羊毛纤维具有许多优良的性能

羊毛纤维具有许多优良的性能，深受广大消费者的喜爱，然而羊毛纤维表面存在鳞片层，传统染色必须在沸染条件下进行，造成羊毛纤维损伤，力学性能发生变化，手感粗糙，弹性变差，影响羊毛产品的质量，同时长时问沸染能耗大，不利于环境保护，染色成本高。研究羊毛纤维的冷轧堆染色工艺可减少纤维损伤，提高产品质量，节能，降低染色成本，具有较大的工业推广的价值。

1羊毛冷轧堆染色工艺介绍

20世纪80年代，在世界能源日趋紧张之际，欧洲各国先后研究开发冷轧堆前处理和冷轧堆染色新工艺技术。冷轧堆染色工艺介于浸染工艺与连续轧染工艺之间，是一种半连续化的轧染工艺，具有高效、优质、短流程、节能、降耗和少污染等优点，工艺简单可靠、基建费用低、生产准备周期短、染料渗透性佳和固色率高，与常规两相轧蒸法相比提高15%～25%，从而减少了工艺加工的染料用量，及污水中色度和其他污水处理负荷。由于冷轧堆工艺没有中间烘燥及汽蒸工艺，不仅节省了大量电能和蒸汽，而且不会出现连续轧染工艺中烘燥引起的常见染料泳移色差的弊端。

冷轧堆工艺最早且应用较多的主要是天然纤维素纤维，如棉、麻的染色，但是由于其技术的巨大优势，国内外许多学者也逐渐将其应用于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维上，所选用的染料既可以是活性染料也可以是1：1和1：2型金属络合染料，取得了较好的效果。

羊毛冷轧堆染色典型的轧液工艺配方为：活性染料xg/L，尿素300g/L，醋酸调解染液的pH 值，润湿剂10g/L(国际羊毛局最早应用的是AtexalPN-VP 弱阳离子助剂) ，亚硫酸氢钠20g/L，增稠剂10g/L(1国际羊毛局较早应用的是0.F.A) 。

各成分的作用主要为：尿素：①与染料及AtexalPN.vP 形成复合物；②与亚硫酸氢钠一起溶胀纤维：③在染料形成复合物前增加染料的溶解。AtexalPN-VP ：①润湿纤维；②与染

料及尿素形成一个复合物。增稠剂，SolwitosegumO.F.A 有助于染料-尿素-AtexalPN-VP 复合物的分散。

汽巴公司也开发了活性染料冷轧堆染色工艺，冷轧堆配方为：活性染料xg/L，琥珀酸二辛酯钠盐1g/L，碳酸钠20g/L；海藻酸钠12g/L，轧液率90%，于25～27℃卷堆48h ，然后用40～50℃热水冲洗10min ，再放于含29FIL 非离子洗涤剂的平幅洗机中80℃洗15min ，去除未固着的染料，然后用纯碱调节pH 值至8.5～9.0，40℃洗5min ，再用20℃水洗5min(水中1g/L醋酸) 染得深而均匀的颜色，湿牢度很好。冷轧堆工艺节能，其难点是堆卷处的温湿度必须严格控制，否则批与批之间的色重现性很难控制。

羊毛冷轧堆工艺可采用普通棉、麻冷轧堆染色装置，如图1所示。

图1羊毛冷轧堆染色设备

染色过程包括：染液准备→染液输送→浸轧染液→室温堆置→水洗后整理。以活性染料为例具体阐述如下。

染液准备：染液包括染料液和助剂液，染料液和助剂液分别按染色工艺要求用软水化料并搅拌均匀后存放在不同的贮液桶中待用。

染液输送：将染料液和助剂液按4：1的比例混合输入轧液槽，染液的温度为15～35℃。槽中液位传感器监视染料的输送量。

浸轧染液：试样连续、平整地运行浸入轧液槽内的染液中吸收染液，然后被拉离染液并经过一对均匀轧辊后由收卷架上的中心驱动辊平幅卷取收卷，收卷张力为10～200N ；该对均匀轧辊通过挤压试样，保持轧液率为60%~110%，运行车速lO ～70m/min(与比例计量泵的供液速率有关) 。

收卷：要求恒线速度、恒张力，张力可根据试样要求调解(一般在10～200N) ，速度和轧辊的线速度同步，试样表面无附加摩擦，内外带液均匀一致，布面平整。经过收卷后的试样至一定直径左右换卷。

堆置：收卷后的试样连同轴头立即用薄膜严密包覆，然后在转动状态下堆置5～24h(根据染料的反应性和染色物的深浅而定) ，转动速度4～8r/min，环境温度15～35℃，以保证染液不会因重力作用而转移。

水洗后整理：与常规羊毛水浴浸渍染色工艺相比，冷轧堆处理具有能耗低、织物强力损伤小，设备要求低、排污少、废水处理简单等诸多优点，是一种“绿色”的处理工艺。 2羊毛冷轧堆染色工艺研究现状

羊毛冷轧堆染色工艺最早是采用活性染料进行染色，研究中存在的主要问题是为了取得较高的固色率，需要用较高浓度的尿素，高浓度的尿素一方面对羊毛纤维有损伤，另一方面排到江河湖泊中会造成耗氧，导致环境污染。因此国外有人开始研究尿素在整个羊毛活性染料冷轧堆染色中的作用，渴望通过其他助剂来代替高浓度的尿素，并取得了一定的效果。传统的看法对于尿素在活性染料冷轧堆中的固色所起的作用主要有2方面：首先是对纤维的溶胀，其次是对染料的助溶。AKGilchrist ，IDRatteeI 研究了尿素在整个冷轧堆染色过程中的作用，发现尿素还有第3个作用，即与染料及弱阳离子助剂AtexalPN-VP 形成复合物。这种复合物有利于提高活性染料的上染率和染色均匀性，机理是在染色过程中染料从复合物中缓慢释放出来。AKGilchrist ，IDRatteeI 对比了羊毛在2种不同的染液浸渍脱水处理之后

的光学显微镜照片，如图2所示。从图2可以看出，羊毛浸渍在AtexalPN —vP+染料溶液与AtexalPN-VP+染料+尿素溶液，在显微镜下观察其表面是显著不同的。图2(b)中，染料-AtexalPN-VP-尿素形成复合物染液十分清楚，好像是羊毛吸收水后导致了尿素结晶。而图2(a)中，由于AtexalPN-VP 是弱阳离子助剂，与活性染料的阴离子也会结合形成复合物，但是这种复合物不同于尿素存在染液中会凝结，因此染液在显微镜下十分不清晰，这种效果不利于染色。

图2羊毛在不同染液浸渍脱水处理后的光学显微镜照片

AKGilchrist 还得出这样的结论，尿素在起分散增溶染料时只需要很少用量，一般25g/L即可，甚至有些染料不需要使用尿素，除非在要求染深色的情况下使用，染浅色和中色时染料是不会存在聚集的。但是有些活性染料即使在染中等色的深度下也要使用增溶助剂。尿素的另外一个使用是对羊毛的溶胀作用，在活性染料冷轧堆染羊毛时，是否需要尿素作为溶胀剂取决于染料的分子量大小和它的扩散行为，高分子量的染料对纤维的亲和力大，很难渗透到羊毛的内部，因此在这种情况下需要使用尿素一亚硫酸氢钠使纤维溶胀，而有些活性染料分子量较小，很容易扩散到羊毛的内部，对于这种染料，低的尿素含量不大于50g/L就可以产生好的效果。尿素在轧液中的另外一个作用就是与染料和弱阳离子助剂AtexalPN-VP 形成复合物，形成复合物的作用需要高的尿素含量(250～300g/L)，尿素含量如果不足就会产生如图2(a)中所产生的效果。这种效果会导致染色过程中纤维染斑的出现。因此，如果尿素形成复合物的角色可以被其他助剂代替，则可以避免300g/L尿素的使用。最后研究得到，

FA-MIV(ICI)被发现在形成复合物的作用方面和尿素是一样的。羊毛浸渍在染料

-AtexalPN-VP-FA-MIV 溶液脱水处理后的光学显微镜照片如图3所示。

图3羊毛在染料-AtexalPN-VP-FA-MIV 溶液浸渍脱水处理后的光学显微镜照片研究发现，40g/L的FA-MIV(ICI)就可以代替尿素形成复合物，其他可溶性的聚酰胺材料也被发现具有相同的作用，但是FA-MIV 不能起助溶和溶胀纤维的作用。二甲基甲酰胺可以产生助溶的效果，但是不能溶胀纤维。因此在整个工艺中尿素一亚硫酸氢钠在溶胀纤维的作用上是不可缺少的。羊毛纤维由于表面含有鳞片层，所以在冷轧堆置的时候弱阳离子润湿剂

AtexalPN-VP 对羊毛的润湿效果缓慢，因此染料-AtexalPN-VP-尿素复合物的作用就是使在堆置时，随着羊毛纤维的润湿，染料可以从复合物中慢慢释放出来上染到羊毛纤维上而缓慢固色，固色速率是由染料从与助剂形成复合物中释放出来的速率决定的。研究发现，由染料-AtexalPN-VP-尿素形成的复合物并不稳定，特别是当纤维浸轧染液之后，这种不稳定性表现很明显，可能与形成气泡有关。为了研究染液复合物的稳定性，轧液由一定浓度的染料、300g/L的尿素、10g/L的AtexalPN-VP 和20g/L的亚硫酸氢钠、10g/L的SolwitosegumO.F.A 组成，经空气搅拌后经过显微镜观察，如图4所示。从图4可以发现，染料从复合物中独立出来，这进一步验证了上述观点。

图4染液经空气搅拌后的光学显微镜照片

SolwitosegumO.F.A 在整个轧液中起着分散轧液中复合物的作用。结果发现，如果用一种效果好的弱阴离子表面活性剂来代替SolwitosegumO.F.A ，轧液稳定性就可以提高，图4中所出现的现象就可以完全避免。但是最理想、简单和经济的办法是找到一种非常好的润湿剂，由于其对羊毛的润湿效果，因此在整个染色过程中，染料-AtexalPN-vP-尿素这种复合物就不必形成了，染料在冷轧堆置时就可以取得好的上染和固色效果。当这种润湿剂存在时，尿素的作用就只局限于染料助溶，因此尿素的使用量就可以大大减少。

羊毛染色的冷轧堆工艺不仅可以采用活性染料染色，也可以采用酸性络合染料染色。由于早先很难找到一种非常好的羊毛润湿剂，因此高尿素含量的使用是不能避免的。迄今为止，冷轧堆工艺之所以还没有大规模地实际应用，主要原因在于染料的利用率和染料上染率不是很理想，此外，该工艺还不能排除大量尿素的应用。针对这种情况，国外开始有人研究羊毛活性染料和酸性络合染料的热轧堆工艺。

Hans-peterMajer 研究了1：2型金属络合染料或1：1型金属络合染料对羊毛进行热轧堆染色，染浴浸轧的温度是60～80℃，在75～85℃的热室里根据羊毛染色的深浅堆置4～14h 。通过此方法所获得的上染率非常高，几乎达到浸染工艺的程度(大概80%)，该工艺不需要传统的纺织助剂或者添加剂和匀染剂，并且工艺中尿素含量只有80～120g/L，所以羊毛纤维不会受损伤。Hans-UlrichvonderEltz 也研究了羊毛的热轧堆染色工艺，羊毛或者与合成纤维的混纺织物用1：2型或者1：1型金属络合染料或者活性染料进行轧一热堆置。染液包含染料，可溶的亲水性物质80～120g/L，中问不用烘干，连续将织物送入一个加热的

堆置室。堆置温度85～95℃，30～60min ，此工艺也排除了传统纺织助剂、添加剂及匀染剂的使用。上染率可以达到90%，牢度和染色重现性也很好。

羊毛在冷轧堆染色过程中之所以需要染料-AtexalPN-VP-尿素复合物的形成或者一种好的润湿剂，是因为羊毛纤维表面有鳞片层。研究发现，如果羊毛在冷轧堆染色之前可以完全或者部分地去除羊毛的鳞片层，则仅需要一种普通的润湿剂就可以将羊毛均匀润湿，获得较高的匀染和固色效果，而由于不需要染料-AtexalPN-VP-尿素复合物的形成，尿素在冷轧堆染色工艺中的含量就可以大大的减少。羊毛冷轧堆染色工艺技术的研究现在基本上都是在羊毛已经经过防毡缩处理或者完全去除表面鳞片层的基础上进行的。

WolfgangRichter 发现，最早羊毛染色用乙烯砜型活性染料很多都是在酸性浴中轧染，羊毛染色的上染率和固色效果较差，如果羊毛防毡缩后并且轧浴pH 值控制在在弱碱性条件(pH值7～9) ，则可以取得一个好的染色效果，并且由于此工艺不采用高浓度尿素，因此羊毛即使在弱碱性条件下堆置一段时间也不会造成严重的损伤，并且对环境不会产生污染。此方法和传统的高浓度尿素冷轧堆工艺相比纤维损伤程度较轻。

羊毛采用冷轧堆技术的研究不只局限于染色，东华大学的王菊花将冷轧堆技术应用于羊毛的生物酶防手占缩整理上，也取得了较好的防毡缩效果。

冷轧堆由于具有节水节能环保的特点，因此在羊毛染整加工中具有很大的应用价值和潜力。

3羊毛冷轧堆染色工艺研究方向

羊毛冷轧堆染色虽然具有很多的优点，但是也存在一定的局限性，即堆置时间过长。导致整个染色周期较长，目前研究方向是采用微波固色，缩短羊毛堆置的时间。

将微波技术用于染色中的染料固色，可降低能源的消耗。利用微波进行染色的原理是：当浸轧染料溶液的织物受到微波照射后，由于纤维中的极性分子(如水分子) 的偶极子受到微波高频电场的作用，因而发生反复极化和改变排列方向(如2450mHz 时，在1S 内有24亿5千万次的偶极子旋转运动) ，在分子问反复发生摩擦而发热，这样可迅速地将吸收电磁波的能量转变为热能。与此同时，一些染料分子在微波作用下，也可发生诱导而升温，从而达到快速上染和固色的目的。也就是说，微波是利用织物上的水在感应作用下发热，因此羊毛染色时，纤维内部存在一些水通常有助于染料的扩散。

微波染色的加热速度快，没有热量损失和织物污染问题。微波具有热效应和非热效应，内外同时加热，使织物在短时间内达到内外同热的效果，织物的染色均匀性大大改善，上染率高，色度指标高，色牢度好；由于微波染色高效节能且易于控制，故便于纺织行业实现自动控制和连续生产。因此微波染色是羊毛新型环保染色技术的一个新的研究方向，在羊毛冷轧堆染色中的具有较大的应用研究价值。

4结语

环境友好的染色工艺是减少污染的一种重要方法，冷轧堆染色工艺用于羊毛染色可以改善纤维或染色体系的染色性能，提高羊毛的加工质量；减少染整污水的排放，实现节水节能染色。