CN111647955A - 基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备 - Google Patents

基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备。所述羊毛是在拉细复配液的预处理中，打开羊毛纤维大分子链中二硫键的交联，使羊毛纤维平稳拉细，而大分子间发生滑移，由此产生纤维拉伸曲线平台区仍保留中段屈服区的拉细羊毛。制备方法为：将未拉伸的羊毛在预处理液中处理；拉细复配液加热至其温度能够打开羊毛纤维中的化学键；将处理好的羊毛进行纤维拉伸，使其纤维直径变细；拉细后的羊毛纤维分别在一次定型液和二次定型液中处理，拉细后的羊毛纤维获得稳定的定型。本发明采用的分子滑移机理的研究方法对超短羊毛或羊绒纤维的高附加值利用有良好的效果。

Description

基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备
技术领域
本发明涉及一种羊毛纤维的细化机理的研究方法，特别是涉及一种基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备。
背景技术
羊毛是一种重要的纺织原料，它具有弹性好、保暖性好、吸湿性强、不易沾污、光泽柔和等特点，羊毛是各种高档衣物和名贵装饰品的材料，也广泛应用于保暖性强的各季织物。近年来，随着人们对生活质量要求的提高，同时兼具保暖性与轻薄化的毛织物越发受到消费者的青睐，因此，毛织物的轻薄化已经成为一个重要的研究方向，通过拉伸细化降低细度是一种科学有效的解决办法。现有的羊毛细化材料，沸水收缩率一般在12％～40％，即拉伸细化的主机制是α螺旋大分子结构向β折叠大分子结构的转变所致，而且经拉伸测试，发现羊毛拉伸曲线上缓弹性段消失，一般在0％～3％，纤维变得刚硬，纤维的整体断裂伸长率仅有10％～13％，所以让纤维的强度大于等于20％是不可能的，纤维的细度大于等于5.5μm或大于26％是不可能的。
目前对羊毛纤维已经进行了诸多研究，主要集中在以下几方面：
第一类是关于羊毛拉伸细化的工艺。一种羊毛拉伸细化色纺A70-648s/2针织纱及其加工工艺(专利申请号201110291393.2)将56s的短毛采用浸渍还原软化剂、加捻复合拉伸工艺，永久定形工艺，利用的原理是α螺旋结构向β折叠结构转变。一种羊毛牵伸细化工艺(专利申请号：201210389495.2)依据羊毛拉伸过程中容易断的特点，利用胶体包覆羊毛进行牵伸，牵伸倍数最多达到原来的一倍。一种有色和未着色羊毛拉伸细化和非永久定形的方法(专利申请号：201310326438.4；201310326437.X)将细度为14.7μm～28.0μm拉伸细化到12.7μm～22.7μm的非永久定形的有色或无色羊毛，然后在在90℃以上的湿热条件下使羊毛收缩。一种未着色羊毛拉伸细化和永久定形的方法(专利申请号：201310326446.9)也是将上述细度的羊毛细化到12.7μm～22.7μm，与非永久定形不同的是，将细化后的羊毛给定形下来且羊毛的强度可以提高20％。上述的拉伸细化工艺最大拉伸量为100％，且依据的原理是α螺旋结构向β折叠结构转变，没有达到分子层面的滑移，与本发明相去甚远。
第二类是羊毛细化所用的试剂配方。在试剂配方中主要有，用于羊毛拉伸的化学处理剂(专利申请号：01112860.7)、一种用于羊毛细化拉伸后的定型处理剂(专利申请号：01112859.3)、一种用于羊毛拉伸细化后的多功能定型剂和定型工艺(专利申请号：200410024653.X)、一种用于羊毛拉伸定型的化学工艺(专利申请号：01112858.5)，它们是对羊毛的拉伸细化处理过程中所用的化学处理剂的配方。但本发明中所用的配方，与前述配方有很大不同。前述配方虽然可以拉伸羊毛，但在拉伸过程中不易达到分子层面的滑移，不易形成稳定的超细羊毛。本发明的提出，可以进一步获得羊毛纤维拉伸过程中的结构变化，通过调整捻度、牵伸速度、握持距之间的关系，获得一种超细化率羊毛。
第三类是涉及到细化拉伸专用的机械的制造方法。一种毛条细化加捻拉伸试验设备(专利申请号：200810053074.6)主要通过湿热条件下拉伸羊毛的实验机型和手段，实例中给出的羊毛细化的直径最大减少3.3μm或15％。具有热管的羊毛拉伸假捻装置(专利申请号：200720018151.5)是利用工厂热资源，提高羊毛纤维的假捻程度与拉伸细度的一种装置。一种羊毛拉伸定型设备及定型工艺(专利申请号：201510366668.2)提供了一种羊毛拉伸定型设备及定型工艺，定型工艺为湿热定型(温度80～100℃和相对湿度90～100％)，专利中没有提起拉伸的倍数，仅仅限定了出条速度。一种羊毛拉伸助剂调配与输送装置(专利申请号：201420296122.5)仅仅实现的助剂的调配与输送，没有涉及拉伸细化的原理及工艺。一种羊毛连续拉伸装置(申请号：201420434896.X)主要用于对羊毛进行物理细化的连续生产，专利中并没有给出具体的细化方法和拉伸的倍数。用于羊毛及各种动物纤维(或织物)细化拉伸的专用机械(专利申请号：200410025087.4)最大理论拉伸率为70％。上述几种类型的专用拉伸机械的突出特点是拉伸细化率低，不易形成超细毛。与本发明相比，本发明所提出的发明原理完全不同于上述实例，且拉伸细化程度大大提高，细化效果远优于上述材料。
综上，现有的一些羊毛细化材料，仍然普遍存在细化效率低的缺陷。因此，本专利提出α螺旋到β折叠结构的转变和“部分滑移细化”相结合的超细化率羊毛纤维的拉伸细化方法，以解决上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何在目前拉伸细化率低的情况下，实现羊毛的稳定超细。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述羊毛是在拉细复配液的预处理中，打开羊毛纤维大分子链中二硫键的交联(其本义完全打开大分子间的二硫键交联而较少打开螺旋分子链段间的二硫键)，使羊毛纤维平稳拉细，而大分子间发生滑移，由此产生高细化率的、强度不降反升的纤维拉伸曲线平台区仍保留中段屈服区的拉细羊毛。
优选地，所述的拉细复配液包括预处理液、一次定型液及二次定型液。
更优选地，所述的预处理液包括亚硫酸氢钠、巯基乙酸、表面活性剂、三乙醇胺和EDTA盐中的至少一种；所述的一次定型液包括过硫酸钾、乙酸、乙酸锌和六次甲基四胺中的至少一种；所述的二次定型液为氯化镁的树脂液。
优选地，所述拉细复配液的质量浓度为1～5％。
优选地，所述的羊毛处理前，其纤维直径为18～25μm，在此直径范围内，越粗的羊毛拉细效果越为明显，并可实现所述的直径变细的上限。
优选地，所述的超细化率是指处理后的羊毛直径为处理前羊毛直径的20～32％；羊毛的纤维拉伸程度的增加率为8％～40％；羊毛纤维的断裂伸长率为15％～20％；羊毛纤维的拉伸曲线过屈服点后的平台区仍有5～12％的弹性伸长率，且羊毛的卷曲弹性回复率为20～50％。
更优选地，所述羊毛的纤维直径处理后变细5～7.5μm。
本发明还提供了上述基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将未拉伸的羊毛在预处理液中处理；拉细复配液加热至其温度能够打开羊毛纤维中的化学键；
步骤2)：将处理好的羊毛进行纤维拉伸，使其纤维直径变细；
步骤3)：拉细后的羊毛纤维分别在一次定型液和二次定型液中处理，拉细后的羊毛纤维获得稳定的定型。
优选地，所述步骤2)中拉伸的工艺参数为：捻度10～30捻/m，拉伸速度30～50％/min，拉伸率80～120％。
优选地，所述步骤2)中的拉伸过程中包括α螺旋到β折叠结构的转变和微结构块的滑移两个部分。
本发明的评价机理依据如下：
羊毛可以进行拉伸细化是由羊毛本身的分子结构所决定的，羊毛微原纤结构是由周围一圈9根基原纤加上中间的两根而构成，通常认为基原纤是由3个螺旋或2+2个重复螺旋的型大分子组成，大分子之间通过二硫键结合在一起，大分子间的二硫键完全可以通过化学方法打开，此时实施拉伸就会使大分子间产生滑移。在生产纱线的过程中，毛条或粗纱的拉伸细化就是由于纤维间的滑移产生的。但是大分子之间也并不是只通过二硫键结合在一起的，还存在盐式键、氢键和范德华力。羊毛纤维中每三个氨基酸残基所占的平均长度为
Figure BDA0002508145070000041
所以，每个α氨基酸残基所占的平均长度是
Figure BDA0002508145070000042
当纤维受到拉伸作用而伸长时，该分子排列形式可以转变为β折叠结构，其重复单元长度为
Figure BDA0002508145070000043
从肽链结构重复分子链的长度可以计算出，当羊毛的二级结构由α型转变为β型时分子链的伸直倍数为：
该结果表明，如果羊毛纤维在细化过程中仅仅发生α螺旋结构向β折叠结构的转变，则羊毛纤维的最大可拉伸倍数为93％。
实际上，羊毛纤维在细化过程中α螺旋结构完全转变为β折叠结构是不可能的，也是不可取的。作为不可能性，一是纤维中不可能有完全的α螺旋构象，而是存在α、非α和β结构；二是网状交联结构会造成部分α结构无法转变成β结构。X衍射结果表明，在屈服区和强化区，羊毛纤维中始终发生α结构向β结构的转变(Bendit E G.A quantitative X-raydiffraction study of the alpha-beta transformation in wool keratin.TextileRes.J.,1960,30(8):547-555)；三是纤维结构的缺陷与弱节无法实现理想完善结构的αβ转变(Yu W,Postle R,Yan H.Geometrical and mechanical characteristics of theweak-points of wool fibers.Pro.6th ATC.Hong Kong.2001-08-22～24.4)。作为不可取原则，其一，纤维的性质有差异，各自的可拉伸倍数不同，整体达不到理论拉伸倍数的要求；其二，α结构完全转变为β结构后，细化毛的分子结构是不稳定的，在湿热条件下，又可能使β结构部分地回缩成为α结构，细化效果难以稳定。
因此由上述分析可知，当羊毛纤维拉伸比例增加到大于α螺旋结构向β折叠结构转变时，此时里面的成形机理就转化为分子滑移机理。
本发明得到的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率不大于10％，即尺寸稳定性远优于目前的已有是细化羊毛。本发明所制得的羊毛，可用于高档西服、裤料、毛衫等服饰用材料。
本发明提供的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛及其制备，其特征在于所述的拉伸机理的研究方法对超短羊毛或羊绒纤维的高附加值利用有良好的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)两次定形方法，可以分别将二硫键交联和大分子链给固定，增加了微结构的稳定性；
(2)α螺旋到β折叠结构的转变和微结构块的滑移两个机理同时期作用，所得到的细化毛稳定性好；
(3)本发明实用范围广，可以用于羊毛短绒，羊绒短绒及麻纤维的高附加值的加工工艺。
附图说明
图1为羊毛纤维拉伸过程中结构转变的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-3中的百分比若无特别说明，均指质量浓度。
实施例1
将羊毛纤维在80℃的1wt％的硫酸氢钠处理液中预处理，打开螺旋大分子之间的二硫键和盐式键，然后在拉伸机上进行拉伸，捻度为45捻/m，拉伸速度为50％/min，拉伸率为80％，将拉伸定型后的毛条在5％的过硫酸钾和2％的乙酸锌溶液中进行定型处理，然后在2％的氯化镁的树脂液的二次定型液中定型并烘干及焙烘获得细化毛条。结果表明拉伸过程中羊毛纤维大分子之间的二硫键打开，除了含有α螺旋结构转变为β折叠结构外，还有微结构块的滑移。经试验测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到18μm，纤维的强度由12.7cN/tex增加到14.6cN/tex，纤维伸长率为35％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率7％，羊毛的卷曲弹性回复率为30％。
实施例2
将羊毛纤维在75℃的3wt％的硫酸氢钠处理液中预处理，打开螺旋大分子之间的二硫键和盐式键，然后在拉伸机上进行拉伸，捻度为30捻/m，拉伸速度为50％/min，拉伸率为100％，将拉伸定型后的毛条在6.5％的过硫酸钾和1.5％的乙酸锌溶液中进行定型处理，然后在3％的氯化镁的树脂液的二次定型液中定型并烘干及焙烘获得细化毛条。结果表明拉伸过程中羊毛纤维大分子之间的二硫键打开，除了含有α螺旋结构转变为β折叠结构外，还有微结构块的滑移。经试验测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到13.5μm，纤维的强度由12.7cN/tex增加到19.0cN/tex，纤维伸长率为17％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率9％，羊毛的卷曲弹性回复率为48％。
实施例3
将羊毛纤维在70℃的5wt％的硫酸氢钠处理液中预处理，打开螺旋大分子之间的二硫键和盐式键，然后在拉伸机上进行拉伸，捻度为15捻/m，拉伸速度为30％/min，拉伸率为90％，将拉伸定型后的毛条在5.5％的过硫酸钾和2.5％的乙酸锌溶液中进行定型处理，然后在4％的氯化镁的树脂液的二次定型液中定型并烘干及焙烘获得细化毛条。结果表明拉伸过程中羊毛纤维大分子之间的二硫键打开，除了含有α螺旋结构转变为β折叠结构外，还有微结构块的滑移。经试验测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到15.8μm，纤维的强度由12.7cN/tex增加到17.2cN/tex，纤维伸长率为20％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率6％，羊毛的卷曲弹性回复率为35％。

Claims (10)

1.一种基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述羊毛是在拉细复配液的预处理中，打开羊毛纤维大分子链中二硫键的交联，使羊毛纤维平稳拉细，而大分子间发生滑移，由此产生纤维拉伸曲线平台区仍保留中段屈服区的拉细羊毛。
2.如权利要求1所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述的拉细复配液包括预处理液、一次定型液及二次定型液。
3.如权利要求2所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述的预处理液包括亚硫酸氢钠、巯基乙酸、表面活性剂、三乙醇胺和EDTA盐中的至少一种；所述的一次定型液包括过硫酸钾、乙酸、乙酸锌和六次甲基四胺中的至少一种；所述的二次定型液为氯化镁的树脂液。
4.如权利要求1-3任意一项所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述拉细复配液的质量浓度为1～5％。
5.如权利要求1或2所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述的羊毛处理前，其纤维直径为18～25μm。
6.如权利要求1或2所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述的超细化率是指处理后的羊毛直径为处理前羊毛直径的20～32％；羊毛的纤维拉伸程度的增加率为8％～40％；羊毛纤维的断裂伸长率为15％～20％；羊毛纤维的拉伸曲线过屈服点后的平台区仍有5～12％的弹性伸长率，且羊毛的卷曲弹性回复率为20～50％。
7.如权利要求6所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛，其特征在于，所述羊毛的纤维直径处理后变细5～7.5μm。
8.如权利要求2-7任意一项所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：将未拉伸的羊毛在预处理液中处理；拉细复配液加热至其温度能够打开羊毛纤维中的化学键；
步骤2)：将处理好的羊毛进行纤维拉伸，使其纤维直径变细；
步骤3)：拉细后的羊毛纤维分别在一次定型液和二次定型液中处理，拉细后的羊毛纤维获得稳定的定型。
9.如权利要求8所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中拉伸的工艺参数为：捻度10～30捻/m，拉伸速度30～50％/min，拉伸率80～120％。
10.如权利要求8所述的基于分子滑移机理成形稳定的超细化率拉细羊毛的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的拉伸过程中包括α螺旋到β折叠结构的转变和微结构块的滑移两个部分。
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