【學(xué)習(xí)課件】第一章紡織品染整學(xué)

1、紡織品整理學(xué)紡織工程專業(yè)課程郭臘梅編輯課件紡織品整理學(xué)主目錄第一章 紡織纖維的結(jié)構(gòu)和性能第二章 水和表面活性劑第三章 紡織品的印染前處理 第四章 紡織品染色第五章 紡織品印花第六章 紡織品一般整理第七章 紡織品功能整理序言2編輯課件紡織品染整學(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)

2、器裝備序 言3編輯課件第一章 紡織纖維的結(jié)構(gòu)和性能要 點(diǎn)纖維有形態(tài)結(jié)構(gòu)、超分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)層次，了解分子結(jié)構(gòu)是纖維物性的基礎(chǔ)，但高級(jí)結(jié)構(gòu)也對(duì)纖維物性起作用，有時(shí)是決定性作用。纖維結(jié)構(gòu)與纖維的化學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)纖維結(jié)構(gòu)與纖維的物理性能之間的關(guān)聯(lián)4編輯課件纖維決定染整所用方法。因?yàn)榇蠖鄶?shù)染料、助劑和功能試劑是與纖維分子相作用，將進(jìn)入纖維內(nèi)部或留置纖維表面與纖維產(chǎn)生結(jié)合作用。 纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：纖維長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其寬度，長(zhǎng)度在厘米級(jí)、直徑卻只有微米級(jí)，屬細(xì)長(zhǎng)、有韌性和強(qiáng)度的材料。纖維自身的基本結(jié)構(gòu)單元是高分子化合物，構(gòu)成纖維的高分子化合物是分子量很大的、大約一萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)相對(duì)分子質(zhì)量的長(zhǎng)鏈線狀分子，它們的直

3、徑在納米級(jí)、長(zhǎng)度在微米級(jí)，肉眼看不見(jiàn)，放大幾千倍后就象纖維那樣呈細(xì)長(zhǎng)形狀。纖維中許多長(zhǎng)鏈高分子集合在一起，有序、沿纖維軸向排列，形成了纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)。正是這種結(jié)構(gòu)決定了纖維的化學(xué)和物理性質(zhì)。 5編輯課件纖維的結(jié)構(gòu)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）超分子結(jié)構(gòu)分子聚集體結(jié)構(gòu)（超微觀） 形態(tài)結(jié)構(gòu)分子聚集體的聚集結(jié)構(gòu)（微觀）纖維結(jié)構(gòu)三個(gè)層次影響纖維物化性能決定纖維物理化學(xué)性能6編輯課件第一節(jié) 纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)成纖 高分子：1）線性、長(zhǎng)鏈的分子結(jié)構(gòu)，即使有側(cè)基或支鏈，也比較短、小。2）以碳原子為主鏈的構(gòu)成元素，因此大多數(shù)纖維高分子是有機(jī)高分子，即有機(jī)纖維。3）分子鏈有一定長(zhǎng)度，分

4、子間可以達(dá)到高的相互作用而有強(qiáng)度。 染整關(guān)注：纖維高分子與水有無(wú)結(jié)合基團(tuán)、與染料分子有無(wú)作用點(diǎn)、與整理劑等有無(wú)結(jié)合點(diǎn)，是共價(jià)鍵結(jié)合、離子鍵結(jié)合、氫鍵結(jié)合還是范得華作用力結(jié)合。 7編輯課件例 如：棉纖維麻纖維聚乙烯纖維聚丙烯纖維分子結(jié)構(gòu)差異大，左者所用染料和整理劑，右者就無(wú)法使用 。超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)不一樣，染料結(jié)合雖同，染色工藝、效果不一樣。8編輯課件一、纖維分類9編輯課件二、纖維素纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)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5）聚合度 10編輯課件（二） 纖

5、維素分子化學(xué)性質(zhì)1、與酸作用酸促使苷鍵水解:(反應(yīng)式)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。11編輯課件 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。 纖維結(jié)構(gòu)、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。酸作用情況：12編輯課件2、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

6、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。13編輯課件14編輯課件15編輯課件3、與堿作用 常溫稀堿中穩(wěn)定，濃堿中溶脹，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。 純水溶脹： 異向溶脹：徑向溶脹大，縱向小。 堿中反應(yīng):纖維素分子（酸）與堿擬醇鈉反應(yīng) C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH Cell-ONa

7、+ H2O ;or Cell-OHNaOH 雖然反應(yīng)可逆，水洗除堿后，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、堿縮處理的理論根據(jù)。16編輯課件4、纖維素分子其它反應(yīng)A）酯化反應(yīng)纖維素分子與（羧）酸類物質(zhì)反應(yīng)生成酯：纖維素分子形成磷酸酯后能使織物具有阻燃性；與醋酸酐反應(yīng)生成纖維素醋酸酯是制造人造纖維醋酯纖維的原料。 17編輯課件B）醚化反應(yīng) 纖維素分子與氯乙酸在堿性條件下的反應(yīng)產(chǎn)物稱羧甲基纖維素鈉，可用作紡織漿料和增稠劑； 與縮水甘油三甲基氯化銨反應(yīng)后形成陽(yáng)離子衍生物，使纖維素纖維織物在用陰離子染料染色和其它染料染色時(shí)上染率和染色牢度大為提高，同時(shí)兼有抗靜電、抗菌、

8、防霉等功效，用于難染色的苧麻纖維織物上尤其有效。 18編輯課件C）加成反應(yīng)纖維素分子與上述試劑反應(yīng)后，氰乙基化產(chǎn)物使纖維素纖維織物具有防腐性；氨基甲酰乙基化產(chǎn)物使纖維素纖維織物對(duì)活性染料染色反應(yīng)性提高；乙烯砜型加成產(chǎn)物其本身就是乙烯砜型活性染料染色反應(yīng)時(shí)與纖維素纖維進(jìn)行共價(jià)鍵結(jié)合反應(yīng)的一步。 19編輯課件D）接枝反應(yīng) M： 接上丙烯酸后，纖維素纖維織物就可用陽(yáng)離子染料染色和印花，耐洗牢度和顏色都有較好的效果。 20編輯課件三、蛋白質(zhì)纖維的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的纖維 天然人造動(dòng)物植物蛋白質(zhì)高分子的單元結(jié)構(gòu)是氨基酸殘基（下式左）： -氨基酸 纖維蛋白質(zhì)分子的構(gòu)成主要有C、H、O、N、S

9、五種元素。 21編輯課件蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)* 蛋白質(zhì)分子中氨基酸序列結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)分子的一級(jí)結(jié)構(gòu) 、或初級(jí)結(jié)構(gòu)：* 蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象有幾個(gè)層次，分別稱為蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) ：螺旋、直鏈、無(wú)規(guī)線團(tuán)22編輯課件蛋白質(zhì)的第三級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈側(cè)基之間因氫鍵等相互作用使多肽鏈進(jìn)一步盤旋和折疊，整個(gè)分子所形成的不規(guī)則的特定構(gòu)象。 血紅素23編輯課件蛋白質(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：ssoHocNHoccooCH2NH3疏水鍵二硫鍵離子鍵氫鍵蛋白質(zhì)副鍵圖：COOCH2酯鍵24編輯課件蛋白質(zhì)分子的化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)兩性

10、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-25編輯課件羊毛分子反應(yīng)2、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。3、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

11、、二硫鍵斷開重接。 CO CO CO CO CH-CH2-S-S-CH2-CH - CH-CH2-NH-(CH2)4-CH NH NH NH NH4、與還原劑 羊毛二硫鍵、離子鍵被還原劑斷開，羊毛損傷5、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, H2O2OH-26編輯課件6、蛋白質(zhì)與其它物質(zhì)作用 水：長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下可發(fā)生水解作用 鹽水：促進(jìn)蛋白質(zhì)纖維溶脹或溶解，濃的CaCl2、Ca(NO3)2處理蠶絲，會(huì)使纖維急劇收縮；堿式ZnCl2等溶液能使絲纖維溶解。改性反應(yīng)：有羥基、酚羥基、羧基和氨基等 （1）蠶絲纖維甲基化使絲活性基團(tuán)變成不活潑基團(tuán)，抑

12、制絲泛黃，甲基化試劑為重氮甲烷（CH2N2）： 27編輯課件（2）蠶絲纖維?；墒菇z彈性、絕緣性改善，吸濕性降低 （3）蠶絲甲醛交聯(lián)可提高絲耐堿性、濕強(qiáng)度： 28編輯課件四、合成纖維的分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET)。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-OHnOO29編輯課件滌綸高分子的化學(xué)性質(zhì) 主要由酯基決定，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿

13、性溶液中酯基會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)使分子鏈斷裂： 堿性水解工廠應(yīng)用：滌綸堿剝皮. 對(duì)氧化劑、還原劑的耐受性比較好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 30編輯課件錦綸分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)錦綸6是由己內(nèi)酰胺開環(huán)聚合而成，錦綸66是由己二胺和己二酸縮聚而成，此外還有錦綸610、錦綸1010等 31編輯課件錦綸的化學(xué)性質(zhì) 比較穩(wěn)定，主要在酰胺基和分子兩端基團(tuán)上發(fā)生反應(yīng)。水：對(duì)錦綸沒(méi)有什么影響。堿：錦綸水解也不嚴(yán)重，耐堿性較好。酸：稀酸溶液中錦綸水解不嚴(yán)重，因此稀酸對(duì)錦綸損傷不重，但在濃HCl溶液中，錦綸分子水解、溶解，錦綸纖維強(qiáng)度下降。氧化劑：較為敏感，接觸氧化劑時(shí)發(fā)生降解破壞，纖維強(qiáng)度受損。酰胺、R基結(jié)構(gòu)：用酸性染料染色；陽(yáng)

14、離子染料染色；還因?yàn)殄\綸分子的非極性部分鏈比例大，可用分散染料染色 。具有4%的吸濕率 。32編輯課件（三） 腈綸分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)第一單體：只有第一單體，纖維性能不好，脆、彈性手感差、不易染色第二單體：改善纖維結(jié)構(gòu)，減弱氰基之間的作用力，第三單體：結(jié)合染料基團(tuán)，利于染色。 第一單體（85%） 第二單體（510%） 第三單體（13%）屬于無(wú)規(guī)共聚物 33編輯課件腈綸分子的化學(xué) 性質(zhì)其分子主鏈全是碳元素構(gòu)成，穩(wěn)定；側(cè)基是氰基（CN）和其它基團(tuán)，具有化學(xué)反應(yīng)性。酸：耐酸能力強(qiáng)。堿：對(duì)弱堿也不敏感，但在高溫強(qiáng)堿溶液中，由于OH- 催化CN水解的能力很強(qiáng)，使腈綸纖維失重、發(fā)黃、溶解： 氧化劑：不敏感

15、，可用H2O2、NaClO2漂白腈綸纖維。還原劑：也不反應(yīng)，可用NaHSO3、Na2SO3、保險(xiǎn)粉漂白腈綸纖維。高溫?zé)崽幚恚耗苓M(jìn)行重排環(huán)化反應(yīng)，形成碳纖維。34編輯課件（四） 其它合成纖維分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)1、丙綸 丙綸屬于聚烯烴纖維。 化學(xué)惰性：酸和堿不反應(yīng)，酒精、乙醚等極性溶劑不能溶解，但有機(jī)烴類非極性溶劑能溶解纖維態(tài)丙綸分子。 丙綸分子對(duì)強(qiáng)氧化劑作用亦敏感，會(huì)降解；受熱容易發(fā)生熱氧化降解，在有水、氧條件下，如果纖維中有痕量金屬（銅、鐵等），發(fā)生光敏降解很快速，因而使丙綸纖維耐光性能很差。 丙綸分子上沒(méi)有可留駐染料的基團(tuán)，丙綸纖維染色很困難，分散染料染色也只能得很淡顏色，只能用其它上色方

16、法，如熔體染色等。35編輯課件2、維綸在合成纖維中吸濕性最高。維綸分子的化學(xué)性質(zhì)由OH決定，纖維耐酸、堿性優(yōu)良，在溶劑苯酚、間甲苯酚中溶脹，溶于80%、55甲酸；由于羥基多，染色性能近似于纖維素纖維。在高濕條件下容易熱裂解；高溫時(shí)，羥基被氧化，脫水引起纖維損傷泛黃。 36編輯課件3、氨綸 化學(xué)性質(zhì)依分子結(jié)構(gòu)而定，聚醚軟段型氨綸耐酸性好，但在稀HCl、H2SO4中會(huì)發(fā)黃；聚酯軟段型氨綸耐酸性好，但在熱堿中會(huì)快速水解。氨綸染色性能同錦綸相似。37編輯課件第二節(jié) 纖維的物理結(jié)構(gòu)與性能纖維物理結(jié)構(gòu): 超分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu) 影響染整試劑的通達(dá)程度，也稱可及度。纖維物理結(jié)構(gòu)中分子排列緊密，染整試劑無(wú)法進(jìn)入

17、纖維到達(dá)它的目標(biāo)位置，被阻擋在纖維外面，因而談不上該發(fā)生的反應(yīng)。纖維物理結(jié)構(gòu)松散，染整試劑容易進(jìn)入纖維到達(dá)它的目標(biāo)位置，從而能發(fā)生預(yù)定的反應(yīng)。 38編輯課件一、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 %取向度值： ：1； ：0； ：角度 1：取向最高。39編輯課件超分子結(jié)構(gòu)與性能結(jié)晶度與物理性能：結(jié)晶度高，分

18、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)榉肿渔湣⑽⒕帕休S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）。40編輯課件（三） 羊毛和蠶絲纖維的超分子結(jié)構(gòu)羊毛的超分子結(jié)構(gòu): 在-螺旋分子鏈基礎(chǔ)上形成的旋繞結(jié)構(gòu). 拉伸程度不大(1h （3）永定（新形態(tài)固定住,不收縮）42編輯課件蠶絲的超分子結(jié)構(gòu)43編

19、輯課件二、纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)棉麻44編輯課件二、纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)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。45編輯課件麻纖維形態(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