貉毛纤维染色性能优化探究

貉毛纤维在经过脱色的一系列步骤之后，纤维表面的鳞片会遭受不同程度的破坏，纤维上能与染料反应的基团变少，影响纤维的强力、染色后纤维的K/S值和色牢度。

1．貉毛的染色原理

对脱色后貉毛纤维染色所使用的染料为兰纳素活性染料及天然姜黄染料。因貉毛纤维在经过脱色之后，纤维已有损伤，为减少貉毛纤维更大程度的损伤，利用活性染料对貉毛纤维染色时采取低温染色。

（1）兰纳素活性染料低温染色貉毛纤维。活性染料分子结构简单，有着颜色鲜艳、色谱多样齐全、成本较低、水溶性好、良好的扩散性和匀染性、皂洗牢度和摩擦牢度较高等优点，使用方便。兰纳素活性染料中含有α-溴代丙烯酰胺基团，它能与脱色绒毛纤维中的氨基、羟基、巯基等发生化学反应形成共价键结合，从而使染料和纤维牢固结合。根据活性染料的活性基类型的不同，可将活性染料与脱色貉毛纤维的反应分成以下三种情况：取代反应，脱色后的动物纤维与均三嗪型活性染料发生取代反应，生成共价键而结合；加成反应，脱色后的动物纤维同乙烯砜类型的活性染料发生加成反应生成共价键而结合；取代、加成双重反应，兰纳素活性染料就属于此类反应。

羊毛、兔毛等动物纤维的鳞片层会妨碍染料向纤维内部扩散，因此，在纤维染色时需要用较高的温度破坏鳞片层，使染料进入纤维内部，一般情况下需沸染。虽然脱色后貉毛纤维表面的部分鳞片层被破坏，但在常温状态下染料依然很难向纤维内部扩散，需要在高温下鳞片层充分打开时才能够上染。但高温使活性染料易发生水解，从而使染料的亲和力和平衡吸附量随之降低，染料吸附在纤维表面，不仅会造成浮色，而且也会造成染料的浪费。

参照羊毛纤维的低温助剂染色法对脱色后的貉毛纤维进行染色。染色前使用低温染色助剂LTA对纤维进行预处理，改变纤维鳞片结构，以提高染色的吸尽率和染料的渗透率，从而使纤维在低温下达到高温染色的效果。

活性染料低温染色貉毛纤维的工艺处方：红色兰纳素染料3%（o．w．f），低温染色助剂LTA为1%（o．w．f），元明粉10 g/L，醋酸0．6%，匀染剂2%（o．w．f），上染pH为5～6，无水碳酸钠10 g/L，固色pH为8～8．5，浴比为1：30。

工艺流程：低温染色助剂LTA预处理貉毛纤维→常温入染→升温→保温→固色→皂洗→水洗→干燥

低温染色的工艺曲线如图2-7所示。

图2-7　貉毛纤维活性染料低温染色工艺曲线

（2）天然染料染色貉毛纤维。如今科学技术飞速发展、物质生活不断丰富，人们对衣、食、住、行的要求也不断提高，不仅要求舒适美观，更注重其环保健康的功能。一方面合成染料染色的织物会对皮肤有刺激性，另一方面在生产和使用中也会对环境造成污染。因此，无毒无害、对皮肤无过敏无致癌且有较好生物降解性能的天然染料重新回到人们的视线中。

天然植物染料的分子结构各不相同，因此，染料及所染纤维类型的上染机理和染色方法不尽相同。天然染料种类繁多，结构复杂，各类天然染料的染色热力学和动力学方面的研究还很欠缺。目前将染色方法大致分为直接染色法、媒染法和还原染色法。选用色素对水溶解度好的姜黄染料，直接染色貉毛纤维。

染料的提取：姜黄染料是从姜黄的根中提取的。将干燥的姜黄根在沸水中煮45 min，染料就开始析出。将提取液过滤即可用于染色。染料与水的比例为1：20。

姜黄天然染料染色貉毛纤维的工艺处方：姜黄天然染料提取液30 mL，染色温度为95℃，染色时间为40 min，pH为4。

2．染色貉毛的性能表征与测试

（1）染色后貉毛纤维的红外光谱图分析。为了探讨貉毛纤维染色后纤维结构的变化，应用傅立叶红外变换光谱仪对两种染料染色貉毛纤维的红外光谱进行研究，测试结果如图2-8和图2-9所示。

图2-8　活性染料染色后貉毛纤维与原毛的红外光谱图

图2-9　姜黄天然染料染色后貉毛纤维与原毛的红外光谱图

从图2-8和图2-9的ATR傅立叶变化红外光谱图中可以看出染色后貉毛纤维和原貉毛纤维的红外图谱差异不大，都只有1042 cm-1处出现了新的吸收峰。说明染色前后貉毛纤维鳞片层中的化学官能团并未发生显著变化。

在3286 cm-1和2923 cm-1处都是由N—H伸缩振动引起的吸收；2852 cm-1处是由C—H伸缩振动产生的吸收；1644 cm-1处出现的吸收峰是酰胺Ⅰ带的C—O的伸缩振动产生的；1538 cm-1处的吸收峰是酰胺Ⅱ带N—H弯曲振动与C—N伸缩振动组合产生的；1454 cm-1处有一个微弱的尖细单峰，这是由C—H弯曲振动引起；1241 cm-1处的吸收峰是酰胺Ⅲ带C—N伸缩振动产生的；667 cm-1处的吸收峰是由O—H面外弯曲和N—H面外弯曲振动所产生的。

两种染料染色后貉毛纤维的红外光谱图在1042 cm-1处出现了一个尖锐的吸收峰，它是半胱胺磺酸盐（SO3-）的特征吸收峰，是S—O伸缩振动引起的，这个新的吸收峰的出现表明纤维中胱氨酸二硫键发生断裂，说明染色使纤维角蛋白中的二硫键发生断裂，形成了新的产物。(www.xing528.com)

傅立叶变换红外光谱仪测定蛋白质纤维分子的二级结构用得最多的是位于1740～1580 cm-1处的酰胺Ⅰ带，它主要是由羰基振动，还有较弱的C—N伸缩振动以及N—H弯曲振动引起的。一般来说，认为该区域的二级结构有四种：α-螺旋结构、β-折叠结构、β-转角结构和无规卷曲。蛋白质纤维的红外光谱中酰胺Ⅰ带的特征谱带的分布见表2-3。

表2-4　蛋白质红外光谱酰胺Ⅰ带的分布

红外图谱中酰胺Ⅰ带的振动非常复杂，谱带之间有可能存在交叠、隐峰等信息，为了能够更准确对貉毛各谱带的成分进行分析，需要对其进行多峰分峰拟合。用Origin和Omnic软件对未染色貉毛和脱色貉毛纤维染色后红外光谱图的酰胺Ⅰ带进行多峰高斯/洛伦茨函数拟合分峰，就能在原红外光谱图中得到各拟合峰的位置、峰面积、半峰宽等参数，然后可定量地计算出未染色貉毛纤维和染色后貉毛纤维四种二级结构的含量百分率。

对未染色貉毛和两种染料染色后的貉毛纤维进行分峰拟合分析其二级结构的变化。未染色貉毛纤维和两种染料染色后貉毛纤维的二级结构在酰胺Ⅰ带中的分峰拟合结果如图2-10～图2-12所示。二级结构的含量百分率的计算公式如下：

由图2-10～图2-12可以看出，在分峰拟合前酰胺I带中只有一个吸光度比较高的宽峰，通过分峰拟合对其处理之后，得到多个子峰，所得的各个子峰和原波峰有好的拟合效果。根据上述公式计算出两种染料染色后貉毛纤维二级结构的含量，结果见表2-4。

图2-10　未染色貉毛纤维的分峰拟合图

图2-11　活性染料染色后貉毛纤维的分峰拟合图

图2-12　姜黄染料染色后貉毛纤维的分峰拟合图

表2-5　未染色貉毛纤维和两种染料染色后貉毛纤维酰胺Ⅰ带二级结构的含量百分率（%）

由表2-5可以看出，未染色貉毛纤维四种二级结构含量的差别较大。β-转角结构最多，其次是β-折叠结构，α-螺旋结构和无规卷曲的含量差别不大。两种染料染色后貉毛纤维的α-螺旋结构、β-折叠结构、无规卷曲含量都有不同程度的增加，而β-转角结构含量减少。

（2）染色前后貉毛纤维的表面形态。染色后貉毛纤维的表面形态如图2-13所示，图2-13（b）为兰纳素活性染料低温染色后纤维的表面形态，图2-13（c）为姜黄天然染料染色后纤维的表面形态。

图2-13　染色后貉毛纤维表面形态

由图2-13可以看出，貉毛纤维经过兰纳素活性染料低温染色与天然姜黄染料染色后，貉毛纤维表面的鳞片结构仍然可以清楚地观察到。兰纳素活性染料染色后貉毛纤维的表面粗糙，有鳞片翘起，还有少许杂质附着于纤维表面，这是染色过程中染料与貉毛纤维发生化学键结合，连接在纤维大分子链上；部分鳞片上产生了明显的裂纹，鳞片的厚度稍有变薄。姜黄天然染料染色后貉毛纤维表面鳞片边缘钝化，多数鳞片翘起，部分鳞片脱落。总体来看，两种染料染色对貉毛纤维的鳞片损伤较小。

（3）染色对貉毛纤维摩擦因数的影响。纺织纤维的摩擦性能不但会直接影响纺织工艺的顺利进行，而且与纱线、织物的质量密切相关。纤维摩擦力会直接影响纤维加工的整个过程，如梳理和牵伸等。因为纤维摩擦力的存在，会有纤维相互之间、纤维和机器之间的相对运动。由于貉毛纤维鳞片排列的方向性，其摩擦因数有逆鳞片和顺鳞片之分。以最新发展的电子式纤维摩擦因数测试仪按照规定方法测定未染色貉毛纤维和两种染料染色后貉毛纤维的逆鳞片和顺鳞片摩擦因数。实验结果见表2-6。

表2-6　未染色貉毛纤维和两种染料染色后貉毛纤维的摩擦因数

由表2-6可以看出，无论是兰纳素活性染料低温染色，还是姜黄天然染料染色，染色后的貉毛纤维与原貉毛纤维相比，顺鳞片系数和逆鳞片系数均有小幅地减少，说明染色对貉毛纤维鳞片的损伤较小；其摩擦效应较高且变化不大，这是由于貉毛纤维鳞片生产的特点及其翘角较大所致，纤维有良好的抱合力，在纺纱过程中保证梳理和牵伸过程能够顺利进行；同时赋予纤维良好的缩绒性，在生产针织毛衫时能够使织物质地紧密厚实、长度缩短、弹性及保暖性增强，但生活中毛织物水洗时会因机械力的作用产生毡缩现象，其风格和尺寸稳定性受到影响，因此，实际中需对其进行防毡缩整理。