李霓纺织化学课程设计.docx

1、李霓纺织化学课程设计目 录一、任务书（一）课程设计目的通过课程设计及实验是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得能力、综合设计能力及创新能力。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，为今后工作奠定良好的基础。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、试验、撰写设计说明书等的能力。（二）课程设计简介及基本要求纺织加工化学是纺织工程专业的主干课程之一，需要通过一定的课程设计在纺织化学加工中综合应用基本的化学实验技能。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

2、的能力、综合设计能力及创新能力。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。为培养学生查阅资料能力、独立设计、计算和安排实验以及动手操作的能力，要求在老师的指导下由学生独立完成。课程设计要求：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，正确的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，能独立正确的完成试剂的配置、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

3、具有科学性、准确性，及时修改自己的设计方案。6.撰写设计说明书要真实的记载设计、实验结果，并加以分析讨论，得出有说服力的结论。3、课程设计的基本内容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。 4、时间安排一周分为四个阶段：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设计方案。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（4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。（六）设计说明书的打印要求： 1、中

4、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号字）；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。（七）、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8000字以上，参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）。要求手写。二、前 言麻类纺

5、织是21世纪最具发展潜质的功能性纺织“绿色产品”之一。它以其天然的本质和独特的功能，在“返镤归真、舒适健康”的潮流中一直备受青睐。我国是世界上麻类资源最丰富的国家，北有亚麻、南有剑麻、东有大麻、西有罗布麻、中有苎麻、世界上一些主要的麻类作物我国都有种植。其中苎麻、大麻和罗布麻无论在品种还是在质量和数量上，都占有明显的优势。苎麻是我国国宝，我国的苎麻产量约占全世界苎麻产量的90%以上，在国际上称为“中国草”。应用现代生物工程技术进行苎麻生物脱胶是可持续发展的必然趋势，既能减轻环境污染，降低生产成本，又能改善精干麻品质，提高纤维适纺性能。而苎麻脱胶是苎麻纺织品生产加工过程中的关键环节。目前脱胶方法

6、有酶脱胶和化学脱胶，酶脱胶工艺对比传统的苎麻化学脱胶来说，有许多优点，如不需要大量的化工原料，耗能少，成本低，安全，无公害等。麻类作物韧皮中除含有纤维素外，还含有一些胶杂质，包括果胶物质、半纤维素和木质素等成分。韧皮组织中的纤维处于胶质的包围之中，胶质将各单纤维粘结成片状。不能直接用来纺纱。此外，在植物生长过程中，由于风灾和病虫害的侵袭而形成的风斑、虫斑等疵点，以及由于收获、剥制等操作不良而使一些麻壳、皮屑留在原麻中，同样不利于纺织加工。所以梳纺工程前必须进行脱胶工程处理，脱去原麻中的胶质，制取出其中的苎麻纤维。麻纤维的脱胶过程严格说就是精致纤维素的过程。脱胶过程的组织和工艺参数的选择必须注意

7、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，麻纤维的化学脱胶工艺过程不能采用以无机酸为主的工艺，也不能采用以氧化剂为主的工艺，只能采用以碱液煮炼为中心的工艺过程。麻纤维的化学脱胶过程基于此理组织的。概括地说，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，在不损伤纤维原有机械性质的原则下，去除其中的胶质成分，而保留或制取纤维素的化学加工过程为了弥补化学药剂作用的不足，在脱胶工艺中还必须辅以一定的机械物理的、化学的和物理化学的作用。为提高碱液的煮炼效果，提高脱胶麻的质量，在碱液煮炼前后分别加以预处

8、理和后处理两大工艺过程。因此，麻纤维的化学脱胶工艺从大的方面来说包括三个主要工艺过程，即预处理工艺、碱液煮炼工艺和后处理工艺。麻纤维是韧皮纤维、叶纤维和果壳纤维的总称。我们国家纺织工业中所加工的麻纤维主要是韧皮纤维。即取自于韧皮植物韧皮部的纤维，如苎麻、亚麻、大麻、黄麻等。根据韧皮植物茎的结构特点（如图），要制取纤维首先必须分离出韧皮部。各种麻植物茎各部分的生长情况不同，制取韧皮部的方法也不同。如苎麻，麻茎较粗且木质部和保护组织都很发达，因此必须要经过剥皮（麻皮与木质部的分离过程）与刮青（青皮与韧皮部的分离过程）才能制取韧皮部。其它麻也必须根据其茎的结构特点进行初步加工。麻类作物韧皮中除含有纤

9、维素外，还含有一些胶杂质，包括果胶物质、半纤维素和木质素等成分。麻纤维的脱胶过程严格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：其一，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；其二，对纤维的损伤要尽量少。麻纤维的化学脱胶工艺包括三个主要工艺过程，即预处理工艺、碱液煮练工艺和后处理工艺，主要包含三种处理工艺：化学处理工艺，主要是碱液煮练，预处理工艺中的浸酸，后处理中的酸洗、漂白和精练等工艺；物理化学处理工艺，主要是给油工序，其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；碱处理工艺。三、设计方案方案一：超声波在麻类脱胶工艺的

10、研究摘要： 介绍了超声波技术。探讨了超声波在大麻脱胶预处理中的应用，结果表明：采用超声波进行预处理，其时间短，对纤维损伤和环境污染极小。关键词：超声波；大麻；脱胶预处理；残胶率一定频率的超声波在一定温度的水中将产生特有的“空化效应”。因为当水溶液中有超声波传播时，水溶液要做压缩与稀疏的周期振动。当超声波在稀疏阶段通过液体时，拉伸力的作用会将大量液体撕裂，并形成大量极其微小的气泡，即空化泡。这些空化泡在破裂瞬间，对浸在温水中的大麻表面形成强大的冲击和破坏，可以去除大麻纤维表面上的各种胶杂质，且去除效率非常高。超声波脱胶是一种“爆炸型”的剥离过程。它首先使外包胶质层产生大量的裂缝，然后在空化泡进一

11、步连续作用下，形成胶质小团，并使之成团剥落而进人水中，然后借助超声波空化泡膨胀及破裂时产生的巨大压力和拉伸力来粉碎和冲击剥落的胶质团，使之被超声波粉碎成极小的胶质粒，甚至将其分解。1 实验材料、仪器和主要工艺11 材料(1)苎麻：湖南沅江原苎麻 (2)药品：NaOH，Na2SiO3， H2SO4等12 仪器除用于麻的化学脱胶的常规实验设备与仪器外，还配用超声波发生器，超声波频率选为25kHz-30kHz。超声波功率为200W。13 主要工艺工艺路线为：原麻试样准备-超声波预处理-水洗-煮练-水洗-酸洗-水洗-脱水-抖麻-烘干-精干麻方案二：苎麻碱氧一浴法脱胶工艺优化研究 摘要： 用氢氧化钠浸泡

12、苎麻代替传统的酸处理工序，采用二次旋转回归设计方法对碱量、助剂量和双氧水量与残胶率、纤维白度和断裂强度之间的关系进行探讨，经实验得到最优工艺参数：碱液浓度，助剂浓度，双氧水浓度的值。关键词： 脱胶；断裂强度；白度；苎麻 脱胶是苎麻纺织行业中最基础而又关键的环节，它的好坏直接影响到纺纱工艺能否顺利进行及纺织品的质地与品质。作者使用氢氧化钠浸泡苎麻代替酸处理，采用碱氧一浴法代替目前工厂常用的两次烧碱煮练和氧漂三道工序，通过实验研究不同的碱量、助剂量和双氧水量与残胶率、纤维白度和断裂强度之间的关系，并对此工艺参数进行最优化处理，探讨苎麻脱胶短流程工艺的可能性。1 实验材料、仪器和主要工艺11 材料(

13、1)苎麻：湖南沅江原苎麻 (2)药品：氢氧化钠、双氧水、助剂(自配)12 仪器水浴锅；功率可调电炉；XD一1型纤维细度仪；XQ一1型纤维强伸度仪；Dataco|or电脑测配色仪13 主要工艺(1)用氢氧化钠浸泡苎麻：浴比1：3O，温度8O ，时间30 min，氢氧化钠用量2 gL。(2)碱脱胶和漂白：浴比1：3O，时间70 min，温度100 ，助剂量、氢氧化钠量、过氧化氢量根据实验设计方案确定。2 实验设计为研究精干麻残胶率、白度和断裂强度随碱煮练工艺参数改变而变化的规律，采用了二次通用旋转实验设计。因为氢氧化钠量、助剂量和双氧水量对残胶率和白度影响较大，因此选取以上3个参数作为实验因子，采

14、用三因子二次旋转组合设计进行实验安排，其因子编码水平见表13 数据处理实验时，按照三因子二次旋转通用组合设计的结构矩阵方案安排实验，每次实验重复5次，获得原始实验数据。采用Matlab70编程处理原始数据。方案三：苎麻氧化脱胶的研究 摘要：讨论了双氧水浓度、烧碱浓度、煮练温度和煮练时间等工艺参数对苎庥脱胶效果的影响，通过正交试验确定最佳工艺条件：双氧水8、烧碱35、温度85、时间135min。试验结果表明，氧化脱胶法的精干麻强度比传统工艺稍低，并丝率和传统工艺相近，细度、制成率、白度均明显高于传统工艺，更重要的是，煮液的污染程度明显低于传统工艺。关键词:苎麻；氧化脱胶法；漂白；断裂强度 苎麻氧

15、化脱胶法，是利用氧化的方法把苎麻纤维中半纤维素，果胶，木质素的大分子切断，降解成小分子。双氧水在酸性介质中很稳定，分解速率非常低，而在碱性介质中可以被活化，因此需要加入适量的氢氧化钠，为双氧水提供一个碱性环境。苎麻氧化脱胶的优点是精干麻制成率提高，脱胶的同时完成漂白工艺，流程简单，时间缩短，能耗大大减少，而且药品的用量比脱胶、漂白二步法要少，相应的排污量也减少，有利于环境保护。实验中采用最优餐食，即双氧水(分析纯，有效浓度3O)用量为8 ，NaOH(分析纯)用量为3.5 ，煮练温度为85，煮练时间为135min。1 试验材料、药品 原料：湖南沅江苎麻（由实验室提供）。化学药品：30双氧水，烧碱

16、，硅酸钠，亚硫酸钠，三聚磷酸钠，渗透剂JFC，菜油。12 仪器及测试方法仪器：AL204电子天平，HH-4数显电热恒温水浴锅，用DWD一20万能材料试验机，XQ-1纤维强伸度仪，YG747通风式快速八篮恒温烘箱，CV-2纤维细度仪，烧杯，玻璃棒。工艺流程：苎麻氧化煮练水洗给油脱油、脱水烘干。方案四：苎麻生物酶脱胶摘要：根据苎麻成份、结构和纤维材料性能要求，筛选特定的酶制荆，对苎麻胶质的生物酶催化作用机理、脱胶流程相关影响因素等进行系统研究；本文从理论上阐明了胶质结构在物理、生物和化学能量场联合作用下的溶胀、解构、解体和改性变化过程厦作用机制，并优化了脱胶工艺参数，为产业化生产应用提供技术依据。

17、关键词：苎麻；酶；作用机理；能量场；脱胶；生产技术苎麻韧皮结构中含有果胶、半纤维素、木质素等胶质成份，与纤维索一起共同构成植物细胞壁，苎麻脱胶就是通过物理、化学、生物和机械等不同方法有效去除这些胶质成份，从而精制生产出性能良好的纤维素纤维，用于后道的纺织加工。酶生化脱胶旨在根据苎麻成份、结构及纤维材料性能要求，筛选特定的酶制剂，对苎麻胶质结构进行溶胀、解构、解体和改性处理，通过生化脱胶作用机理理论和应用技术的系统研究，为产业化生产奠定良好基础。生物脱胶工程技术顺应了人与自然和谐发展的时代潮流，其加工技术相对化学方法温和，能耗低，污染物易处理，是脱胶技术的先进发展方向。1 试验材料、药品11 材

18、料苎麻原麻、果胶酶(天津利华酶制齐lJ 。)，煮练酶SKD305(丹麦诺维信)，其它复合酶制剂等12 仪器设备电热恒温水浴箱，烘箱，分析天平等13主要工艺流程原麻-预处理-冲洗-酶处理-后处理，(漂酸洗)-脱水-给油-烘干14 主要工艺处方(1)预处理：复合精练剂(gL )0580 ,浴比1：12, 温度95-100。C ，时间3045分钟(2)酶处理：酶制剂(gL) 1-5， 温度(4560 )，时间(18h)(3)后处理NaOH (gL) 28, 浴比1：l2 ,时间(h) 12, 温度()100复合精练剂(gL) l315 质量检测: 按FZT31001-1998苎麻精于麻标准测试。方案

19、五：苎麻生物-化学联合脱胶工艺的研究摘要：对微生物一化学联合脱胶方法进行了初步探讨。在脱胶工艺中。预处理时利用了高温高压预处理、微生物脱胶时微生物采用混合茵种 通过对脱胶后纤维性质的比较，说明了微生物化学联合脱胶方法的可行性。关键词：苎麻；微生物一化学；脱胶1 试验材料、药品1. 1 实验原料实验中所采用的苎麻取自湖南沅江原苎麻。12 混合菌种混合菌种是从沤麻水中选育出的，且能以苎麻为唯一的碳源和能量。1 .3 微生物脱胶将苎麻原茎剪成5厘米长，称重50 g，放入500 mL三角烧瓶中，灭菌后直接接混合菌种lO ，放在摇床中，在35 ，pH7的条件下培养36 h，然后取出苎麻茎水洗、阴干。14

20、 化学脱胶及工艺条件将苎麻原茎剪成5 厘米长，称重50 g。先高温高压预处理，水洗后碱煮。工艺条件：氢氧化钠7 %（原麻重)，硅酸钠3 %，多聚磷酸钠1% ，亚硫酸钠2 %；常压下沸煮时间31 h；浴比1：12。碱煮后取出苎麻茎用热水、冷水交替洗，洗后取出苎麻茎浸在15 gL硫酸溶液内(浴比1：10)3分钟，再用热水、冷水交替洗。直至不含氢氧化钠。最后阴干。1. 5 微生物一化学联合脱胶微生物脱胶后取出水洗，然后用化学方法处理。16 残胶率测定按GBT5889 86苎麻化学成分定量分析法中精干麻、无油精干麻及水麻残胶率分析方法进行。17 单纤维强力测定:利用XQ-1纤维强度仪测定18 纤维细度

21、测定:采用中断切断称重方案六：传统苎麻脱胶方法 1二煮一漂法 1. 工艺过程：原麻拆包、拣麻、扎把浸酸水洗装笼（或装笼浸酸水洗）一次碱液煮练热水洗二次碱液煮练打纤漂白酸洗水洗脱水给油脱水抖松烘干-精干麻预处理工艺过程：一次碱液煮练之前的工艺。碱液煮练工艺过程：一次碱液煮练到二次碱液煮练的工序。后处理工艺过程：二次碱液煮练之后的工序。2. 预处理工艺的主要工序之一：浸酸浸酸工艺参数：H2 SO4=1.52.0g/L，温度50，时间：13h 浴比：1：15左右3. 碱液煮练的主要工艺参数和工艺条件氢氧化钠用量：NaOH=10g/L煮练温度:123煮练压力：147kPa煮练时间：3h煮练的助剂：无机

22、、有机助剂或表面活性剂，如Na2 SO3，Na2SiO3煮练的浴比：1：20煮练用水质：清澈透明，内含有机物质和无机盐量要少，水质宜软4. 后处理工艺漂白a. 常用漂剂：NaOCl (次氯酸钠)，Ca(OCl) 2（漂白粉）b.影响漂白作用的因素： 溶液的pH值试 剂不 宜较 好次氯酸盐7911双氧水（H 2O 2）碱性（7）酸性高锰酸钾（KMnO4）11.29.0亚氯酸钠（NaClO 2）33.53.8 漂剂有效成分的浓度:有效氯浓度：0.51.5g/L处理时间：2.5min 处理温度：常温 酸洗 H2 SO4=1.01.5g/L,温度：常温, 时间：23min, 浴比：1：20 给油. 油

23、剂用量：22.5. 给油温度：50.给油时间：2min. Ph8 2.二煮一练法 工艺过程：原麻拆包、拣麻、扎把浸酸水洗装笼（或装笼浸酸水洗）一次碱液煮练热,冷水洗二次碱液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干烘-精干麻 其工艺过程与工艺参数与二煮一漂法类似。四、设计方案的实施经多方考虑及比较，虽然方案一新颖，其时间短，对纤维损伤和环境污染极小，但因实验室条件有限不能提供相应器材，所以是实施性有一定的难度；实验二虽然时间短，但操作起来有一定的难度，故不能作为理想方案；实验四和实验五因考虑酶及微生物的制作和配备困难，所以也难作为理想的方案；方案五为传统的方案，不仅污染大而且时间较

24、长，操作起来耗时耗力；方案三为氧化脱胶，不仅污染小，工序短所用时间少，而且有一定创新，且试剂为常用试剂，比较方便，所以最后选用方案三1. 实验材料 原料：湖南沅江苎麻（由实验室提供）。麻纤维的化学成分与纺织加工关系十分密切。一般在麻纤维化学脱胶过程中希望纤维素伴生物中果胶、半纤维素的含量越低越好。因为果胶物质中的果胶酸钙、镁盐、半纤维素中的葡萄甘露聚糖等对碱都有较高的稳定性。木质素含量少的纤维光泽好，柔软并富有弹性，可纺性和印染的着色性能均好。在纤维脱胶过程中虽然也希望尽量脱除木质素，但由于木质素在植物细胞壁中起着支撑和粘结纤维素的作用，客观上不可能全部脱除，否则易使工艺纤维解体，从而降低纤维

25、可纺织性能。麻纤维脱胶、变性等深加工过程中，脂蜡质和水溶物的影响不大，但灰分含量的多少会对纤维深加工构成影响。经网上相关资料沅江苎麻纤维化学成分见下表成 分纤维素半纤维素木质素果胶脂蜡质灰分水溶物比 例613118435338161470874422 .实验过程21 称取原麻重量10g，确定好浴比为1：15，通过浴比计算出溶液质量为150 g2. 2 计算化学药品用量： 双氧水=108%=0.8g NaOH=103.5%=0.35g 硅酸钠=104%=0.4g 亚硫酸钠=102%=0.2g 三聚磷酸钠=103%=0.3g 渗透剂=102%=0.2g2. 3 称取并配制化学药品 在烧杯中加入15

26、0ml水，将化学药品按量称好，一一加入烧杯中，用玻璃棒搅匀后，再将称好的原麻加入烧杯中，置于液面之下。2. 4 煮练阶段及现象 将烧杯放入HH-4数显电热恒温水浴锅，将温度调至85，开始煮练,并观察现象：10：27，煮练开始；10：46，煮液呈白色泡沫状，测定其PH=10,颜色不断加深，逐渐变成棕色，麻开始变软；11：13，煮液中白色泡沫渐少，温度为84；11：42，纤维开始脱胶，溶液开始退色可以观察到逐渐有纤维出现。；12：13，大部分胶质已脱去，纤维呈白色，温度为85；12:39,将烧杯从水浴锅中取出，纤维全部脱胶，煮练阶段结束，总计时间为132min。2. 5 水洗、给油、烘干阶段 半成

27、品麻从煮液中取出后，置于大烧杯中进行水洗，反复几次后，洗去化学试剂，把表面有棕黑色的杂质块从纤维中除去，得到洁白的精干麻。因为纤维还不够白，我又用双氧水漂白了一次，漂白后纤维变得非常白（见右图的比较）。之后滴几滴菜油在精干麻上，反复搓揉敲打，使油在纤维上分布均匀，起到柔软的效果。最后将精干麻放在YG747通风式快速八篮恒温烘箱中烘干45min后，取出精干麻。3.实验结果及分析 结果测试与计算结: 精干麻制成率、测量单纤维平均细度、测试单纤强力。1 .称量纤维总重量并计算制成率 利用电子称重仪称量出制出纤维（即精干麻）总重量为7.63g 算出脱胶麻纤维的制成率。 = (7.63/10)*100%

28、=76.3%2. 测量纤维平均细度 测试仪器：CU-型电子纤维细度测量仪步骤： 取样与制片 随机抽取若干根纤维，用手扯法整理顺直，将整理后的纤维均匀的放在载玻片上，滴上一滴甘油，然后盖上盖玻片，轻轻挤压，排除小气泡。 测量 将制片放在CU-型电子纤维细度测量仪的载物台上，用仪器上的夹子固定好。 启动测量软件，开始测量，测量十二组数据。测量结果:序号测试结果（微米）140.5443235.6509326.1617435.9979532.1319632.9448740.8812839.3985926.47631043.38211139.64771235.4264平均34.688 S(um)=5.6

29、18 CV()=16.203. 测试纤维强力 实验仪器：XQ1纤维强伸度仪 步骤： 设置实验参数。在仪器上纤维细度设置区上将参数设置为1423（dT）。. (公式 Ttd=(d/)2*r =11.3g/cm3 r=1.51) 用0.5cN的张力夹夹住一根纤维的一端，夹持在仪器的测试区域的夹子上，按下开始按钮，开始测试。 换另一根纤维重复步骤的操作，重复操作9次。实验结果：序号BF 瞬时值(cN)EXT 断裂伸长率(%)FDE断裂强度(cN)159.858.441.2247.387.535.4336.915.733.8436.511.327.7534.720.028.3626.515.724.1739.975.534.8828.016.425.1955.076.442.11046.427.635.5平均41.140.4532.84.实验分析在本实验过程中，实验试剂的调配、工艺参数的实际设定，都对实验结果有很大的影响。通过XQ-1纤维强伸度仪的测定，得知精干麻的强度为下表，达到了纤维的指标要求，但比传统脱胶方法偏低，这也是新方法的缺陷，除此外我认为可能与最后还进行了一次漂白有关，漂白会损坏纤维的结构，总体而言实验是成功的。4. 本方案与传统方案效果对比传统化学脱胶二煮一漂法工艺流程：苎麻浸酸水洗一煮水洗二煮水洗漂白酸洗水洗给油脱水