/蛋白酶对羊驼毛纤维摩擦因数的影响

UV表示紫外光照射，UV/protease表示紫外光/蛋白酶联合处理

由图1-10可以看出：当单独使用紫外光照射羊驼毛纤维时，纤维顺逆鳞片摩擦因数变化不大，摩擦效应也始终在13．6%～15．5%，而随着照射时间的延长，纤维摩擦因数整体呈现略微下降趋势。当采用紫外光/蛋白酶处理后，纤维顺逆鳞片的静摩擦因数和动摩擦因数下降明显并且开始很接近，摩擦效应明显降低，从原样的15．7%下降到6%～3．5%。这是因为纤维鳞片层的严重破坏造成顺逆鳞片摩擦因数接近，并且随着紫外光照射时间加长，摩擦效应会降低。说明紫外光对于蛋白酶破坏鳞片层有促进作用，鳞片层在紫外光照射后组织的破坏导致鳞片层钝化有利于蛋白酶深入鳞片内层降解鳞片层蛋白质。

（5）紫外光/蛋白酶对羊驼毛织物毡缩率的影响。羊驼毛自身长度比其他天然蛋白质毛类纤维长度要长很多，并且具有独特的鳞片结构，其缩绒性可使织物外观优美，手感丰厚、柔软，保暖性良好，但同时会引起穿着过程中织物容易尺寸收缩、变形、毡合、起毛球等现象，严重影响羊驼毛织物作为精纺高档毛面料的服用性能。因此，对于其具有的缩绒性，是整理工艺必须考虑的，其中织物毡缩率也成为检测毛织物的一个重要参考。处理前后毡缩率测试结果见表1-5。

表1-5　紫外光/蛋白酶对羊驼毛织物的毡缩率影响

由表1-6可知：无论是机织物还是针织物，单独经过紫外光照射后，织物面积毡缩率基本上没变化，说明单独的紫外光照射对织物毡缩率没有明显变化。而使用蛋白酶后，机织物毡缩率下降到9%～11%，针织物毡缩率下降到10%～12%。并且随着紫外光照射时间的最大化，织物的面积毡缩率下降到最低值，这是由于鳞片破损后，纤维之间交叉缠绕现象下降，纤维毡缩性减小。说明蛋白酶使羊驼毛织物的毡缩率明显下降，而紫外光的照射同样会起到辅助蛋白酶对羊驼毛织物的防毡缩性的加强。