牦牛绒和驼绒染色性能分析

牦牛绒与驼绒纤维是一种优良的天然蛋白质纤维，具有很多合成纤维无法比拟的性能，但是天然蛋白质纤维的颜色比较单一，随着广大消费者对现代纺织品的颜色要求越来越高，纤维的染色性能成为研究毛类纤维性能的重要课题之一。

1．牦牛绒与驼绒的染色原理

由于毛纤维鳞片层的致密结构会造成染料大分子向纤维内部扩散的阻力，绒毛纤维CMC中的胞间黏合物为非角朊蛋白质，特别容易受到化学试剂的作用，因此，纤维在染色时候染料总是先到达CMC，经过鳞片内层后再对外层染色，最终达到染色的目的。

兰纳素染料是一种含有α-溴代丙烯酰胺基团的毛用活性染料，它主要与毛类纤维中的羟基原子、氨基氮原子、旈基发生配位键而使染料固着在纤维表面达到染色的目的。因它的母体是含有带磺酸基团的偶氮和蒽醌结构类型，所以具有较高的耐干湿摩擦色牢度。

兰纳素活性染料染色的机理：染色过程一共三步。第一步是溶液中的染料向纤维表面慢慢扩散，第二步是吸附在纤维表面的活性染料向纤维的内部扩散，第三步是染料与纤维在一定条件下发生共价结合。

2．牦牛绒与驼绒的染色工艺

采用活性染料低温染色，工艺处方：元明粉10 g/L，红色兰纳素染料3%（o.w.f），匀染剂2%（o.w.f），醋酸0.6%，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，工艺流程如图5-3所示。

图5-3　牦牛绒与驼绒活性染料低温染色工艺

3．染色牦牛绒与驼绒的性能表征及测试

在染色试验中，影响染色试验的因素有很多，例如，染色时间、染色温度、碳酸钠的用量等，通过单因素试验找出最佳的时间、温度、碳酸钠用量来减少纤维的损伤，改善染色效果。

（1）染色温度对纤维染色性能影响。由于毡缩试验和脱色试验已经对纤维有一定程度的损伤，如果染色温度太高，会加大对纤维的损伤，因此，选择低温染色工艺处理牦牛绒与驼绒。按照低温染色工艺处方，其他条件不变，改变染色温度。试验结果见表5-10。

表5-10　染色温度对纤维强力和K/S值的影响

由表5-10可知，随着温度的上升，牦牛绒与驼绒纤维强力都降低，牦牛绒的K/S值缓慢上升，驼绒的K/S值升高且上升趋势明显。温度为55℃时，牦牛绒和驼绒的纤维强力都在3.5 cN以上，纤维K/S值都在24以上。当染色温度过低时，纤维溶胀较小，部分纤维表面鳞片层未打开，染料分子未进入纤维内部，仍有阻力，导致纤维染色不均匀，K/S值低。当染色温度升高时，纤维鳞片层结构破损，染料进入纤维内部与牦牛绒和驼绒纤维充分反应，纤维K/S值增大，但温度太高会导致纤维强力降低，影响纤维的质感。综合考虑，选择牦牛绒与驼绒的染色温度都为55℃进行后续试验。

（2）染色时间对纤维染色性能影响。在染色试验中，纤维的染色时间是影响纤维染色的重要因素之一，按照低温染色工艺处方对经过脱色后的牦牛绒与驼绒染色，染色温度选择55 ℃，改变染色时间，探讨染色时间对纤维的强力和表观着色量（K/S值）的影响，试验结果见表5-11。

表5-11　染色时间对纤维强力和K/S值的影响(www.xing528.com)

由表5-11可知，随着染色时间的增加，牦牛绒与驼绒纤维的强力都降低，纤维的K/S值先增加后有减小，减小的趋势不明显。在染色时间为60 min时，牦牛绒纤维的强力损伤较少，K/S值高。驼绒的染色温度为90 min时，染色效果较好。当染色时间高于90 min时，牦牛绒和驼绒纤维的表观着色量变化不大，强力下降。主要原因是纤维与染料分子已经充分反应，且反应达到平衡，纤维K/S值不会随着时间增加而增加，延长反应时间意义不大。综合考虑，选择牦牛绒染色时间为60 min、驼绒染色时间为90 min，进行后续的试验。

（3）碳酸钠用量对纤维染色性能影响。在染色温度为55℃，牦牛绒染色时间为60 min、驼绒染色时间为90 min，其他工艺按照低温染色工艺处理，改变碳酸钠的用量。探究碳酸钠用量对牦牛绒与驼绒的强力和表观着色量（K/S值）的影响，试验结果见表5-12。

表5-12　碳酸钠用量对纤维强力和K/S值的影响

由表5-12可知，随着碳酸钠用量的增加，牦牛绒与驼绒的强力都降低，牦牛绒表观着色量K/S值先增加后减小，减小趋势平缓；驼绒的K/S值有波动，但总体呈上升趋势。碳酸钠用量对牦牛绒纤维的强力影响较大，加入碳酸钠能促进活性染料中活性基团的生成，打破溶液酸碱平衡，溶液pH升高，加快反应速率。当碳酸钠用量超过15 g/L时，牦牛绒与驼绒的强力明显降低。增加碳酸钠用量使纤维K/S值增加的主要原因是加入碳酸钠之后，会促进染料中的活性基团与纤维蛋白质反应，提高染色速度，加入的碳酸钠会使纤维的溶胀程度变大，染料与纤维接触得更彻底，从而发生化学反应产生更多共价键，固着在纤维表面，使纤维K/S值增加，待反应完成后，纤维的K/S值变化不大。综合考虑选定碳酸钠用量为15 g/L为最佳浓度。

（4）染色后牦牛绒与驼绒色牢度分析。通过染色工艺优化试验，对经过DCCA和脱色处理后再染色的牦牛绒与驼绒纤维进行色牢度耐水洗和耐摩擦分析，试验结果见表5-13。

表5-13　染色后牦牛绒与驼绒纤维的色牢度分析

由表5-13可知，经过脱色处理再染色的牦牛绒和驼绒的耐水洗和耐摩擦色牢度都在4级左右，都在标准要求范围内，说明经过兰纳素低温染色工艺优化后的牦牛绒与驼绒纤维的染色效果好。

（5）染色后牦牛绒与驼绒红外光谱分析。采用傅立叶红外变化光谱对染色处理前后牦牛绒与驼绒纤维的结构变化进行研究（图5-4、图5-5）。

图5-4　牦牛绒纤维染色前后红外光谱分析

图5-5　驼绒纤维染色前后红外光谱分析

由图5-4和图5-5可知，牦牛绒和染色处理后牦牛绒纤维的傅立叶变换红外图谱有一定的差异，说明染色后牦牛绒鳞片层中有新的化学官能团产生。而驼绒纤维和染色后纤维的红外光谱图差异不大，说明染色后驼绒纤维鳞片层中的官能团没有明显的变化，具体分析如下：在1034 cm-1和1042 cm-1处都是S—O伸缩振动引起的；在1235 cm-1处是酰胺Ⅲ带C—N伸缩振动产生的；在1525 cm-1和1526 cm-1处的吸收峰是酰胺Ⅱ带C—N伸缩振动和N—H弯曲振动引起的；在1633 cm-1和1631 cm-1是酰胺Ⅰ带的C—O伸缩振动引起的吸收；在2923 cm-1和2921 cm-1处的吸收峰是由N—H伸缩振动所产生的。

牦牛绒与驼绒纤维的红外光谱图分别在1042 cm-1和1034 cm-1处出现了明显的尖锐吸收峰，这是半胱胺磺酸盐（SO3-）的特征吸收峰，它是由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。