超声波在亚麻织物染色加工中的应用研究Word文档下载推荐.docx
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StudyontheApplicationofUltrasonicinDyingofFlaxFabric
ABSTRACT
Flaxfabrichasstraightforwardstyleanduniquepropertiesofgoodmoistureabsorptionandcooling.Ithaslowcontentofcellulose,highcontentoflignin,hemicellulose,pectinandothernaturalcommensal.Meanwhileitsdegreeofpolymerization,degreeofcrystallizationanddegreeoforientationarehigher,soithastoughhandleandlowwaterabsorption.Theseleadlowdyeinguptake,dullshadeandpoorcolorfastnessofflaxfabric.Ultrasoniccanbeusedtoimprovedyeingprocess.Inordertosolvethedyeingproblems,byretrievingalargenumberofrelevantliteraturesandreferringtootherrelevantexperiences,westudiedthedyeingprocessofflaxfabricundertheactionofultrasonic.
Inthispaper,weusedultrasonicfordyeingaccordingtothecharacteristicsofflaxfabric,doresearchintheaffectsondyeingpropertieswhenchangedthedyeingconditionssuchasultrasonicfrequency,dyeingtemperatureanddyeingtime.Tooptimizetheparameterswithorthogonalexperimentaldesign,analyzethemainfactorsandthechangesofdyeingpropertiesofultrasonicdyeing,gettheoptimalsolutiondyeingprocessofultrasonic.Stainedbyultrasonic,thedyeingperformancehasimprovedwhilemaintainingtheoriginalstyleofflaxfabric.Themainpurposewastoimprovetherateoffabricdyeing,dyeinguniformity,saveenergyandrawmaterials,reduceenvironmentalpollution,adapttomarkettrendsandmeetconsumerdemandfortheperfectcombinationofqualityandform.
Intheultrasonicdyeingprocessofflaxfabric,wefirstlysettheboiling-offorthogonaltestaccordingtothepropertiesoffabric,afterthat,analyzedtherateofweight-loss,minificationandtensileproperty,foundthebestboiling-offtechnicsbyusingoptimaldesignandanalyzemethods,adoptedone-bathone-stepmethodinpre-treatmentoffabriccombiningtheoptimumbleach.Itcanreachthepurposeofminimizinglossesbeforedyeing.Next,wemadethetwoultrasonicfrequencies,dyeingtemperatureanddyeingtimeasmainfactorstodesignorthogonaltest,usedthereactivedyestodyeflaxfabricundertheactionofultrasonic,measuredfabricperformanceafterdyeing.Moreover,weanalyzedtheorthogonalexperimentaldatatodeterminetherelationshipbetweenthemostimportantfactorindyeingandthechangesofdyeingproperties,soughtthebesttechnologyundertheactionofultrasoniconthefeasibilityofdyeing.Finally,wecananalyzethepracticalityofflaxfabricaccordingtotheperformanceandappearanceoffabricbeforeandafterthedyeing.
Theresultsobtainedbyanalyzingtheexperimentaldatashowthatthedyeingrate,leveldyeingandpermeabilityhavebeenimprovedbyreactivedyeingwithultrasonic,theyhavenoeffectontherubbingfastness.Ultrasonicdyeingcanachievehighdegreeofimprovementfordyeingproblemsandquality.Theprocessisconducivetosavingtime,energyconsumptionandreducingthepollutionofdyeontheenvironment.Itisaneffectivenewlow-temperaturedyeingtechnologyofenvironmentalprotection,andaproperreferencetotheenterprise.
Xuzenghui（TextilEngineering）
DirectedbyProf．GuoYan
Keywords:
Flaxfabric;
Ultrasound;
Reactivedyes;
Dyeingmechanism;
Property
目录
1绪论1
1.1亚麻纺织品的现状1
1.1.1国内现状1
1.1.2国外现状2
1.2亚麻织物的染色问题及解决方法借鉴3
1.3超声波技术及空穴效应4
1.3.1超声波5
1.3.2空穴效应及影响因素5
1.4超声波作用机理5
1.4.1超声波对纤维高分子物的作用5
1.4.2超声波对整理液的作用6
1.5超声波在纺织工业中的应用6
1.5.1在退浆工艺中的应用7
1.5.2在煮练工艺中的应用7
1.5.3在漂白工艺中的应用7
1.5.4在染色工艺中的应用8
1.6本课题研究的背景及意义8
1.7本课题研究的主要内容9
2亚麻织物前处理工艺11
2.1概述11
2.2亚麻织物及性能测试11
2.3煮练工艺设计12
2.3.1煮练的目的和作用12
2.3.2煮练正交试验设计依据12
2.4煮练后织物性能指标测试及分析13
2.4.1煮练后织物物理机械性能指标13
2.4.2煮练后织物物理机械性能指标分析14
2.5煮练工艺因素分析及优选17
2.5.1碱液浓度对亚麻织物物理机械性能的影响18
2.5.2浴比对织物物理机械性能的影响20
2.5.3温度对亚麻织物物理机械性能的影响22
2.5.4时间对织物物理机械性能的影响24
2.5.5煮练工艺优选26
2.6漂白26
2.6.1漂白的目的和作用26
2.6.2双氧水漂白的作用27
2.6.3漂白助剂的选择27
2.6.4漂白工艺参数因素的设定27
2.7本章小结27
3超声波作用下亚麻织物染色及工艺研究29
3.1超声波作用下织物染色基本理论概述29
3.2染色方法的选择29
3.3亚麻织物染料上染过程及原理30
3.3.1染料的选择30
3.3.2活性染料染色过程及原理30
3.3.3染色助剂的选择30
3.4超声波作用下织物染色正交试验设计依据31
3.5正交染色后亚麻织物各项性能指标34
3.5.1织物物理性能指标34
3.5.2织物上染百分率34
3.5.3织物表面色深K/S值35
3.5.4织物的摩擦色牢度35
3.6超声波作用下亚麻织染色能指标分析36
3.6.1织物上染百分率分析36
3.6.2亚麻织物表面色深K/S值分析37
3.6.3织物摩擦色牢度指标分析37
3.7本章小结39
4超声波作用下亚麻织物染色工艺优选40
4.1超声波频率对织物各项染色性能指标的影响40
4.1.1超声波频率对织物上染百分率的影响40
4.1.2超声波频率对亚麻织物表面色深K/S的影响41
4.1.3超声波频率对织物摩擦色牢度的影响42
4.2温度对亚麻织物各项染色性能的影响42
4.2.1温度对织物上染百分率的影响43
4.2.2温度对织物亚麻织物表面色深K/S的影响43
4.2.3温度对对织物摩擦色牢度的影响44
4.3时间对亚麻织物染色性能的影响44
4.3.1时间对织物上染百分率的影响44
4.3.2时间对织物表面色深K/S的影响45
4.3.3时间对织物摩擦色牢度的影响46
4.4因素间的相互作用对织物染色效果的影响46
4.4.1超声波频率与温度的相互作用对织物上染率的影响47
4.4.2时间与超声波频率的相互作用对织物上染率的影响48
4.5超声波作用下亚麻织物染色工艺优选48
4.6本章小结50
5结论51
5.1本课题取得的主要结论51
5.2本课题存在的主要不足52
参考文献53
攻读学位期间发表的文章
西安工程大学学位论文知识产权声明
西安工程大学学位论文独创性声明
致谢
1绪论
21世纪是“绿色”的世纪，麻类纺织品是21世纪最具发展潜质的功能性纺织“绿色产品”。
亚麻纤维具有良好的吸湿、排汗、抗菌等特殊性能，作为主要的高级麻纺原料，素有“纤维皇后”的美称。
亚麻纺织品吸湿透气、爽身宜人、天然抑菌、抗辐射、无静电、有利健康，在“返璞归真、舒适健康”的潮流中倍受青睐，但织物存在上染率低、染色牢度差、色光萎暗和织物手感差等缺陷，很难达到人们对服饰的审美习惯和人们追求产品内在质量和形式完美结合的要求。
如何改善染色均匀性差和不易染透等缺点，近年来引起了国内外纺织染整工作者的广泛关注，而将超声波用于亚麻织物的染整加工成为一个新的研究方向。
1.1亚麻纺织品的现状
亚麻纤维作为“棉、毛、丝、麻"
四大天然纤维之一，是大麻纺家族中开发最早也最为完善的品种，其在纺织领域的使用历史已经有7000多年了。
可以说，它的使用与发展伴随并见证了人类的历史。
亚麻植物是最宝贵的生态资源之一，它是一种可再生的能源，从作物种植、纤维加工到废弃物的处理，整个过程都需要很少的化学物质，明显具有生态产业的特征。
作为最古老的纺织纤维，亚麻纤维广泛运用于服装、家用纺织品（装饰用品、桌布、床上用品）和产业用纺织品（汽车内饰）等各大领域[1]。
在社会物质文化水平不断丰富和提高的今天，消费者在追求美丽和舒适的同时，更加关注绿色消费和环保消费，这也是亚麻作为一种高品质、高舒适性的绿色纤维在西方发达国家受到众多消费者喜爱的一个重要原因。
1.1.1国内现状
我国是世界上最大的亚麻纺织品生产国，同时又是最年轻的亚麻纺织品生产国。
在20世纪80年代[2]，亚麻短纤维已全面开发利用，同时，棉纺行业的介入，改变了亚麻纺织品的品种结构。
在原料开发方面，以提高亚麻单产和纤维质量为重点。
到20世纪90年代末，麻纤维单产和质量已达到世界先进水平。
亚麻分为长麻和短麻，长麻绝大部分采用湿纺设备[3]，纺制中、细支麻纱，由长麻所生产的纱线手感好、强度高、纱面光洁，适合做夏季面料，面料高档且色泽多是亚麻本色和象牙白。
短麻纺也大多采用湿纺工艺，一般纺制10～15s纯亚麻粗纱。
目前，亚麻纱支一般在10～70s之间。
我国常见的纱支有10s、18s、24s、28s、36s、42s等。
我国生产的亚麻产品多以中、粗支数为主，36s以上的产量比较低，只占总产量的20%～30%，且大部分用于出口，在研制高支纱方面也因成本问题而没有形成工业化生产。
在产品方面，我国常见的产品开发方面发展的重点是增加产品花色、稳定质量、提高档次、调整产品结构。
主要出口亚麻纺织品和高档亚麻纺织品的品种、质量已赶上或接近国外先进水平。
目前，我国以生产亚麻包皮布、亚麻帆布、亚麻消防水龙带等产品为主，转向以生产具有较高附加值的家用亚麻纺织品为主的行列。
尤其近些年亚麻保健功能性织物，如服用性织物，包括机织亚麻外衣面料、针织亚麻T恤等；
床上用品包括亚麻凉席、亚麻床单等；
其他包括亚麻保健袜、汽车坐垫等，深受广大消费者的欢迎，开发发展前景广阔。
在这方面今后开发的趋势仍是由生产中、低支纱为主转向以生产中、高支纱为主，在发展粗薄两极产品的同时，开发和增加纯麻轻薄织物的比重。
而且亚麻针织专用纱和亚麻同其他纤维混纺、交织（如涤/麻、棉/麻、毛/麻、绢/麻、晴/麻、丝/麻等）为主的多结构、多层次、多规格、多用途的内销产品将日益发展。
亚麻织物从纯纺到混纺虽成系列，但仍然存在不少问题，分别表现为：
（1）成本高、质价不符、档次低、服装用布抗褶皱性差；
（2）纺织工艺设备单一、产业用品单一；
（3）织物后整理水平低、染整不过关，染色布还普遍存在手感硬、弹性差、缩水较大、易折皱、上色率和固色率低、颜色不鲜明的特点。
针对这些问题，我国在技术方面不断推广亚麻短麻纺高支纱新工艺[4]，大幅度提高纺纱支数，合理使用原料，降低原料成本；
发展纤维重量损失小、有利于纺纱支数提高、减轻细纱色差和提高成纱强度的粗纱煮漂工艺[5-6]；
优先发展多品种、小批量的产品染整加工技术；
在保持亚麻特有风格的前提下，开发防腐、防皱、磨毛、抗静电，亚麻专用整理剂[7-9]及染色剂等。
在提高织物的抗折皱性能和服用性能，改善织物的手感和外观方面做出了巨大的贡献。
1.1.2国外现状
在国外[10]，亚麻短纤维多用于非织造布生产，如纸张，同时也用来生产产业用纺织品，如绝缘材料；
而且亚麻的下脚料可用来制作一些工业制品。
目前，亚麻制品的一个新用途是作为汽车内部装饰。
国外主要研究亚麻纤维与其它纤维的混纺[11-13]，既可以和高贵的蚕丝或开司米混纺，也可以和普通棉纱或粘胶纤维混纺，织出质地全新的面料。
在国际上，亚麻产品有细致优雅的亚麻手帕、衬衫衣料、运动装、花式色纱产品以及麻毛混纺产品；
亚麻家用产品则包括窗帘、墙布、桌布、床上用品等；
亚麻产业用产品则包括画布、绝缘布、行李帐篷、滤布以及航空用产品。
对于亚麻服装来说，在传统上，亚麻主要用于夏季服装，而欧洲亚麻业已开始注意开发粗重干纺亚麻纱用于冬季服装[14]，如比利时已研究开发出冬季服装并取得可喜进展。
同时，现代时装设计也青睐亚麻织物，亚麻时装在西欧颇为流行。
在德国法兰克福的时装商店里，一套亚麻时装价格高达人民币3000多元。
在美国，亚麻运动装倍受消费者的青睐，现正呈逐年上升的趋势。
随着亚麻纺织技术的日益提高，亚麻服装针织化已成为世界纺织业的重要经济增长点之一。
国际上还注重亚麻功能性服装面料的开发，俄罗斯中央麻纺研究院研制成功卫生性能好、抗污染的医用外科包扎材料及医用织物，并且建议把亚麻内衣推荐给过敏性皮肤患者。
北爱尔兰推出的针织起皱亚麻毛巾，用其擦洗可有助于血液循环而起到健身的作用。
同时，在针对亚麻织物存在的伸缩性、手感问题等方面，各国也相继研发出不同的新型整理剂以及改变加工工艺等。
日本富士纺、东洋纺等多家公司成功研究了亚麻纱线和亚麻织物的液氨处理工艺。
不仅保持了亚麻原有的吸水性和光泽的，还提高了织物的回弹性和柔软性，并具有耐折皱、抗收缩和免烫效果，耐洗涤而不变形。
尤其是近年来织物在染整加工方面的问题，也同样引起国外纺织界高度重视和广泛关注。
1.2亚麻织物的染色问题及解决方法借鉴
亚麻纤维中纤维素含量较低，果胶、木质素、半纤维素等天然共生物含量较高[15]；
纤维聚合度、结晶度、取向度均比棉纤维高；
故其手感硬，吸水率比棉纤维低。
基于上述亚麻纤维的特性，使亚麻制品的上染率低，而且颜色偏于灰暗，缺乏鲜亮的色泽，制约了高档亚麻纺织产品的开发，在现代时装市场上难以与其他的纺织品竞争。
在解决亚麻织物染色困难的问题方面，四川省纺织工业研究院的蒲宗耀等人，曾对苦麻织物阴离子化学改性及其染色的理论与实践进行了系统深入的研究[16]，该项研究在改善亚麻纤维可染性差这一难题上取得了重大突破。
大连轻工业学院纺织系郭雅琳用自行研制的季铵基改性剂对亚麻织物进行改性[17]，探索了亚麻织物季铵基改性的化学机理，确定了采用吸尽法和焙烘法进行亚麻改性的最佳工艺，能在一定程度上提高上染率。
其次是大多通过加入助剂以及改变工艺条件的研究，如大连轻工业学院的任亮等人研究了经壳聚糖整理后亚麻织物的活性染料染色性能[18-19]，研究发现活性染料染色上染率提高，但存在染色不匀的现象，在染液中需加入匀染剂才可以改善染色不匀。
齐齐哈尔大学轻纺学院的高洁等人，用渗透剂X对亚麻短纤维进行活性染料染色处理[20]，使得纤维固色率、沾色牢度等性能指标明显提高；
化工学院薛旭婷等人，以含酯基季铵盐双子表面活性剂（DLEA）作助剂对亚麻织物用活性染料进行染色[21]，研究发现亚麻织物的固色率和上染百分率提高近10%；
北京服装学院材料科学与工程学院的纵瑞龙等人为了了解不同染色工艺对亚麻织物各项染色性能的影响，探讨了浸染、轧一烘一轧一蒸、轧一烘一焙、冷轧堆等工艺[22]，通过测定染料的提升力、表面色深、色牢度和染透性等基本特性，选用更适用的工艺用于生产，取得了一定的进展。
美国为改善亚麻织物的伸缩性、手感及染色问题，在纺织染整工艺中采用了一系列改进措施[14]：
纱线在追捻时漂白，让其能适应高速纺机；
对针织用纱进行石蜡处理，改善织造性能，织物染整时脱蜡；
用分条整理技术提高纱线及其织物的张力和伸缩性；
在织物染整加工中加一些多元脂的助剂以减轻布料起皱。
随着高新技术的发展，随着国际市场对绿色织物的需求和要求日益提高，人们对绿色织物的追求，对环境问题的日益关注，化学改性将不再是改性的发展方向，环保的处理加工方法将是纺织品加工的趋势。
科研工作者相继研发出许多特殊的加工技术，如微波、超声波、无线电波、红外线加热技术等，其中超声波在纺织品染整加工过程中的应用，被认为更有价值[23-24]。
Sokolov和Tumansky早在1941年就提出纺织品超声波处理技术[25]，此后很多学者对其在纺织品湿加工中的应用进行了研究。
Thakane等人也相继介绍了超声波应用于染色是最为有力的，超声波染色技术具有节约能源、缩短加工时间、提高纺织品性能和减少废液排放量等诸多优点[26]。
齐齐哈尔大学轻工纺织学院的高淑珍等人，分别研究了单频超声波在直接染料或还原染料染亚麻纱、亚麻织物中的应用[27-28]，研究发现，超声波染色能够提高染料上染百分率，增加匀染透染性，增大扩散系数，降低染色的活化能，减少环境污染，而且能够节约能源，这对于高度提倡节约能源、保护环境的新世纪来说，将具有广阔的发展前景。
目前，国内研究关注的重点大多在不同类型染料在不同纤维材料上的吸附过程，对于染色工艺条件与多频率超声波效率之间的关系报道较少。
基于此，本试验对活性染料浸染工艺条件与超声波两种频率促染效率的关系进行探讨。
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