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纺织品染整工艺学》pdf

文章来源:未知 编辑:admin 发布日期:2018-07-30 12:15

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  内 容 提 要 本书是根据教育部新公布的工科专业目录中纺织工程专 业(包括原纺织工程、针织工程、纺织材料与纺织品设计、丝绸 工程等专业)的特点和近年来染整技术的发展而编写的。内 容包括纺织工业常用纤维的基本结构和主要性能,表面活性 剂、高分子助剂和生物酶的基本知识,各类纺织品染整加工的 基本原理、基本工艺和常用染整设备。同时,对彩色棉纤维、 纤维、大豆蛋白纤维、聚乳酸纤维等新型纤维的结构 L ocell y 和性能,电脑配色、电子分色制版、喷墨印花等电子计算机在 纺织品染整中的应用技术,生物酶整理、防紫外线整理等功能 性整理技术,特种涂料印花技术和生态纺织品标准也作了简 要介绍。 本书可作为纺织工程专业或轻化工程专业造纸工程和皮 革工程方向染整工艺学或染整概论课程的教学用书,也可供 纺织企业工程技术人员、管理人员阅读参考。 图书在版编目( )数据 CIP 纺织品染整工艺学/范雪荣主编 — 版 北京:中国纺织出版 . 2 . 社, 2006.3 轻化工程高等教育教材 ISBN7-5064-3490-3 纺… 范… 纺织品 染整 高等学校 教材 Ⅰ. Ⅱ. Ⅲ. - - - Ⅳ.TS1906 中国版本图书馆 数据核字( )第 号 CIP 2005 081034 策划编辑:冯 静 责任编辑:戴 超 责任校对:俞坚沁 责任设计:李 然 责任印制:黄 放 中国纺织出版社出版发行 地址:北京东直门南大街 号 邮政编码: 6 100027 邮购电线 :// htt www.ctextile .com p p : Emailfaxin @ ctextile.com g p 三河市世纪兴源印刷有限公司印刷 三河永成装订厂装订 各地新华书店经销 年 月第 版 年 月第 版 1999 6 1 2006 3 2 年 月第 次印刷 2006 3 8 开本: / 印张: 787×1092 116 24.25 字数: 千字 印数: — 定价: 元 497 23501 28000 42.00 / · ISBN7-5064-3490-3 TS 2034 凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社市场营销部调换 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 第一节 纤维素纤维的结构和主要性能 纤维素纤维包括天然纤维素纤维,如棉、麻;再生纤维素纤维,如粘胶纤维等。近年来出现 了天然彩色棉、竹纤维、 纤维等多种新型纤维素纤维。本节简要介绍它们的形态结构、 L ocell y 化学结构、超分子结构和主要物理化学性能。 一、天然纤维素纤维 (一)棉纤维 棉纤维的形态结构 1. 在显微镜下观察,成熟棉纤维的外形为:上端 尖而封闭,下端粗而敞口,整根纤维为细长的扁平 带子状,有螺旋形天然扭曲,一般扭曲数为60~ 个/ ,纤维成熟度越高,天然扭曲数越多。 120 cm 纤维截面呈腰子形,中间有干瘪的空腔。成熟棉 纤维的形态如图 所示。 1-1 将棉纤维经过适当的溶胀处理后,在显微镜 下进一步观察,发现棉纤维从外到里又分成三层, 最外层称为初生胞壁,中间为次生胞壁,内部为胞 腔。图 为棉纤维的形态结构模型示意图。 图1-1 成熟棉纤维的形态 1-2 图1-2 棉纤维的形态结构模型示意图 —初生胞壁 —次生胞壁的外层 —次生胞壁的中心区域 1 2 3 —次生胞壁内层 —带有原生质残渣的胞腔 4 5 — 1 — 纺织品染整工艺学 ()初生胞壁。棉纤维初生胞壁的厚度为 ,约为纤维直径的 左右,占纤维 1 01~02 m 1% μ 总质量的25%~27%,纤维素含量比较低,纤维素共生物特别是果胶物质、蜡状物质的含量 较高,如表 所示。 1-1 表1-1 棉纤维的主要成分 组 成 初生胞壁/ 次生胞壁/ 纤维整体/ % % % 纤 维 素 52 953 940 果胶物质 12 10 09 蜡状物质 3 09 06 灰 分 7 06 12 有机酸与多糖类 14 10 11 含氮物质(以蛋白质计) — — 13 其 他 — — 09 初生胞壁决定了棉纤维的表面性质。初生胞壁具有拒水性,这对自然生长中的棉纤维有保 护作用,在染整加工中会阻碍化学品向纤维内部扩散,影响化学反应进行,造成织物渗透性差, 染色不匀等疵病,再加上纤维素含量较少,聚合度也较低,故强度不高,在染整加工的初期将其 破坏并去除。初生胞壁不是结构均一的物质,它可分为三层:外层基本是由果胶物质和蜡状物 质组成的皮层,第二、第三层含有相当多的纤维素,这些纤维素大分子排列成很不整齐的小纤维 束,呈绕纤维轴旋转的网状结构,沿纤维轴向的取向度很低,对纤维内部的溶胀有束缚作用。 ()次生胞壁。次生胞壁是纤维素淀积最厚的一层(约 ),是棉纤维的主体,质量约占 2 4 m μ 整个纤维的 以上。由表 可知,次生胞壁的纤维素含量很高,共生物含量减少。次生 90% 1-1 胞壁的组成与结构决定了棉纤维的主要性质。 次生胞壁大体上也分为三层,每层中又有很多同心圆结构,称为日轮。同心圆结构都是由 纤维素大分子组成的原纤沉积而成,厚约01~04 m,这三个同心圆层组成次生胞壁的外层、 μ 中层和内层,每层原纤的走向与邻层不同,绕纤维轴呈约 的螺旋式排列。若外层原纤 20°~30° 走向为 形螺旋,中层则为 形,而内层又为 形,各层中原纤沿纤维长度方向的走向经常 S Z S 改变。 ()胞腔。胞腔是棉纤维的中空部分,约占纤维截面的 / ,含有蛋白质及色素,其颜色决 3 110 定了棉纤维的颜色。胞腔是纤维内最大的空隙,是棉纤维染色和化学处理的重要通道,若将胞 腔的敞口部分完全封闭后进行染色,则染色速率会大大降低。 纤维素的化学结构 2. ()纤维素的化学结构。纤维素大分子是由 葡萄糖剩基彼此以 , 苷键联结而 1 -D- 14- β 成的,分子式可以写成( ),结构式如下: CH O 6 10 5 n — 2 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 H OH CHOH H OH CHOH 2 2 ③ ② O O OH H H H H OH OH H H O OH H H ④ ① H O OH H H O OH H H H H H O O ⑤ CH OH H H 2 O CHOH H OH 2 ⑥ n-2 2 每个相邻葡萄糖剩基扭转 ,每隔两环有周期性重复。因此,两环为一基本链节,大分子 180° n-2 的链节数为 , 为葡萄糖剩基数,即纤维素的聚合度。棉和麻的聚合度高达 n 10000~ 2 ,粘胶纤维的聚合度为 。 葡萄糖剩基的 表示葡萄糖环中 苷羟基在 15000 250~500 -D- C β β 1 投影式中向左方; 表示开环葡萄糖中 上的羟基与 上的羟基为同侧的构型。 D C C 5 6 ()纤维素大分子的结构特点。纤维素大分子的两个末端葡萄糖剩基,其一端有四个自由 2 羟基,另一端有三个自由羟基和一个半缩醛羟基(称为潜在醛基),半缩醛羟基可显示醛基性质, 见下式: CHOH CHOH 2 2 O OH O H OH H   H H C … OH H … OH H O H O H H H H OH O 因此,纤维素大分子具有还原性,但大分子链较长,端基还原性不明显。随着纤维素大分子 的降解,相对分子质量变小,半缩醛羟基增多,还原性就会增强。因此可利用纤维素中醛基含量 的变化来测定其经酸处理后平均聚合度的变化。 纤维素大分子链中间每环上有三个自由羟基,其中两个为仲羟基( 、 ),一个为伯羟基 C C 2 3 (),它们具有一般醇羟基的性质,能起酯化、醚化等反应,活泼性以后者较强。纤维素大分子 C 6 链中的很多羟基可在分子间和分子内形成氢键。由于分子间和分子内的氢键作用,使纤维素大 分子链挺直而有刚性,分子链间强烈吸引,排列更加紧密,因此纤维素纤维强度高,不易变形。 纤维素大分子链中的苷键对碱的稳定性较高,在酸中易发生水解,使大分子链聚合度降低, 分子间力减弱,纤维强度降低。 棉纤维的超分子结构 3. 棉纤维的超分子结构主要指棉纤维次生胞壁中纤维素大分子的聚集态结构,或者说纤维素 大分子的排列状态、排列方向、聚集紧密程度等,它们与棉纤维的性能有重要关系。要了解棉纤 维的超分子结构,需要借助X射线衍射仪及电子显微镜等手段。 ()棉纤维的结晶度和取向度。棉纤维具有两相结构,既有结晶区又有无定形区,棉纤维的 1 结晶度为结晶部分在整体纤维中的含量,约为 ,麻纤维约为 ,丝光棉纤维约为 , 70% 90% 50% — 3 — 纺织品染整工艺学 粘胶纤维约为40%。纤维的结晶度与纤维的物理性质、化学性质、力学性质均有密切关系。纤 维中的晶体在自然生长过程中成一定的取向性,晶体的长轴与纤维轴的夹角称为螺旋角,螺旋 角愈小,取向度愈高。螺旋角为 时,取向度为 ,是理想的取向情况,无取向时,取向度为 。 0° 1 0 棉纤维次生胞壁外层的螺旋角在 左右,麻的螺旋角平均为 左右。 30°~35° 6° ()棉纤维的超分子结构模型———缨状原纤模型。纤维素大 2 分子通过整齐排列组成微原纤,微原纤整齐排列形成原纤。原纤 中也有少数大分子分支出去与其他分支合并组成其他的原纤。 原纤之间通过非整齐排列的分子联结起来形成无定形区,这就是 缨状原纤模型,如图 所示。 1-3 ()纤维素纤维强度与纤维超分子结构的关系。影响纤维强 3 度的超分子结构因素很多,这里就结晶度和取向度的影响作一 分析。 ①结晶度对纤维素纤维强度的影响。纤维素纤维内部有许 图1-3 缨状原纤模型(画成 多羟基,它们在结晶部位以氢键结合,形成立体密集而规整的排 格子处为结晶部分) 列,具有很高的分子间力。晶区还使分子链间交联起来,对容易 自由运动的分子链起到约束作用,可防止分子链的滑移。反之, 非结晶部位分子的羟基大部分处于游离状态,较少形成氢键,分子链间较松散,结构密度较低, 容易屈服于外力,强度较弱。因此,纤维的结晶度愈高,纤维强度必然高。纤维素纤维中麻的结 晶度最高,约 ,它的强度也最高;棉纤维的结晶度约 ,强度比较高;粘胶纤维结晶度在 90% 70% 40%以下,强度最低。 ②取向度对纤维素纤维强度的影响。纤维的取向度是指纤维内大分子、分子链段或晶体长 轴沿纤维轴向有序排列的程度。取向度高的纤维其强度高,这有两方面的原因:一是分子、分子 链段、晶区的取向使分子链顺应排列,次价力增高,这是影响纤维强度的重要因素;另一方面,取 向度高会改善纤维内的受力状况。受外力作用的纤维主要是经向拉伸,高取向的纤维,大分子 能均匀承受外力,减少因局部大分子应力集中所造成的分子链断裂,因此取向度高的纤维具有 更高的强度。例如,棉纤维经过丝光,取向度提高了,尽管结晶度有所降低,但纤维的强度还是 有所提高。在粘胶纤维制造中,对粘胶丝的拉伸就是为了提高取向度和结晶度,以提高粘胶丝 的强度。 ()纤维素纤维的结晶度对染色的影响。纤维素纤维在染色时,一般是将染料溶于水或分 4 散于水中进行,染液只能渗透到纤维的无定形区和晶区边缘。若纤维结晶度高,无定形区少,则 结构紧密,染料不易进入,染料的平衡吸附量也少,得色较浅淡。结晶度低的纤维,相应的无定 形区多,纤维结构松散,染料易于进入纤维,平衡吸附量高,纤维得色深浓。棉纤维在丝光前结 晶度较高,丝光后部分结晶区被打开成为无定形区,在同样染色条件下,丝光的棉纤维能得到较 深的颜色。若要染成同样的颜色深度,未丝光棉纤维就要提高染料浓度、染色温度或延长染色 — 4 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 时间。 纤维素纤维的化学性质 4. 纤维素纤维的化学性质取决于纤维素的化学结构。纤维素大分子链中存在着苷键,并含有 大量的自由羟基。苷键对不同的化学试剂稳定性不同,葡萄糖剩基上的三个羟基活泼性相差很 大,其中 上的伯羟基比 、 上的仲羟基活泼得多。纤维素纤维的化学性质还受到纤维超 C C C 6 2 3 分子结构的影响。 ()纤维素与碱的作用。纤维素大分子中的苷键对碱的作用比较稳定,在常温下,氢氧化钠 1 溶液对纤维素不起作用,高温沸煮也仅有一部分溶解。但在高温有空气存在时,纤维素苷键对 较稀的碱液也十分敏感,引起聚合度的下降。 ①浓碱对天然纤维素纤维的作用。常温下,浓的氢氧化钠溶液会使天然纤维素纤维发生不 可逆的各向异性溶胀,纤维纵向收缩而直径增大,若施加一定的张力防止其收缩,并及时洗碱, 可使纤维获得丝一样的光泽,这就是丝光。在显微镜下观察可发现,溶胀了的纤维的横截面,原 有胞腔几乎完全消失,长度方向缩短,并由原来扭曲的扁平带状变为平滑的圆柱状。棉纤维若 在无张力下与浓碱作用,结果得不到丝光效果,却得到另一种有实用价值的碱缩效果,尤其是棉 针织物经浓碱处理,纱线膨胀,织物的线圈组织密度和弹性增加,织物发生皱缩。 ②碱与纤维素的作用机理。纤维素是一种弱酸,可与碱发生类似的中和反应,生成醇钠化 合物: 放热 纤维素 OH +NaOH 纤维素 ONa+H O 2 碱也能与纤维素的羟基以分子间力,特别是氢键结合,形成分子化合物: 放热 纤维素 纤维素 · OH +NaOH OH NaOH 碱与纤维素作用后的产物称为碱纤维素,是一种不稳定的化合物,经水洗后恢复成原来的 纤维素分子结构,但纤维的微结构发生了不可逆的变化,结晶度降低,无定形区增加。天然棉纤 维的结晶度达 ,经浓碱处理后的丝光棉纤维,结晶度降至 ,说明浓碱液破坏了 70% 50%~60% 部分结晶区。这种作用很有实用意义,是棉纤维染整加工中的重要环节。 ()纤维素与酸的作用。纤维素纤维遇酸后,手感变硬,强度严重降低,这是由于酸对纤维 2 素大分子中苷键的水解起了催化作用,使大分子的聚合度降低,纤维受到损伤: H OH CHOH 2 O + H H H O OH H H O H O 2 H OH H O H H O CH OH H OH 2 — 5 — 纺织品染整工艺学 H OH CHOH 2 O O OH H O H H O +  + +H H C OH H H HO H OH H CH OH H H 2 O 影响纤维素纤维水解的主要因素是酸的性质、水解反应的温度和作用时间。实际生产中, 如果用酸工艺适当,就不会使织物严重损伤。 酸与纤维素作用的一般规律是酸性愈强,水解速率愈快。强无机酸如盐酸、硫酸、硝酸等对 纤维素纤维的催化作用特别强烈,弱酸如磷酸、硼酸的催化作用较弱,有机酸则更缓和。酸的浓 度愈大,水解速率愈快。温度对纤维素的水解影响很大,温度愈高水解速率愈快,当酸的浓度恒 定时,温度每升高 ,纤维素水解速率增加 倍。在其他条件相同的情况下,纤维素水解 10℃ 2~3 的程度与时间成正比,作用时间愈长,水解愈严重。此外,纤维素水解的速率还与纤维素的种类 有关,麻、棉、丝光棉、粘胶纤维等的水解速率依次递增,这主要是它们的纤维结构中无定形部分 依次增加。实际生产中一般只用很稀的酸处理棉织物,而且温度不能超过 ,处理后还必须 50℃ 彻底洗净,尤其要避免带酸情况下干燥。 酸对纤维素纤维虽有危害性,但只要控制得当,也有可利用的一面。如含氯漂白剂漂白后 用稀酸处理,可进一步加强漂白作用,用酸中和织物上过剩的碱,棉织物用酸处理生产蝉翼纱、 涤/棉织物的烂花等均有应用。 ()纤维素与氧化剂的作用。纤维素一般不受还原剂的影响,而易受氧化剂的作用生成氧 3 化纤维素,使纤维变性、受损。纤维素对空气中的氧是很稳定的,但在碱存在下易氧化脆损,所 以高温碱煮时应尽量避免与空气接触。在用次氯酸钠、亚氯酸钠、过氧化氢等氧化剂漂白时,必 须严格控制工艺条件,以保证织物或纱线应有的强度。 纤维素的氧化作用主要发生在葡萄糖剩基的三个醇羟基和大分子末端的潜在醛基上,其中 伯羟基被氧化成醛基,进一步氧化成羧基;仲羟基被氧化成酮基,进一步氧化成开环的醛基和羧 基;大分子末端的潜在醛基被氧化成羧基。 纤维素在不同条件下氧化,可得到含有大量醛基或羰基的还原型氧化纤维素或含有大量羧 基的酸型氧化纤维素。还原型氧化纤维素虽然未发生纤维素大分子链的断裂,但存在潜在损 伤,在碱性条件下,会使纤维素大分子链断裂,聚合度下降,纤维强度降低。 纤维素共生物 5. 棉纤维在生长过程中,纤维素的含量随着棉成熟度的增加而增加,此外还有一定量的在棉 纤维生长中起保护性作用的物质,以及生物代谢过程中生成的杂质,与纤维素共生共长,这些物 质称为纤维素共生物。纤维素共生物主要有果胶物质、含氮物质、蜡状物质、天然色素等,此外 还有在剥取棉纤维时夹带的棉籽壳。共生物所占的比例随棉纤维成熟度的提高而减少。 共生物在棉织物染整加工中影响纤维的吸水、染色、白度等性能,因此,在染整加工的前处 — 6 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 理中需要除去,以满足染整加工与服用的需要。 ()果胶物质。棉和麻纤维中都含有果胶,以苎麻中含量较高。棉纤维中的果胶物质主要 1 存在于初生胞壁中,也有少量存在于次生胞壁中。果胶的主要成分是果胶酸钙、果胶酸镁、果胶 酸甲酯和多糖类。果胶酸钙、果胶酸镁和果胶酸甲酯的亲水性比纤维素低,用热水也难以洗除, 若采用适当浓度的烧碱在一定温度下处理,可使酯水解成羧基,并转变成钠盐,这样果胶在水中 的溶解度可大大提高而易于除尽。 ()含氮物质。棉纤维中的含氮物质主要以蛋白质和简单的含氮无机盐(如硝酸盐、亚硝酸 2 盐)存在于纤维的胞腔中,也有一部分存在于初生胞壁和次生胞壁中。含氮无机盐可溶于60℃ 温水或常温弱酸、弱碱溶液中,蛋白质即使在氢氧化钠溶液中长时间沸煮也不能完全除净。次 氯酸钠可使蛋白质大分子中的酰胺键断裂,生成一系列可溶于水的氯氨基酸钠盐而除去。 ()蜡状物质。棉纤维中不溶于水但能被有机溶剂萃取的物质称为蜡状物质,主要存在于 3 初生胞壁中。棉纤维中的蜡状物质是一混合物,含有既不溶于水又不溶于碱的脂肪族高级一元 醇、游离脂肪酸、脂肪酸的钠盐、高级一元醇的酯和固体、液体的碳氢化合物。在棉织物的染整 加工中,蜡状物质的去除是借助于皂化和乳化作用实现的。脂肪酸(酯)类物质在煮练中与碱发 生皂化作用而除去,高级醇和碳氢化合物可利用皂化产物或加入的乳化剂,通过乳化作用而 去除。 ()灰分。棉纤维中的灰分由硅酸、碳酸、盐酸、硫酸和磷酸的钾、钠、钙、镁、锰盐以及氧化 4 铁和氧化铝组成,其中钾盐和钠盐占灰分总量的 。棉纤维中的灰分能溶解于酸中,可通过 95% 练漂中的酸洗来降低其含量。 ()天然色素。棉纤维中的有色物质称为天然色素,有乳酪色、褐色、灰绿色等多种。目前, 5 对天然色素的结构研究得还不充分。部分色素能溶于沸水。在漂白时用漂白剂可使色素破坏 而被去除。 ()棉籽壳。棉籽壳本不是棉纤维的共生物,而是棉纤维所附着的种籽皮,是剥制纤维时带 6 入的杂质。棉籽壳的颜色很深,质地坚硬,对织物表面的光洁度和染整加工十分不利。它的组 成也很复杂,主要由木质素、纤维素、单宁、多糖类以及少量蛋白质、油脂和矿物质等组成。在棉 织物煮练中,在烧碱、高温、长时间处理下,木质素中的多种醚键断裂,木质素大分子降解,使棉 籽壳变得松软,基本解体,再经充分挤轧、水洗而去除。在氯漂中,木质素还会发生氯化作用而 溶解在碱中。 (二)天然彩色棉 天然彩色棉是天然生长的非白色棉花,是一种古老的棉花品种。由于这种棉花存在产量 低、成熟度差、纤维强度低、可纺性差、色泽不鲜艳等多种缺点,一直未受到重视。随着人们对纯 天然物品需求的日益增长,彩色棉花的种植又重新受到重视。我国的彩色棉品种目前主要有棕 色、绿色、褐色三种。但目前彩色棉还存在着可纺性差、色素不稳定、产量低等缺点,特别是绿棉 的色素稳定性非常差,已成为商品化的重要障碍。 — 7 — 纺织品染整工艺学 天然彩色棉的化学组成 1. 天然彩色棉的纤维素含量较低,只有 ,共生物含量较高。共生物的主要成分是 85%~90% 棉蜡、灰分、果胶和蛋白质。果胶含量比白棉低,其他杂质含量均高于白棉,如棉蜡的含量约为 白棉的 倍,灰分的含量约为白棉的 倍,蛋白质的含量约为白棉的 倍。 5~8 14~16 175~21 天然彩色棉中主要共生物的含量如表 所示。 1-2 表1-2 天然彩色棉中主要共生物的含量 组 成 白 棉 棕 棉 绿 棉 蛋白质/ % 134 235 290 果胶/ % 12 043 051 棉蜡/ % 06 319 434 灰分/ % 12 193 175 天然彩色棉的化学结构与白棉相同,都属于纤维素纤维,结晶结构也与白棉一样,为纤维 素 。 Ⅰ 天然彩色棉的形态结构 2. 天然彩色棉的形态结构与白棉相似。绿棉的横截面积小于白棉,次生胞壁比白棉薄很多, 胞腔远远大于白棉,呈 型。棕棉的横截面与白棉相似,呈腰圆形,次生胞壁和横截面积比绿 U 棉丰满,但胞腔大于白棉。一般来说,成熟度好的彩色棉截面比较圆润,胞腔较小。成熟度差的 天然彩色棉,截面扁平,胞腔较大。 天然彩色棉的色素主要分布在纤维的次生胞壁内,靠近胞腔部位。由于要透过次生胞壁, 所以,色彩的透明度差些,色泽不十分鲜艳。 天然彩色棉的纵向与白棉一样,为细长、有不规则转曲的扁平带状,中部较粗,根部稍细于 中部,梢部更细。成熟度好的纤维转曲数较多,成熟度较差的纤维转曲数很少。 天然彩色棉的物理性能 3. 天然彩色棉与白棉的主要物理性能比较见表 。 1-3 表1-3 彩色棉和白棉的主要物理性能 性 能 绿 色 褐 色 棕 色 白 色 线~25 26~27 20~23 28~31 断裂强度/ · -1 16~17 18~19 14~16 19~23 cN tex 成熟度系数 117 — 14 157 马克隆值 30~60 30~60 30~60 37~50 短绒率/ % 15~20 12~17 15~30 ≤ 12 — 8 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 由表 可见,天然彩色棉的长度偏短,强度偏低,马克隆值高低差异大,整齐度较差,短 1-3 绒含量高,成熟度差,这些都给纺纱带来一定困难。同时天然彩棉的产量也远低于白棉。 天然彩色棉的颜色稳定性 4. 天然彩色棉含有多种色素,如棕棉含有黄色和棕色色素,绿棉除含有黄绿色色素外,还含 有红棕色和黄色色素。天然彩色棉的色素中含有芳环、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基和共 轭双键等,化学性质不稳定,经不同温度的水、不同 值的缓冲溶液、生物酶、氧化剂、 H p 还原剂、金属盐、表面活性剂、荧光物质、光等处理,其色泽深度和色光都会发生变化,变 化的程度与所用试剂的种类、用量和处理条件有关,有的颜色变浅,有的颜色变深,而且, 多数情况下颜色是加深的,这可能与天然彩棉表面蜡质的去除和色素分子结构的变化有关。 如用金属盐处理,可使色光改变,颜色加深,耐光牢度提高,其变化程度与金属盐的种类、 用量和处理条件有关。 (三)麻纤维 麻纤维是从各种麻类植物中取得的纤维,包括韧皮纤维和叶纤维。本节简要介绍韧皮纤维 中的苎麻和亚麻纤维。 苎麻和亚麻纤维的化学组成 1. 麻纤维的主要成分为纤维素,并含有较多量的半纤维素、果胶和木质素。 苎麻是多年生草本植物。麻皮自茎上剥下后,先进行刮青,刮去表皮。刮青后的麻皮晒干 或烘干后,成丝状或片状的原麻(也称生苎麻)。原麻在纺纱前需要脱胶,脱胶后的苎麻称为精 干麻。原麻的总含胶量(除纤维素外的其他所有杂质)达 ,纤维素含量较低,化学组 25%~35% 成如表 所示,精干麻的残胶率控制在 以下。原麻的脱胶方法有生物脱胶法和化学脱 1-4 2% 胶法,目前主要采用化学脱胶法。 亚麻纤维在麻茎韧皮的生长中,由 根单纤维集结在一起,由胶质粘连成纤维束状态 30~50 存在。亚麻纤维的长度整齐度极差,不能将它脱胶成单纤维进行纺纱。为了使亚麻纤维适应和 满足纺纱工艺的要求,要先用浸渍的方法,将它进行半脱胶,使纤维束适度劈细并保持一定的长 度,经碎茎、打麻后制成“打成麻”。 亚麻打成麻的化学组成如表 所示。 1-4 表1-4 苎麻和亚麻纤维的化学组成 成 分 纤维素/ 半纤维素/ 果胶/ 木质素/ 脂蜡质/ % % % % % 苎麻原麻 65~75 14~16 4~5 08~15 05~10 亚麻打成麻 70~80 12~15 14~57 25~5 12~18 成 分 水溶物/ 灰分/ 单宁/ 含氮物质/ — % % % % 苎麻原麻 4~8 2~5 — — — 亚麻打成麻 03~06 08~13 1~15 03~06 — — 9 — 纺织品染整工艺学 苎麻和亚麻纤维的形态结构 2. 各种韧皮纤维都是植物单细胞,纤维细长,两端封闭,内有狭窄胞腔,胞壁厚薄随品种和成 熟度不同而异。截面呈椭圆形或多角形,取向度和结晶度高 于棉纤维,具有高强度和低伸长。 苎麻纤维是植物纤维中最长的,单纤维长 , 20~250mm 最长可达 。横截面呈腰圆形或扁平形,有中腔,胞壁 600mm 厚实均匀,两端封闭呈锤头形或有分支,整根纤维呈扁管形, 没有明显转曲,纤维表面有时平滑,有时有明显条纹,常有结 节,平均宽度30~40 m。 μ 亚麻纤维表面光滑,略有裂节,为玻璃管状,两端稍细, 呈纺锭形。横截面为五角形或多角形,中腔甚小,胞壁较厚。 苎麻和亚麻纤维的截面形状如图 所示。 1-4 图1-4 苎麻和亚麻纤维的 苎麻纤维的结晶度和取向度很高,前者约 ,后者约 90% 纵截面和横截面 。亚麻纤维的结晶度和取向度比苎麻纤维略低,聚合度 80% —中段 —末段 1 2 为 。 2190~2420 苎麻和亚麻纤维的物理性能 3. 苎麻纤维的强度和模量很高,在天然纤维中均居首位,但断裂伸长率低,纤维硬挺,刚性大, 纤维之间抱合差,纺纱时不易捻合,纱线毛羽多。苎麻纤维强度虽高,但由于伸长率低,断裂功 小,加之苎麻纤维的弹性回复性差,因此苎麻织物的折皱回复能力差,织物不耐磨。苎麻纤维不 耐高温,在240℃以上即开始分解。 亚麻纤维的长度较短,物理性能和苎麻纤维相似。 麻纤维的染色性能 4. 麻纤维结晶度、取向度高,大分子链排列整齐、紧密,孔隙小且少,溶胀困难。同时麻纤维含 有一定量的木质素和半纤维素等杂质,染色性能较差,染料扩散困难,上染率低,用染纤维素纤 维的染料染色,得色量低,不宜染深色,染色始终是一个比较麻烦的问题。 改善麻纤维染色性能的方法主要有两种,一种是对麻纤维进行染前处理,如丝光,降低纤维 的结晶度;另一种是对麻纤维进行改性处理,如阳离子化处理,使纤维带正电荷,提高对阴离子 染料的亲和力。 二、再生纤维素纤维 (一)粘胶纤维 粘胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种,是从不能直接纺织加工的纤维素原料(如棉短绒、 木材、芦苇、甘蔗渣等)中提取纯净的纤维素,经过烧碱、二硫化碳处理后制备成黏稠的纺丝溶 液,再经过湿法纺丝制造而成的纤维。粘胶纤维的生产存在严重的环境污染。 —10 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 粘胶纤维的形态结构 1. 在显微镜下观察,粘胶纤维纵向呈平直的圆柱体,截面呈不规则 的锯齿状,如图 所示。粘胶纤维的截面结构是不均一的,由外 1-5 层(皮层)和内层(芯层)组成。皮层的结晶度及取向度高,结构紧密 度高于芯层。芯层的结晶度和取向度均较低,结构比较疏松。 粘胶纤维在生产过程中,已经过洗涤、去杂和漂白,天然色素、 灰分、油脂和蜡状物等已被去除,是一种较为纯净的纤维,杂质含 图1-5 粘胶纤维截面 量比天然纤维素纤维要低得多。 粘胶纤维的化学结构和超分子结构 2. 粘胶纤维的化学组成与棉纤维相同,完全水解产物都是 葡萄糖。但粘胶纤维的聚 -D- β 合度比棉低得多,棉的聚合度为几千,甚至上万,普通粘胶纤维只有 ,高强度粘胶纤维 300~400 即“富强纤维”在 。粘胶纤维大分子所暴露的羟基和醛基比棉纤维多,吸湿性高,标准 500~600 回潮率达到 。 12% 从超分子结构上看,粘胶纤维也是部分结晶的高聚物,但无定形区比棉高,约占 /左右。 23 结晶度较低,约为 ,结晶尺寸也较小。粘胶纤维的取向度也较低,但可随生产中拉 30%~40% 伸程度的增加而提高。如拉伸 的粘胶纤维螺旋角为 ,拉伸 的粘胶纤维螺旋角为 10% 34° 80% ,拉伸 的粘胶纤维螺旋角为 。在聚合度一定的情况下,取向度愈高,纤维强度愈高。 25° 120% 16° 粘胶纤维的性能 3. 粘胶纤维与棉、麻等天然纤维素纤维相比,由于聚合度、聚集态结构(超分子结构)和形态结 构不同,性能方面有较大差异。 普通粘胶纤维的湿强度仅是干强度的一半左右(一般干强为 / ,湿强为 22~26cN tex 10~ / )。这是因为粘胶纤维的聚合度和取向度低,无定形区大,水分子进入无定形区后,使 15cN tex 分子间力进一步减弱,易造成分子链滑移而断裂,容易发生变形,所以在染整加工时应采用低张 力或松式加工。 同其他纤维素纤维一样,粘胶纤维对酸和氧化剂比较敏感。但粘胶纤维结构松散,聚合度、 结晶度和取向度低,有较多的空隙和内表面积,暴露的羟基比棉多,因此化学活泼性、对酸和氧 化剂的敏感性都大于棉。粘胶纤维对碱的稳定性比棉、丝光棉差很多,能在浓烧碱作用下剧烈 溶胀甚至溶解,使纤维失重,机械性能下降,所以在染整加工中应尽量少用浓碱。 由于粘胶纤维比棉和丝光棉有更多的无定形区和更松散的超分子结构,所以吸湿性大,对 染料、化学试剂的吸附量大于棉和丝光棉,其吸附能力依次为:粘胶纤维 丝光棉 棉。 > > 粘胶纤维的染色性能和棉相似。虽然粘胶纤维对染料的吸附量大于棉,但粘胶纤维存在 皮芯结构,皮层结构紧密,会妨碍染料的吸附和扩散,芯层结构疏松,对染料的吸附量高。 所以低温、短时间染色,粘胶纤维得色比棉浅,且易产生染色不匀,高温、长时间染色,得 色才比棉深。 —11 — 纺织品染整工艺学 (二)高湿模量粘胶纤维 普通粘胶纤维在湿态剧烈溶胀,断裂强度显著降低,湿模量很小,在较小负荷下就有较大伸 长,织物洗涤时受到揉搓力作用容易变形,干燥后产生剧烈收缩,尺寸很不稳定。而且耐碱性 差,与棉的混纺织物不能进行丝光处理。湿加工必须采用松式,如在张力下进行,织物的伸长 很大。 为了克服普通粘胶纤维的上述缺点,人们研制出了高湿模量粘胶纤维。这些纤维具有高强 度、低伸度、低膨化度和高的湿模量,被称之为第二代粘胶纤维。 高湿模量粘胶纤维主要有富强纤维和 纤维,它们的主要性能见表 。 Modal 1-5 表1-5 几种纤维素纤维的性能比较 性 能 普通粘胶纤维 富强纤维 纤维 纤维 优质棉纤维 Modal Tencel 聚 合 度 250~300 500~600 — 500~550 >10000 结晶度/ % 30 48 25 548 70 取向度/ — — — % 70~80 80~90 取向因子 036 053 — 060 — 截面形态 锯齿形皮芯结构 圆形或全芯结构 — — 腰圆形 微细结构 几乎无原纤结构 有原纤结构 — — 有原纤结构 线 干断裂强度/ 22~26 30~35 34~36 42~48 24~26 · -1 cN tex 湿断裂强度/ 10~15 256~309 19~21 34~38 30~34 · -1 cN tex 湿强 干强/ ∶ % 50~60 75~80 60 85 105~115 湿初始模量(伸长 40~50 — 180~250 250~270 100~150 )/ · -1 15% cN tex 干断裂伸长/ % 20~25 10~12 13~15 10~15 7~9 湿断裂伸长/ % 25~30 11~13 13~15 16~18 12~14 钩接强度/ 70~88 397~530 8 20 20~26 · -1 cN tex 7%NaOH处理 被破坏 无影响 — — 无影响 后的微纤结构 标准回潮率/ % 13 9~11 125 12~13 85 水中溶胀度/ % 90~115 55~75 63 67 35~45 水中径向膨润率/ — % 30~35 39 40~50 8 水中轴向膨润率/ — % 26 11 003 06 —12 — 第一章 常用纺织纤维的结构和主要性能 富强纤维 1. 富强纤维系采用高质量浆粕原料,在纺丝成型时经充分拉伸而制得,具有干、湿强度高,伸 长低和湿模量高,对碱的稳定性好等特点。 富强纤维的聚合度一般为 ,高于普通粘胶纤维,结晶度和取向度是现有粘胶纤维 500~600 品种中最高的,晶粒也最大。结晶度高,纤维的结构紧密,分子间的作用力大,所以富强纤维的 干、湿强度都较高。取向度高,纤维的断裂强度、横向膨润度、弹性模量和光泽也高,但断裂伸 长、纵向膨润度、染色性能和钩接强度会降低。晶粒形状和大小对纤维的物理机械性能,特别是 耐疲劳性能有重要影响。由于富强纤维的大晶粒结构,纤维脆性较高,耐疲劳性能较差,钩强也 较低。 富强纤维的横截面与普通粘胶纤维不同,为较圆滑的圆形或接近于圆形的全芯层结构。 富强纤维与棉纤维相似,有与纤维轴呈一定角度排列的原纤结构,普通粘胶纤维无此特殊 结构,所以富强纤维有“原纤化现象”,易使纤维产生毛羽,使耐磨性和染色鲜艳度下降。 富强纤维干态下的断裂强度大大超过普通粘胶纤维,并优于棉纤维,湿断裂强度损失较小, 低于 。由于富强纤维有较高的干、湿态断裂强度和较高的湿模量,较低的干、湿态伸长率, 30% 所以织物有较好的尺寸稳定性,比较耐折皱,水洗后变形较小。富强纤维的染色性能与普通粘 胶纤维相似。 富强纤维对碱溶液的稳定性较高,抗碱性是所有粘胶纤维中最高的,在 、 的 20℃ 10% NaOH 溶液中溶解度为 ,而普通粘胶纤维高达 。用浓度为 的 溶液处理,富强纤维 9% 50% 5% NaOH 几乎能保持原来的强度,而且变形很小。由于富强纤维对碱液的稳定性高,使得其与棉的混纺 织物能进行丝光处理。 纤维 2.Modal 纤维是奥地利 公司生产的、在富强纤维基础上改进的新一代纤维素纤维,由 Modal Lenzin g 山毛榉木浆粕制成,浆粕及纤维的生产过程对环境的污染低于富强纤维和普通粘胶纤维。 纤维的干、湿强度、湿模量和缩水率均好于普通粘胶纤维,干、湿强度比普通粘胶纤维高 Modal ,在湿润状态下,溶胀度低,具有棉纤维的柔软、真丝的光泽、麻纤维的滑爽等性能, 25%~30% 吸湿透气性优于棉纤维。但Modal纤维制品的抗皱性差,成品需要进行树脂防皱整理。 (三) 纤维 L ocell y 纤维是采用 甲氧基吗啉( )的水溶液溶解纤维素后,进行干、湿法纺丝再 L ocell N - NMMO y 生出来的一种纤维素纤维。原料是成材迅速的山毛榉、桉树或针叶类树的木浆,有机溶剂 的回收率达到 以上,生产过程对环境无公害。 公司在美国生产的 纤 NMMO 99% Acordis L ocell y 维的商品名为“ ”。 Tencel 纤维的性能十分优良,既有棉纤维的自然舒适性,粘胶纤维的悬垂飘逸性和色泽鲜 L ocell y 艳性,合成纤维的高强度,又有真丝般柔软的手感和优雅的光泽。 纤维有长丝和短纤维。短纤维分为普通型(未交联型)和交联型,前者如 ,后 L ocell Tencel y —13 — 纺织品染整工艺学 者如 。 TencelA100 普通型 纤维具有很高的吸湿膨润性,特别是径向,膨润率高达 。当纤维 L ocell 40%~70% y 在水中膨润时,纤维轴向分子间的氢键等结合力被拆开,在受到机械作用时,纤维沿轴向分裂, 形成较长的原纤,这种现象称为原纤化现象。利用普通型 纤维易原纤化的性质,可将织 L ocell y 物加工成桃皮绒风格,但要加工成光洁风格,必须通过多道染整工序才能满足要求。交联型 纤维加工成光洁风格需要的染整工序要少得多,而且在服用过程中不易起毛起球。 L ocell y 纤维的结构 1.Locell y () 纤维的化学结构。 纤维的化学结构与棉、麻相同,聚合度一般为 1 L ocell L ocell 500~ y y ,比粘胶纤维( )高,相对分子质量分布也比粘胶纤维集中。 550 250~300 交联型 纤维除了由 葡萄糖剩基组成的大分子链以外,在大分子之间还有一 L ocell -D- y β 定量的交联。 () 纤维的形态结构。 纤维的横截面形状不同于粘胶纤维和棉,呈椭圆形或 2L ocell L ocell y y 近似圆形,表面比较光滑,外观呈卷曲状。 纤维具有一定程度的皮芯结构,皮层很薄,厚度约为 ,占总体积的 L ocell 70~ 170nm y ,呈半透明状,为纤维素大分子链紊乱排列的无定形结构。芯层由高度结晶的巨 25%~56% 原纤和巨原纤之间的无定形区构成,巨原纤平均直径为 ,长度 。 025~096 m >1mm μ () 纤维的超分子结构。 纤维的结晶度、晶体粒子大小和取向度高于其他再 3L ocell L ocell y y 生纤维素纤维,但纤维之间的堆砌密度较小,在水中有较大的膨润度,吸湿膨化后结晶度和取向 度会明显降低(见表 )。 1-5 纤维的性能 2.Locell y 纤维的干、湿强度大,初始模量高,在水中的收缩率小,尺寸稳定性好,吸湿膨润性 L ocell y 大,有突出的原纤化特征。了解 纤维的这些性能特点,有助于在染整加工中根据纤维的 L ocell y 性能选择合适的加工方法和条件。 ()物理机械性能。 纤维和其他几种纤维的物理机

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