有色山羊绒无磷脱色技术

一、背景情况

有色山羊绒无磷脱色新技术由西安工程大学徐成书教授研发团队研发，该项目技术的主要内容为研发一种有色山羊绒的无磷脱色技术，所开发的有色山羊绒无磷脱色靶向催化体系，在全面保证脱色山羊绒白度、物理机械指标的前提下，提升脱色山羊绒的质量品质，避免废水的有机磷排放，为有色山羊绒的清洁化脱色加工提供新的方法与思路。

二、基本过程

山羊绒纤维是罕见的特殊动物纤维，它长于山羊的外皮层，来源于山羊粗毛根部所获得的粗细一致、柔韧有弹力的绒毛纤维，由于其具有手感软糯、光泽柔和、质感轻柔、舒适温暖等特点，被人称为“纤维宝石”和“纤维皇后”，是中国纺织业中的高级原材料。

羊绒的天然颜色有白、青、紫或褐色，白绒较少，紫绒与青绒（统称有色山羊绒）产量较高，其产量约占我国羊绒总量的60%。有色山羊绒虽然量大，但因色泽较深，历来只能染藏青、咖啡、黑等深暗颜色，不易获得特定的鲜艳色泽或浅色，因此其使用范围不及白绒广泛，原料成本价格也较白绒低。为充分开发有色山羊绒的利用价值，使有色山羊绒纤维也能染出色泽鲜艳的制品，一般企业都采用脱色的方法对其进行处理，之后再进行染色。然而，有色山羊绒纤维自身的颜色较深，脱色条件往往过于剧烈，脱色加工往往使纤维产生较严重的性能损失，脱色后使其纺纱性能及其纱线品质明显降低，制约了企业的生产应用，降低了企业的经济效益。

有色山羊绒的脱色过程主要包括预处理、氧化处理、还原处理三个步骤，整个脱色过程中氧化环节的漂白稳定剂是加工所排放废水中磷元素的主要来源，使用非磷漂白稳定剂或提高脱色过程中稳定剂的利用率是降低脱色废水中磷含量的有效方法。但是，使用无磷稳定剂脱色后纤维白度很难达到标准，本项目研究开发靶向催化助剂提高络合剂与色素结合的效率，降低脱色体系中游离金属离子浓度，提高金属离子对纤维中色素的靶向催化效率，进而降低对应的漂白稳定剂的使用量，同时开发无磷助剂体系，达到有色羊绒脱色排放废水中有机磷含量降低的目标。

（1）纤维保护剂XBH的研发

有色山羊绒在氧化处理之前，一般需要采用靶向催化助剂进行预处理，该助剂对有色山羊绒上的黑色素有定向吸附作用，会与黑色素发生络合反应，之后进行水洗将游离态的靶向催化助剂洗除，避免氧化处理环节双氧水的无效分解。预媒处理过程中也会加入一定用量的具有螯合功能的助剂，提高靶向催化助剂与色素分子的结合力，同时需要加入一定数量的还原性助剂保险粉，为靶向催化助剂提供稳定的环境，此环节的还原剂保险粉处理对山羊绒纤维存在一定的损伤。

在氧化处理环节，双氧水可以将有色山羊绒纤维中的色素分子氧化分解，进而去除色素达到脱色的目的。双氧水具有无毒、氧化性强等优点，由于其自身呈弱酸性，在碱性条件下极易分解。在预媒处理中引入的催化体系，能在一定的pH值条件下催化H₂O₂快速分解出HO₂^-， HO₂^-是破坏色素最有效的成分，它可以与色素发生加成反应，降低π电子的运动范围，破坏色素体系中的发色团结构，使有色纤维中的色素被消除。由于HO₂^-的稳定性较差，与色素颗粒发生反应的时间较短，在色素去除不完全的情况下就会进一步的分解，生成活泼氧， HO₂^-分解生成的活泼氧[O]会对纤维造成损伤的同时会降低双氧水分解色素的有效成分。 因此氧化环节是造成脱色山羊绒纤维损伤的主要过程。

完成氧化脱色处理后，绝大多数的色素分子被分解破坏，但仍有少量色素不能被氧化去除而继续存在于纤维上，同时纤维上残余的双氧水和被氧化的靶向催化助剂，影响脱色山羊绒的白度，故而在氧化脱色后需进行还原脱色来解决上述问题。还原脱色所使用的强还原剂保险粉也易造成脱色山羊绒的损伤。

综上所述，要想保证脱色山羊绒的质量品质，在脱色过程中对有色山羊绒的保护至关重要。课题组所研发的纤维保护剂XBH是由脂肪酸改性后与氨基酸缩合而成的，其对脱色绒纤维有一定的亲和力和溶胀作用，有利于靶向催化助剂向山羊绒纤维内部扩散，与有色纤维中色素区域发生较强的定位吸附，提升氧化脱色过程中靶向催化助剂在色素区域的催化分解效率，进一步提高脱色绒的白度。与此同时，纤维保护剂XBH可以在羊绒纤维的表面形成一层短暂的保护膜，在特定的白度下，可以降低羊绒纤维在脱色过程中的结构损伤，进而改善脱色绒的手感。

（2）无磷脱色靶向催化体系的研发

有色山羊绒脱色处理时，经过预媒处理及氧化处理，绝大部分的色素分子可在氧化处理时被氧化分解，因此如何提高双氧水对色素分子的氧化分解效率，成为影响有色山羊绒脱色效果的关键要素。在氧化脱色过程中，通常采用双氧水稳定剂来控制双氧水分解速率，以获得理想的脱色效果。目前使用最为广泛的氧漂稳定剂都是磷酸盐或硅酸盐类，此类稳定剂螯合性能强，可以有效控制双氧水的分解速率，使其缓慢分解，所获得的脱色效果良好、白度稳定，但此类助剂会在设备表面沉积影响生产加工的质量和效率，同时上述工艺脱色废水中含有一定量的磷系污染物，会破坏生态环境。因此，低磷甚至无磷氧漂稳定剂成为目前的研究热点，鉴于此，研制性能优良、价格低廉同时又环保的无磷氧漂稳定剂迫在眉睫。

氧漂稳定剂按结合方式可分成吸附型与螯合型两种类型的稳定剂。硅酸盐类的氧漂稳定剂是最常见的吸附型氧漂稳定剂，其可与漂白脱色处理浴中的钙镁离子反应生成相对应的胶体，并附着在催化剂表面使之失活，从而达到控制双氧水分解速率的目的。螯合型氧漂稳定剂主要包括羧酸盐类、磷酸盐类和高分子聚合物类，这类稳定剂能够与金属离子发生络合反应生成络合物，使游离的金属离子数量减少，有效降低了过氧化氢的分解速率。目前使用较多的为多助剂复配组成的氧漂稳定剂，其通过多组分协同作用可高效的控制双氧水的分解速率。

项目组研发的无磷氧漂稳定剂XZR主要由多元羧酸聚合物组成，其分子结构中的官能团可以螯合金属离子，降低金属离子对双氧水的无效催化分解，促使双氧水在色素分子附近区域氧化分解，提高双氧水对色素的分解效率，提升脱色绒白度。双氧水无效分解的减少，在获得理想脱色效果的同时也减小了山羊绒纤维在氧化环节的损伤。

三、项目取得的主要成果

（1）有色山羊绒无磷脱色技术指标

通过实施所研发的有色山羊绒无磷脱色技术对有色山羊绒进行脱色处理，可达到以下技术指标：

1）成功研制适用于有色山羊绒脱色无磷双氧水稳定剂XZR、纤维保护剂XBH，以及成功开发相应的应用工艺； 

2）实现有色山羊绒脱色环节污水中有机磷含量降低90%以上；

3）实现有色山羊绒纤维脱色处理后异色纤维含量小于15根/5g；

4）实现有色山羊绒纤维脱色处理后白度值达到68%以上；

5）有色山羊绒无磷脱色技术脱色所得山羊绒纤维的物理机械指标满足生产需求。

（2）技术的推广实施情况

通过项目技术的研发，成功开发有色山羊绒低磷脱色新技术系列助剂及其应用工艺。本项目的研发与实施中，在新疆天山纺织服装有限公司共进行了200吨有色山羊绒低磷脱色生产试验，检测结果显示，无磷脱色所得山羊绒纤维的物理机械指标达到传统全磷脱色技术水平，满足企业生产需求，脱色山羊绒白度稳定，脱色效果重现性良好。为有色山羊绒的脱色加工提供绿色环保、切实可行的技术方案。

本项目有色羊绒无磷脱色技术应用后，将明显提升有色山羊绒脱色与山羊绒染色的加工品质，同时显著降低脱色废水中有机磷的含量，实现绿色制造与提质增效目标。技术的应用将增强我国羊绒特色产业的自主研发能力和市场竞争力，提高产品档次、加强资源综合利用、提升羊绒产品附加值，进一步将我国资源优势转化为地区经济发展动力，带动民族区域经济的快速增长。通过本技术的研发和推广应用，可对民族区域乃至全国山羊绒纺织染整加工行业水平起到示范、促进和提升作用，也标志着我国有色山羊绒脱色技术将达到国际先进水平，推动我国纺织行业的科技进步。

西安工程大学有色动物纤维脱色技术研发团队

2023.05.14

附：脱色后山羊绒纤维的白度是评价脱色效果的一个重要指标，白度直接影响纤维的应用效果。紫绒、青绒原绒实物如图1所示。

              紫绒                                青绒

图1 有色山羊绒原绒

通过传统脱色工艺和无磷脱色工艺分别对紫绒、青绒进行脱色处理，取两种工艺脱色样品进行拍照，结果如图2所示。

                                      紫绒有磷脱色绒                    紫绒无磷脱色绒       

            青绒有磷脱色绒                   青绒无磷脱色绒

图2 脱色后颜色变化