超声波在天然染料染色中的应用研究.docx

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超声波在天然染料染色中的应用研究

XXXXXX毕业设计（论文）

超声波在天然染料染色中的应用研究

学生姓名

系（部）轻化工程系

专业染整技术

指导教师

2011年12月20日

摘要

采用大黄素对PTT、PLA纤维进行染色，研究了超声波功率、染色温度、时间、pH值等对染色得色量的影响，并与常规染色进行比较。

研究表明，超声波染色比常规的得色量高，并且超声波对提高PLA得色量的作用更明显。

关键词：

超声波染色大黄素PTT纤维PLA纤维

Abstract

TheuseofemodinonPTT,PLAfiberswerestained,examinedtheultrasonicpower,dyeingtemperature,time,pHandothereffectsonthedyecoloryield,andcomparedwithconventionalstaining.StudieshaveshownthatultrasonicstaincoloryieldthanconventionalhighcoloryieldandtheamountofultrasoundtoimprovethePLA'srolemoreclearly.

Keywords:

UltrasonicdyeingEmodinPTTfiberPLAfiber

前言

近年来，有关超声波在纺织品染整加工中的应用研究十分活跃，由于超声波所特有的空穴作用能够提高染料的上染速率和上染量，但研究多侧重于合成染料的染色[l-5]。

由于超声波最佳的空化温度为45～65℃，因此可避免高温对纤维的损伤以及实现一些高温下难以进行的工艺，对一些上染率和得色量低的染色是个有效的方法[6]。

然而，由于染料结构、纤维种类的不同，导致染色过程中超声波作用也不同。

超声波频率及强度的选择也会影响到超声波处理的效果，对于这些方面目前的研究还不够系统和全面[7]。

天然染料具有与环境相容性好，可生物降解，无毒无害，部分染料还具有抗紫外、抗菌等性能，因此近年来天然染料的应用引起了人们的关注。

但是天然染料存在上染率低、牢度差、个别染料不耐高温等缺点，把超声波应用在天然染料染色中，可改善天然染料的上述不足，而且超声波染色可节省时间和能源，因此超声波在天然染料染色中的应用具有重大的意义。

天然染料大黄素从结构式看属于蒽醌衍生物类（结构如图1），平面性好，分子结构比较小，苯环上的取代基对称排列，分子中不含有羧基等较强的亲水性基团，类似于蒽醌型分散染料。

本文以大黄素对PTT和PLA纤维染色为研究对象，研究超声波对大黄素在低温条件下上染两种纤维染色效果的影响。

第一章实验

第一节实验材料与仪器

织物：

83．3dtex/36FPTT纤维（方圆化纤有限公司），83．3dtex/36FPLA纤维（东悦化纤有限公司）。

染料及药品：

大黄素（江苏淮安市巍伟植化研究所），精练剂（自制），平平加O（工业品），醋酸、碳酸钠（以上均为分析纯）。

仪器：

KQ一600KOE型高功率数控超声波清洗器（昆山市超声波仪器有限公司，频率为40kHz，最大功率600W），UltraScanXEHunterlabK/S测试仪（美国Huntedab公司），PHS一2C型精密酸度计（上海雷磁仪器厂），电热恒温水浴锅（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）。

第二节实验方法

一、纤维前处理

将纤维于lg/L纯碱，2g/L精练剂，95℃下处理60min，然后经热水洗、冷水洗，充分水洗室温晾干，待用。

二、染色工艺

以染色后纤维的K／S值为依据，采用单因素试验方法试验温度、时间、pH、染料用量、超声波功率等因素对染色性能的影响，优化染色工艺。

染液的配制：

用丙酮作溶剂配制大黄素母液，在染杯中精确移取所需要的染液量，然后加入水在90℃长时间加热除去染液中的丙酮，补加水至规定值染色。

选取染色的重要影响因素超声波功率、染色温度、染色时间、pH、染料用量逐个进行单因素实验，单因素实验时相对的影响因素发生变化其他因素按工艺配方）[染料5％（owf），pH5，浴比1：

50，染色温度65℃，超声波功率600W，染色时间60min]取值。

第三节K/S值测试

使用UltrascanXE测色配色仪，按照规定进行测量染色纱线的K/S值，每个试样测四次，取平均值．

第二章结果与讨论

第一节超声波功率

在不同超声波功率作用下对PTT、PLA染色60min，染液pH=5、染料用量5％（owf）、浴比1：

50、染色温度65℃，得出超声波功率对染色影响曲线如图l所示。

由图l可知，在一定温度和时间下染色纤维的K/值随超声波功率的增加而增加，主要是因为随着超声波强度增加，超声波对染色体系的分散、除气、扩散作用加强，促进染料向纤维内部的扩散速度，增加染料的上染量。

一般来说，提高超声波强度会使声化学效应增强[8]。

因此，选用超声波仪器最大功率600W（实际超声强度0.3875W/cm2）。

第二节染色温度

选取染浴pH=5，染色时间60min，染料用量5％（owf）在超声波（功率为600W）和常规加热条件下，分别在35℃、45℃、55℃、65℃、75℃进行染色，得到PTT、PLA纤维染色的K/S随温度变化的曲线，如图2和图3。

图2和图3表明，在相同温度下，超声波比常规条件下得到的K/S值大，主要是因为超声波的空穴效应和分散搅拌作用增加了染料的溶解，促进染料向纤维内部的渗透和扩散。

另一方面，使纤维表面的染液动力边界层变薄，进一步方便染料的吸附和向内部扩散，最终提高染料的上染率。

此外，由图2可以看出随着温度的升高，PTT纱线K／S值不断上升，常规加热条件下增加更明显，主要是因为疏水性纤维影响染色最主要的因素是温度，温度升高，纤维自由容积增大，提高了染料向纤维内部的扩散速率和染料的上染量。

一般来说，超声波空化效应的最佳温度为50℃，考虑PTT纤维玻璃化温度为60℃左右，将超声波染色的温度定在65℃。

图3表明，常规条件下PLA染色得色量很低，直到75℃略有提高．而超声波染色K/S值明显提高，温度为75℃时由于超声波空化作用减弱，染色K/S值略有下降。

因此，本实验确定PLA超声波染色温度为65℃。

第三节染色时间

采用大黄色素用量5％（owf、染液pH=5、在65℃下染色5。

120min，分别在两种条件下研究时间对PTT、PLA织物K/S值的影响．

由图4和图5可以看出随着时间的延长染色织物的K/S值不断增加，在相同条件下，超声波染色得到的K/S值相比常规的高。

在60min前，超声波能明显增加纱线得色量，60min后接近平衡。

综上所述，超声波条件下对PTT、PLA染色的时间以60min为宜。

从图5发现超声波对PLA染色量的提高作用很明显，因为在染色过程中，染料的粒径及分布对PLA染色上染量影响较大[9]，超声波作用使得染料在溶液中的分散性变好，更容易进入并渗透到纤维无定形区，有利于染料的上染，染料利用率提高。

第四节染浴pH值

从大黄素的分子式可知，其结构类似于蒽醌型分散染料。

由于这类结构中含有羟基，在碱浴中，染色时羟基离子化会导致染料色光变化、色浅和色光萎暗等缺点，因此不宜在碱性中染色，通常pH值控制在5～6之间，此时染色织物的上染百分率高，色泽鲜艳度好。

所以本实验主要选择4、4．5、5、5．5、6、7几个pH值探讨pH对染色K/S的影响，固定时间60min、染料用量5％（owf）、65℃进行染色。

由图6和图7可知，不同pH染色条件下得到的纱线K/S值变化较小，说明染浴的pH值对染色纤维得色量影响不大，pH值在4-5之间染色所得的K/S值相对较高。

同时可以看出，超声波染色下所得的K/S值普遍高于常规加热染色。

主要是因为超声波降低了染料分子的聚集程度，加强了染料向纤维的扩散，获得较高的染料上染量。

综上所述，染色时染液最佳pH为5。

第五节染料用量

分别在常规和超声波条件下对PTT、PLA纤维进行染色，固定染浴pH=5，65℃染色60min，大黄素的用量分别为1、2、3、4、5、6、7、8％（owf），研究染料用量对纤维K/S的影响。

从图8和图9看出，PrT纤维染色中，超声波作用下当染料用量为2％时，得到的K/S值与常规染色5％相当。

而PLA纤维染色时，超声波作用下染色得色量均明显高于常规染色，因此超声波染色明显提高了染料的利用率，可节省染料。

当大黄素用量在0～5％之间时，PTT纤维在常规和超声波条件下，K/S值都随染料用量的增加而增加，而PLA纤维在常规条件下，随染料用量增加上染量增加不多，超声波条件下增加趋势明显。

当染料用量大于5％时，两种纤维K/S值增加不明显，可能是由于染料吸附达到饱和。

因此，染料用量选择5％（owf）较为合适，染料利用率高，能获得较高的K/S值。

第三章结论

一、在65℃左右的低温条件下，用大黄素染PTT、PLA纤维，超声波可以明显提高染色的上染速率和得色量，通过单因素实验得到的超声波染色最佳工艺为：

超声波功率600W（实际超声强度0.3875W/cm2）、染料用量5％（owf）、pH=5，染色时间60min，浴比1：

50。

二、由于PTT、PLA纤维结构性能的不同，导致在染色中超声波的作用效果不同，超声波提高PLA纤维染色得色量的效果大于PTT纤维。

参考文献

[1]高淑珍，常江．超声波在染色中的应用研究[J]．齐齐哈尔大学学报，2007，23（3）：

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[2]高淑珍，赵欣．超声波染色的动力学研究[J]．印染，2002，12：

4-6;

[3]姜志新，汪澜．超声波在活性染料染棉中的应用[J]．浙江理工大学学报，2005，22（4）：

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1-5;

[5]PADMAS,VANKARPS,SHANKERR。

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