《纺织品染整学》PPT课件.ppt

纺织品整理学,纺织工程专业课程郭腊梅,2,纺织品整理学主目录,第一章 纺织纤维的结构和性能第二章 水和表面活性剂第三章 纺织品的印染前处理 第四章 纺织品染色第五章 纺织品印花第六章 纺织品一般整理第七章 纺织品功能整理,序言,3,纺织品染整学目的：使机织或针织坯布外观和使用性能改善，赋予纺织品特殊功能，提高纺织品附加价值。用于服装、装饰、工农业、国防等各种用途。纺织品染整前预处理；纺织品染整学内容：染色/印花；后整理 一般整理、功能整理。染整原理化学或化学物理方法纺织品染整学要素：染整工艺操作步骤、参数，如：温 度、压力、试剂浓度、时间等 染整设备处理织物、实施工艺所用 的机器装备,序 言,4,第一章 纺织纤维的结构和性能要 点,纤维有形态结构、超分子结构、分子结构层次，了解分子结构是纤维物性的基础，但高级结构也对纤维物性起作用，有时是决定性作用。纤维结构与纤维的化学性能之间的关联纤维结构与纤维的物理性能之间的关联,5,纤维决定染整所用方法。,因为大多数染料、助剂和功能试剂是与纤维分子相作用，将进入纤维内部或留置纤维表面与纤维产生结合作用。,纤维结构特点：纤维长度远大于其宽度，长度在厘米级、直径却只有微米级，属细长、有韧性和强度的材料。纤维自身的基本结构单元是高分子化合物，构成纤维的高分子化合物是分子量很大的、大约一万到数百万相对分子质量的长链线状分子，它们的直径在纳米级、长度在微米级，肉眼看不见，放大几千倍后就象纤维那样呈细长形状。纤维中许多长链高分子集合在一起，有序、沿纤维轴向排列，形成了纤维内部结构。正是这种结构决定了纤维的化学和物理性质。,6,纤维的结构层次：,化学结构分子结构，纤维最小结构元素（纳米、埃）超分子结构分子聚集体结构（超微观）形态结构分子聚集体的聚集结构（微观）,纤维结构三个层次,影响纤维物化性能,决定纤维物理化学性能,7,第一节 纤维的分子结构和化学性质,成纤 高分子：,1）线性、长链的分子结构，即使有侧基或支链，也比较短、小。2）以碳原子为主链的构成元素，因此大多数纤维高分子是有机高分子，即有机纤维。3）分子链有一定长度，分子间可以达到高的相互作用而有强度。,染整关注：纤维高分子与水有无结合基团、与染料分子有无作用点、与整理剂等有无结合点，是共价键结合、离子键结合、氢键结合还是范得华作用力结合。,8,例 如：,棉纤维麻纤维,聚乙烯纤维聚丙烯纤维,分子结构差异大，左者所用染料和整理剂，右者就无法使用。,超分子结构、形态结构不一样，染料结合虽同，染色工艺、效果不一样。,9,一、纤维分类,10,二、纤维素纤维的分子结构和化学性质纤维素分子结构式：,结构特点：1)环上三个OH，反应活性点2)环间O，酸分解之，碱稳3)链端：有一隐-CHO，M低还原性4)链刚性，H-键多，强度高5）聚合度,11,（二）纤维素分子化学性质1、与酸作用,酸促使苷键水解:(反应式),由纤维素分子化学结构所决定，受超分子结构、形态结构影响。,12,酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。纤维结构、酸的种类、作用时间、温度、纤维结构影响水解反应速率。生产上应用：含氯漂白剂漂白后，稀酸处理起进一步漂白作用；中和过剩碱；烂花、蝉翼等新颖印花处理。用酸注意：稀酸、低温、洗净，避免带酸干燥。,酸作用情况：,13,2、与氧化剂作用,纤维素氧化后分子断裂，基团氧化变化，织物强度损伤。纤维素分子对不同氧化剂作用有不同的敏感程度。强氧化剂完全分解纤维素。中、低强度氧化剂在一定条件下氧化分解纤维素能力弱，可用来漂白织物。注意：空气中O2在强碱、高温条件易氧化、脆损纤维素织物，应避免。氧化反应：Cell-OH+O Cell-CHO,Cell-C=O,Cell-COOH 还原型-CHO，=C=O，潜在损伤氧化纤维素：酸型-COOH注：纤维素分子对还原剂稳定。,14,15,16,3、与碱作用,常温稀碱中稳定，浓碱中溶胀，高温稀碱有氧气易氧化、断裂苷键，强力下降。浓碱溶胀：各向异性、不可逆。纯水溶胀：异向溶胀：径向溶胀大，纵向小。碱中反应:纤维素分子（酸）与碱拟醇钠反应 C2H5OH+NaOH C2H5ONa+H2O Cell-OH+NaOH Cell-ONa+H2O;or Cell-OHNaOH 虽然反应可逆，水洗除碱后，恢复纤维素分子；但纤维素纤维高层次结构被变化、不可逆。-是棉织物丝光、碱缩处理的理论根据。,17,4、纤维素分子其它反应,A）酯化反应纤维素分子与（羧）酸类物质反应生成酯：,纤维素分子形成磷酸酯后能使织物具有阻燃性；与醋酸酐反应生成纤维素醋酸酯是制造人造纤维醋酯纤维的原料。,18,B）醚化反应,纤维素分子与氯乙酸在碱性条件下的反应产物称羧甲基纤维素钠，可用作纺织浆料和增稠剂；与缩水甘油三甲基氯化铵反应后形成阳离子衍生物，使纤维素纤维织物在用阴离子染料染色和其它染料染色时上染率和染色牢度大为提高，同时兼有抗静电、抗菌、防霉等功效，用于难染色的苎麻纤维织物上尤其有效。,19,C）加成反应,纤维素分子与上述试剂反应后，氰乙基化产物使纤维素纤维织物具有防腐性；氨基甲酰乙基化产物使纤维素纤维织物对活性染料染色反应性提高；乙烯砜型加成产物其本身就是乙烯砜型活性染料染色反应时与纤维素纤维进行共价键结合反应的一步。,20,D）接枝反应,M：,接上丙烯酸后，纤维素纤维织物就可用阳离子染料染色和印花，耐洗牢度和颜色都有较好的效果。,21,三、蛋白质纤维的分子结构和化学性质,蛋白质分子构成的纤维,天然人造,动物植物,蛋白质高分子的单元结构是氨基酸残基（下式左）：,-氨基酸,纤维蛋白质分子的构成主要有C、H、O、N、S五种元素。,22,蛋白质的三级结构,*蛋白质分子中氨基酸序列结构称为蛋白质分子的一级结构、或初级结构：,*蛋白质分子空间构象有几个层次，分别称为蛋白质的二级结构：,螺旋、直链、无规线团,23,蛋白质的第三级结构：多肽链侧基之间因氢键等相互作用使多肽链进一步盘旋和折叠，整个分子所形成的不规则的特定构象。,血红素,24,蛋白质分子副键：由分子主链、侧基的极性或非极性基团、离子基团相互作用而成。由于副键数量众多而能稳定蛋白质分子空间构象。副键种类如下图：,s,s,o,H,o,c,N,H,o,c,c,o,o,CH2,NH3,疏水键,二硫键,离子键,氢键,蛋白质副键图：,COO,CH2,酯键,25,蛋白质分子的化学性质,蛋白质两性性质：H+3N-P-COOH H2N-P-COOH H2N-P-COO-H+3N-P-COO-等电点：蛋白质分子上正、负电荷数量相等时溶液的pH值，不会向电极移动。羊毛的:4.2-4.8,桑蚕丝的：。等电点时纤维溶胀、溶解度最低。低pH值时：高pH值时：酸碱浓度高、或盐多时，内外pH一致。,H+,OH-,OH-,H+,pH内pH外,pH内pH外,-NH3+H+,-COO-OH-,26,羊毛分子反应,2、与酸 耐酸，pH2-4沸染，H2SO4炭化除草。高浓酸，损伤羊毛：水解、氨离子化、离子键拆开。3、与碱 碱使羊毛严重损伤、变黄、溶解、含S降低：主链水解、氨基酸水解、离子键拆开、二硫键断开重接。CO CO CO CO CH-CH2-S-S-CH2-CH-CH-CH2-NH-(CH2)4-CH NH NH NH NH4、与还原剂 羊毛二硫键、离子键被还原剂断开，羊毛损伤5、与氧化剂 强氧化剂分解羊毛，中强氧化剂对羊毛有损伤作用，控制条件可漂白羊毛：NaClO,H2O2,OH-,27,6、蛋白质与其它物质作用,水：长时间高温条件下可发生水解作用 盐水：促进蛋白质纤维溶胀或溶解，浓的CaCl2、Ca(NO3)2处理蚕丝，会使纤维急剧收缩；碱式ZnCl2等溶液能使丝纤维溶解。改性反应：有羟基、酚羟基、羧基和氨基等（1）蚕丝纤维甲基化使丝活性基团变成不活泼基团，抑制丝泛黄，甲基化试剂为重氮甲烷（CH2N2）：,28,（2）蚕丝纤维酰基化可使丝弹性、绝缘性改善，吸湿性降低,（3）蚕丝甲醛交联可提高丝耐碱性、湿强度：,29,四、合成纤维的分子结构与化学性质,聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)。分子结构只有弱极性基团，吸湿性差、染色性差。-COO-酯基具有反应性，如水解；但苯基、亚乙基稳定，故涤纶稳定性好。-OCH2CH2O-具柔性，故可折叠。分子线性、规整，分子聚集时容易紧密堆积（结晶），使纤维形状、强度好。,涤纶分子结构：,HO-CH2-CH2-O-C-C O-CH2-CH2-OH,n,O,O,30,涤纶高分子的化学性质,主要由酯基决定，在强酸、强碱性溶液中酯基会发生水解反应使分子链断裂：,碱性水解工厂应用：涤纶碱剥皮.对氧化剂、还原剂的耐受性比较好，化学性质稳定。,31,锦纶分子的结构和化学性质,锦纶6是由己内酰胺开环聚合而成，锦纶66是由己二胺和己二酸缩聚而成，此外还有锦纶610、锦纶1010等,32,锦纶的化学性质,比较稳定，主要在酰胺基和分子两端基团上发生反应。水：对锦纶没有什么影响。碱：锦纶水解也不严重，耐碱性较好。酸：稀酸溶液中锦纶水解不严重，因此稀酸对锦纶损伤不重，但在浓HCl溶液中，锦纶分子水解、溶解，锦纶纤维强度下降。氧化剂：较为敏感，接触氧化剂时发生降解破坏，纤维强度受损。酰胺、R基结构：用酸性染料染色；阳离子染料染色；还因为锦纶分子的非极性部分链比例大，可用分散染料染色。具有4%的吸湿率。,33,（三）腈纶分子的结构和化学性质,第一单体：只有第一单体，纤维性能不好，脆、弹性手感差、不易染色第二单体：改善纤维结构，减弱氰基之间的作用力，第三单体：结合染料基团，利于染色。,第一单体（85%）第二单体（510%）第三单体（13%）,属于无规共聚物,34,腈纶分子的化学 性质,其分子主链全是碳元素构成，稳定；侧基是氰基（CN）和其它基团，具有化学反应性。酸：耐酸能力强。碱：对弱碱也不敏感，但在高温强碱溶液中，由于OH-催化CN水解的能力很强，使腈纶纤维失重、发黄、溶解：,氧化剂：不敏感，可用H2O2、NaClO2漂白腈纶纤维。还原剂：也不反应，可用NaHSO3、Na2SO3、保险粉漂白腈纶纤维。高温热处理：能进行重排环化反应，形成碳纤维。,35,（四）其它合成纤维分子的结构和化学性质,1、丙纶 丙纶属于聚烯烃纤维。,化学惰性：酸和碱不反应，酒精、乙醚等极性溶剂不能溶解，但有机烃类非极性溶剂能溶解纤维态丙纶分子。丙纶分子对强氧化剂作用亦敏感，会降解；受热容易发生热氧化降解，在有水、氧条件下，如果纤维中有痕量金属（铜、铁等），发生光敏降解很快速，因而使丙纶纤维耐光性能很差。丙纶分子上没有可留驻染料的基团，丙纶纤维染色很困难，分散染料染色也只能得很淡颜色，只能用其它上色方法，如熔体染色等。,36,2、维纶,在合成纤维中吸湿性最高。维纶分子的化学性质由OH决定，纤维耐酸、碱性优良，在溶剂苯酚、间甲苯酚中溶胀，溶于80%、55甲酸；由于羟基多，染色性能近似于纤维素纤维。在高湿条件下容易热裂解；高温时，羟基被氧化，脱水引起纤维损伤泛黄。,37,3、氨纶,化学性质依分子结构而定，聚醚软段型氨纶耐酸性好，但在稀HCl、H2SO4中会发黄；聚酯软段型氨纶耐酸性好，但在热碱中会快速水解。氨纶染色性能同锦纶相似。,38,第二节 纤维的物理结构与性能,纤维物理结构:超分子结构、形态结构,影响染整试剂的通达程度，也称可及度。纤维物理结构中分子排列紧密，染整试剂无法进入纤维到达它的目标位置，被阻挡在纤维外面，因而谈不上该发生的反应。纤维物理结构松散，染整试剂容易进入纤维到达它的目标位置，从而能发生预定的反应。,39,一、纤维的超分子结构,超分子结构：在分子结构基础上、由许多个分子集聚时所形成的分子聚集态结构。其地位介于纤维形态结构和分子结构之间。描述纤维中长链分子（高分子）排列状态、排列方向、聚集松紧程度。无定形区 超分子结构 结晶度-结晶区所占重量%结晶区 取向度-链或微晶向与纤维向夹角,棉、麻、丝光棉、粘胶结晶度：70、90、50、40%,取向度值：1；：0；：角度 1：取向最高。,40,超分子结构与性能,结晶度与物理性能：结晶度高，分子间紧密、作用力大，纤维强度大；纤维断裂在于超分子结构缺陷处。结晶度低，分子间松散，纤维强度也较低，断裂延伸度可能较大。取向度与物理性能：取向度高（丝光棉），纤维强度高，断裂延伸度降低，因为分子链、微晶排列轴向平行，分子间作用力大，应力集中点（缺陷）少，分子链不易断裂和滑移。超分子结构与化学性能：结晶度高，结构紧密，空隙小又少，化学物质不能进入结晶区，例如染料分子不易进入，只在无定形区，得色深不易（麻）。,41,（三）羊毛和蚕丝纤维的超分子结构,羊毛的超分子结构:在-螺旋分子链基础上形成的旋绕结构.拉伸程度不大(20%)，无定形区-螺旋分子链被拉伸展，这种程度伸展容易恢复.拉伸程度大于20%或更高伸长率时,-螺旋分子链构象向-伸直链构象转变,42,构象转变、副键建立应用,羊毛可塑性:低温、干态，羊毛分子结构、高层次结构调整较慢，加工产生的内应力难消除。湿热条件下，由于羊毛分子肽链构象、变换，副键拆开、重建较易，因此，羊毛在外力下作用不同时间，然后在蒸汽中自由放置，出现过缩、暂定、永定三种现象。（1）过缩（很短时间）（2）暂定（更高温收缩）1h（3）永定（新形态固定住,不收缩）,43,蚕丝的超分子结构,44,二、纤维的形态结构,棉,麻,45,二、纤维的形态结构棉纤维形态结构和性能,单细胞：纤维素94%wt.,蜡状物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果胶物0.9%,含氮物等。长度：2345 mm；细度：0.150.2tex；扭曲数：60120个/cm.结构与性质：*初生胞壁-层厚 0.10.2 m，决定棉纤维表面性质。拒水性，影响染整，前处理的去除对象。外层由果胶物质和蜡状物组成（角皮层），内二层是纤维素网状结构，横缠竖绕。*次生胞壁-层厚约4m，占90%wt.，共生杂质少，决定棉纤维性质。层中很多同心日轮，同心轮按走向 S、Z、S分三层，纤维走向与轴向夹角2030度，走向变化，内层直。*胞腔-中空，占横截面1/10，含蛋白质和色素，决定棉纤维颜色。染料和化学处理剂通道。,46,麻纤维形态结构和性能,特点：竖纹和横节。端头多样：锤头、分支形（苎麻），细尖（亚麻）、钝角（大麻）。苎麻、亚麻、大麻等韧皮纤维：厚壁、端闭、狭腔单细胞。长短、外形、成分各异。纤维素含量不高。长径：苎麻-127152mm(长),2075m(径)；亚麻-1138mm(长),1120(径)；大麻、黄麻：长度很短。组成：,47,（三）羊毛纤维的形态结构,髓质层、皮质层和鳞片层.皮质层是羊毛主干，由纺锤形细胞形成，纺锤形细胞在形成毛干时还分成两种：O皮质细胞和P皮质细胞，O皮质细胞在卷曲外侧，P皮质细胞在卷曲内侧。,48,（四）蚕丝的形态结构,一根茧丝实际上由两个部分组成：丝素和丝胶。丝胶包裹在两根丝素外围，丝素的横截面呈三角形形态但三个角较圆钝。脱胶后，一根茧丝变成两根丝素丝，丝素丝纵向光滑均匀。,、的丝胶蛋白质溶解性较好，因为蛋白质分子上的亲水基团多，并且蛋白质分子多以不规则卷曲状态排列，和层的蛋白质分子的亲水基团变少并且以-型直链取向排列趋势增强，结构类似丝素，水中溶解性变差。,49,（五）化学纤维的形态结构,化学纤维的形态结构与纺丝过程关系极大，纺丝方法、喷丝口形状和拉伸倍数都对化学纤维的形态结构有影响。,熔体纺丝,喷丝口为圆形，则纤维也为基本圆形；若喷丝口为三角形、星形或树叶形等异形形状，则纤维横截面也为相应异形。熔体纺丝纤维因为空气冷却成形，纵向比较光滑圆润。,50,溶液纺丝,溶液纺丝纤维的纵向不光滑，象树皮皱纹状；横截面也不规则，很难象熔体纺丝那样得到预定的截面形态.产生皮芯结构,粘胶纤维结构示意图,