合成纤维最佳染色工艺的探讨.docx
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合成纤维最佳染色工艺的探讨
毕业论文
（“卓越计划”学生用）
题目：
合成纤维最佳染色工艺的探讨
学院：
化学化工学院
学生姓名：
李官博学号：
201206029120
专业：
轻化工程班级：
1291
学习企业:
东莞超盈纺织有限公司
企业指导教师：
杨明
学校指导教师：
陈镇
完成日期：
2016年5月10日
诚信声明
本人声明：
1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；
2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的科研成果，也不包括获得其他教育机构的学位而使用过的材料；
3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：
日期：
年月日
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
合成纤维最佳染色工艺的探讨
姓名李官博院部化学化工专业轻化工程班级1291学号201206029120
学习企业名称东莞超盈纺织有限公司企业指导教师姓名杨明
学校指导教师陈镇教研室主任潘璞
一、基本任务及要求：
1、课题内容：
结合工厂生产经验，分析现今大货生产过程中几种合成纤维（锦纶、涤纶）染色工艺的不足之处，找到解决其影响因素的途径，从而探讨出这几种合成纤维在实际生产中的最佳染色工艺。
课题内容主要为分析锦纶、涤纶的各种特性选取相应的染料，了解这两种纤维的现行染色工艺的优缺点以及结合实验和实际生产探讨出它们的最佳染色工艺这三个环节，故探讨合成纤维（锦纶、涤纶）的最佳染色工艺主要在这三个环节中，通过假设、实验、总结分析、论证等方法，得到合成纤维最佳染色工艺的可行性方法。
2、任务要求：
a、完成2000字以上的文献综述一篇；11000—13000字毕业论文一篇；并作好毕业论文开题报告和实验记录。
b、毕业论文资料含以下几个部分：
毕业论文工作手册、开题报告（含开题报告、文献综述合订）、毕业论文（毕业论文及任务书合订、科学论文实验记录本、电子文档）。
具体格式与规范，详见教务处相关资料。
二、进度安排及完成时间：
1.第1—2周查阅资料、撰写文献综述、开题报告
2.第3周检查、修改并提交文献综述、开题报告
3.第4周实验准备；
4.第5—11周实验、测试；
5.第12—13周实验数据整理、补充实验、撰写毕业论文初稿；
6.第14—15周修改并提交毕业论文、工作手册，原始记录
7第16周毕业论文答辩
目录
摘要I
AbstractII
1前言1
1.1阳离子可染改性涤纶纤维的发展1
1.1.1涤纶纤维的发展与不足1
1.1.2阳离子可染改性涤纶纤维的性能与发展1
1.2电脑系统测配色的发展2
1.3本课题研究的目的与意义2
1.4本课题研究的主要内容3
2实验部分5
2.1实验材料5
2.1.1实验材料5
2.1.2实验药品5
2.1.3实验仪器及设备5
2.2实验方法5
2.2.1阳离子可染改性涤纶纤维的染色5
2.2.2基础数据库的建立与修正7
2.2.3电脑系统测色出配方8
2.2.4电脑系统修色9
2.3测试方法10
2.3.1表面色深度K/S值测试10
2.3.2色差的测试10
3结果与讨论11
3.1影响单色基础数据库的因素11
3.2影响电脑系统测配色、修色的因素15
4结论26
参考文献27
致谢28
附录29
合成纤维最佳染色工艺的探讨
摘要:
本文主要对合成纤维（锦纶、涤纶）利用分散染料和酸性染料染色的最佳染色工艺进行了研究。
分析锦纶、涤纶的各种特性选取相应的染料，了解这两种纤维的现行染色工艺的优缺点以及结合实验和实际生产探讨出它们的最佳染色工艺。
结果表明，用作纺织纤维的品种有锦纶6（［NH（CH2）5CO］n）和锦纶66（［HN（CH2）6NHCO（CH2）4CO］n）两种，它们的染色机理是相同的。
锦纶染色时,初始染浴pH值宜选在6～7；锦纶66可在40℃始染,而锦纶6可在15℃始染酸性染料染色时,若要染得深浓色泽,应采用两只或两只以上染料拼染助剂的选用应与染料配套。
涤纶染色时，初始染浴pH值宜选在5~6之间；可在40℃始染，所需助剂为分散剂、高温匀染剂、pH调节剂等。
关键词：
锦纶；涤纶；分散染料；酸性染料；染色机理。
Discussionsyntheticoptimaldyeingprocess
Abstract:
Thispaperfocusesonsyntheticfibers（nylon,polyester）andbestuseofdispersedyeingaciddyeswerestudied.Analysisofvariouscharacteristicsofnylon,polyesterselecttheappropriatedye,thecurrentunderstandingoftheadvantagesanddisadvantagesofthesetwodyeingfibersandacombinationofexperimentsandexploretheactualproductionoftheiroptimaldyeingprocess.Theresultsshowedthat,forthetextilefibervarietiesofnylon6（[NH（CH2）5CO]n）andnylon66（[HN（CH2）6NHCO（CH2）4CO]n）aretwo,theyaredyeingmechanismisthesame.Whennylonstaining,initialpHvalueofthedyebathshouldbeselected6-7;dyednylon66canbeginat40℃,andnylon6maybeginat15℃dyeingaciddyes,dyedtothecolorofdim,shouldadopttwoonlytwoormoredyeschosenshouldfightwiththeaidofsupportinganddyes.Whenpolyesterdyeing,initialpHvalueofthedyebathshouldbeselectedbetween5and6;dyecanbeginat40℃,aidisneededforthedispersant,hightemperaturelevelingagent,pHadjustingagent.
Keywords:
Nylon；Polyester；Disperse；AcidDyestuff；Dyeingmechanism.
1前言
1.1合成纤维（涤纶、锦纶）的结构简介
1.1.1涤纶纤维的结构简介
涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。
它是以精对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），经纺丝和后处理制成的纤维。
涤纶的基本组成物质是聚对苯二甲酸乙二醇酯,分子式[-OC-Ph-COOCH2CH2O-]n，因分子链上存在大量酯基故称聚酯纤维（PET），其长链分子的化学结构式为H（OCH2CCOCO）NOCH2CH2OH,用于纤维的聚酯相对分子量一般在18000~25000左右，仿毛涤纶分子量较低，工业涤纶分子量较高。
实际上，其中还有少量的单体和低聚物存在。
这些低聚物的聚合度较低，又以环状形式存在。
聚对苯二甲酸乙二酯可由对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）通过直接酯化法制取对苯二甲酸乙二酯（9BHET）后缩聚而成。
涤纶的基本组成物质是聚对苯二甲酸乙二醇酯,因分子链上存在大量酯基故称聚酯纤维（PET），用于纤维的聚酯相对分子量一般在18000～25000左右，仿毛涤纶分子量较低，工业涤纶分子量较高。
实际上，其中还有少量的单体和低聚物存在。
这些低聚物的聚合度较低，又以环状形式存在。
聚对苯二甲酸乙二酯可由对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）通过直接酯化法制取对苯二甲酸乙二酯（9BHET）后缩聚而成。
尼龙是美国杰出的科学家卡罗瑟斯及其领导下的一个科研小组研制出来的，是世界上出现的第一种合成纤维。
尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新，它的合成是合成纤维工业的重大突破，同时也是高分子化学的一个非常重要里程碑。
1.1.2锦纶纤维的结构简介
聚酰胺纤维俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），密度1.15g/cm3，是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。
其中脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。
由美国著名化学家卡罗瑟斯和他的科研小组发明的。
常用的锦纶纤维可分为两大类。
一类是由二胺和二酸缩聚而得的聚己二酸己二胺，其长链分子的化学结构式为：
H—[HN（CH2）XNHCO（CH2）YCO]—OH这类锦纶的相对分子量一般为17000-23000.根据所用二元胺和二元酸的碳原子数不同，可以得到不同的锦纶产品，并可通过加在锦纶后的数字区别，其中前一数字是二元胺的碳原子数，后一数字是二元酸的碳原子数。
例如锦纶66，说明它是由己二胺和己二酸缩聚制得；锦纶610，说明它是由己二胺和癸二酸制得。
另一类是由己内酰胺缩聚或开环聚合得到的，其长链分子的化学结构式为：
H—[NH（CH2）XCO]—OH根据其单元结构所含碳原子数目，可得到不同品种的命名。
例如锦纶6，说明它是由含6个碳原子的己内酰胺开环聚合而得。
锦纶6、锦纶66及其他脂肪族锦纶都由带有酰胺键（—NHCO—）的线型大分子组成。
锦纶分子中有—CO—、—NH—基团，可以在分子间或分子内形成氢键结合，也可以与其他分子相结合，所以锦纶吸湿能力较好，并且能够形成较好的结晶结构。
锦纶分子中的—CH2—（亚甲基）之间因只能产生较弱的范德华力，所以—CH2—链段部分的分子链卷曲度较大。
各种锦纶因今—CH2—的个数不同，使分子间氢键的结合形式不完全相同，同时分子卷曲的概率也不一样。
另外，有些锦纶分子还有方向性。
分子的方向性不同，纤维的结构性质也不完全相同。
1.2染料类型的介绍
1.2.1酸性染料
酸性染料（AcidDyes）是一类结构上带有酸性基团的水溶性染料，在酸性介质中进行染色。
酸性染料大多数含有磺酸钠盐，能溶于水，色泽鲜艳、色谱齐全。
主要用于羊毛、蚕丝和锦纶等染色，也可用于皮革、纸张、墨水等方面。
对纤维素纤维一般无着色力。
其化学结构和染色条件的不同分为强酸性、弱酸性、酸性媒介、酸性络合染料等。
1.2.2分散染料
分散染料是染料行业里最重要和主要的一大类，不含强水溶性基团，在染色过程中呈分散状态进行染色的一类非离子染料。
其颗粒细度要求在1μm左右。
在制得原染料后，需经后处理加工，包括晶型稳定，与分散剂一起研磨等商品化处理，才能制得商品染料。
主要用于涤纶及其混纺织物的印染。
也可用于醋酸纤维、锦纶、丙纶、氯纶、腈纶等合成纤维的印染。
分散染料是一类水溶性较低的非离子型染料。
最早用于醋酯纤维的染色，称为醋纤染料。
随着合成纤维的发展，锦纶、涤纶相继出现，尤其是涤纶，由于具有整列度高，纤维空隙少，疏水性强等特性，要在有载体或高温、热溶下使纤维膨化，染料才能进入纤维并上染。
因此，对染料提出了新的要求，即要求具有更好疏水性和一定分散性及耐升华等的染料，目前印染加工中用于涤纶织物染色的分散染料基本上具备这些性能，但由于品种较多，使用时还必须根据加工要求进行选择。
1.3本课题研究的目的与意义
合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶（或可熔）性的线型聚合物，经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。
通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。
与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制得的，生产不受自然条件的限制。
合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。
本文在参考现有文献基础上，选择对合成纤维的化学结构、分散染料的特性、酸性染料的特性等方面考虑并研究其最佳的染色工艺，并考虑染色工艺的实用性及其经济性，本文对合成纤维最佳染色工艺的探讨较为系统完整，可为今后相关或同类研究提供参考。
涤纶的特点是强度高，短纤维强度为2.6～5.7cN/dtex，高强力纤维为5.6~8.0cN/dtex。
由于吸湿性较低，它的湿态强度与干态强度基本相同。
耐冲击强度比锦纶高4倍，比粘胶纤维高20倍。
弹性好，弹性接近羊毛，当伸长5%～6%时，几乎可以完全恢复。
耐皱性超过其他纤维，即织物不折皱，尺寸稳定性好。
弹性模数为22～141cN/dtex，比锦纶高2～3倍。
.涤纶织物具有较高的强度与弹性恢复能力，因此，其坚牢耐用、抗皱免烫。
染色性较差，但色牢度好，不易褪色。
涤纶分子链上因无特定的染色基团，而且极性较小，所以染色较为困难，易染性较差，染料分子不易进入纤维。
锦纶的特点是耐磨性高于其他所有纤维，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混纺织物中稍加入一些聚酰胺纤维，可大大提高其耐磨性；当拉伸至3-6%时，弹性回复率可达100%；能经受上万次折挠而不断裂。
聚酰胺纤维的强度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，是粘胶纤维的3倍。
但聚酰胺纤维的耐热性和耐光性较差，保持性也不佳，做成的衣服不如涤纶挺括。
另外，用于衣着的锦纶-66和锦纶-6都存在吸湿性和染色性差的缺点，为此开发了聚酰胺纤维的新品种——锦纶-3和锦纶-4的新型聚酰胺纤维，具有质轻、防皱性优良、透气性好以及良好的耐久性、染色性和热定型等特点，因此被认为是很有发展前途的。
我国目前对合成纤维染色的研究主要是关于如何优化其染色工艺降低生产成本。
为研究合成纤维的最佳染色工艺,笔者考察了温度、PH、染料类型、染料浓度、染色时间。
1.4本课题研究的主要内容
选取合适的分散染料、酸性染料、锦纶以及涤纶；酸性染料上染锦纶和分散染料上染涤纶试验。
改变单一工艺条件如温度、时间、pH值、染料类型或者纤维类型、染料浓度并在此条件下，进行实验，并进行染色后纤维是色牢度性能测试，效果对比。
找出合成纤维染色的最佳染色工艺。
2实验部分
2.1实验材料、药品、仪器
2.1.1实验材料
胚布：
货号为EJ0063MS1、EJ0194的胚布（东莞超盈纺织有限公司）
以下所有实验的织物布重为5g
2.1.2实验药品
分散染料、酸性染料
深圳市信隆化工有限公司
匀染剂（0505）
广州市翔淳化工有限公司
分散剂（0516）
广东德美精细化工股份有限公司
冰醋酸（0550）
广东德美精细化工股份有限公司
氢氧化钠（0664）
新疆中泰化学股份有限公司
2.1.3实验仪器及设备
电子天平
厦门佰伦斯电子科技有限公司
MAT-24M-090945新红外线染色机
瑞士玛帝仕（香港）科技股份有限公司
烘箱
佛山市南海区宏信机械设备有限公司
可见分光光度计
上海美普达仪器有限公司
脱水机
广州市鸿靖实验设备有限公司
注其他仪器均由超盈纺织有限公司的实验室提供。
2.2工艺流程及实验方法
2.2.1工艺流程
整个实验流程:
制备所需要的锦纶（涤纶）胚布—根据配方称取染料—探究上染率与染料浓度的关系曲线——进行单因素实验
制备所需胚布的流程：
干布下缸→回水一道→40℃加入处理液→98℃煮练60min→出布→90℃、60℃各洗水两次→常温洗水→出布→定型→测试
根据配方称取染料：
根据公司所提供的染料配方配制好所需要的不同浓度的染料，以便于实验的正常进行。
探究上染率与浓度曲线流程：
配置不同浓度的染料溶液—测试每种浓度的上染率—做出曲线图。
单因素实验流程：
单因素试验—染色之后的布料—测吸光度—测热晒牢度。
2.2.2实验方法
高温高压染色法是合成纤维（涤纶、锦纶）的一种主要的染色方法。
它是在105~130℃，197~295kpa压力下于密封的高温高压设备中进行。
高温下纤维分子链段运动加剧，分子间隙增大，染料溶解度提高，染料分子运动动能增加，在较大的压力下，水的增塑作用使纤维分子间微隙增大。
实验处方和工艺条件
分散染料4%（owf）酸性染料2%（owf）
分散剂1g/L冰醋酸0.25g/L
磷二酸氢铵2g/L匀染剂1.5g/L
醋酸调PH值4~5浴比1:
16.3
浴比1:
11.6
涤纶染色工艺
曲线：
130°C；30min
90°C
入
室温染室温
烘干
冷水洗、皂洗、水洗
染浴在90℃以前以2℃/min速度升温，90℃以后升温速度降到1℃/min，升温至125℃染30min，染色完毕后取出试样，冷水洗、皂煮（皂片2g/l，纯碱2g/l，95℃，10min，浴比1:
11.6）、水洗、烘干。
锦纶染色工艺曲线：
注意：
1.在染色时必须要严格的控制升温速率，防止染色出现染色不均的现象；
2.染色过程中的PH值也要严格控制；
3.测定上染百分率时，吸光度值需要在0.4~07之间进行读数。
2.3实验测试方法
2.3.1最大吸收波长的测试和标准工作曲线制作
准确称取0.1g待测染料于烧杯中，用少量蒸馏水调匀，再加入蒸馏水使染料溶解。
然后移入500ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，作为标准染液。
用移液管分别吸取标准染液40、35、30、25、20、15、10、7.5、5ml于编号依次为1~8号的250ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。
任选其中一个浓度的染液，用1cm厚的比色皿在分光光度计上测定不同波长的吸光度值，要求读数范围为0.4~0.7。
分光光度计需提前打开预热，并调试正常，操作方法参照仪器说明书。
以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该浓度下染料的最大吸收波长λ。
分别测定不同浓度下染液在最大吸收波长λ时的吸光光度值，以1号染液的浓度为100%，折算其他浓度染液的相对浓度（Ci）为横坐标，测定的吸光度值为纵坐标作图，制得该染料的标准工作曲线。
2.3.2上染百分率的计算
实验之后残夜染料以及洗涤液用蒸馏水稀释到500ml烧杯中，用移液管吸取适当体积于1cm厚的玻璃皿，在分光光度计上测定其吸光度，然后从该染料的标准工作曲线上读出相应的染料浓度C。
再按下列公式计算相对上染百分率（%）：
上染百分率=100%-C
2.4实验内容
2.4.1染料浓度与上染百分率曲线关系
染料浓度（酸性染料、分散染料）与对应上染百分率的表格显示：
表2染料浓度配置表
组别12345678910
浓度0.51.01.52.02.53.03.54.04.24.4
注浓度单位为%。
实验方法：
配置好各浓度值，进行吸光度测试，并分析实验数据。
2.4.2染色PH值与上染百分率的关系
表3锦纶染色PH值单因素实验条件表
组别染料浓度/%保温温度/℃pH染色时间/h
13984.24
23984.34
33984.44
43984.54
53984.64
63984.74
73984.84
83984.94
注：
此染色实验中所用的酸性染料为R2008（超盈公司内部染料代码）。
实验方法：
将染色后的染布按照之前的实验组别排好编号，之后利用分光光度仪测试其吸光度并分析实验数据，最后计算上染率。
表4涤纶染色PH值单因素实验条件表
组别染料浓度/%保温温度/℃pH染色时间/min
13.01304.204
23.01304.304
33.01304.404
43.01304.504
53.01304.604
63.01304.704
73.01304.804
83.01304.904
注：
此染色实验中所用的酸性染料为R8001（超盈公司内部染料代码）。
实验方法：
取100ml分散染料于烧杯中，按照实验条件配置进行实验，观察实验过程中的颜色变化，取5g左右染布测吸光度，并计算上染率。
2.4.3染色温度与上染率的关系
表5锦纶染色温度单因素实验条件表
组别温度/℃染料浓度/%pH时间/h
11023.04.504
21033.04.504
31043.04.504
41053.04.504
51063.04.504
61073.04.504
71083.04.504
81093.04.504
注：
此染色实验中所用的酸性染料为R2008（超盈公司内部染料代码）。
实验方法：
取100ml酸性染料于烧杯中，按照实验条件配置进行实验，观察实验过程中的颜色变化，取5g左右染布测吸光度，并计算上染率。
表6涤纶染色温度单因素实验条件表
组别温度/℃染料浓度/%pH时间/h
11283.04.504
21293.04.504
31303.04.504
41313.04.504
51323.04.504
61333.04.504
71343.04.504
81353.04.504
注：
此染色实验中所用的分散染料为R8001（超盈公司内部染料代码）。
实验方法：
取100ml分散染料于烧杯中，按照实验条件配置进行实验，观察实验过程中的颜色变化，试验后过滤溶液，取5g左右染布测吸光度，并计算上染率。
2.4.4染色时间与上染率的关系
表7锦纶染色时间单因素实验条件表
组别pH染料浓度/%温度/℃时间/h
14.503.01053.8
24.503.01053.9
34.503.01054.0
44.503.01054.1
54.503.01054.2
64.503.01054.3
注：
此染色实验中所用的酸性染料为R2008（超盈公司内部染料代码）。
试验方法：
取100ml酸性染料废水于烧杯中，按照实验条件配置进行实验，观察实验过程中的颜色变化，试验后过滤溶液，取5g左右染布测吸光度，并计算上染率。
表8涤纶染色时间单因素实验条件表
组别pH染料浓度/%温度/℃时间/h
14.503.01303.8
24.503.0
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