【應用】羊毛親水改性及其在活性染料扎染中的應用

研究背景

羊毛織物因其豐滿的手感、優異的保暖性、*的懸垂性以及良好的彈性而備受消費者的青睞。由于纖維表面共價結合的脂質以及高交聯（異肽鍵和二硫鍵）的致密鱗片層的存在，使得本該親水的蛋白質纖維變得疏水，不僅影響羊毛織物穿著過程中的吸濕排汗性，而且嚴重影響染料在纖維表面的吸附與擴散。通過低濃度羥胺首先去除羊毛纖維表面共價結合的脂質，降低纖維的疏水性。然后利用L-半胱氨酸打開角蛋白內部的二硫鍵，同時形成新的二硫鍵，將L-半胱氨酸結合到羊毛纖維上，進而提高纖維的親水性，改善羊毛的軋染性能。

實驗儀器與方法 

實驗使用了德國KRüSS公司的DSA30接觸角測試儀。

織物的潤濕性測試：通過水滴的鋪展時間來表征羊毛織物的潤濕性，采用DSA30接觸角測試儀滴加2 μL去離子水，記錄從液滴接觸織物開始至鋪展過程鏡面反射*消失所需的時間。

實驗結果與討論 

羥胺處理條件對織物潤濕性的影響

羊毛纖維表面結合的脂質主要是以硫酯鍵、氧酯鍵形式共價交聯存在的，羥胺可以通過親核取代使全部的硫脂鍵及部分的氧酯鍵發生斷裂，反應過程如圖1所示，生成相應的羥肟酸以及羥基或者巰基。

圖 1  羥胺與羊毛的作用機制

羥胺處理溫度及時間對織物潤濕性的影響如圖2所示，在同一溫度下隨著羥胺處理時間的延長，水滴的鋪展時間逐漸減小，羊毛織物表面逐漸變得親水，水滴最快可在2s內完成鋪展。此外，溫度對處理織物達到最佳親水狀態時間有顯著影響。在50℃下達到最佳親水效果需要處理90min，60℃下為50min，而在70℃下僅僅需要40min，說明高溫有助于加快羥胺與硫脂鍵、氧酯鍵的反應速率。為避免高溫對羊毛纖維造成不必要的損傷，羥胺處理溫度以60℃為宜，處理時間為50min。

圖 2 羥胺處理溫度及時間對織物潤濕性的影響

L-半胱氨酸對織物潤濕性的影響

L-半胱氨酸可打開羊毛纖維上二硫鍵，并生成新的二硫鍵，L-半胱氨酸與羊毛纖維的反應機制如圖3所示。

圖 3  L-半胱氨酸與羊毛纖維的反應機制

L-半胱氨酸處理溫度及時間對織物潤濕性的影響如圖4所示。在相同溫度下，隨著L-半胱氨酸處理時間的延長，織物的水滴鋪展時間不斷減小，親水性不斷提高。此外，隨著處理溫度的升高，織物達到最佳親水效果的時間也不斷減小。40℃下對織物進行 L-半胱氨酸處理，達到最佳親水效果(水滴鋪展時間大約2s)的時間大于120min，50 ℃下為60min，而在60℃下僅需要30min，說明較高的溫度可以加快L-半胱氨酸的反應速率。為避免高溫對羊毛的損傷，60℃下處理30min為最宜。

圖4  L－半胱氨酸處理溫度及時間對織物潤濕性的影響

結論 

1.    采用羥胺、L-半胱氨酸對羊毛織物進行改性，極大地提升了織物的親水性且對纖維表觀形貌基本上沒有影響。

2.    根據單因素實驗的結果分析，羊毛織物最佳處理工藝為：鹽酸羥胺用量7%( owf)，氫氧化鈉濃度16. 7×10^－2 mol / L，60 ℃處理50 min; L－半胱氨酸用量20%( owf)，氨水濃度4.7×10^－2 mol / L，60 ℃處理30 min。

本文有刪減，詳細信息請參考原文

李游亞,胡蝶,趙強強,何瑾馨.羊毛親水改性及其在活性染料軋染中的應用[J].毛紡科技,2021,49(07):15-20.