几种染色助剂在羊绒染色工艺中的应用Word文件下载.docx
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目录
引言1
第一章山羊绒的结构特点2
1.1概述2
1.2山羊绒的结构2
1.2.1山羊绒的组织结构2
1.2.2酸、碱物质对山羊绒组织结构的影响3
1.2.3不同温度处理对山羊绒组织结构的影响4
1.3山羊绒纤维的性能4
1.3.1山羊绒纤维的形态4
1.3.2山羊绒纤维的细度4
1.3.3山羊绒纤维的长度5
1.4山羊绒的染色5
1.4.1山羊绒的染色机理5
1.4.2影响羊绒纤维染色性能的主要因素6
第二章羊绒染色常用的染料7
2.1活性染料7
2.1.1活性染料的类型及其染色性能7
2.1.2活性染料与纤维的反应8
2.1.3活性染料的染色过程9
2.1.4活性染料染蛋白质纤维的染色方法10
2.2酸性染料10
2.2.1酸性染料的染色原理11
2.2.2酸性染料对羊绒纤维的染色13
2.3酸性媒介染料13
2.3.1酸性媒介染料的染色机理13
2.3.2酸性媒介染料的染色方法14
第三章常用染色助剂及其性能分析16
3.1匀染剂及其性能分析16
3.1.1AlbegalB16
3.1.2其他匀染剂17
3.2增艳剂及其性能分析19
3.2.1还原剂型增艳剂19
3.2.2表面活性剂型增艳剂19
3.2.3.全功能型增艳剂19
3.3羊绒保护剂及其性能分析19
3.3.1羊绒保护剂的种类20
3.3.1.3抗定形类保护剂20
3.4促染剂及其性能分析21
3.4.1元明粉21
3.4.2醋酸21
第四章实验部分23
4.1实验一关于匀染剂的单因素实验23
4.1.1实验目的23
4.1.2实验原理23
4.1.3主要实验材料、化学药品和仪器23
4.1.4实验处方和工艺条件23
4.1.5实验步骤24
4.1.6实验结果24
4.2实验二关于增艳剂的单因素实验25
4.2.1实验目的25
4.2.2实验原理25
4.2.3主要实验材料、化学药品和仪器25
4.2.4实验处方和工艺条件25
4.2.5升温曲线图26
4.2.6实验步骤26
4.2.7实验结果26
4.3实验三关于羊绒保护剂的单因素实验27
4.3.1实验目的27
4.3.2实验原理27
4.3.3主要实验材料、化学药品和仪器27
4.3.4实验处方和工艺条件27
4.3.5升温曲线图28
4.3.6实验步骤28
4.3.7实验结果29
4.4实验四关于元明粉做促染剂单因素的实验29
4.4.1实验目的29
4.4.2试验原理29
4.4.3主要实验材料化学药品和仪器29
4.4.4实验处方和工艺条件30
4.4.5升温曲线图30
4.4.6实验步骤31
4.4.7实验结果31
4.5实验五关于醋酸做促染剂的实验31
4.5.1实验目的31
4.5.2实验原理31
4.5.3主要实验材料化学药品和仪器32
4.5.4实验处方和工艺条件32
4.5.5升温曲线图32
4.5.6实验步骤33
4.5.7实验结果33
第五章实验结果测试及分析34
5．1染液吸尽率及染色后纤维光泽的分析34
5.2皂洗牢度测试及分析34
5.2.1皂洗牢度实验34
5.2.2皂洗牢度分析36
5.3强力测试及分析37
5.3.1强力测试实验37
5.3.2测试条件对实验结果影响的分析40
结论42
参考文献43
谢辞44
引言
本课题为自拟课题课。
掌握着四种重要的表面活性剂的性质，并对羊绒进行染色，分析它们的作用与工艺过程。
课题的完成，将使我受到严格的科研训练，提高素质，为今后的工作奠定了基础，并对企业的生产起到一定的指导。
本篇论文从五个方面进行了论述，分别是：
山羊绒的结构与特点；
山羊绒常用染料的性能及分析；
常用助剂的性能及分析；
染色实验以及实验结果的分析。
实验中所用的原料为山羊绒，山羊绒是一种珍贵稀有的天然纺织材料，按照纤维的颜色,可以分为白山羊绒青山羊绒紫山羊绒和红山羊绒。
由于绒山羊特殊的生活区域及习性,它不可能像绵羊一样大规模的进行养殖,并且每只绒山羊的年出绒量较少.因此,山羊绒以克论价,被誉为“软黄金”。
本篇论文所用染料有四种，分别是活性染料兰纳素，活性X型艳红染料，弱酸性染料MF，以及酸性媒介红染料。
通过实验对这四种比较常见染料的性能和适用范围已有了一定的了解并能熟练应用其进行染色实验。
对于四种表面活性剂的应用通过改变其用量的多少进行实验，最终确定助剂的最佳用量。
本次实验中运用了分光光度计对染色后的残液进行测量，分析染液的吸尽率。
也运用了单纤维强力仪对染色后的羊绒纤维进行强力测试，通过对比确定了最佳的助剂的用量。
第一章山羊绒的结构特点
1.1概述
山羊绒是一种珍贵稀有的天然纺织材料。
按照纤维的颜色,可以分为白山羊绒、青山羊绒、紫山羊绒和红山羊绒。
由于绒山羊特殊的生活区域及习性,它不可能像绵山羊一样大规模的进行养殖,并且每只绒山羊的年出绒量较少因此,山羊绒以克论价,被誉为“软黄金”。
山羊绒在世界市场上被称为“开司米”（cashmere）,这是因为过去曾以克什米尔作为山羊绒的集散地,于是它就以克什米尔名称流传世界各地。
由于绒山羊生长的自然分布条件,世界上出产山羊绒的国家有:
中国,蒙古,伊朗,阿富汗,印度,巴基斯坦,土耳其等国。
总体来讲,山羊绒主要产于亚洲,尤其是中国。
1.2山羊绒的结构
山羊绒纤维细度细，长度短，纤维卷曲数少且不规则。
纤维表面磷片密度小，鳞片翘角小，表面光滑，纤维摩擦因数小。
所以纤维间抱合力较羊毛纤维小，山羊绒单纤维强力较小，耐热性较羊毛差。
山羊绒对酸、碱条件比细羊毛敏感，即使在较低温度和较低浓度的条件下，纤维损伤也较显著。
1.2.1山羊绒的组织结构
山羊绒纤维属于动物蛋白纤维，从形态结构上说山羊绒主要由鳞片层、皮质层组成。
鳞片层位于纤维的最外层，皮质层位于鳞片层的里面，是纤维的主要组成部分。
鳞片层是由鳞片细胞形成的“鳞片”形状的薄的外壳。
鳞片层的亚结构包括鳞片表层、鳞片外层与鳞片内层。
根据含硫量鳞片外层又分为A、B两层，其中A层含硫量最高。
皮质层是由皮质细胞与细胞间质组成，皮质细胞由巨原纤组成，而巨原纤又是由杆状的微原纤与无定形基质组成，微原纤“嵌入”在无定形基质中。
微原纤直径达到7～10nm，电子显微镜己能辨认。
微原纤的结构研究已近50年，至今仍有多种结构模型，有“9+2”结构模型、截面三角形密堆砌模型、“交叉指”结构模型，也叫“绳索结构模型”。
多肽链之间、基原纤之间主要依靠胱氨酸、二硫键、氢键、盐式键联结。
根据皮质细胞中微原纤及巨原纤的排列、堆砌状态可分为三种:
正皮质细胞、偏皮质细胞和间皮质细胞。
这三种皮质细胞的特点见表1-1。
表1-1山羊绒三种皮质细胞的特点
项目
正皮质细胞
偏皮质细胞
间皮质细胞
微原纤排列形态
以“涡形”致密排列，彼此难以分辨
无序、自由，极少区域显示近六方形堆砌结构
较有序，以六方形或近六方形紧密排列
巨原纤排列形态
清晰的圆形轮廓
无清晰边缘，“熔合”在一起
大多无清晰边缘，“熔合”在一起
细胞核的残余物
极少数细胞有大的细胞核残余物区域
大多数细胞中央有大的细胞核残余物区域
一些细胞中央有大的细胞核残余物区域
胱氨酸含量
低
高
中
基质含量
重金属染色
浅
深
1.2.2酸、碱物质对山羊绒组织结构的影响
山羊绒是一种耐酸的纤维。
在低浓度的酸溶液中处理，羊绒纤维的强度毫不受损伤。
一般情况下，弱酸或低浓度的强酸对羊绒纤维无显著破坏，而高浓度的强酸在高温下，就有显著的破坏作用。
碱对羊绒的作用剧烈而复杂。
当pH值大于10时，羊绒受损伤较重。
纤维受损，颜色发黄，强力严重下降，山羊绒及细羊毛经硫酸和碱处理后重量损失如表1-2、表1-3所示。
表1-2山羊绒经硫酸处理后重量损失
硫酸（G／L）
pH值
山羊绒纤维的重量损失（%）
4
2.3
0.5
5
2.0
1.0
表1-3山羊绒经碱液处理后重量损失
碱液（G／L）
1
9.0
0.22
2
10.9
0.39
11.0
0.91
10
11.4
1.39
1.2.3不同温度处理对山羊绒组织结构的影响
山羊绒的主要化学成分是蛋白质，造成蛋白质变形的因素除酸碱介质外，温度也是蛋白质纤维变形的重要因素之一。
选择内蒙古阿尔巴斯山羊绒为例，用不同温度处理后，其结果见表
表1-4山羊绒经不同温度处理后鳞片与直径变化
水温／℃
直径／um
鳞片密度／个．cm
电镜放大倍数
70
19.2～19.6
1024
2000
90
17.7～18.5
1139
1000
100
15.6～18.5
1175
羊绒在低温水中产生膨胀，一般膨胀5～8%，高温水可使羊绒裂解，当水温达到90～100℃且时间过长时，颜色泛黄，手感粗糙，强力降低50%。
1.3山羊绒纤维的性能
1.3.1山羊绒纤维的形态
山羊绒纤维具有不规则的天然卷曲，卷曲数比细羊毛少，卷曲多呈大波浪形。
山羊绒纤维的卷曲数少，使得纤维抱合力较差，加之山羊绒纤维鳞片比较稀、平滑，导致山羊绒容易从其制品中滑移出来而产生掉毛现象。
1.3.2山羊绒纤维的细度
细度在羊绒的物理性能中，占有重要的地位，是羊绒分等主要指标之一。
羊绒细度变化范围相对较小。
羊绒细度还与其颜色有关，白绒较粗，青绒次之，紫绒较细。
表1-4不同颜色山羊绒的细度比较
白绒
青绒
紫绒
平均细度um
14.8
14.27
14.12
细度范围um
13.8～19
13.6～16.4
13.2～15.81
标准差%
2.93
2.89
2.88
离散系数%
18.99
19.64
19.24
1.3.3山羊绒纤维的长度
山羊绒的长度是决定羊绒品质的重要指标。
羊绒长度指标有两种:
一是羊绒长度集中性指标，如自然长度、伸直长度、平均长度等。
另一种是离散性指标，如标准差、离散系数、短绒率等。
羊绒长度变异范围较大，短的长度在20～3Omm，而较长的达到80～90mm，但大多集中在30～60mm之间，一般白绒较长，青、紫绒较短[12]。
1.4山羊绒的染色
1.4.1山羊绒的染色机理
山羊绒是一种天然蛋白纤维，其分子上既含有氨基，又含有羧基，可表示为
H2N-P-COOH在水中，因它的电离而两性离子结构:
+H3N-P-COO-，氨基和羧基的离解程度与pH值有关。
通过调整溶液的pH值使羊绒分子上的正负电荷相等，即使羊绒分子为电中性，此时溶液的pH值为羊绒等电点。
高于或低于等电点，均会使蛋白分子的盐式键发生断开，发生水解，使纤维受到损伤。
因此，各种染料在羊绒的等电点附近染色，既不受酸的损伤，也不受碱的损伤，这样才能保持羊绒的天然特性。
各种染料的染色机理基于染料与羊绒两性离子的作用。
羊绒在酸性染浴中先吸附H+，使纤维带正电荷，染液中有染料阴离子和酸根离子，染色过程中，染料扩散到纤维表面取代酸根离子，而上染到纤维中去。
中性染料在水溶液中成为带负电荷的络合离子，其上染过程与酸性染料相似，染料与纤维形成离子键结合。
活性染料在水溶液中以阴离子形式存在，它与羊绒纤维分子间以氢键、范德华力及离子键结合。
因而，活性染料在羊绒上吸附较快。
染色助剂主要改变染料在纤维上的吸附、扩散、固着。
染料与纤维的结合方式有氢键、共价键、静电力、范德华力等，染料的吸附过快，则易造成染色不匀，降低染料匀染性。
增加扩散可以促进染料分子向纤维内部转移提高匀染性。
1.4.2影响羊绒纤维染色性能的主要因素
染料的固着可以提高染色后织物的各项牢度，影响羊绒纤维染色性能的主要因素有:
氨基酸残基、聚集态结构、表面电荷性质、等电点、膨润性能、纤维细度、比表面积、耐酸碱性能、染色工艺等它们对染色的影响总结于表1-7中。
表1-7山羊绒结构性能与染色的关系
对染色的影响
分子结构
碱性氨基酸既含有酸基-COOH，又含有氨基-NH2，因此为两性化合物，可用酸性、中性、碱性染料染色。
等电点
pH﹤pl,有利于酸性染料的上染,中性盐起缓染作用；
pH﹥pl，中性盐起促染作用。
耐酸碱性
染色中纤维会受到损伤使强力降低，若染色条件控制不当时会造成氨基酸的损伤，羊绒纤维耐酸不耐碱，强酸强碱均会对纤维造成损伤，特别是碱性会导致纤维上的酰胺键断裂。
膨润性能
羊绒纤维表面鳞片层产生蔽障作用使其膨润性较差，因此，采用加入表面活性剂和前处理方法，改善其膨润性，更有利于扩散、渗透、匀染。
电荷性质
纤维在水中的负电荷性大，对阴离子染料的排斥力大，不利于阴离子染料的吸附，但在pH﹥pl时中性电解质的促染作用更明显。
纤维细度
纤维细，表面积大，可染性好，但对光的漫反射强，表观色深。
同样浓度，羊绒比羊毛上染快且均匀，上染率高20%。
染色工艺
染色温度及时间对羊绒纤维的强力及伸长影响较大，且影响成品的色牢度及手感。
第二章羊绒染色常用的染料
染料是指能使纤维染色的有色有机化合物，但并非所有的有色有机化合物都可作为染料。
染料对所染的纤维要有亲和力，并且有一定的染色牢度。
染料对纤维的染色是利用染料与纤维发生物理化学或化学的结合，或者用化学方法在纤维上生成颜料，从而赋予纺织品一定的颜色。
染料按照应用分类法来分，用于纺织品染色的染料主要有以下几类：
直接染料、活性染料、还原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料、酸性染料、酸性媒染染料、酸性含媒染料、阳离子染料、分散染料等。
羊绒纤维染色常用的染料有活性染料、酸性染料、酸性媒染染料、酸性含媒染料等。
2.1活性染料
2.1.1活性染料的类型及其染色性能
活性染料的化学结构通式可用S—D—B—Re表示，式中：
S是水溶性基团，一般为磺酸基；
D是染料发色体；
B是桥基或称连接基，将染料的活性基和发色体连接在一起；
Re是活性基，具有一定的反应性。
在活性染料结构中，每一部分的变化都会使染料的性能发生变化。
活性基主要影响染料的反应性以及染料和纤维间共价键的稳定性；
染料母体对染料的亲和力、扩散力、颜色、耐晒牢度等有较大的影响；
桥基对染料的反应性及染料和纤维间共价键的稳定性也有一定的影响。
按活性染料的活性基的不同分类，活性染料可分为以下几类：
均三嗪型活性染料:
这类染料的活性基是卤代均三嗪的衍生物,
D—NH—X1
X2
其中X1、X2可为卤素原子，根据卤素原子的种类和数目的不同，又可分为二氯、一氯、一氟等几类。
若X1、X2为氯原子，这类染料称为二氯均三嗪型活性染料。
它的反应性较高，在较低的温度和弱酸的碱性条件下就能与纤维素纤维反应。
活性染料的稳定性较差，在贮存过程中，特别是在湿热条件下容易水解变质。
这类染料与纤维反应后生成的共价键耐水解的能力较差。
国产的这类染料称为X型活性染料。
若X1、X2中只有一个为氯原子，另一个被氨基、芳胺基、烷胺基等取代，这类染料称为一氯均三嗪型活性染料。
其反应性较低，需要在较高浓度的碱液中且较高的温度下，才能与纤维发生反应而固色。
染料的稳定性较好，溶解时可加热至沸而无显著分解，国产的这类染料称为K型活性染料。
一氟均三嗪型活性染料是为低温染色而设计的，其反应性较高，适用于40～50℃染色，对棉有很好的固色效果，染料—纤维键的稳定性与一氯均三嗪型相同。
卤代嘧啶型染料：
这类染料的活性基为卤代嘧啶基。
根据嘧啶基中卤素原子的种类和数目的不同，可分为三氯嘧啶、二氟一氯嘧啶、一氯嘧啶等类型的活性染料，其中以三氯嘧啶型和二氟一氯嘧啶型活性染料应用较广。
乙烯砜型活性染料：
这类染料的活性基是β-硫酸脂乙烯砜，结构通式为
D—SO2CH2CH2OSO3Na。
这类染料在酸性和中性溶液中非常稳定，即使煮沸也不水解，溶解度较高，但染料—纤维键耐碱性水解的能力很差。
兰纳素染料是乙烯砜型染料,类似于国产的KN型活性染料，该染料溶于水时并不显示活性,当加入碱后,在碱剂作用下生成乙烯砜基（-SO2CH＝CH），由于形成双键而变成活性乙烯砜,而后由活性染料与纤维素纤维上的羟基反应,形成兰纳素染料特有的醚键,醚键起着使染料有较高的牢度以及抗酸解的功用。
乙烯砜型活性染料与纤维的反应是亲核加成反应，其反应式为：
D—SO2CH2CHO2SO3Na
D—SO2CH=CH2
D—SO2CH2CH2—O—纤维素
兰纳素染料应用最多的染色方法有冷轧堆法，浸染法，两浴汽蒸法等。
兰纳素染料有非常高的溶解度，所以兰纳素染料可以染色泽较浓的颜色，但兰纳素染料在碱性条件下易水解。
加上其良好的染色牢度，较低的价格，取代其它染料染色可以大幅度降低染色成本。
a-卤代丙烯酰胺型活性染料：
这类染料主要用于蛋白质纤维的染色，属于毛用活性染料，具有反应性强、固色率高、色泽鲜艳、耐光和耐牢度好等特点。
羊绒常用的活性染料主要是乙烯砜型，a-卤代丙烯酰胺型和二氟一氯嘧啶型活性染料[3]。
2.1.2活性染料与纤维的反应
活性染料与纤维的反应，按其反应进程来分，主要可分为亲核取代反应和亲核加成反应。
X型、K型活性染料在碱性介质中与纤维素纤维的化学反应是纤维素负离子取代染料活性基团上的卤素原子的亲核取代反应
活性染料在染色过程中除了和纤维反应外，也能与水发生水解反应，使染料失去活性。
由于染料对纤维的直接性，使吸附在纤维上的染料浓度较高，而且纤维素负离子的活性较大，所以染料和纤维间的反应占主导地位。
2.1.3活性染料的染色过程
活性染料的染色过程包括上染（吸附和扩散）、固色和皂洗后处理三个阶段。
活性染料染色时，染料首先吸附在纤维上，并扩散进入纤维内部，然后在碱的作用下，染料与纤维发生化学结合而固着在纤维上，此时，在纤维上还存在未与纤维结合的染料，应通过皂煮、水洗等后处理，将这些浮色洗除，以提高染色牢度。
活性染料的分子结构比较简单，在水中的溶解度较高，在染液中以阴离子状态存在，染料与纤维素纤维之间的范德华力和氢键力较小，染料对纤维的亲和力较小，上染率低。
在浸染或卷染时，为提高染料的上染百分率，降低染色污水的色度，通常要加大量的盐促染。
染液中盐的用量增加，染料的上染速率和上染率也增加；
但盐的用量过大，会使溶解度低的活性染料发生沉淀，同时也将加重对环境的污染。
活性染料与纤维的反应一般是在碱性条件下进行的。
常用的碱剂有烧碱、磷酸三钠、纯碱、小苏打等。
染色时，应根据染料的反应性选择适当的pH值。
pH值太低，染料与纤维的反应速率慢，即固色速率慢，对生产不利；
碱性增强，染料与纤维的反应速率提高，但染料的水解反应速率提高更多，染料的固色率降低。
反应性强的染料，可在碱性较弱的条件下进行固色；
反应性低的染料，应采用较强的碱进行固色。
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