羽绒加工技术

第1章 绪论 1.1 羽绒纤维 1.1.1 羽绒纤维概念 羽毛是指覆盖在禽类体表质轻、柔软、蓬松、防水，主要由角质化蛋白质构成的瓣状结构[1]。 按照羽毛的形态和功能可将其分为正羽、纤羽和绒羽。正羽是指生长在禽类尾部、翅膀、颈部等部位的片状羽毛，具有完整的羽毛结构。正羽的结构见图1.1（a），由羽根、羽干、羽枝等构成。纤羽一般生长于禽类全身部位，羽轴硬度高，羽枝数量少，保暖性能差，可利用价值不高。绒羽又称羽绒，紧贴禽类和鸟类体表，生长密集，被正羽覆盖，在结构上与正羽有明显的不同，羽干退化，羽枝从羽根处开始呈放射状生长，羽枝蓬松柔软。整个羽绒呈雪花状，具有优良的保暖性能，是羽毛中价值*高的部分[2]。羽绒结构见图1.1（b）。 图1.1 正羽及羽绒结构 羽绒纤维是一种天然的蛋白质资源，质地轻、软，具有良好的蓬松性能和绝佳的保暖、隔热性能，几乎没有其他纤维可以替代。在严寒的冬季，羽绒服装产品既柔软保暖，又轻盈舒适，是人们冬季首选的防寒保暖服装。 1.1.2 羽绒纤维结构 羽绒纤维和羊毛、蚕丝纤维等天然纤维相同，主要由蛋白质构成。人们将构成羊毛的蛋白质称为角朊，将构成蚕丝的蛋白质称为丝朊，将构成羽绒的蛋白质称为羽朊。羽绒纤维由羽朊和包裹在羽朊上的薄膜组成。这种薄膜是由甾醇和三磷酸酯构成的双分子层膜。甾醇和三磷酸酯的结构式见图1.2。其中，甾醇，又名固醇，广泛分布在生物界，基本结构为环戊烷多氢菲，难溶于水；三磷酸酯是由有机醇和三分子的磷酸酯化而成的酯类化合物，也难溶于水[3]。 图1.2 甾醇和三磷酸酯的结构式 羽绒纤维的微观形态与羊毛纤维有所不同。在扫描电子显微镜下观察羊毛纤维，其表面是由片状鳞片细胞组成的鳞片层；羽绒纤维表面没有明显的鳞片层[4]，但是沿纤维径向有或深或浅、凹凸不平的沟壑状纹理[5]。扫描电子显微镜下的羽绒表面形态结构显示，羽绒的中央有一个极小的绒核，它连接着几十根绒枝，每根绒枝上又生长着大量的绒小枝，且靠近绒枝上的绒小枝呈扁平状，远离绒枝的绒小枝则呈现柱状，细度也越来越小。图1.3所示为通过扫描电子显微镜得到的羽绒纤维微观表面结构。 图1.3 羽绒纤维微观表面结构 1.1.3 羽绒纤维物理化学性能 羽绒纤维蓬松性能良好。羽绒纤维的绒枝多而长，大量纤长的绒枝自然排列组合在一起，互相缠绕，朝不同方向伸展，绒枝间隙可以固定大量空气，占据空间，并且绒枝上的节点在受到挤压和压缩后可以起到支撑与恢复的作用，从何达到蓬松效果[6]。 羽绒纤维保暖性良好。这是因为羽绒纤维自身导热系数很低，热量散失较慢，同时，羽绒纤维具有良好的蓬松性能，蓬松的羽绒纤维之间固定有大量空气，进一步防止了热量的散失。另外，羽绒纤维截面呈泡状结构，排列规则，含有空洞甚至空腔，这些空腔也有助于保暖[2]。 羽绒纤维具有良好的吸湿性能，穿着舒适性优良。这是因为羽绒纤维上绒枝众多，并呈放射状排列，绒枝上还生长着绒小枝，绒小枝上又生长着许多节点，使羽绒纤维的表面积相对较大，具有较强的表面能和吸水能力，故具有良好的吸湿性能[7]。 羽绒纤维具有良好的防水性。羽绒纤维的临界表面张力是所有蛋白质纤维中*小的。物体的临界表面张力是一种液体能在物体表面分布的*高表面张力[8]。由于水的表面张力大于羽绒纤维的临界表面张力，故水很难在羽绒纤维表面分布。同时，常温下干净羽绒不能被纯水所润湿，这也与它的表面结构有关，羽绒外面有一层由甾醇和三磷酸酯双分子层构成的细胞膜，其中甾醇和三磷酸酯均是难溶于水的物质。 羽绒纤维耐酸不耐碱。这主要是因为酸能够使角蛋白分子的盐式键断开，并与游离的氨基结合[9]。常温下，无论是弱酸还是强酸，对羽绒纤维基本无影响[10]，而碱不仅会使羽绒纤维角蛋白分子的盐式键等分子间键断开，而且能破坏角蛋白中的二硫键，催化肽键的水解，对羽绒有破坏作用[11]。 羽绒纤维耐还原剂不耐氧化剂[12]。常温下还原剂很难破坏羽绒纤维中的盐式键和氢键，不会引起羽绒纤维明显的损伤，而氧化剂可以使角蛋白胱氨酸中的二硫键断裂，并将二硫键氧化成磺酸基。弱的氧化剂在较低温度时对羽绒纤维的破坏作用不大，但是强氧化剂在高温、高浓度、长时间地作用于羽绒纤维会使其受到严重损伤[13]。 1.1.4 羽绒品质要求 成品羽绒要经过多项检测，各项检测合格后才能出厂。一般对羽绒品质的要求主要有羽绒含绒量、蓬松度、清洁度、残脂率、耗氧量、气味、水分等。具体检测项目及其意义如下所述。 含绒量，又称绒子含量，即羽绒所占的百分比。例如，含绒量80%白鸭绒，是指100g白鸭绒中有80g为羽绒，其余20g为符合规格的毛片等。含绒量是羽绒市场价格的主要依据，是衡量羽绒及其制品品质的重要指标之一[14]。目前，大多数厂家采用的方法是人工挑拣法，即先称取一定量的羽绒样品，质量检测人员借助显微镜或者肉眼观察，将绒子和杂质、毛片等分开，再分别称量其质量，计算绒子含量[15]。这种方法需要花费大量的时间和人力，而且对检测人员的专业技能有较高要求，误差较大。还有一种方法是绒量检测仪法，其原理是利用绒子的质地轻软而毛片的质地相对较沉的特性，通过仪器产生一定的风压，将毛片和绒子一同吹起，绒子飘起的高度比毛片高，这样就可以与毛片分离，再测定质量即可计算绒子含量[16]。 蓬松度是指羽绒纤维的弹性程度，即规定质量的羽绒样品在相同容器和恒定压力下所占体积[17]。蓬松度是检测羽绒品质的重要指标，与羽绒的保暖防寒性能息息相关。相同质量的羽绒，蓬松度越高，所占体积越大，羽绒保暖隔热层就越厚，保暖性也就越好[18]。 清洁度，又称透明度，可反映羽绒中杂质、微尘及游离有机物的含量[19]。清洁度越高，说明羽绒清洗越充分，含有的杂质、微尘等越少。我国大部分工厂羽绒清洁度的检测主要采用 GB/T 10288—2016《羽绒羽毛检测方法》中的透明度计法，即将羽绒浸入蒸馏水中，经振荡将羽绒中杂质等物质分散在水中，然后用透明度计测定羽绒清洁度[20]。 残脂率是指羽绒纤维中油脂、脂肪等有机物的含量。残脂率也可以反映羽绒清洗是否充分。如果羽绒残脂率高，羽绒制品就会有异味，影响羽绒制品的质量。我国对于羽绒残脂率，是通过利用有机溶剂循环萃取羽绒，然后测定有机溶剂中溶解的脂肪含量来得到的[21]。 1.2 羽绒的加工流程 羽绒主要来自鸭和鹅，鸭和鹅的日常活动使其毛羽中附有大量的泥沙、灰沙、粪便等污物，宰杀、拨毛羽的过程，也会使鸭、鹅的毛羽沾有大量的油渍和血渍。鸭、鹅的腥味和这些污物带来的异味会严重影响毛羽的使用价值，因此必须对其进行加工处理。 一般对羽绒羽毛采用粗分、水洗、甩干、烘干、除尘、精分、拼堆，或粗分、精分、水洗、甩干、烘干、除尘、拼堆，或粗分、除尘、水洗、甩干、烘干、精分和拼堆的加工处理方式。根据产品的要求，必要时还可对羽绒进行除铁操作。从鸭、鹅身上拔下的毛羽经过这些工序的处理后，即可达到一种洁白、无味、光亮、轻盈、有弹性的状态。具体过程如下[22]。 1）分毛 分毛是羽绒羽毛加工的**步。通过机械分毛作用可以将废料分出，并从原料毛中分离出具有加工价值的羽绒羽毛，进一步还可以分离出不同含绒量的羽绒，提高羽绒羽毛的后续加工效率。 分毛工序采用分毛机完成。由于毛羽中毛梗废料、羽毛、羽绒、羽丝和绒丝的重量不同，在相同风力作用下，不同成分在分毛机的垂直分离风道内的悬浮速度和分布高度各不相同。可以通过收集不同高度上的羽绒羽毛来完成分毛工序。其中，羽绒的高度越高其含绒量越高。 分毛机按其厢体数可分为单厢分毛机、三厢分毛机、四厢分毛机、五厢分毛机和七厢分毛机，工厂中常用三厢分毛机、四厢分毛机和五厢分毛机。分毛分为粗分和精分。粗分适用于原料毛的分离，精分适用于提分含绒量高的羽绒。通过三厢分毛机可以将原料毛分为废毛料、毛片和羽绒。通过五厢分毛机可以将原料毛分为废毛料、长毛片、毛片、低分羽绒、羽绒。三厢分毛机分毛速度较快，但是分离效果欠佳，对原料毛分离的毛片长短不一，羽绒含绒量低。五厢分毛机可以将原料毛分得更精细一些，减少二次分毛。二次分毛可以在羽绒水洗前进行，也可以在羽绒水洗后进行。 分毛机对原料毛或羽绒组分分离得越精细越好，提分的羽绒含绒量越高越好。影响分毛效果的主要因素有分毛机种类、原料毛状态、羽绒品质、人为因素等。 2）水洗 分毛后的羽绒羽毛需要进行水洗，水洗由焖洗和漂洗两道步骤完成。水洗是羽绒羽毛加工的关键技术，可以使羽绒的状态发生“质变”，使其具有使用价值。水洗工序对后续羽绒的残脂率、清洁度、耗氧量等指标都有很大影响。 水洗工序的流程主要为：一定量的羽绒通过加毛间进入水洗机内，在水洗的机械搅拌作用下，对羽绒羽毛进行焖洗和多次漂洗；水洗结束后将毛放入甩干机中，进行下一步操作。水洗工序中除了采用洗涤剂进行焖洗外，也可以进行除臭、漂白等操作。水洗效果受焖洗时间、漂洗次数、化料性能及原料毛等因素的影响。 3）甩干 甩干是烘干羽绒前的一道必经工序。羽绒经水洗后放入甩干机内进行甩干操作。甩干机的转速分为低速和高速，在甩干机低速时放入羽绒羽毛，可避免羽绒羽毛飞出甩干机体。高速甩干后，羽绒可达到脱去水分的潮湿状态。 在羽绒羽毛甩干的过程中，也可对羽绒羽毛进行除臭、漂白等其他处理。 目前市场上也有对水洗机进行改进的装置，将水洗机和甩干机合成一体，更加方便实际应用。 4）烘干 分毛后的羽绒羽毛经水洗、甩干、烘干后即可达到基本的加工要求。烘干后的羽绒羽毛一方面达到了质检的水分要求，另一方面高温烘干也具有杀菌、除臭作用。烘干机的温度通过机内的管道蒸汽提供，温度的高低则通过蒸汽压力调节，一般采用120℃左右的高温短时间完成烘干。 5）除尘 羽绒羽毛上附有灰尘、皮屑等污染物，这些细微杂质统称为羽绒羽毛的粉尘。粉尘会影响羽绒的使用价值，降低羽绒羽毛的卫生性能，粉尘含量过高也会增加人体患病的可能性。 除尘机可降低羽绒羽毛的粉尘含量。除尘机主要由筛板、搅拌杆组成。对加入除尘机内的羽绒羽毛进行机械搅拌和鼓风处理，羽绒羽毛上的粉尘会随之浮起，并通过除尘机出风口进入粉尘袋内。羽绒羽毛上另一部分的粉尘则可以通过筛板分离出来。 6）拼堆 拼堆的主要目的是让羽绒羽毛达到出厂产品要求。在拼堆之前需检验水洗羽绒的组分，根据羽绒的组分含量，按一定比例混合不同组分的水洗羽绒使其满足*终出厂产品的要求。 拼堆机原理及结构简单，主要由加料口、搅拌装置和出料打包口组成。一般加料口有两个或两个以上。主要通过加料口的风力将需拼堆羽绒加入拼堆机内，通过拼堆机内的搅拌杆使不同组分的水洗羽绒混合均匀，拼堆完毕后打包羽绒即可。拼堆在室温下即可进行，拼堆的搅拌过程一般需6～7min。 1.3 羽绒检测指标及方法 羽绒的检测项目主要有蓬松度、残脂率、清洁度、耗氧指数、水分、白度、粉尘等。*常检测的项目是蓬松度、清洁度及残脂率，通过检测能够清晰反映出水洗羽绒的品质好坏。 1）蓬松度的测定 蓬松度是羽绒质量检测的重要项目。蓬松度不仅反映羽绒弹性，也与羽绒保暖性能密不可分。各国蓬松度检测标准、方法不同，我国的检测方法为 GB/T 10288—2016《羽绒羽毛检测方法》[23]。