羊毛与羊绒的清洗工艺

会议 1 中国国际毛纺发展会议 羊毛与羊绒的清洗 NashVince 澳大利亚羊毛发展公司 马向东 国际羊毛局 摘要：介绍了羊毛类型纤维表面污垢的的种类和特点，通过对比分析，羊毛脂是最难去除的污垢种类， 如何彻底去除羊毛脂是羊毛净洗的关键。本文也详细的介绍了几种羊毛类型纤维清洗工艺。 关键词：羊毛，羊绒，表面活性剂，清洗 羊在生长过程中，在羊毛上不仅会沾染上自体内排泄出的羊毛脂、羊汗、粪便，而且由于饲养环境的 关系，使羊毛附有砂土、草籽等污垢，因此在羊毛加工前要进行洗毛工序。 洗毛是利用化学和机械作用去除羊毛纤维上的油脂，汗垢和部分杂质，使羊毛恢复原督的洁白、松散、 柔软、弹性好的特性，保证羊毛在加工过程中的梳毛、纺纱、织造、染色整理等工序顺利进行。如果洗毛 的质量不好，使羊毛呈现含脂含杂过多，还会出现羊毛紧缩、色泽灰暗、纤维受损伤等多症病。 一、羊毛上的污垢 羊毛上的污垢已如上述，来自不同地区的羊毛污垢组成并不相同：变化范围很大。 1．羊毛脂 羊毛脂是羊的皮脂腺分泌物，它是一种油腻粘稠性物质，外观呈黄到褐色，化学成分很复杂，是多种高 碳脂肪酸与高碳一元醇 (羊毛甾醇、胆固醇、异胆甾醇等)形成的酯类混合物 (如 C17H35COOC27H55， C15H31COOC27H55等)以及脂肪酸、碳氢化合物等。随着羊种的不同，气候条件和饲养环境的不同，羊毛脂 的成分、含量和化学性质也不尽相同。羊毛脂的性质主要表现在以下几个方面。 (1)羊毛脂微溶于甲醇、乙醇和乙二醇中，易溶于一些非极性和弱极性溶剂，如二氯甲烷、乙醚、苯和石油 中。 (2)羊毛脂中的脂肪酸遇碱能被皂化，生成肥皂溶于水中，而醇类物质不能皂化，只能靠洗剂才能去除。 (3)羊毛脂比水轻，比重为 0.94-0.97g/cm3，羊毛脂的熔点为 37-44℃。 2．羊毛汗 羊汗是羊的汗腺分泌物，在毛纤维表面变干而形成千盐。羊汗的主要成分有碳酸钾、价酸钾、硬脂酸钾 等，95％以上的成分可溶于水。 3．砂土 羊毛中所含砂土量及成分和性质都与放牧饲养地区的土壤和环境有密切关系。如我国西北地区出产的羊 毛砂土含量大，而且砂土中含钙、镁元素的化合物较多，而在碱性土壤地区饲养的羊毛则含碱量高。含羊 毛脂多的羊毛往往粘附的杂质也较多，最多时砂土的含量可到总污垢的 50%以上。 会议论文 2 中国国际毛纺发展会议 从羊身上剪下的原毛中含有各种杂质，如羊毛脂、羊汗、砂土等，这其中很多杂质都能够比较容易地被 除去，唯有羊毛脂，必须通过洗剂才能洗去，所以，洗毛中洗剂的选择及洗毛工艺的制定等都应根据 羊毛脂的性质而定。 二、羊毛清洗的方法 洗羊毛的关键是去除羊毛脂，因为羊汗可溶于水，当羊毛脂去除时，粘附在其上的砂土污垢也会从羊毛 上脱离。从羊毛脂的性质看，它是难以被皂化的，所以主要是设法使其乳化。洗单毛的基本原理(乳化洗毛 原理)主要是利用表面活性剂洗涤剂降低水的表面张力，使羊毛容易被润湿，而后表面活性剂分子渗透到羊 毛污垢的缝隙中去削弱羊毛脂污垢层与毛纤维的结合力，并将羊毛脂污垢层破坏分散成胶体大小的微粒， 在热和机械作用下使油污杂质从毛纤维上剥离，被剥离乳化的羊毛脂在水中形成乳状液，污垢能稳定悬浮 在水中不再回到毛纤维上，从而获得清洁的羊毛。 根据具体的生产工艺，把洗毛分为碱性、中性和酸性三种，其中碱性洗毛使用得最广泛，也最重要。 1．碱性洗毛 根据使用的药剂不同又分为皂碱洗毛、轻碱洗毛、铵碱洗毛 3种。 (1)皂碱洗毛 皂碱洗毛是沿用较久的洗毛方法，即肥皂与纯碱配合使用的方法。 皂碱洗毛时温度较低，故所用肥皂应在使用温度下具有较大溶解度，不胶凝和具有强大洗净能力的特点， 通常以椰榄油皂为最好。而油酸制造的肥皂在冷水中溶解度也较高，用于洗毛也可获得较好效果。皂液的 洗涤作用表现在皂液有润湿和乳化羊毛脂，并保护被乳化的羊毛脂微粒不再沉积到纤维上去的胶体性质。 这种性质和皂液的浓度有很大关系，通常当皂液浓度为 0.4%时作用最大，而浓度再大并无多大益处。 洗涤液中的纯碱作用，一方面是使溶液保持一定 pH 值，以控制肥皂水解，从而发挥肥皂孵化和扩散作 用，另一方面对皂化油脂有很好的作用。但纯碱用量过多会对羊毛造成损伤。 皂碱洗毛工艺装置是由多个洗涤槽和漂洗槽组成的。洗涤槽中皂碱的浓度按各种羊毛中所含油脂的性质； 数量和其他杂质多少而定。‘般皂液浓度达 0.2%即可乳化羊毛脂，pH值控制在 11以下，温度在 50℃以下。 漂洗槽 pH 值应在 9 以下，以免对羊毛纤维造成损伤。来自碱性土壤饲养的羊毛中含碱量高，在洗毛过程 中，水槽中的碱性会逐渐增加而损伤羊毛，需要注意；总的洗毛为 10～20min。 表 1 轻碱洗毛工艺 槽号 条件 第一槽 第二槽 第三槽 第四槽 第五槽 洗涤液含量/% 碳酸钠 丝光皂 表面活性剂* 0.10 — — 0.10 0.067 0.10 0.01 0.067 0.01 — 0.020 0.03 清水 长度/m 通过时间 10。0 3'1" 9.0 2'45" 5.5 2' 4.6 1' 6.6 3'15" 会议论文 3 中国国际毛纺发展会议 转轮旋转/(次/min) 温度/℃ 洗毛后残留凌晨毛脂量 /% 14～17 45～47 11.0 13 40～43 2.3 123/4 40～43 0.9 121/2 45～47 0.8 11 45～47 0.8 *表面活性剂是由烷基苯磺酸钠与壬基酚聚氧乙烯醚配合而成，有效成分占 35%。 由于肥皂不耐硬水，目前碱性洗毛多改用阴离子、非离子表面活性剂配合纯碱洗毛的轻碱洗毛。 (2)轻碱洗毛 由于阴离子、非离子合成洗涤剂有良好的乳化能力和分散悬浮油污的能力，而且配合使用 纯碱的浓度也可稍低，从而减少对羊毛的损伤。所以目前多采用碱性合成洗涤剂来洗羊毛。 洗毛是在长方形水槽中进行的，槽中有平耙和旋转耙搅动羊毛以提高清洗效果. 前四槽是洗涤槽，第五槽是清水冲洗槽。第一槽中使用的洗涤剂是纯碱(Na2C03)，第二到第四槽中使用 的是合成洗涤剂水溶液，温度均保持在 40—47℃之间，既有利于羊毛脂的乳化又防止羊毛损伤过大。 各槽的洗液，逆流流向前一槽，有利于最大限度地发挥水的洗涤能力。 这种表面活性剂与碱剂配合使用的洗毛方法，对羊毛纤维有一定损伤，会使羊毛蛋白质中的胱氨酸发生 变性生成羊毛硫氨酸而使羊毛机械强度降低，特别是 pH>10的高温情况下，损伤更严重。因此，有些情况 下，工厂采用中性洗毛或酸性洗毛。 下表是碱对羊毛损伤的一组研究结果： pH 强度下降/% 胱氨酸转化率/% 羊毛硫氨酸生成率/% 7～9 10.0 11.0 11.5 12.25 0 0 13 17 36 0 0 5～10 15～25 35～45 0 0 5～10 15～25 30～40 (3)铵碱洗毛 在使用碳酸钠与表面活性剂配合的轻碱洗毛过程中，由于残留在羊毛上的碱在烘干与贮存 过程中会使羊毛发生氧化而发脆，为避免这种情况的发生，在轻碱洗毛液中加入适当硫酸铵[(NH4)2SO4)， 它是强酸弱碱组成的盐，水解后显酸性，用它可以中和碳酸钠的碱性，而且中和时产生的硫酸钠、二氧化 碳和氨对洗毛有促进作用，因此在轻碱洗毛的第二个洗涤槽中加有适量的硫酸铵以减少洗净毛中的碱留碱 量，这种方法叫硫酸铵洗毛，加入的硫酸铵量是纯碱用量的 1/3。 2．中性洗毛 指用水溶液呈中性的合成洗涤剂洗毛。目前使用最多的是非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂与中性 盐助剂组成中性洗涤剂。 由于羊毛中砂土有碱性时，在洗涤槽中积累会使洗液略呈碱性，但一般 pH值能保持在 9以下； 与皂碱洗毛相比，由于这种方法洗涤效果受温度影响较大，一般在 70℃才能获得最大的洗净效果，而且 合成洗涤剂价格较高，所以中性洗毛成本略高，但洗后毛的白度好，手感好，毛纤维损伤小，温度高有利 会议论文 4 中国国际毛纺发展会议 于清除杂质。如德国汉高（Henkel）公司生产的“毛能净”主要成分是脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO-9和脂肪酸 甲酯乙氧基化物的磺酸盐 FMES，其中两者比例约为 3:2。这种产品具有易漂洗，产品洁白柔软、手感丰满 的特点。 3．酸性洗毛 这种方法使用较少，主要适用于含羊毛脂低而且含土杂量高的羊毛。如我国西北地区产的羊毛，由于羊 群放牧在日光辐射强度大，气候变化大，盐碱土壤多的高原地带，羊毛油脂含量少，土杂量含量高，毛纤 维的弹性和强度比较差，这种羊毛如用碱性洗毛，因土壤中含钙、镁元素的化合物多，使洗液水质不断变 硬，碱性变化难以控制，使毛在洗涤过程中易受损伤。而这种羊毛在酸性介质中羊毛等电点附近(pH=4.9)， 受损伤较少，羊毛膨胀也最小 i 化学稳定性高。因此在洗毛过程中，在使用合成洗涤剂的同时，加入少量 醋酸、甲酸或磷酸，控制 pH＝4.8～6范围进行洗毛，这种方法叫酸性洗毛。它比碱性洗毛的同样产品手感、 弹性都好，色泽也较鲜明，但要注意酸对机械设备有腐蚀作用，有些部件要改用耐酸材料制造。 总之，洗毛的条件应根据羊毛的具体情况而确定，其中应考虑的重要因素是温度和 pH值。 (1)温度 由于羊毛脂熔点在 40℃左右，60℃乳化羊毛脂达到最佳粘度，而土杂在 55～65℃溶胀效果好。 所以在 65℃左右铣毛效果最佳。但在碱性条件下温度高会加大羊毛损伤，所以碱性洗毛只能在 55℃以下， 而中性酸性洗毛时温度可提高到 70℃。 (2)pH值 从脱脂能力看，由于碱对羊毛脂有皂化、乳化作用，因此在碱性条件下较好，但碱性强对羊毛 损伤大，所以羊毛脂含量低的羊毛适合在低 pH值条件下洗毛。 不同的洗涤方法对洗净度、损伤度以及后续加工的影响间存在微妙关系。如有研究表明，拄 pH=10的碱 性条件下洗的毛，在染色工艺中，30s 毛纤维周边已染色，60s 纤维芯全部被染色。在 pH＝4.9(等电点)时 洗毛，毛损伤虽然最小，但染色试验表明 60s羊毛还未被染料浸透，要 10rain以上才能全部染上色。以上 说明用碱性洗毛的毛纤维纺织加工性能较好，而且可纺性、抗静电性、吸水性也较好。 至于羊毛洗涤质量的好坏是以羊毛含脂率和非脂杂质多少来衡量的，羊毛中非脂杂质含量越低越好，而 羊毛脂则应保留一定含量以使羊毛手感柔软、丰满，并有利梳毛和纺织过程的进行。 70 年代研究成功的新西兰朗兹(Wronz)型综合洗毛系统装置图。其主要特点是自第一、二槽排放的污水 经过砂土杂质沉淀装置和油脂分离机脱脂后再回流到第一洗毛槽，而且各槽均采用逆流方式。从最后一个 洗毛槽不断注入新鲜净水，逐槽依次逆流以补充循环过程中损耗的水量。含砂土的污水通过热交换器排放。 最上层的羊毛脂通过油脂分离机回收。由于洗毛机连续运转可大大节约用水，高效率地回收热量；并能减 少洗涤剂的消耗用量以及减少污水排放量。 4.溶剂洗毛 以上介绍的是羊毛的水洗情况。从本世纪 40年代起人们开始研究用有机溶剂代替水来清洗羊毛的工艺， 50 年代进入应用阶段。后来因为各种实际困难停止在生产中使用，到 70 年代以后又开始新的研究并投入 应用。 溶剂洗毛所用的有机溶剂包括航空汽油、煤油等石油类溶剂，水-异丙醇-己烷组成的混合溶剂以及三氯 乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等卤代烃合成溶剂。 会议论文 5 中国国际毛纺发展会议 (1)使用有机溶剂洗毛的优点 能快速润湿和溶解羊毛上亲油性污垢，不膨化毛纤维，减少缠结，不会造 成毛毡缩，从而改善精梳毛条制成率，耗水量低，无污水排放，有机溶剂可回收使用。 (2)存在的缺点 羊汗等亲水性污垢在有机溶剂中溶解度低，因此要求使用溶剂冰组成的乳液以使羊毛脂 和羊汗都取得最佳清洗效果，羊毛脂本身是一种很好的乳化剂，洗涤后混在溶剂—水乳液中，要分离回收 羊毛脂需要很高的分离技术和高价的设备，有机溶剂在使用中存在诸多问题，如石油类溶剂易燃、安全性 差，不可燃的卤代烃溶剂又存在毒性大，不能随意排放，需在密闭系统中循环的问题，有机溶剂在使用过 程中不可避免会有损耗，成本较水洗为高溶剂回收装置设备投资较大。 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