《纺织加工化学》课程设计.docx

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《纺织加工化学》课程设计

《纺织加工化学》课程设计

课程设计题目：

苎麻的化学脱胶

姓名：

XXX

班级：

纺织工程xxxx班

学号：

2009080102xx

指导老师：

蒋国华、周衡书、王坤、刘超

日期：

2012年1月

目录

一、任务书………………………………………………………1

1、目的与要求……………………………………………………1

2、课程设计基本内容……………………………………………1

3、时间安排………………………………………………………1

4、指导老师………………………………………………………2

5、设计说明书的打印要求………………………………………2

6、课程设计说明书的要求………………………………………2

7、成绩评定………………………………………………………2

二、前言…………………………………………………………2

三、设计原理……………………………………………………4

1、苎麻化学脱胶基本原理………………………………………4

2、苎麻化学脱胶处理工艺………………………………………5

四、实验…………………………………………………………7

1、实验仪器设备…………………………………………………7

2、实验材料、试剂………………………………………………7

3、实验过程………………………………………………………8

五、结论…………………………………………………………10

六、参考文献……………………………………………………10

七、致谢…………………………………………………………11

八、附件…………………………………………………………12

一、任务书

1、目的与要求

目的：

通过该课程设计周培养学生查阅资料，综合运用所学的纺织加工化学等专业课程知识和进行设计、实验、撰写设计说明书等的能力。

通过课程设计及实验使学生巩固和加深纺织加工化学的理论知识，加强学生独立分析问题和解决问题的能力、综合设计能力及创新能力。

培养培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的设计、实验习惯，为今后工作打下良好的基础。

要求：

①做好设计前预习，巩固和加深纺织加工化学基本理论知识，能综合运用所学知识解决纺织加工化学问题。

②能通过查阅资料，对比分析，根据设计要求进行实验方案设计，并具有创新性.

③能通过查阅仪器使用说明书和有关资料，正确地使用仪器设备并了解设备的使用、测试原理.

④复习和巩固化学实验的知识，能独立正确地完成试剂的配制、用具的洗涤、具体操作等等。

⑤实验过程中认真观察每一个现象并记录，实验结果记录具有科学性、准确性。

及时修改自己的设计方案。

⑥撰写设计说明书要翔实真实地记载设计、实验结果，并加以分析讨论，得出有说服力的结论。

2、课程设计基本内容

苎麻、亚麻、黄麻等麻纤维的化学脱胶设计。

包括：

化学处理工艺、物理化学处理工艺及其碱处理工艺设计等等。

3、时间安排

2012年1月2日-1月6日。

分为四个阶段：

第一阶段：

（时间为半天）由指导老师布置任务、讲解课程设计要求和任务.

第二阶段：

（时间为1天半）学生查阅相关资料，初步确定课程设计的题目、课程设计多种方案及实验方案。

交给指导老师检查、审核。

第三阶段：

（时间为2天）在实验室做实验并修正自己的方案（2人一组）。

第四阶段：

（时间为1天）撰写设计说明书并修改和完善。

4、指导老师

蒋国华、周衡书、王坤、刘超。

5、设计说明书的打印要求

①中文题目（黑体、加粗、3号字）；中文摘要、关键词、正文；

②一级标题（黑体、小3号字）；二级标题（黑体、4号字）；三级标题（黑体、小4号字）；目录（小4号宋体）；图题表题（黑体、5号字）；图表文字（5号宋体）；注释、参考文献（宋体、5号字）。

③页眉：

5号宋体，内容为课程设计说明书题目，居中；页码：

右下角；

④行距：

1.5倍；

⑤打印用纸规格为A4。

6、课程设计说明书的要求

学生一人撰写一篇设计说明书，设计说明书应包括封面、目录、设计任务书、中文题目、摘要、关键词、正文、参考文献、附件、封底。

字数要求在5000字以上，参考文献应不少于5篇（不包括辞典、手册）。

7、成绩评定

根据学生提交的设计设计质量、实验情况、设计说明书书写质量、参考学生出勤情况、工作态度、文明作风等，按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分。

二、前言

苎麻系荨麻科苎麻属多年生宿根性草本植物，其宿根年代可达数十乃至数百年以上。

其纤维具有良好的纺纱性能及服用、使用性能，是重要的纺织原料之一，在国内为享有很高的声誉。

苎麻主要产于中国，是我国特产，被世界誉为“中国草，中国宝”，近年来，由于我国驻马种植业的大力发展，其产量已达世界苎麻总产量的80%以上。

苎麻为短日照植物。

昼夜长短不仅影响苎麻开花的迟早，也影响雌雄花的比率。

日长8-9小时能促进开花，但多生雌花；日长为14小时时则多生雄花。

苎麻种子发芽的最适温度25-30℃。

地上茎生长的适温为15-32℃。

早春气温低于3℃则幼苗受寒害。

茎皮纤维长，柔韧色白，不皱不缩，拉力强，富弹性，耐水湿，耐热力大，富绝缘性，为优良纺织原料。

苎麻收割后，从麻茎上剥取麻皮，并从麻皮上刮去青皮，而得到苎麻的韧皮，经晒干后成为苎麻纺织厂的原料，称为原麻。

原麻不能用来纺织，必须经过脱胶，制取苎麻单纤维，才能用来进行纺织加工。

苎麻中含有大量杂质，其中以多糖胶状物质为主，绝大部分要求在纺纱前除去。

纺纱前将韧皮中的胶质去除，并使苎麻的单纤维相互分离，这一过程就称为脱胶。

苎麻脱胶的方法主要有土法脱胶、微生物脱胶、机械物理法脱胶和化学脱胶。

化学脱胶法是目前工业生产中用得最多的方法，此法利用强酸、强碱及氧化剂先后与原麻作用，原麻中所含非纤维素物质大多数可溶于酸、碱液中，有些在氧化后可以溶解。

由此可得漂白精干麻，在上述化学药剂中，主要药剂是烧碱，因烧碱热溶液可以溶除纤维素被水解的短节，使纤维分子长度均匀化。

所得产品纯度较高，机械物理性能也较完好。

苎麻纤维脱胶时，先用硫酸1.5～2.0g/L，浴比1：

15左右，温度≤60℃，时间1～3h，浸后及时冲洗和煮练。

煮练时用12%左右的烧碱溶液在100℃以上煮练2～3h，放去碱液，冲洗后用烧碱再煮一次。

煮练时还可加入一些助剂，如肥皂、硅酸钠、亚硫酸钠等，以提高煮练的质量。

煮毕，放出碱液，再进行打纤，即利用机械的槌击和水力喷洗作用，将已被碱液破坏的胶质从纤维表面清除掉，使纤维松散、柔软。

必要时可再用次氯酸钠溶液漂白，以提高白度并降低纤维木质素和其它杂质的含量。

随后酸洗、水洗、脱水、给油、脱水、抖松、烘干。

目前常用的脱胶工艺有如下几种：

1．一煮法此法适合于纺制麻线。

其工艺流程为：

拆包解束→原麻浸酸→碱液→一次煮练→水洗→打纤及水洗→酸洗→水洗→脱水→给油→烘干。

2．二煮法此法适合于纺制低支纱。

其工艺流程为：

拆包解束→浸酸→水洗→一次煮练→水洗→二次煮练→打纤及水洗→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→烘干。

3．二煮一漂法此法适合纺中支纱。

其工艺流程为：

拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→装笼→一次煮练→热水洗→二次煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干，得到精干麻。

4．二煮二漂法此法适合纺高支纱。

其工艺流程为：

拆包解束→浸酸→水洗→一次煮练→水洗→二次煮练→打纤及去氧→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→烘干。

5．二煮一练法其工艺流程为：

原麻拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→装笼→一次煮练→水洗→二次煮练→水洗→打纤→酸洗→水洗→脱水→精练→水洗→脱水→抖松→给油→脱水→抖松→烘干，得到精干麻。

三、设计原理

1、苎麻化学脱胶基本原理

苎麻原麻中含有25%左右的胶质，其他未纤维素。

纤维素与胶质中各种成分对水、无机酸、碱及氧化剂等化学药品作用的稳定性是各不相同的。

如半纤维素中低分子部分和可溶性果胶能溶于水中，半纤维素中高分子部分、不可溶性果胶和纤维素等成分均可为酸所水解，而木质素则对酸的作用表现出极大的稳定性。

半纤维素、果胶物质和木质素等成分易被高温碱液作用而溶解，纤维素对碱液的作用则表现出较高的稳定性，纤维素胶质均易被氧化剂所氧化。

纤维素及其伴生物的化学性质的比较

酸溶液

碱溶液

氧化剂

有机溶剂

热水

特殊性质

纤维素

在酸溶液，特别是强无机酸溶液作用下会发生水解作用

纤维素与浓碱作用生成碱纤维素

易被氧化

不溶

稳定

能溶于铜氨溶液和同铜二胺溶液

半纤维素

在稀酸中水解；在浓酸中碳化

易溶解于碱溶液中

易被氧化

不溶

部分溶解

果胶

经稀酸溶液处理，果胶物质的长链分子发生水解而断裂

在较高温度下用碱液煮练使果胶物质发生水解而断裂

易被氧化

不溶

可溶性果胶对水有良好的可溶性；不溶性果胶表现出对水的难溶性

易溶于草酸铵溶液和柠檬酸铵溶液

木质素

对无机酸作用的稳定性相当高，不能发生裂解反应，但能发生木质素的缩聚化

大部分木质素都能溶解在碱液中

易受氧化剂的作用而裂解

不溶

不同方法分离出的木质素对水的溶解性不同

易与氯起反应发生氯化反应

蜡质

发生水解反应

精简也处理时很容易皂化

易被氧化

易溶

（相似相溶）

不溶于水

麻纤维的脱胶过程严格来说就是精制纤维素的过程。

脱胶过程的组织和工艺参数的选择必须注意掌握两点原则，脱去原麻中的胶质，使制取出的纤维满足纺纱工程和产品质量的要求，为其一。

其二是对纤维的损伤要尽量少。

因此，苎麻的化学脱胶就是利用原麻中的纤维素和胶杂质成分对碱、无机酸和氧化剂作用的稳定性的不同，在不损伤或尽量少损伤纤维原有机械性能的原则上，去除其中的胶质成分，而保留或制取纤维上的化学加工过程。

其包括三个主要工艺过程：

（1）预处理工艺

（2）碱液煮练工艺

（3）后处理工艺

采用二煮一漂法脱胶工艺。

其工艺流程为：

拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→一次碱液煮练→热水洗→二次碱液煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干，得到精干麻。

上述各工艺过程中，一次碱液煮练之前的工序为预处理工艺过程。

一次碱液煮练到二次碱液煮练的工序为碱液煮练工艺过程。

二次碱液煮练之后的工序为后处理工艺过程。

2、苎麻化学脱胶处理工艺

（1）拆包、捡麻、扎把

本工序目的：

剔除麻把中的混等麻及各种杂质；

将品种性能相近的麻束归拢到一起并扎成小的松把，以利下一工序处理；

每一小把有一定的重量要求。

（2）浸酸，水洗

常用的浸酸工艺参数：

〔H2SO4〕=1.5～2.0g/L

温度T≤60℃

时间1～3h

浴比1:

15左右

浸酸工序对提高精干麻质量的效果是好的，由于浸酸工序处于煮麻工序之前，原麻中的胶质包围在纤维的外表，对纤维素有一定的保护作用，先受水解的物质不是纤维素而是胶质。

所以选择浸酸处理的强度可高些。

（3）一次碱液煮练，热水洗

碱液煮练是麻纤维化学脱胶工程中最主要的工艺过程。

原麻中的各种胶质成分大都在这一工序中被去除。

碱液煮练中控制的主要工艺参数和工艺条件为:

①氢氧化钠用量

〔NaOH〕=12%左右

一般控制苎麻脱胶的NaOH用量为6.5%～15%，可用下式求取：

煮练中NaOH用量（%）=（0.40～0.45）×原麻含胶率

②煮练的温度T

温度在100℃以上

一般煮练温度越高脱胶效果越好。

过高的温度是不必要的。

③煮练时间〈4h

④煮练的助剂

水玻璃、亚硫酸钠

助剂的用量一般为2%～3%。

⑤煮练的浴比（麻的克数比水的克数）

一般为1:

10～1:

15，在保证产量的条件下，选取浴比以大些为好，对提高脱胶麻的质量有利。

（4）二次碱液煮练

（5）打纤及水洗

用锤子以适度力度打击麻束各部位约5分钟，纤维得到一定程度的分散。

其实质是利用机械的打击作用去除纤维表面上吸附的糊状胶杂质，破坏脱胶麻中的束状结构，制取出分离性能较好的麻纤维。

（6）漂白

漂白的目的：

①使纤维松散、柔软、洁白；

②改善纤维的表面状态，提高其吸附性能及润湿新能；

③进一步降低精干麻残胶率。

常用的漂剂大多为次氯酸盐、如次氯酸钠（NaOCl）、漂白粉〔Ca（OCl）2〕等。

（7）酸洗，水洗，脱水

常用的工艺参数：

〔H2SO4〕=1.0～1.5g/L

温度T为常温

时间2～3min，但不要超过5min

浴比1:

15左右

酸洗是后处理工艺的主要工序之一。

目的是中和残留在纤维上的碱剂，水解残胶。

降低精干麻残胶率，提高纤维的白度、柔软性及松散性。

（8）给油，脱水，抖松

传统的给油工艺参数为：

给油槽内油浴的温度在85℃以上，焖煮时间为4小时以上。

要求给油后精干麻的含油率未0.7%～1.5%。

给油工序的目的就是使脱胶麻纤维松散、柔软，改善纤维的表面状态及机械物理性能。

（9）烘干，得到精干麻。

原理是在烘燥机上干燥空气反复穿过湿麻层，湿麻层中的水分不断蒸发，干热空气变湿而被排出机外。

四、实验

采用二煮一漂法脱胶工艺

1、实验仪器设备

AL204型电子天平

HH-4型数显恒温水浴锅

烧杯量筒玻璃棒

铁架台酒精灯石棉网

锤子

八篮式烘箱

2、实验材料、试剂

苎麻原麻

98%浓硫酸NaOH

硅酸钠无水亚硫酸钠

水植物油

3、实验过程

采用二煮一漂法脱胶工艺。

其工艺流程为：

拆包、捡麻、扎把→浸酸→水洗→一次碱液煮练→热水洗→二次碱液煮练→打纤及水洗→漂白→酸洗→水洗→脱水→给油→脱水→抖松→烘干，得到精干麻。

（1）拆包、捡麻、扎把

捡麻、扎成小的松把，利用电子称重仪称量10g苎麻原麻。

（2）浸酸

浸酸工艺参数：

〔H2SO4〕=2.0g/L

温度T=50℃

时间1h

浴比1:

15

计算：

Ｍ（溶液）=10g×15=150g

Ｍ（硫酸）=150g÷0.001g/L×2.0g/L=0.3g

（因所配硫酸溶度很低，所以密度按1g/ml即0.001g/L计算）

操作：

用烧杯称取0.3g左右的浓硫酸，往烧杯中加水，同时用玻璃棒轻轻搅拌，混合均匀，至150ml。

将原麻放入上述烧杯中，用玻璃棒按压，使原麻完全浸没。

再将烧杯放入恒温水浴锅中，约一小时后取出。

现象：

原麻变软，溶液逐渐变黄。

（3）水洗

将浸酸后的麻放入大容器中水洗多次。

（4）一次碱液煮练

工艺参数:

〔NaOH〕=12%

温度T=100℃

煮练时间1h左右

浴比1:

20

煮练的助剂：

水玻璃3%

亚硫酸钠3%

计算：

Ｍ（溶液）=10g×20=200g

Ｍ（氢氧化钠）=（10×12）/100g=1.2g,取1.5g

Ｍ（硅酸钠）=（10×3）/100g=0.3g

Ｍ（亚硫酸钠）=（10×3）/100g=0.3g

Ｍ（水）=200g-1.5g-0.3g-0.3g=197.9g

即V（水）=197.9ml

操作：

用电子天平分别称取所需氢氧化钠、硅酸钠、亚硫酸钠放入烧杯中，加入197.9ml左右的水，用玻璃棒搅拌均匀。

将上工序的麻放入烧杯中，将烧杯置于石棉网上用酒精灯加热约一小时。

现象：

溶液有小泡冒出，颜色不断加深；麻进一步软化，褪色。

（5）热水洗

将碱煮后的麻用热水洗几遍。

（6）二次碱液煮练

工艺如第一次碱液煮练

（7）打纤及水洗

用锤子以适度力度打击麻束各部位约5分钟，纤维得到一定程度的分散。

然后用水清洗数遍。

（8）漂白

所用试剂：

双氧水H2O2

浴比：

1:

15

时间：

5min

现象：

可看到麻束明显逐渐褪色。

（9）酸洗

工艺参数：

〔H2SO4〕=1.0g/L

温度T为常温

时间：

3min

浴比1:

15

计算：

Ｍ（溶液）=10g×15=150g

Ｍ（硫酸）=150g÷0.001g/L×1.0g/L=1.5g

（因所配硫酸溶度很低，所以密度按1g/ml即0.001g/L计算）

操作：

用烧杯称取1.5g左右的浓硫酸，往烧杯中加水，同时用玻璃棒轻轻搅拌，混合均匀，至150ml。

将原麻放入上述烧杯中，用玻璃棒按压，使原麻完全浸没。

现象：

麻纤维变白。

（10）水洗，脱水

将酸洗后的麻纤维放入大容器中水洗多次。

（11）给油，脱水，抖松

将适量的植物油与一定量的水混合，而后将已脱水的麻束浸于其中，完成给油过程。

将给油后的麻沥干水，并抖松。

（12）烘干，得到精干麻。

将给油后的麻放入八篮式烘箱中烘干，得到精干麻。

五、结论

结果测试与计算

称量纤维总重量并计算制成率

1.利用电子天平称量出制出纤维（即精干麻）总重量为7.316g.

2.算出脱胶麻纤维的制成率。

ρ=（7.316/10）*100%=73.16%

六、参考文献

【1】《纺织加工化学》教材

【2】郁崇文张元明姜繁昌主编.《苎麻纱线生产工艺与质量控制》，中国纺织大学出版社，1997年8月第1版

【3】纺织工业科学技术发展中心编.《中国纺织标准汇编麻纺织卷》中国标准出版社2001年

【4】许符节主编.《苎麻脱胶与纺纱》株洲苎麻纺织印刷厂子弟学校印刷厂印刷一九九0年十二月第三次印刷

【5】中国纺织信息中心，《纺织导报》，2011NO.6

七、致谢

为期一周的《纺织加工化学课程设计》就要结束了，现在回想起做苎麻脱胶试验的那刻，仍感到有些意犹未尽。

这次课程设计不仅使我们巩固和加深纺织加工化学的理论知识，同时加强了我们独立分析问题和解决问题的能力，培养了我们实事求是、严肃认真的科学作风和良好的设计、实验习惯，这为我们今后步入社会工作打下了良好的基础。

感谢四位指导老师的谆谆教导，如果没有他们，我们的课程设计将不可能进行的如此顺利。

在实验之前，周老师便已为我们采购好了所需原麻。

星期二蒋老师为我们进行的基础知识的巩固和安全意识教育，实验室里有着许多存在危险性的仪器和化学试剂，蒋老师向反复强调安全的重要性，要我们顺顺利利完成实验，开开心心回家过年。

在实验室里有刘老师的全程指导，让我们的实验过程少走了不少错路、弯路。

实验过程中，在碱煮的时候发生了烧杯炸裂事件，我不小心被流出的氢氧化钠溶液溅到，王老师便立刻跑过来查看伤着没，并坚持要陪我回宿舍查看。

通过这次纺织加工化学课程设计，我们学到了很多东西，也体会到苎麻的脱胶是一个精确复杂的工艺。

从中我们学到了试验器材的使用，溶液浓度的配置，化学助剂的选择，这些本是我们早就该掌握了的，但都已随时间淡忘了。

这次我们在做苎麻脱胶煮练的时候，就在溶液浓度的配置，化学助剂的选择上都遇到了问题，不过我们组一起齐心协力地去解决问题，最后当我们的成品做出来的时候，我们都很有成就感，这也是一种付出努力的喜悦。

完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了整个苎麻化学方法脱胶的工艺流程，还提高了自己的动手能力。

更多的是让我看清了自己的不足，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。

理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。

这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。

同时也让我们认识到合作的重要性，他能达到事半功倍的效果。

最后，再次感谢四位老师给了我们一段美好的回忆！

八、附件

原麻：

精干麻

指导老师评语：

指导教师：

年月日

成绩评定：

备注：