蛋白质纤维的化学加工.ppt
2.4 蛋白质纤维的化学加工,主要内容：2.4.1 羊毛的化学加工2.4.2 蚕丝的化学加工2.4.3 山羊绒的化学加工2.4.4 兔毛的化学加工2.4.5 大豆蛋白纤维的化学加工重点：洗毛、炭化、蚕丝精练的原理和方法。难点：羊毛洗涤、炭化的原理和工艺，蚕丝精练的原理和工艺,2.4.1 羊毛的化学加工,一、洗毛1 洗毛的目的,羊毛原毛,羊毛脂,羊汗,砂土（土杂）,植物性杂质（草杂）,洗毛,炭化,原毛中含有大量羊毛脂、羊毛汗、矿物质、砂土、草杂等杂质，根本不能直接用于纺织。为了使其呈现出原有的洁白、松散、柔软、弹性优良等特性，以保证梳毛、纺纱、织造、染整等工序的顺利进行，必须对原毛加以洗涤和炭化等加工。,羊毛原毛,羊毛脂,羊汗,砂土（土杂）,高级脂肪酸,高级一元醇,与碱皂化,乳化方法,无机盐,碳酸钾可皂化脂肪酸,采用合成洗涤剂,洗毛：利用机械与化学相结合的方法去除原毛中的羊毛脂、羊汗和粘附的砂土等杂质，获得较为纯净的羊毛纤维（洗净毛）的工艺过程。,2.4.1 羊毛的化学加工,2 洗毛的原理第一阶段：润湿羊毛，使洗液渗透到污垢与羊毛之间联系较弱的部位，降低它们之间的结合力引力脱松阶段。第二阶段：污垢与羊毛表面脱离，并转移到洗液中污垢脱离阶段。第三阶段：污垢的转移阶段，将羊毛上的污垢转移到洗液中，并稳定地悬浮在洗液中而不再回到羊毛上，以防止羊毛再度被沾污。3 洗毛方法和工艺洗毛方法有乳化法、羊汗法、溶剂法以及冷冻法等，其中以乳化法应用最为普遍。乳化水洗法：通过表面活性剂和无机盐的作用，使羊毛脂乳化而从纤维上分离下来，达到除脂目的。包括：弱碱性洗毛（皂碱洗毛和合成洗涤剂加纯碱洗毛）、酸性洗毛、铵碱洗毛、中性洗毛等。,洗涤过程中使用到的主要药剂,碱（Na2CO3）,洗涤剂,如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等,元明粉（Na2SO4）食盐（NaCl）,通过双电层作用稳定洗涤下来的油污防止油污再度沾污羊毛纤维,三聚磷酸钠,软化硬水,皂化，具有一定洗涤作用,对象：油脂含量高，砂土少，如澳大利亚美利奴细羊毛,洗毛碱性洗毛法,所谓碱性洗毛是指羊毛在pH值8.59.5的洗液中进行洗涤，利用羊毛脂中的脂肪酸与碱发生皂化反应，生成羊毛脂皂起到助洗作用。皂碱洗毛是沿用较久的一种碱性洗毛方法。,目前较多使用合成洗涤剂加碱的碱性洗毛方法。,对象：油脂含量低，土杂含量高，如国产改良细羊毛,洗毛酸性洗毛法,该类羊毛所含土杂大多为碱性，故在洗毛液中随着土杂的积累越来越多，其洗液的碱性也将逐渐加强。为了避免损伤羊毛，常在洗槽中加入适量的乙酸和硫酸进行中和，以阻止洗液的碱性进一步加强，维持洗液中一定的pH值，故而称为酸性洗毛法。,常用的表面活性剂有非离子表面活性剂（如月桂醇聚氧乙烯醚）、阴离子表面活性剂（如烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠）等。,洗毛铵碱洗毛法,对象：油脂含量低，土杂含量高，如国产改良细羊毛,将硫酸铵代替纯碱加入后一个洗毛加料作用槽中，与由前一个洗毛槽输入的羊毛上残留的纯碱发生复分解反应。反应后生成的硫酸钠（元明粉）可以促进洗涤剂的洗涤作用，生成的氨水可以去除羊毛上的皂化物，而生成的二氧化碳则可以起到松散羊毛、除去草屑等机械杂质的化学搅拌作用，从而达到洗净羊毛的作用。,洗毛中性洗毛法,对象：油脂含量低，土杂含量高，如国产改良细羊毛,由于洗毛液已呈碱性，因此可以不加入纯碱食盐或元明粉，只使用合成洗涤剂进行洗毛，这样不仅不会损伤羊毛，而且还可以增强洗涤效果。在洗毛时，应掌握洗液的pH值为67，洗液的温度可适当提高到5060。,烷基磺酸钠或对甲氧基脂肪胺苯磺酸钠的洗毛效果最好。,洗毛工艺及设备,开松除杂,洗 涤,烘干,浸渍,漂洗,清洗,轧水,开松、除杂,把块状原毛开松，除去大量砂土杂质。,除去羊毛脂、羊汗和砂土杂质,一般采用45槽联用,开洗烘联合机,洗毛废液经过提取羊毛脂、除去污垢杂质后再行回用。羊毛脂可做润滑剂、防冻剂、高级工业产品的特殊整理试剂和制做农药的渗透剂。精制的羊毛脂可用作发膏、香皂、香脂配料等化妆品和制做医疗用的烧伤、烫伤药膏等。,洗毛废液的利用：,2.4.1 羊毛的化学加工,二、炭化,1 炭化原理：根据羊毛耐酸而植物质不耐酸的特性，把含有植物质的羊毛浸渍于稀硫酸液中，除去多余酸液后烘干和高温烘烤，使植物质的主要成分纤维素在浓缩的酸液作用下脱水成焦黑的脆性炭质。这样就极易用机械压碎成粉末而去除。,羊毛原毛,草籽,炭化,草叶,用化学方法结合机械处理去除羊毛中植物性纤维素物质的工艺过程。,植物性纤维素,2.4.1 羊毛的化学加工,2 炭化工艺含草净毛浸酸轧酸烘干和焙烘轧炭和除炭中和烘干炭化净毛炭化方法有散毛炭化、毛条炭化、匹炭化和碎呢炭化等多种。,2.4.1 羊毛的化学加工,三、染色酸性染料染色、酸性媒介染料染色、金属络合染料染色四、丝光、超柔软整理1.丝光原理羊毛鳞片层由片状角朊细胞组成，一方面保护了羊毛不受化学品的侵蚀，阻碍染料上染；另一方面，由于其大小疏密不同，使羊毛纤维光泽较差并使羊毛产生缩绒性。羊毛丝光是对羊毛纤维进行重度氯化处理，以剥蚀羊毛纤维表面的鳞片，使蛋白质降解成冻胶，甚至是粘稠液体，再通过碱处理去除已剥蚀的羊毛纤维鳞片层中降解的蛋白质，使其表面光滑、平整，对光线呈有规则的反射，从而显现出光泽。2.丝光工艺羊毛预处理（渗透剂，45，30min）冲洗降温氧化（pH=4，28，60min）冲洗还原（pH=6，35，20min）脱鳞（pH=9.5，45，30min）冲洗防蛀染色冲洗功能柔软（pH=6，45，30min）脱水烘干3.超柔软整理经丝光处理后的羊毛制品手感僵硬、粗糙，弹性不足，即使经充分吸湿后有所改善，但仍不够理想，须进行超柔软整理。通常那个有机硅类柔软剂进行超柔软整理，以提高其弹性、平滑性，增加其柔软度，改善其手感。,2.4.1 羊毛的化学加工,五、拉伸细化1.拉伸细化的原理当羊毛纤维收到特定条件处理时，分子形状可以由型转变为伸长的型。为了实现这种转变，必须设法拆开各大分子链之间联系的横向键，并削弱型弯曲反向拆开时的氢键，使它伸直，再在新的位置上重新建立起联系，并固定下来，达到抽长拉细的目的。但是，使拉伸后的纤维形状不再改变而永久固定的工序不可缺少。2.拉伸细化的工艺毛条浸渍假捻拉伸永久定形复洗烘干Optim 部分定形烘干Optim六、防缩加工1.防缩原理羊毛织物的纤维表面有鳞片，在一定湿度下，如有打击、搓揉作用，鳞片膨胀打开，当鳞片的顺向（从毛根向毛尖，即从鳞片根部向自由端方向）摩擦因数小于逆向摩擦因数时，容易发生不同程度的毡缩。逆鳞片摩擦因数和顺鳞片摩擦因数之差称为定向摩擦效应。防止或降低毡缩的本质就是消除或降低这种主要因鳞片引起的定向摩擦效应，即破坏鳞片形状。,2.4.1 羊毛的化学加工,六、防缩加工2.防缩方法氯化树脂法：基于纤维角质层部分蛋白质分子被氧化降解。在水中，可溶性的分子会吸收大量水分子而使角质层膨胀和软化，因而形成冻胶状物质，使鳞片之间的接触面积增大，顺鳞片、逆鳞片的摩擦因数均增加，但两摩擦因数之差变小，即定向摩擦效应减弱，导致羊毛的毡缩性能降低。但羊毛易泛黄，造成色光变化大。单独树脂法：从结构上看，环氧树脂类的作用，不是改变羊毛纤维的表面结构，而是同鳞片层发生交联，从而将鳞片的边缘包裹起来，获得良好的防毡缩效果。聚氨酯树脂是目前防毡缩整理中最常用的一种，热反应型聚氨酯树脂的防缩，既降低了纤维表面的定向摩擦效应，又阻止了纤维之间的相互移动。氧化/树脂法：亚硫酸可用于防缩处理，它不会泛黄，织物经硫酸盐处理后，必须在弱碱性条件下用亚硫酸钠后处理才能得到防毡缩效果并增加织物对树脂的亲和力。因此氧化处理后用亚硫酸钠后处理很重要。,2.4.1 羊毛的化学加工,六、防缩加工2.防缩方法等离子体处理法：等离子体中含有大量活性离子，如电子、离子、亚稳态分子和原子、自由基、光子等。这些具有足够能量的粒子能和羊毛表面产生刻蚀作用并引起含氧、含氮的极性基团。如再浸轧树脂，使树脂均匀地覆盖在纤维表面，进一步减弱羊毛的定向摩擦效应，就能明显降低织物的毡缩倾向。酶处理法：羊毛经蛋白酶处理时，酶首先与鳞片和皮质层之间的胞间物质作用，使胞间物质分解，局部的临平层凸出而呈剥离之势。随着处理的景象，鳞片脱落，皮质层逐渐暴露，最后鳞片显著剥落，皮质进一步暴露，纤维结构松弛。所以经蛋白酶作用后，除重量减轻、强度下降外，染色性和缩绒性会发生改变。臭氧法：加工羊毛所使用的臭氧是将氧气在臭氧发生器中加高压放电而制造出来的，臭氧本身具有强大的氧化力，具有杀菌能力，可对羊毛进行杀菌处理。且臭氧水溶性小，对环境影响极小。,2.4.2 蚕丝的化学加工,一、精练前处理,精练的目的：去除绢纺原料上大部分丝胶和油脂，使纤维间胶着点分开，并去除粘附在原料上的尘土等杂质，制成较为洁净的、蓬松的、有一定刚弹性的、呈现珠光光泽的单纤维(精干绵)。主要是去除丝胶，随着丝胶的去除，附着在丝胶上的杂质也一并除去。因此，丝织物的精练又称脱胶。,绢纺原料,丝胶,油脂,滞头，蛹体,绢纺原料,茧类,丝吐类,滞头类,蛹衬,长吐短吐毛丝,茧衣,双宫茧口类茧黄斑茧,+茧层茧,缫丝,使多余的丝胶从茧丝上脱下，使纤维上保持均匀一致的残胶。丝胶在热水中就能溶解，绢纺原料的脱胶主要靠水，其次才是化学助剂。,利用化学方法（皂碱精练）或者生物方法（微生物或酶）使绢纺原料上附着的油脂（主要来自于蛹体）得以去除。,脱胶,除油,二、精练原理,绢纺原料,丝胶,油脂,皂、碱、洗涤剂,热水+碱,膨润,溶解,高级脂肪酸甘油酯的皂化,洗涤,化学精练是利用化学药剂的作用，促使绢纺原料脱胶、去脂。,三、精练方法1.酶制剂精练,丝胶+酶中间络合物肽、氨基酸+酶,油脂+酶中间络合物脂肪酸、甘油+酶,预处理,酶精练,后处理,真空渗透、浸泡,清洗,将微生物分解的酶经灭菌和提炼处理制成粉状或颗粒状的酶制剂，用酶制剂精练俗称酶练或酶制剂精练。酶精练的工艺流程为：前准备预处理酶脱胶精练练后处理。,2.化学精练,前处理,皂碱精练,后处理,原料选别,剥茧衣，除杂扯松，除蛹,高温精练，100,低温精练，4580,肥皂，纯碱，表面活性剂,清洗,烘干,精干绵,3.生物精练腐化练,自然发酵（腐化）,酶精练,绢纺原料直接利用微生物体水解油脂和丝胶蛋白质的精练方法。,将微生物分解的酶经灭菌和提炼处理制成粉状或颗粒状的酶制剂，用酶制剂精练俗称酶练或酶制剂精练。,不同的微生物分泌出蛋白酶与脂肪酶,2709碱性蛋白酶，AS、Z1405中性脂肪酶,指的是利用微生物精练与化学精练相结合的方法对绢纺原料进行脱胶和除油。,复合精练的方法,初练,微生物脱胶,复练,绢丝纺 将绢纺原料经化学和机械加工纺成绢丝的过程。绢丝纺工艺依顺序分为精练、制绵和纺纱三阶段。精练包括原料选别、脱胶、水洗、脱水、烘干等工序。制绵包括精干绵给湿、配合称重、开绵、切绵、梳绵、排绵等工序。目的是把长而缠结的精干绵制成有一定范围长度适于纺丝的精绵。纺纱包括精绵配合、延展、制条、并条、延绞、粗纱、细纱以及并丝、拈丝、整丝、烧毛等工序。,绢纺工程,2.4.3 山羊绒的化学加工,一、山羊绒的脱色机理山羊绒脱色，就是采用化学方法最大限度地破坏纤维中原来所含的各种色素，并尽量保证羊绒纤维的各项物理机械性能不受或少受损伤。使用氧化剂和还原剂都可以破坏色素的结构，从而使色素脱离纤维，达到脱色的目的。这就是蛋白质纤维漂白的基本原理。1.还原漂白法利用还原性化合物处理羊绒。用这种漂白法加工的羊绒，白度不持久，长期在室温下存放会被氧气氧化而变黄，一般不采用这种漂白方法。2.氧化漂白法用氧化漂白剂对羊绒进行漂白，可以破坏有色物质的共轭体系，明显提高羊绒的白度，并可长久保持，但在氧化的同时会对纤维产生氧化降解作用，使纤维收到不同程度的损伤。二、脱色过程及工艺有色山羊绒色素螯合色素溶解色素脱离脱色羊绒前处理漂白脱色还原清洗,2.4.4 兔毛的化学加工,一、兔毛制品的掉毛规律兔毛产品使用过程中的掉毛现象与它的形态结构有关，表现为低的表面摩擦特性和卷曲特性，使纤维间的约束作用减弱，极易从制品上脱落，形成掉毛；较薄的皮质层使兔毛的强度下降，在反复摩擦过程中极易折断而形成掉毛；因饲养的原因，使兔毛的形态结构中存在弱节，加剧了掉毛现象；兔毛纤维较短，使用过程中因纱的结构、织物结构对单纤维的有效控制能力小，而形成掉毛。二、减少兔毛制品掉毛的方法1.纤维化学变性法 目的是增大纤维表面的摩擦因数。主要方法有氧化法、树脂法、氧化树脂法、还原法。氧化法是通过氧化作用部分损伤兔毛的鳞片层，使表面摩擦因数增大。树脂法是通过树脂使纤维间粘连，阻止因纤维滑脱而出现的掉毛现象。还原法是通过还原剂的作用，促使兔毛纤维膨化，使鳞片张角及兔毛的卷曲形态产生变化，增加纤维的可纺性，使之易于捻合，从而达到增大纤维间束缚力的目的。2.低温等离子法在一定真空度下，利用低温等离子体技术，使用氮、氧等等离子体轰击兔毛纤维表面，使之产生物理变化和化学变化，实现对鳞片层的刻蚀作用，达到变性目的。,2.4.5 大豆蛋白纤维的化学加工,一、大豆蛋白纤维的组成及结构1.大豆蛋白纤维的组成大豆蛋白由1820种氨基酸组成，在氨基酸的侧基上有不同的活性基团，如羟基、羧基、氨基等，能参与各种化学反应。在再生大豆蛋白纤维纺丝过程中，大豆蛋白中的酪氨酸、组氨酸等能与聚乙烯醇分子的羟基反应，形成交联；在醛化交联过程中，聚乙烯醇分子间、大豆蛋白质分子间以及聚乙烯醇和大豆蛋白质分子间都可能产生各种交联结构。2.大豆蛋白纤维的形态结构大豆蛋白纤维的截面形态不完全一致，大多呈哑铃形，一部分呈扁平形、腰圆形，还有少部分呈三角形。大豆蛋白纤维有利于吸湿、导湿、放湿，密度较小。3.大豆蛋白纤维的性能密度小，摩擦因数低，机械性能优良，强度指标优于棉、毛、蚕丝和粘纤，强力明显不匀，伸长率大且湿强较差，弹性差，易变形，大豆纤维的双折射率低，说明大分子的取向度低。,2.4.5 大豆蛋白纤维的化学加工,二、大豆蛋白纤维的加工1.半成品工序从豆柏中提取分离纯蛋白质、把提纯后的分离蛋白质溶解成溶液，并浓缩到浓度为15%20%；溶解聚乙烯醇高分子聚合物，使其成为浓度为15%20%的水溶液；把浓度为15%20%的分离蛋白质溶液和15%20%的聚乙烯醇高分子聚合物溶液按配比混合并搅拌均匀，制成纺丝原液；将纺丝原液脱泡后进入湿法纺丝机采用湿法纺丝；由纺丝板中喷出的丝进入凝固浴，经过湿浴牵伸、烘干、干热牵伸和热定形程序。2.半成品之后的处理程序包括缩醛化、水洗、上油、烘干、卷曲、定形，切断后即为成品。,2.4.5 大豆蛋白纤维的化学加工,三、大豆蛋白纤维的改性1.大豆蛋白纤维常压等离子体表面改性利用介质阻挡放电技术（DBD）处理大豆蛋白纤维及其粗纱，能有效改善纤维表面形态，增加纤维表面摩擦因数，提高粗纱中纤维的抱合力，且对纤维强伸性能的影响不大。2.GMA单体对大豆蛋白纤维接枝改性甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）分子结构中除含有烯基外，还含有一个环氧基，在于纤维发生接枝共聚反应的同时，环氧基也可与纤维发生交联反应。接枝处理后织物的白度稍有增加，干态折皱回复性有所提高，强力有所下降。,思考题,1 洗毛的原理是什么，有哪些方法？2 羊毛炭化的目的是什么？3 羊毛丝光处理的原理是什么？4 羊毛防缩基本原理是什么？5 羊毛防缩方法有哪些？6 绢纺原料精练的目的是什么，有哪些方法？7 简述羊绒脱色的机理。8 减少兔毛制品掉毛的方法有哪些？9 大豆蛋白纤维改性的方法有哪些？,
