牦牛绒和驼绒的脱色性能分析

牦牛绒与驼绒纤维本身含有色素，使其在纺织业中的应用受到了限制，为了解决这一问题，需要对纤维进行脱色处理。有色动物纤维的色素主要是动物生长过程中因内在因素形成的，色素主要分布在动物纤维的皮质层中，偶尔在纤维鳞片层中也能发现黑色素颗粒存在。对色素的结构，目前尚未准确了解，最主要是酪氨酸黑色素，它是由酪氨酸经过一系列酶催化氧化合成，最终产物是高度交联和高度共轭的体系。牦牛绒分为黑牛绒、青牛绒等，这些纤维颜色有深有浅的主要原因是纤维中酪氨酸黑色素的含量不同。由于牦牛绒和驼绒等天然蛋白质纤维本身具有较深的颜色，在纤维产品的开发上具有一定的局限性，为了获得更多色彩鲜明的牦牛绒与驼绒纺织品，需要对牦牛绒与驼绒纤维进行先脱色再染色的工艺研究。

1．牦牛绒与驼绒的脱色原理

脱色试验一般分为三步：Fe2+预处理→氧化脱色→还原脱色。

（1）Fe2+预处理机理。黑色素对金属离子有很强的亲和力，天然黑色素中含有金属离子。对黑色素这一性质的解释为：黑色素中存在大量的COO—、—OH和—NH，这些基团都可以与金属离子络合，形成螯合环，使它们之间的结合很稳定。在对牦牛绒与驼绒漂白时，一般选择H2O2作为漂白剂，H2O2在对纤维进行漂白脱色时需要用金属离子来催化，加快分解速率，从而起到漂白脱色的目的，由研究发现：Fe2+盐对纤维蛋白质损伤较小，是最有效的媒染剂之一，因此，选择硫酸亚铁溶液作为络合剂。预处理的机理是：将纤维用含有Fe2+的溶液进行处理，使纤维中的色素蛋白质与Fe2+形成络合物来破坏纤维中的黑色素。在后续H2O2氧化脱色过程中，Fe2+存在于H2O2溶液中，能促进H2O2释放出大量活性游离基，使黑色素进一步被破坏。在预处理后，洗去多余的Fe2+，剩余的Fe2+包围色素在氧化脱色时起催化作用。

（2）氧化脱色机理。牦牛绒与驼绒纤维用硫酸亚铁进行预处理，然后用H2O2对其进行氧化脱色试验，氧化脱色主要是利用硫酸亚铁中Fe2+催化H2O2分解，形成HO2-、HO-、O2-2等游离基，在一定条件下破坏纤维中的色素共轭体系，从而起到漂白和消色作用。硫酸亚铁溶液中Fe2+能够加快H2O2的分解且色素对Fe2+有吸附能力，对毛纤维进行Fe2+预处理，就是利用色素的这种特殊性质。H2O2在漂白脱色过程中所产生的废水无污染、无毒害且反应易受控制，因此，被广泛应用在各种产品的漂白加工中。

（3）还原脱色机理。牦牛绒与驼绒纤维经过氧化脱色试验后，在氧化脱色试验中，Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，氧化物呈黄褐色附着在纤维表面，影响纤维的白度和手感，因此，要对氧化脱色后的纤维进行进一步的还原脱色。在还原脱色中，选择二氧化硫脲作为一种强还原剂，它不仅能与纤维表面黄褐色物质发生还原反应，将Fe3+还原成Fe2+，也能与纤维内部未除去的黑色素发生反应，它在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中易转化为异构体甲眯亚磺酸，并迅速分解成具有强还原性的次硫酸，次硫酸H2SO2受热分解，产生新生态氢，有强烈的还原作用，能破坏色素，提高纤维的白度。而且二氧化硫脲对纤维损伤和环境污染较小、容易处理。

2．牦牛绒与驼绒的脱色工艺

（1）脱色试验步骤。纤维脱色由三部分组成：预处理试验、氧化脱色试验、还原脱色试验。

①预处理：将牦牛绒、驼绒纤维放入一定pH的硫酸亚铁溶液中反应，一定时间后进行冲洗。

②氧化脱色：在一定温度下，将预处理后的牦牛绒、驼绒纤维放入由H2O2、渗透剂、柠檬酸配制成的一定pH的混合溶液中反应，一段时间后进行冲洗。

③还原脱色：在一定温度下将氧化脱色后的牦牛绒、驼绒纤维放在由二氧化硫脲配制的一定pH溶液中反应，一段时间后进行充分清洗并干燥。

（2）试验方案。牦牛绒与驼绒的脱色试验：首先对预处理过程进行优化，在预处理过程中对硫酸亚铁的浓度、温度、时间三个因素进行优化，以纤维白度和强力为考察指标。通过正交试验，确定预处理最优方案，同样确定氧化脱色和还原脱色的最佳工艺方案。氧化脱色试验中的变量为H2O2的浓度、氧化温度及氧化时间，还原脱色试验中的变量为二氧化硫脲的浓度、还原温度以及还原时间。使用同样的方法处理驼绒纤维选出最佳脱色工艺条件。

参考貉毛纤维的脱色试验，将初步试验方案定为表5-6。

表5-6　脱色试验初步方案

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注　所有试验浴比都为1：50。

3．脱色牦牛绒与驼绒的性能表征及测试

（1）青牛绒脱色试验优化结果。对青牛绒进行脱色试验，优化结果见表5-7。

表5-7　青牛绒的脱色优化工艺

（2）驼绒脱色试验优化结果。对驼绒进行脱色试验，优化结果见表5-8。

表5-8　驼绒的脱色优化工艺

（3）三种绒毛纤维脱色效果对比。三种纤维脱色前后，纤维白度与强力变化见表5-9和如图5-2所示。

图5-2　绒毛纤维脱色效果对比

表5-9　纤维脱色前后强力与白度变化情况

由图5-2和表5-9可知，黑牛绒、青牛绒、驼绒脱色处理之后纤维的白度都在50%以上，纤维强力有一定损伤，但不影响后续的纺纱织造工艺。驼绒纤维的脱色效果最好，其次是青牛绒，最后是黑牛绒。主要因为黑牛绒纤维内部含有的黑色素最多，在相同脱色工艺条件下与青牛绒和驼绒相比较，黑牛绒的漂白能力较差。三种纤维在氧化脱色试验中要注意氧化脱色的温度，选择脱色温度低于70℃，当温度超过70℃时，溶剂进入纤维内部开始攻击纤维内部角蛋白朊结构，对纤维损伤较大。通过改善预处理、氧化脱色、还原脱色的工艺条件，可以提高纤维白度、降低纤维损伤。