蛋白质纤维染色

仿生染色和仿生发色
模仿生物中色素的结构、分布和功能，进行仿生染色和仿生发色，是一种新的 工艺技术革命。仿生染色是根据天然、生物色素的构成或功能而开发的染化料， 如与叶绿素和血红素发色体系相似的酞菁颜料或染料（只是中心金属原子和芳 环结构不同）；又如靛类染料的亲和力低，耐光、耐洗、牢度差，而与其中间 体的基本结构很接近的动物黑色素的色牢度就很好；再如，按仿生原理开发的 一些增溶染色助剂，能改善染料在溶液中的溶解度和分散性，提高其上染率和 色牢度，甚至使原本很难上染的纤维也能够染色。
碱对蛋白质纤维的破坏作用主要是碱不仅能使肽链间的盐键断裂，浓度高时 还可催化肽键水解，这种破坏程度随碱的种类、浓度、处理温度、时间及电 解质浓度的不同而不同。碱对蛋白质纤维的破坏作用比酸的作用强得多。
蛋白质纤维分类
天然蛋白质纤维 毛：绵羊毛、山羊毛等、马海毛、兔毛、耗牛毛等 绒：羊绒、驼绒、鹿绒、耗牛绒等 丝：家蚕丝（桑蚕丝）、野蚕丝（柞蚕丝、山蚕丝和樟蚕丝） 再生蛋白质纤维 再生动物蛋白纤维：牛奶纤维、蚕蛹蛋白丝 再生植物蛋白纤维：花生纤维、大豆纤维
超临界二氧化碳染色（SFD）和二氧化碳染色技术（SCF）
超临界 CO2染色是1989年由德国西北纺织研究中心 E.Schollmeyer 发明的无水 染色技术（当前代表国际最先进水平的是德国 U HDA公司的超临界 CO2染色 动态染色设备）。该技术采用超临界CO2作为染色介质，把染料溶解送到纤 维孔隙，使染料快速、均匀地上染到织物上，染色结束后CO2又能与染料充 分分离，不需要清洗、烘干等操作过程，染色完成后剩余染料和CO2均可回 收并循环使用，具有节能减排、降低生产成本等诸多优点。
蛋白质的形成方式
天然蛋白质的大分子结构
蛋白质纤维大分子的基本链节是 NH2-CHR-COOH，氨基酸缩合后的大分子链基本形 式为：-NH-CHR-C=O-NH-，这些大分子链间存在着由氢键、疏水键、范德华力、离 子键、二硫键、配位键等化学键形成的交联网状结构，维持了蛋白质的分子构象， 使得蛋白质具有较为稳定的物理和化学性质。
为了获得匀透的染色效果，往往需要通过延长高温保温时间来进一步提高染 料的移染性和染料在羊毛纤维中的扩散速率，所以羊毛需要长时间沸染。但 是长时间沸染对羊毛损伤比较严重，尤其是深浓色需要更多的酸剂和更长的 染色时间，这更加加重了羊毛的损伤，因此采用低温染色法或等电点染色法 对减少羊毛的损伤是极为有利的 。
15.3羊毛染色新技术
羊毛低温染色 微悬浮体染色 超临界二氧化碳染色（SFD）和二氧化碳染色技术（SCF） 仿生染色和仿生发色
低温染色工艺
羊毛低温染色研发至今已有 30 年的历程，多年实践证明，低温染色 60～ 85℃代替沸点染色不仅节约能源，而且对减少角元纤维损伤，尤其是对柔嫩 的羊绒、兔毛、羊驼绒等特种动物纤维的保护具有重要意义。以前较常用的 几种羊毛低温染色方法，有甲酸法、乙二醛/双氧水法、还原剂添加法、有 机胺预处理法、尿素法、溶剂法、高锰酸钾法、次氯酸钠法、羊毛表面化学 改性、前处理法和表面活性剂法等，虽有一定成效，但有些方法还存在成本 高、污染严重等弊端。
对于弱酸性和中性溶染色的酸性染料而言，如果在PH值低于纤维等电点时染色， 由于亲和力大于 强酸性溶染色的酸性染料，因此往往要送用对纤准等亲和力更 大的阴离子有机物作匀染剂。
匀染性染料的移染性和匀染性较好，在低温的染液中主要以分子或离子状态存 在，在低温时染色可获得一定的上染百分率。在升温过程中遇到的染色不匀， 可通过高温保温一段时间得以匀染。
仿生发色是指模仿某些昆虫和鸟类如蝴蝶、孔雀羽毛的发色机理，利用光线的 折射反射或干涉等原理进行发色（几乎不用染料或色素），或将染色与纤维结 构设计、合成加工结合起来，只要材料的折射率和尺寸不发生改变，所得到的 颜色也不会消失，可以真正做到对环境无污染。
天然蛋白质的化学性质
几种天然蛋白质纤维具有相似的化学性能，这是因为它们的基本组成物质都 是蛋白质或氨基酸多肽；它们对酸、碱、氧化剂、还原剂的敏感程度大体表 现为：较耐酸，不耐碱，对氧化剂较敏感，还原剂对它们的破坏作用较弱。 蛋白质纤维对酸性侵蚀作用的抵抗力较强。酸对蛋白质纤维的破坏作用主要 是破坏蛋白质的盐键和肽键。
中性染料的上染过程与弱酸性染料十分相似，染色过程中，带阴电荷的金属 络合离子能与纤维上已离子化的氨基产生电荷引力，染浴pH值直接影响上染 速率，加醋酸有促染作用。由于中性染料本身已有相当大的亲和力，为避免 上染太快造成不匀，染色pH值常控制在中性或近中性，用铵盐调节染浴pH 至6~7。染色时，随着温度的升高，染液中的染料分子和水分子一起进入羊 毛或丝纤维的孔隙，最后聚集在纤维上的无定形区。因此，中性染料的染色， 氢键和范德华力起良好作用。
当溶液pH值高于等电点时，蛋白质纤维带负电荷。
弱酸性染料染色
弱酸性染料和强酸性燃料的染色条件不同。弱酸性染料由于分子结构较强酸性染料 复杂，染料分子量大，所以就提高了染料分子和纤维之间的范德华引力，也相应的 增加了染料与纤维之间的氢键数目，所以不必借助大量的离子键来完成燃料的上染。 染液的pH值大都控制在4.5-7之间(蛋白质纤维的等电点以上)，虽然在弱酸或中性条 件下，也有一部分染料是通过离子键与纤维结合的，但是由于染液的pH值在等电点 附近，或超过等电点，故染浴中没有足够的氢离子足以使纤维带正电荷，这时纤维 呈中性或者是使纤维带负电
微悬浮体染色
通过在轧染浴中使用微悬浮体化染色助剂，使染料分子形成细小的微悬浮体 颗粒并均匀地分散在染浴中，在一定条件下,该悬浮体具有较强的疏水性， 与羊毛纤维间存在较强的亲和力（在较低的温度下就能均匀地吸附于纤维表 面）。由于该微悬浮体化助剂具有特殊的结构和性能，它随着染浴温度的升 高而发生解体，释出的染料分子向纤维内部扩散，进而固着于纤维内部。在 微悬浮体染色工艺中，染料以微悬浮体状态存在于染浴中，改变了传统的染 料对纤维的上染模式,缩短了染色和保温的时间。
等电点
在某一pH值时，蛋白质所带的正电荷与负电荷恰好相等，即净电荷为零，此时溶 液的pH值就是蛋白质的等电点。
当溶液pH值低于等电点时，蛋白质纤维带正电荷。
强酸性染料染色
强酸性染料染色时，染料和纤维是借助离子键而结合的。因为当染液的pH值小于蛋 白质纤维的等电点时，蛋白质纤维带弱的正电荷，为了维持电中性，必须相当数量 的阴离子。随氢离子进入纤维内部若加入醋酸调节染液的pH值，那么首先进入纤维 内部的应该是较染料阴离子小得多的醋酸根离子，但由于醋酸根离子对纤维没有亲 和力，所以最后吸附在蛋白质纤维上的还是染料阴离子。
染色机理
羊毛、兔毛、蚕丝以及其他天然蛋白质纤维大分子侧链上含有大量的氨基、 羧基等极性基团，它们以离子形式存在，氨基和羧基的存在使得蛋白质纤维 具有两性性质，不仅可以与阳离子和阴离子染料结合，还能与活性染料反应， 生成共价键。由于蛋白质纤维不耐碱，较耐酸，因此染色一般应在酸性或中 性介质中进行。目前，用于蛋白质纤Байду номын сангаас染色的染料主要有酸性染料、中性染 料和活性染料等。
酸性染料主要通过离子键与蛋白质纤维结合，当染液 pH 值低于蛋白质纤维 的等电点时，因质子化氨基的数量大于离子化羧基的数量，纤维带有正电荷， 与阴离子染料之间形成离子键结合；活性染料主要通过活性基团与蛋白质纤 维之间形成共价键交联。酸性染料特别是匀染性酸性染料染色的湿处理色牢 度差，酸性媒介染料染色色泽萎暗、对环境污染严重。而活性染料色泽鲜艳、 色谱较全、使用方便、成本较低、适用性强，因能与蛋白质纤维上的氨基、 羟基等反应生成共价键结合，而具有很好的湿处理色牢度。但活性染料染蛋 白质纤维也存在固色率低，以共价键结合的染料量少，需高盐染色等问题。
蛋白质纤维染色
内容
15.1蛋白质纤维染色机理分析 15.2羊毛染色匀染性问题 15.3羊毛染色新技术
15.1蛋白质纤维染色机理分析
蛋白质纤维
在纺织纤维中动物纤维的重要性仅次于植物纤维，例如羊毛及各种毛发纤维、 皮毛及丝等，其中羊毛和丝最重要。皮革及毛皮虽然不是纺织纤维，但也属 于这一类，同样，合成蛋白质纤维也属于这一类。所有这些纤维都有相同的 染色性质，这是由于这些物质中都有共同的基本化学结构。这些纤维的基本 组成都是蛋白质，而蛋白质基本上是由α-氨基酸缩聚而成的多肽键分子组 成。
15.2羊毛染色匀染性问题
匀染性 由染料在pH值低于纤维等电点时的上染过程分析可知，加入食盐或硫酸钠， 必然会延缓染料离子与氯离子或硫酸根离子的交换，从而起到缓染作用，提 高匀染率。
如果染料阴离子对纤维的亲和力不是十分大，例如强酸性溶染色的酸性染料 对羊毛的亲和力就相对较低，则加入氯化钠或硫酸钠等中性电解质就足以获 得良好的匀染效果。另外加入中性电解质还能促使己吸附的染料从纤准上解 析下来，从而存利于增近染料移染，提高匀染效果。