輕化工程基礎(chǔ)-01.ppt

1,輕化工程專業(yè)課程,輕化工程基礎(chǔ),End,授課教師：宋曉秋 胡靜 課時(shí)：24學(xué)時(shí),2,序 言,紡織品染整學(xué)目的： 使機(jī)織或針織坯布外觀和使用性能改善，賦予紡織品特殊功能，提高紡織品附加價(jià)值。用于服裝、裝飾、工農(nóng)業(yè)、國(guó)防等各種用途。 紡織品染整前預(yù)處理 紡織品染整學(xué)內(nèi)容： 染色/印花 后整理 一般整理、功能整理 染整原理化學(xué)或化學(xué)物理方法 紡織品染整學(xué)要素： 染整工藝操作步驟、參數(shù)，如：溫度、 壓力、試劑濃度、時(shí)間等 染整設(shè)備處理織物、實(shí)施工藝所用的機(jī)器裝備,末頁(yè),3,紡織品染整學(xué)主目錄,第一章 紡織工業(yè)常用纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 第二章 染整用水和表面活性劑 第三章 紡織品的前處理 第四章 紡織品的染色 第五章 紡織品印花 第六章 紡織品整理 第七章 紡織品功能整理 第八章 成衣染整,End,序 言,4,第一章 紡織工業(yè)常用纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能,第一節(jié) 纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 纖維素纖維形態(tài)結(jié)構(gòu) 纖維素纖維超分子結(jié)構(gòu) 纖維素纖維化學(xué)結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 蛋白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 蛋白質(zhì) 羊毛纖維 蠶絲 第三節(jié) 合成纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 滌綸 錦綸 腈綸 氨綸,End,5,第一章要點(diǎn),纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)層次 纖維結(jié)構(gòu)與纖維化學(xué)性能之間關(guān)系 纖維結(jié)構(gòu)與纖維物理性能關(guān)系,6,第一章 紡織工業(yè)常用纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 常用纖維 纖維結(jié)構(gòu)三層次： 化學(xué)結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)，纖維最小結(jié)構(gòu)元素（納米、埃） 決定纖維物化性能 超分子結(jié)構(gòu)分子聚集體結(jié)構(gòu)（超微觀） 影響纖維物化性能 形態(tài)結(jié)構(gòu)分子聚集體的聚集結(jié)構(gòu)（微觀） 第一節(jié) 纖維素纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能 以纖維素分子為基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的纖維。 以- D-葡萄糖?；鶠榻Y(jié)構(gòu)單元的高分子化合物。,天然纖維：棉、麻、 絲、毛 纖維素纖維 蛋白質(zhì)纖維 化學(xué)纖維：粘膠、 滌綸、錦綸、睛綸 人造纖維 合成纖維,染整所用方法決定因素,末頁(yè),第一章,7,一、纖維素纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu),棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 圖,麻纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu),粘膠纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 圖,end,8,棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu),葉和花 棉鈴和吐絮,9,棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu),顯微鏡下觀察到的棉纖維形態(tài),10,棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能,單細(xì)胞：纖維素94% wt.,蠟狀物0.6%wt.,灰分1.2%wt.,果膠物0.9%,含氮物等。 長(zhǎng)度：2345 mm；細(xì)度：0.150.2tex ；扭曲數(shù)：60120個(gè)/cm. 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)：*初生胞壁-層厚 0.10.2 m，決定棉纖維表面性質(zhì)。拒水性，影響染整，前處理的去除對(duì)象。外層由果膠物質(zhì)和蠟狀物組成（角皮層），內(nèi)二層是纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，橫纏豎繞。 *次生胞壁-層厚約4m ，占90%wt.，共生雜質(zhì)少，決定棉纖維性質(zhì)。層中很多同心日輪，同心輪按走向 S、Z、S分三層，纖維走向與軸向夾角2030度，走向變化，內(nèi)層直。 *胞腔-中空，占橫截面1/10，含蛋白質(zhì)和色素，決定棉纖維顏色。染料和化學(xué)處理劑通道。,end,11,麻纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能,麻植物外觀形態(tài),苧麻麻株,苧麻：麻桿到生麻,生苧麻、脫膠苧麻、梳理苧麻,12,麻纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能,特點(diǎn)：豎紋和橫節(jié)。 端頭多樣：錘頭、分支形（苧麻），細(xì)尖（亞麻）、鈍角（大麻）。 苧麻、亞麻、大麻等韌皮纖維：厚壁、端閉、狹腔單細(xì)胞。 長(zhǎng)短、外形、成分各異。纖維素含量不高。 長(zhǎng)徑：苧麻-127152mm(長(zhǎng)),2075m(徑)； 亞麻-1138mm(長(zhǎng)),1120(徑)； 大麻、黃麻：長(zhǎng)度很短。 組成：,13,粘膠纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能,特點(diǎn)：*人造纖維，形態(tài)與紡絲成形方法有關(guān)。 *纖維較純凈，在絲生產(chǎn)中已除雜。 *皮芯結(jié)構(gòu)，皮層緊密取向，阻礙染料進(jìn)入，芯層結(jié)構(gòu)松，強(qiáng)度低。 附注：通過(guò)制漿、紡絲、拉伸方法改變，可得人造纖維素其他纖維：富強(qiáng)纖維、Tencil纖維、modal纖維，這些新型纖維目前正開(kāi)發(fā)應(yīng)用。,14,二、纖維素纖維的超分子結(jié)構(gòu),超分子結(jié)構(gòu)：在分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上、由許多個(gè)分子集聚時(shí)所形成的分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。其地位介于纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)之間。描述纖維中長(zhǎng)鏈分子（高分子）排列狀態(tài)、排列方向、聚集松緊程度。 無(wú)定形區(qū) 超分子結(jié)構(gòu) 結(jié)晶度-結(jié)晶區(qū)所占重量% 結(jié)晶區(qū) 取向度-鏈或微晶向與纖維向夾角,棉、麻、絲光棉、粘膠 結(jié)晶度：70、90、 50 、40 %,圖纓狀原纖圖,取向度值： ：1； ：0； ：角度 1：取向最高。,15,超分子結(jié)構(gòu)與性能,超分子結(jié)構(gòu)：對(duì)纖維的化學(xué)、物理或力學(xué)性能影響很大。 結(jié)晶度與物理性能：結(jié)晶度高，分子間緊密、作用力大，纖維強(qiáng)度大；纖維斷裂在于超分子結(jié)構(gòu)缺陷處。結(jié)晶度低，分子間松散，纖維強(qiáng)度也較低，斷裂延伸度可能較大。 取向度與物理性能：取向度高（絲光棉），纖維強(qiáng)度高，斷裂延伸度降低，因?yàn)榉肿渔?、微晶排列軸向平行，分子間作用力大，應(yīng)力集中點(diǎn)（缺陷）少，分子鏈不易斷裂和滑移。 超分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性能：結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)緊密，空隙小又少，化學(xué)物質(zhì)不能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)，例如染料分子不易進(jìn)入，只在無(wú)定形區(qū)，得色深不易（麻）。,16,三、纖維素纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu),*纖維素纖維：有不同形態(tài)結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)，但其化學(xué)分子的單元結(jié)構(gòu)和鏈接方式都一樣-由葡萄糖?；鶈卧ㄟ^(guò)苷鍵相連接。不同種纖維葡萄糖?；鶈卧獢?shù)不同，即平均分子鏈長(zhǎng)不同。 *纖維素分子化學(xué)式：(C6H10O5)n 式中n：聚合度；n：1000015000(棉、麻)；n：250500（粘膠）,纖維素分子結(jié)構(gòu)式,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 環(huán)上三個(gè)OH，反應(yīng)活性點(diǎn) 環(huán)間O，酸分解之，堿穩(wěn) 鏈端：有一隱-CHO，M低還原性 鏈剛性，H-鍵多，強(qiáng)度高 結(jié)構(gòu)與性能見(jiàn)下節(jié)。,17,纖維素分子結(jié)構(gòu)式,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 1) 環(huán)上三個(gè)OH，反應(yīng)活性點(diǎn) 2) 環(huán)間O，酸分解之，堿穩(wěn) 3) 鏈端：有一隱-CHO，M低還原性 4) 鏈剛性，H-鍵多，強(qiáng)度高 結(jié)構(gòu)與性能見(jiàn)下節(jié)。,18,四、纖維素纖維的化學(xué)性質(zhì),由纖維素分子化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定，受超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)影響。 與堿作用 常溫稀堿中穩(wěn)定，濃堿溶脹，高溫稀堿有氧氣易氧化、斷裂苷鍵，強(qiáng)力下降。 濃堿溶脹：各向異性、不可逆。 徑向溶脹大，縱向小 反應(yīng)：酸性纖維素分子與堿擬醇鈉反應(yīng) C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH Cell-ONa+ H2O ;or Cell-OHNaOH 反應(yīng)可逆，水洗除堿，恢復(fù)纖維素分子，但纖維素纖維高層次結(jié)構(gòu)被變化、不可逆-是棉織物絲光、堿縮處理理論根據(jù)。,19,2、與酸作用,酸促使苷鍵水解:(反應(yīng)式),20,酸使纖維素纖維織物初始手感變硬,然后強(qiáng)度嚴(yán)重下降。 酸的種類、作用時(shí)間、溫度、纖維結(jié)構(gòu)影響水解反應(yīng)速率。 生產(chǎn)上應(yīng)用：含氯漂白劑漂白后，稀酸處理，起進(jìn)一步漂白作用；中和過(guò)剩堿；爛花、蟬翼等新穎印花處理。 用酸注意：稀酸、低溫、洗凈，避免帶酸干燥。,酸作用,21,3、與氧化劑作用,纖維素氧化后分子斷裂，基團(tuán)氧化變化，織物強(qiáng)度損傷。 纖維素分子對(duì)不同氧化劑作用有不同的敏感程度。 強(qiáng)氧化劑完全分解纖維素。中、低強(qiáng)度氧化劑在一定條件下氧化分解纖維素能力弱，可用來(lái)漂白織物。注意：空氣中O2在強(qiáng)堿、高溫條件易氧化、脆損纖維素織物，應(yīng)避免。 氧化反應(yīng)： Cell-OH + O Cell-CHO, Cell-C=O, Cell-COOH 還原型 -CHO，=C=O，潛在損傷 氧化纖維素： 酸型 -COOH 注：纖維素分子對(duì)還原劑穩(wěn)定。,22,五、天然纖維素共生物,是纖維生長(zhǎng)保護(hù)物或代謝物。 影響織物吸水、染色、白度。 果膠物質(zhì) 果膠酸鈣、鎂、甲酯，多戊糖等。堿除。 含氮物質(zhì) 含N鹽和蛋白質(zhì)。堿除不盡、NaClO氯胺鹽化 蠟狀物質(zhì) 酯、酸、碳?xì)湮?。皂化、乳化除去?灰分 無(wú)機(jī)物。酸溶 天然色素 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。漂白除。 棉籽殼 含木質(zhì)素等。堿軟化、磺化、氯化除。 半纖維素 多糖類。酸解、堿除。,23,第二節(jié) 蛋白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能, 蛋白質(zhì)分子為最小組成單元。 天然羊毛、絲、 蛋白質(zhì)纖維： 人造大豆、牛奶 一、蛋白質(zhì)知識(shí) 蛋白質(zhì)分子：由-氨基酸縮合反應(yīng)而得的高分子。 組成元素：C、H、O、N，少量S、P、I、 分子鏈：NH2CHC-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH R1 R2 Ra Rb -NH-CHR-CO-：氨基酸剩基，構(gòu)成多肽主鏈。 -R：20多種，即20多種氨基酸。,24,蛋白質(zhì)分子副鍵：由分子主鏈、側(cè)基的極性或非極性基團(tuán)、離子基團(tuán)相互作用而成。由于副鍵數(shù)量眾多而能穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象。副鍵種類如下圖：,s,s,o,H,o,c,N,H,o,c,c,o,o,CH2,NH3,疏水鍵,二硫鍵,離子鍵,氫鍵,蛋白質(zhì)副鍵圖,25,蛋白質(zhì)性質(zhì),蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)： H+3N-P-COOH H2N-P-COOH H2N-P-COO- H+3N-P-COO- 等電點(diǎn)：蛋白質(zhì)分子上正、負(fù)電荷數(shù)量相等時(shí)溶液的pH值，不會(huì)向電極移動(dòng)。羊毛的: 4.2-4.8, 桑蠶絲的：3.5-5.2。等電點(diǎn)時(shí)纖維溶脹、溶解度最低。 低pH值時(shí)： 高pH值時(shí)： 酸堿濃度高、 或鹽多時(shí)，內(nèi)外pH一致。,H+,OH-,OH-,H+,pH內(nèi)pH外,pH內(nèi)pH外,-NH3+ H+,-COO- OH-,26,二、羊毛纖維的結(jié)構(gòu)和主要化學(xué)性能,形態(tài)結(jié)構(gòu)：鱗片層、皮質(zhì)層、髓質(zhì)層（粗）、多細(xì)胞,超分子結(jié)構(gòu)：基原纖、微原纖、原纖 分子結(jié)構(gòu)：C、H、O、N、S- -螺旋結(jié)構(gòu),27,羊毛性質(zhì),羊毛組成：羊毛角蛋白50%-70%，羊毛脂等雜質(zhì)50%-30% 羊毛性質(zhì)：1、可塑性 低溫、干態(tài)，羊毛分子結(jié)構(gòu)、高層次結(jié)構(gòu)調(diào)整較慢，加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力難消除。濕熱條件下，由于羊毛分子肽鏈構(gòu)象、變換，副鍵拆開(kāi)、重建較易，因此，羊毛在外力下作用不同時(shí)間，然后在蒸汽中自由放置，出現(xiàn)過(guò)縮、暫定、永定三種現(xiàn)象。 （1）過(guò)縮（很短時(shí)間） （2）暫定（更高溫收縮） 1h （3）永定（新形態(tài)固定住,不收縮）,2、熱 耐干熱性差 3、水 和蒸汽 吸濕，回潮率14%。水中異向溶脹。沸水、蒸汽中長(zhǎng)時(shí)間，分解（-S-S-)、失重。,28,羊毛反應(yīng),4、與酸 耐酸，pH2-4沸染，H2SO4炭化除草。高濃酸，損傷羊毛：水解、氨離子化、離子鍵拆開(kāi)。 5、與堿 堿使羊毛嚴(yán)重?fù)p傷、變黃、溶解、含S降低：主鏈水解、氨基酸水解、離子鍵拆開(kāi)、二硫鍵斷開(kāi)重接。 CO CO CO CO CH-CH2-S-S-CH2-CH - CH-CH2-NH-(CH2)4-CH NH NH NH NH 6、與還原劑 羊毛二硫鍵、離子鍵被還原劑斷開(kāi)，羊毛損傷 7、與氧化劑 強(qiáng)氧化劑分解羊毛，中強(qiáng)氧化劑對(duì)羊毛有損傷作用，控制條件可漂白羊毛：NaClO, H2O2,OH-,29,三、蠶絲結(jié)構(gòu)和性能,蠶絲形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)示意： （SCAN） 形態(tài)結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu)-折疊鏈 蠶絲組成：絲素7080%，絲膠2030%，其他雜質(zhì)：少量。 與羊毛區(qū)別：1、組成-C、H、O、N，硫很少。 2、-折疊構(gòu)象多，無(wú)-螺旋構(gòu)象，結(jié)晶與非晶。,30,桑蠶結(jié)繭：1.桑蠶；2.吐絲；3、4.成繭；5.桑蠶繭剖面,三、蠶絲結(jié)構(gòu)和性能,31,桑蠶絲副產(chǎn)品,桑蠶絲,柞蠶絲副產(chǎn)品,柞蠶絲,32,絲素性質(zhì),絲素結(jié)構(gòu)：分子線形、支形，聚合度400500，晶區(qū)伸直鏈，不如羊毛彈性、延伸。無(wú)定形區(qū)親水基集中， 絲素性質(zhì)： 吸濕性 10% ，水中異向溶脹 耐熱性 好，120也不變 鹽作用 因絲交聯(lián)少， 溶脹、溶解。高價(jià)鹽溶脹不明顯，增重。 酸作用 不如羊毛。酸縮處理。絲鳴處理。 堿作用 差，比羊毛好。弱堿性精練。 氧化還原 氧化與羊毛相似，漂白不用NaClO。耐還原劑。,33,絲膠性質(zhì),絲膠結(jié)構(gòu)：無(wú)定形、球狀蛋白，四個(gè)層次。組成：側(cè)基含較多親水基團(tuán)（-COOH、-OH、-NH2）。 絲膠性質(zhì)：由于上述結(jié)構(gòu)，絲膠吸濕性好，水易進(jìn)入，具有水溶性。低溫溶脹，在100沸水煮能溶解，脫膠：pH10，95 ，30分鐘。 絲膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在存放中會(huì)變性，無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)變成折疊鏈晶狀，疏水基分布到絲膠表面。變性后絲膠不易溶于水，對(duì)蠶絲脫膠不利。 （SCAN）結(jié)構(gòu)圖,34,第三節(jié) 合成纖維的結(jié)構(gòu)和主要性能,合成纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)（和超分子結(jié)構(gòu)）與紡絲方法、噴絲口形狀相關(guān)性大，比天然纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，層次少。 一、滌綸的結(jié)構(gòu)和主要性能 形態(tài)結(jié)構(gòu)：縱向光滑、均勻無(wú)條痕，橫向圓形實(shí)體，或異形（熔紡法）。 超分子結(jié)構(gòu)：與紡絲工藝有關(guān)熱拉伸，4060%結(jié)晶度。折疊纓狀原纖模型：伸直鏈晶體+折疊鏈晶體+無(wú)定形區(qū)。,模型,35,滌綸分子,聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。分子結(jié)構(gòu)只有弱極性基團(tuán)，吸濕性差、染色性差。 -COO-酯基具有反應(yīng)性，如水解；但苯基、亞乙基穩(wěn)定，故滌綸穩(wěn)定性好。-OCH2CH2O-具柔性，故可折疊。 分子線性、規(guī)整，分子聚集時(shí)容易緊密堆積（結(jié)晶），使纖維形狀、強(qiáng)度好。,滌綸分子結(jié)構(gòu)：,HO-CH2-CH2-O-C- C O-CH2-CH2-OH,n,O,O,36,滌綸性能,滌綸性能：1、熱性能 耐熱難分解；熱穩(wěn)定形變小。 Tg：67、81、125（纖維），軟化點(diǎn)：230， 熔化點(diǎn)：255 2、吸濕性 0.40.5%吸濕率，易洗快干；靜電、玷污、難染 染色性 結(jié)構(gòu)緊密、孔隙小，缺極性基團(tuán)，難染。用小、弱極性分散染料。 3、化學(xué)反應(yīng) 結(jié)構(gòu)緊密、分子穩(wěn)定。 耐酸 堿中易水解 堿剝皮現(xiàn)象 耐氧化劑、還原劑作用,37,二、錦綸的結(jié)構(gòu)和性能,錦綸形態(tài)結(jié)構(gòu)：熔紡法制成，縱向光滑無(wú)條痕，截面一般為圓形。 錦綸超分子結(jié)構(gòu)：折疊鏈纓狀原纖模型。與滌綸相比，模型類似，但容易結(jié)晶，在初生纖維沒(méi)拉伸前就有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。結(jié)晶度可達(dá)5070%。 錦綸分子結(jié)構(gòu)：錦綸6、 錦綸66、SCAN,38,錦綸性能,熱性能 耐熱性差，100以上空氣中容易熱氧化發(fā)黃、分解。玻璃化溫度3560（錦綸6）和4060（錦綸66）。軟化點(diǎn)160180（錦綸6）和235（錦綸66）。 吸濕性 疏水纖維，吸濕性在合成纖維中僅次于維綸，4%。 染色性 容易染色，染滌綸、羊毛、絲的染料如分散染料、酸性染料等都可染錦綸。 化學(xué)性能 耐堿性好，耐酸性差。 中強(qiáng)氧化劑如次氯酸鈉、過(guò)氧化氫使錦綸纖維強(qiáng)度降低、變黃，漂白用亞氯酸