第三節(jié)　炭化

一、炭化的目的

在羊毛中常常黏附著各種雜質(zhì)，其數(shù)量和品種隨產(chǎn)地與飼養(yǎng)方法的不同而不同。由于草雜種類的不同，它與羊毛聯(lián)系狀態(tài)也有區(qū)別，有的易于分離，經(jīng)開毛、洗毛等加工之后，基本上可以去除；有的與羊毛緊密糾結(jié)在一起，不但開毛不能將它去除，就是梳毛時也不能除盡，這些與羊毛緊密黏結(jié)的草雜，大部分是帶鉤刺的草葉、草籽及麻絲。

炭化的目的是用化學(xué)方法在梳毛工序以前盡可能地將植物性雜質(zhì)去除。炭化去草的優(yōu)點是去草比較徹底，缺點是如工藝不當易傷纖維。

按炭化的對象不同進行分類，分為散毛炭化、毛條炭化、匹炭化、碎呢炭化。散毛炭化在粗梳毛紡中采用。毛條炭化在精梳毛紡中采用，常在毛條制造中進行。匹炭化用于織物炭化，但有一定的局限性，不適用于羊毛與纖維素的混紡和交織產(chǎn)品，不適用于淺色產(chǎn)品。碎呢炭化主要是在再生毛制造過程中去除羊毛和纖維素纖維混紡產(chǎn)品中的非羊毛纖維。

可用做炭化劑的化學(xué)藥劑的品種很多，如硫酸（H2SO4）、鹽酸（HCl）、三氯化鋁（AlCl3）、氯化鎂（MgCl2）、硫酸氫鈉（NaHSO4）等，但經(jīng)常使用的是硫酸。按炭化劑使用的狀態(tài)進行分類可分為濕炭化和干炭化。濕炭化是在硫酸的水溶液中進行的，濕炭化時也可以在硫酸溶液中加入一些炭化助劑，它是一種表面活性劑，可以促使草雜的破壞及保護羊毛纖維少受損傷。干炭化是鹽酸加熱產(chǎn)生氯化氫氣體對羊毛、布匹及碎呢片進行炭化處理。

二、炭化的原理

炭化的原理是利用羊毛較耐酸而植物性雜質(zhì)不耐酸的特點，將含草凈毛在酸液中通過，然后經(jīng)烘干和烘焙，草雜變?yōu)橐姿榈奶抠|(zhì)，再經(jīng)機械搓壓打擊，利用風(fēng)力與羊毛分離。

（一）酸對植物性雜質(zhì)的作用

植物性雜質(zhì)就其本質(zhì)來說是纖維素物質(zhì)，纖維素是高分子化合物，其化學(xué)分子式為（C6H10O5）n。

炭化藥劑種類很多，如硫酸、鹽酸、三氯化鋁、氯化鎂、硫酸氫鈉等，但就其使用效果來講，用硫酸最好，而且一般都用稀硫酸。

稀硫酸經(jīng)高溫烘焙后水分蒸發(fā)、酸液變濃，可使植物性雜質(zhì)大分子的甙鍵斷裂，最終可以將植物性雜質(zhì)脫水成炭，反應(yīng)式為：

實際上，炭化后草雜并非全都變成炭質(zhì)，其中一部分草雜雖未完全炭化，經(jīng)烘烤后變成易碎的物質(zhì)，它們在機械作用下易于除掉。

（二）酸對羊毛的作用

羊毛蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)要比纖維素復(fù)雜得多，因此酸對羊毛纖維的作用也比對纖維素復(fù)雜。在羊毛大分子側(cè)鏈上存在酸性基與堿性基，多縮氨基酸中也有氨基和羧基，所以它既能和酸發(fā)生作用，又能和堿發(fā)生作用，羊毛是兩性化合物。羊毛蛋白質(zhì)中的酸性電離度比堿性的大，當向溶液中加入H+時，可抑制酸性基團的電離，在等電點區(qū)域內(nèi)H+和OH-離子都能被羊毛吸收，但不會損傷纖維。

當pH＜4時，羊毛纖維開始從溶液中吸收H+離子，并和氨基結(jié)合，此時即使在低溫條件下，也會破壞羊毛纖維，鹽式鍵斷裂增加，pH繼續(xù)降低，破壞作用越加顯著。

當pH=1時，羊毛結(jié)合酸達到飽和，此時羊毛纖維中所含的酸量稱為飽和吸酸量。酸與羊毛蛋白質(zhì)中的氨基作用，從而破壞鹽式鍵的結(jié)合，這一反應(yīng)是可逆的。當羊毛纖維經(jīng)水洗或中和以后，這一部分酸可以除掉，且不損傷羊毛纖維，所以飽和吸酸值是羊毛炭化加工中決定工藝條件的主要參考數(shù)據(jù)。

（三）炭化助劑

在羊毛炭化中加入炭化助劑可以保護纖維減少損傷，提高炭化效果。炭化助劑可以促進羊毛快速、均勻地被潤濕，特別是使植物性雜質(zhì)更好地潤濕和滲透。還可以降低溶液的表面張力，提高軋水輥軋除酸水的效率，降低羊毛含酸水率。

由于炭化時采用的是酸類，所以炭化助劑必須對酸有高度的穩(wěn)定性，尤其是在高溫烘焙階段不被酸類所分解。帶有黃酸基的陰離子型表面活性劑，大多數(shù)非離子型和陽離子型表面活性劑都可作炭化用劑。

三、炭化的設(shè)備

散毛炭化常用的設(shè)備為LBC061型散毛炭化聯(lián)合機。圖2-15為LBC061型散毛炭化聯(lián)合機工作過程示意圖。

1、2、3、4、5—第一、二、三、四、五喂毛機　6、7—第一、二浸酸槽　8—軋輥9—烘干焙烘機　10—壓炭機　11—打炭機　12、13、14—第一、二、三中和槽　15—烘干機

散毛炭化用硫酸作為炭化劑，讓含草散毛在硫酸液中通過，再經(jīng)烘干焙烘、炭化、除炭、中和、烘干等工序得到炭化散毛。

四、炭化的工藝

（一）浸酸

這是炭化的第一道工序，也是關(guān)鍵的工序，它是影響草雜炭化效果和羊毛纖維損傷的潛在因素，要求草雜盡量吸足酸、羊毛纖維盡量少吸酸。經(jīng)酸處理后，羊毛纖維所含的酸包括表面附著酸和內(nèi)部官能團結(jié)合酸兩部分，而草雜一般不與酸產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，因此其含酸量主要為表面附著酸。

羊毛和草雜的這種含酸形式與其吸酸率大小有關(guān)，只要當物體的表面被潤濕后，附著酸也就達到一定的數(shù)值，即使浸酸的時間再增加，附著酸量也不會有多大的改變，而化學(xué)結(jié)合酸則有一個作用過程，羊毛表面附著酸停留時間長了以后可以部分的轉(zhuǎn)化為結(jié)合酸，這對減少羊毛含有的附著酸量和防止纖維損傷有一定的意義。影響羊毛和草雜吸酸程度的因素有以下幾種。

1.草雜類型　不同草雜的吸酸速率與吸酸量見表2-10。

表2-10　不同草雜的吸酸速率與吸酸量

2.酸液溫度　酸液溫度增加，羊毛的吸酸量增加，草雜的吸酸量基本不變，浸酸溫度以室溫為宜。

3.酸液濃度　隨著酸液的濃度增加，羊毛、草的吸酸量也都增加。

4.浸酸時間　浸酸時間增加，羊毛的吸酸量逐漸增加，草雜的變化不大，很快達到飽和的程度，草雜一般3min左右吸足酸量，浸酸時間一般取3～4min。

5.炭化助劑　在酸液中加入炭化助劑以后，可以加快羊毛纖維和軟草籽的吸酸速度。草雜吸酸速度快和吸酸量的增加對其炭化是有利的。而羊毛吸酸加快及含酸量增多會對纖維產(chǎn)生一定的損傷，但由于表面活性劑的存在，酸水的表面張力減小，軋酸時去除的酸水也增大，所以不會造成羊毛纖維的過大損傷。

在炭化設(shè)備中往往采用兩只浸漬槽，第一只浸漬槽只加水（或加炭化助劑）以潤濕羊毛；第二只浸漬槽才加入一定濃度的硫酸。

（二）脫酸

從浸酸槽中出來的羊毛含酸率太高，若直接烘干不僅會增加烘干機的工作負擔，使羊毛烘不干，草雜不脆化，而且會嚴重損傷羊毛纖維，因此在進入烘干機之前，要盡量去除羊毛中過多的酸水量。

（三）烘干與焙烘

羊毛經(jīng)脫酸后應(yīng)立即進行炭化烘干，因為帶酸的濕羊毛更易受到損傷。含酸的濕羊毛不能立即進行高溫焙烘，由于水分的汽化是在表面上進行的，內(nèi)部水分要向外滲出，借助于纖維間的毛細管作用，酸液也由內(nèi)部通過此向外滲出，在羊毛表面積累，局部濃度過高，經(jīng)高溫烘烤，纖維被溶解，顏色發(fā)紫，強力損傷。所以在焙烘前先低溫烘干，再進行高溫焙烘。

（四）壓炭與除炭

經(jīng)高溫焙烘后羊毛中草雜已變焦脆，應(yīng)立即壓碎和除去，否則草雜吸濕之后要恢復(fù)韌性，不易壓碎，達不到除去草雜的目的。

1.壓炭　LB061型聯(lián)合炭化機的壓炭機主要由12對溝槽羅拉組成；壓力由壓輥自重及彈簧加壓產(chǎn)生。為了提高壓炭效果，壓輥工藝采取以下措施。

（1）壓輥的速度逐漸增加，以使其間的毛層逐漸減薄，充分壓碎草雜。

（2）壓輥的加壓逐漸增加，其壓力大小通過調(diào)節(jié)加壓桿的高度來實現(xiàn)，螺桿高度愈小，所加壓力愈大。

（3）上下壓輥表面線速度不一致，上壓輥表面線速度慢，下壓輥表面線速度快，以便將通過其間的草雜搓碎。

（4）各對壓輥之間的隔距逐漸減小，以適應(yīng)毛層逐漸減薄的趨向，確保壓炭效果。隔距的大小要掌握恰當，過小會造成羊毛損傷嚴重。

2.除炭　除雜是在螺旋除雜機上進行的，除雜機是由打手及其外的網(wǎng)狀塵格組成，在使用過程中應(yīng)防止網(wǎng)眼堵塞，影響除雜效果。氣流與除雜的關(guān)系極大，為了有效地排除雜質(zhì)，排塵風(fēng)機宜保持一定的風(fēng)量。

（五）中和

經(jīng)除雜之后的羊毛含有一定量的硫酸，不設(shè)法及時去除，在氧氣和日光的催化作用下，羊毛纖維會逐漸分解，強力下降，毛色發(fā)黃。含酸羊毛也不利于加工，還會腐蝕加工機件。中和除去羊毛中的硫酸的同時還可使羊毛的強力得以部分恢復(fù)。中和工序由洗酸、中和、洗堿三部分組成。

1.洗酸（中和第一槽）中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，放熱量過大會導(dǎo)致羊毛纖維的損傷，因此在中和之前，首先得用清水進行漂洗，約可去除羊毛含酸量的二分之一左右，這樣既可防止中和產(chǎn)生過多的熱量，又可以節(jié)約純堿的耗用量，降低生產(chǎn)成本。

2.中和（中和第二槽）通常使用的中和劑是純堿Na2CO3，其用量取決于羊毛的含酸量。一般堿濃度為0.1%（此時pH為11左右），為了維持工作液一定的中和能力，還需向中和槽中按時適量追加純堿。純堿與硫酸的作用的分兩步進行：

2Na2CO3+H2SO4→2NaHCO3+Na2SO4

2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2H2CO3

含酸羊毛進入中和槽遇到純堿時，第一個反應(yīng)很快發(fā)生，而反應(yīng)中的生成物碳酸氫鈉逐漸積累（溶液的pH降至8左右），第二個反應(yīng)則逐漸增加，碳酸的生成量也逐漸增多。這時繼續(xù)追加純堿，將發(fā)生下列反應(yīng)：

Na2CO3+H2CO3→2NaHCO3

由于硫酸和純堿在中和槽中繼續(xù)作用，工作液中碳酸氫鈉逐漸積累，碳酸鈉和碳酸氫鈉混合液組成緩沖液，維持工作液的一定pH不變，即使在其中加入一些堿或加入一些酸，其混合液的pH均不會發(fā)生大的變化。混合液的濃度越高，緩沖的持續(xù)能力越強，不必過多地追加純堿。中和槽中的工作液繼續(xù)使用，仍有中和硫酸的能力，定時檢查槽液的酸堿度，適量追加純堿即可。中和時純堿的耗用量為羊毛重量的3.5%左右。

對于一些細支羊毛因吸酸量較多，在中和槽內(nèi)浸漬時間較短，中和作用不充分，仍可在第三槽中加氨水進行中和。氨水的擴散力極強，它能進入毛塊的內(nèi)部，減少羊毛中的結(jié)合酸量。氨水用量約為羊毛重量的1%。

3.洗堿　用清水漂洗，以除去其上剩余的堿液和鹽類。羊毛中含堿會造成纖維的損傷，沾鹽會影響手感，pH最好維持在6～7。處理后含酸量在1%以下，微量酸的存在不會對纖維帶來較大的影響。

（六）烘干

及時烘干中和后的濕羊毛。炭化烘干機的產(chǎn)量比洗毛機要低，所以炭化烘干的時間要短（約4min），溫度較低，蒸汽壓力為11.77～14.7Pa就可以達到干燥的目的。

五、炭化的質(zhì)量要求

（一）炭化羊毛的質(zhì)量指標

炭化羊毛要求手感蓬松、有彈性、強力損失小、毛質(zhì)清潔有光澤、顏色潔白不泛黃。炭化羊毛的質(zhì)量指標有含草雜率、含酸率、發(fā)并率、回潮率，見表2-11。

表2-11　炭化羊毛的質(zhì)量指標

（二）影響炭化羊毛質(zhì)量的因素

影響炭化羊毛質(zhì)量的因素主要有以下幾種。

（1）草屑過多。由焙烘后草雜炭化不良、炭化前開松不良、硫酸濃度偏低、羊毛在酸液中浸漬不透、烘焙不足、壓炭除炭不良、皮輥壓力不足、除塵不良等因素造成的。

（2）含酸過多。由洗酸不良、堿濃度不足、中和氨水濃度不足、羊毛在中和槽內(nèi)浸漬不足等因素造成的。

（3）羊毛氈并、結(jié)條過多。由炭化前開松不良、軋酸后羊毛在烘房喂毛機內(nèi)翻滾過度、除塵機塵籠中羊毛過多、除塵機塵籠角釘插入過深、造成掛毛等因素造成的。

（4）烘后羊毛回潮率不當。由烘干溫度不當、軋輥效果不良等因素造成的。