基于α螺旋与β折叠转变的潜性高膨体细化羊毛及其制备的制作方法

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α螺旋与β折叠转变的潜性高膨体细化羊毛及其制备。

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。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：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。

本发明所要解决的问题是：将羊毛纤维进行暂时性地拉伸，将微观结构稳定在β折叠结构，制备具有潜性高膨体细化毛。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于α螺旋与β折叠转变的潜性高膨体细化羊毛的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将羊毛纤维置于预处理液中，打开羊毛纤维大分子链中二硫键和盐式键的交联；

步骤2)：对羊毛纤维进行拉伸，使羊毛分子内部结构由α螺旋向β折叠转变；

步骤3)：对羊毛纤维即时定型，使α螺旋段暂时稳定在β折叠态，即伸直态。

优选地，所述羊毛纤维替换为羊驼毛、马海毛、兔毛或羊绒。

优选地，所述步骤1)中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。

优选地，所述步骤1)中预处理液的质量浓度为1～5％。

优选地，所述步骤2)中的羊毛纤维拉伸后纤维直径变细10～20％，且羊毛纤维的直径变细2～4μm，而羊毛纤维的强度增加10～30％，羊毛纤维的卷曲弹性率不小于50％。

优选地，所述步骤2)中的拉伸速度保持在100％/min。

优选地，所述步骤3)得到的羊毛纤维经沸水处理后纤维的收缩率不小于30％，即为潜性高膨体细化羊毛。

本发明还提供了一种上述基于α螺旋与β折叠转变的潜性高膨体细化羊毛的制备方法所制得的基于α螺旋与β折叠转变的潜性高膨体细化羊毛。

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所以，每个α氨基酸残基所占的平均长度是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(benditeg.aquantitativex-raydiffractionstudyofthealpha-betatransformationinwoolkeratin.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(yuw,postler,yanh.geometricalandmechanicalcharacteristicsoftheweak-pointsofwoolfibers.pro.6thatc.hongkong.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，为了实现α螺旋与β折叠转变，拉伸率不能高于93％。

本发明制得的潜性高膨体细化羊毛，可用于精梳毛纺的高膨体纱条和织物的加工。

本发明提出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。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用快速拉伸的方法，可以将α螺旋向β折叠转变的有效时间变短，更有利于定型；

(2)采用一次定型工艺，使得羊毛中的二硫键等化学键固定，但螺旋链之间并没有形成交联，有利于潜性高弹性的回复；

(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为羊毛纤维拉伸和定型机理图；

图2为拉伸率为80％的羊毛的电镜图。请提供相应的实施例

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

将羊毛纤维在75℃的5wt％的亚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，拉伸率为80％。经测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到18.5μm，纤维的强度由12.7cn/tex增加到15.6cn/tex，纤维伸长率为30％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率为40％，卷曲弹性率为60％。

实施例2

将羊毛纤维在70℃的3wt％的亚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20捻/m，拉伸率为60％。经测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到19.2μm，纤维的强度由12.7cn/tex增加到14.6cn/tex，纤维伸长率为40％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率为35％，卷曲弹性率55％。

实施例3

将羊毛纤维在80℃的1wt％的亚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，拉伸率为50％。经测试，得到羊毛纤维直径由22.5μm变细到19.8μm，纤维的强度由12.7cn/tex增加到14.0cn/tex，纤维伸长率为45％，细化后的羊毛经沸水处理后纤维的收缩率为30％，卷曲弹性率为50％。