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1、羊毛染色技术的研究 物理化学课题研究,背景,羊毛是一种优良的天然蛋白质纤维, 以其丰满的手感, 优良的吸湿性、弹性、透气性、保暖性、舒适性以及独特的成衣效果而深受人们的喜爱。 羊毛表面被有定向摩擦效应的鳞片层覆盖,呈疏水性质, 染液不易润湿, 阻碍了染料的吸附和扩散, 难以上染。特别是一些亲和力不高的染料, 残液中染料浓度含量高, 污水处理较难。,1.低温等离子技术,低温等离子体处理技术以其清洁、快速和对羊毛损伤少而倍受关注。等离子体处理只作用于羊毛纤维表面极浅的一层( 30 50nm ), 从而使纤维原有的优点几乎不变。羊毛纤维在等离子体处理时, 受到高能粒子的轰击, 其鳞片表面分子的部分化
2、学键断开, 与等离子体中的氧自由基、氮自由基结合, 形成含氧、含氮的极性基团。这就使纤维分子间力增加,从而提高了纤维的摩擦系数。另外羊毛纤维表面分子中, 某些碳原子的化学键被打断, 碳原子游离出来与等离子体中的氧基结合成CO或CO2 被排放, 使鳞片表面留下空缺而变得坑坑洼洼,这就是等离子体所谓的“刻蚀”作用。在上述作用过程中, 羊毛纤维被进行了一次“清洗”, 表面老化的、易脱落的角质细胞被大量“洗掉”, 相当于除去了纤维间产生滑动摩擦的介质, 使摩擦力增大,1.低温等离子技术,低温等离子体处理羊毛, 可改变羊毛表面的化学组分, 使羊毛表面增加极性基团使纺织品表面粗糙化, 减少对光的表面反射,
3、 提高染色织物的表观深度和染色浓度织物比表面积的增加, 有利于染料在纤维中的扩散, 增加对染料的吸收羊毛表面形成的刻蚀效应, 破坏了鳞片层胱氨酸中二硫键, 使其断裂形成磺基丙氨酸或氧化后形成硫代磺酸盐, 提高了羊毛纤维表面的亲水性和极性, 改善了润湿性, 提高了染料对纤维的亲和力由于破坏鳞片层胱氨酸中二硫键, 致使羊毛染色壁障被破坏, 使染料分子容易进入纤维内部染色时渗透性增强, 容易吸附染料, 因此初染温度降低, 染色速率提高 等离子体的物理破坏作用(表面刻蚀) 使鳞片变软, 染色时纤维容易润湿和溶胀, 染料分子容易吸附在纤维表面, 并扩散进入纤维内部, 使上染速率明显提高, 平衡上染时间大
4、大缩短, 对处理样颜色光泽起增深作用,2.超声波技术,目前,国外学者已经对超声波技术在纺织品湿加工过程中的应用作了大量的研究, 但从应用效果和经济的角度考虑, 超声波应用于染色最为有利。它可以降低染色温度、增加染色深度、缩短染色时间、节约染料、减少污染, 尤其是对疏水性纤维在水溶液中染色的作用十分显著。,2.超声波技术,超声波作用于纤维时, 在纤维无定形区的空隙产生应力、应变能的集中, 引起裂纹的扩展形成新表面, 即无定形区的空隙加大。同时, 由于超声波的作用, 产生纤维表面的微观滑移而形成疲劳源, 在纤维的表面刻蚀出微孔, 使羊毛鳞片变钝, 尖部受损, 鳞片层之间开裂, 削弱分子间作用力及分
5、子内的氢键作用, 膨润性增加, 纤维中有足够大的空隙使染料分子更容易扩散进入内部, 使染料平衡上染百分率提高, 上染速率加快, 提高了羊毛的可染性。,3.助剂增溶染色技术（4类）,（1）第一类是利用助剂的溶胀作用，使羊毛在较低的温度区间就发生膨胀，以利于染料及酸剂的进入，将上染区间前移。这类助剂的溶胀作用，实际上属于对羊毛的润湿渗透作用，是界面作用。用量较多，在羊毛染色工艺及纤维强力方面，对纤维影响不大； （2）第二类是有机还原剂类助剂主要是领先打开羊毛纤维的二硫键及部分肽键，增加大量的染座。由于羊毛表面鳞片层相对含硫较多，因此这类助剂主要作用于羊毛表面鳞片，因为大大增加了纤维与染料的亲和性，
6、使上染区间前移完成低温上染。缺点：助剂则实际上是化学作用，对纤维有一定的破坏，易使纤维脆损。从保护羊毛特性的角度考虑，在染色方面应避免化学作用；,3.助剂增溶染色技术（4类）,（3）第二类助剂的基本原理是利用助剂分子与羊毛纤维有特殊的亲和力，在显微外表面形成一层薄膜包覆纤维，同时这层薄膜对染料也有很好的亲和力。通过这层薄膜对两者的亲和作用使纤维和染料在低温时就均匀吸附，有利于在温度升高时，帮助染料迅速转移到纤维内部完成上染。优点：由于这类助剂帮助染料克服了上染时的势能，因而从染料在纤维与溶液间分布的角度考察，是使上染区间前移了。只是上染初期属于环染，随着温度的升高，染料逐渐转移至纤维内部，由环
7、染变成透染。缺点：第二类助剂的包覆作用，就助剂的分子结构而言有相当的难度，也符合表面活性剂的特点，但在应用方面控制用量要求严格，过少不能成膜，过多膜层厚影响染料向纤维转移；（4）第四类是对鳞片有乳化表层脂类作用的表面活性剂,4.超临界二氧化碳技术,在超临界条件下, CO2 具有非常独特的理化性质: 扩散系数高, 传质速率快; 粘度低, 混合性能好; 密度高(相对于气体), 介电系数低, 能与有机物完全互溶; 对无机物溶解度低, 有利于固体分离, 而且理化性质容易通过温度和压力的变化来实现连续变化,4.超临界二氧化碳技术,超临界CO2 流体染色优点有:( 1)染色时不用水, 无废水污染;( 2)
8、染色结束后可降低压力, 此时CO2 气化不需要进行染后烘干, 既可缩短工艺流程, 又可缩短染色时间、节省烘干能源;( 3)上染速度快, 匀染性和透染性好, 染色重现性很好;( 4) CO2 本身无毒, 不燃, 可重复利用;( 5)染料可重复利用, 染色时不需要添加分散剂、匀染剂、缓冲剂等助剂, 不仅可降低成本,提高染料的利用率, 还有利于环境保护, 减少污染。,5.紫外线辐射技术,紫外线辐射处理可改变羊毛表面的化学结构, 改善羊毛的染色性能。短时间的紫外线处理( 60m in)带来的化学改变仅局限于羊毛纤维的表面, 纤维整体性能不受影响。羊毛紫外线处理后的变化可归结为羊毛鳞片表层胱氨酸的二硫键
9、被氧化和破坏, 使影响染料分子从染浴向纤维内扩散的染色壁障被去除。因此紫外线辐射处理改变了羊毛的染色性能, 纤维染色扩散系数提高, 在较低的上染温度即有较高上染速率和色深值。研究表明, 紫外线辐射处理是一种有效的羊毛表面变性技术, 加工效率可通过加入光敏剂促进辐射能量的吸收和反应的进行来提高。紫外线辐射技术无污染、易控制, 在日益重视环境保护的今天将有着光明的应用前景。,6.电化学技术,电化学染色就是将染液置于电场环境下，利用电解液的离子定向移动和电极反应，以电能代替或部分代替热能，在低于常规染色温度下进行的染色过程，以期达到降低能耗和提高上染百分率、加快上染速率、节省时间的目的，同时有利于减
10、小环境污染，改善工人的劳动保护条件 羊毛染色用酸性、活性染料分子在水中均能离子化，染液置于电场后将羊毛织物置于一侧电极。染料离子向电荷剌反的电极移动，当染色达到平衡时，与常规染色相比，染料在液相中的纯化学位即染料在染液中的活度必然降低，而染料在纤维中的纯化学位即染料在纤维中的活度必然提高，导致上染百分率提高。 电化学染色可以实现羊毛的低温短时间染色，减少了羊毛沸染产生的损伤，可以采用较少的染料获得所要求的色泽，还可以减少染色残液中染料的排放量。,7.微胶囊技术,采用微胶囊化技术染羊毛纤维，可以实现染色的均匀性，降低绵绒性，避免染料在织物上形成色斑；微胶囊的隔离缓释作用可以降低重金属铬离子对环境
11、的污染。 微胶囊染色技术的基本原理是利用微胶囊的隔离和缓释作用。在染液中水分子易进人染料微胶囊，并溶解其中的一小部分染料，形成染料溶液。较高的染料溶液化学位促使微胶囊内溶液中的染料分子向外扩散，染料分子在羊毛纤维表面吸附，并向纤维内部扩散，水中的单个分子染料继续向纤维表面吸附，破坏水中染料的溶解平衡，此时胶囊内的染料继续向外扩散，补充胶囊外水中的染料分子。通过溶解向外扩散向纤维表面吸附向纤维内部扩散过程的不断进行，纤维上染的染料不断增多，纤维的颜色越来越深。保证了染色的均匀性，同时染色结束后纤维上的浮色量保持最低。,微胶囊染料染色无需专门没备，染色完毕废液中只含有直径数微米的微胶囊，采用沉淀或
12、过滤办法即可与染液分离。尤其对于中性染料，可降低重金属对水质的污染，微胶囊染料的研制成功为印染行业以，印染料工业清洁生产创造了条件。,7.微胶囊技术,8.微波技术,由于微波对物体的穿透性比较好，并且微波振动与极性材料分子的偶极振动以及水分子的转动频率类似，很容易被极性材料分子尤其是水分子吸收。羊毛染色加工所用的各种整理剂及染料都是极性的分子，在交变的微波电场存在的条件下，产生热效应，有利于染料的上染，可降低能源的消耗。 在微波辐射下，水分子的介电损耗极大，此纤维织物更能强烈地吸收微波的能量，在微波的染整加工过程中，存在于织物及溶液中的水分子吸收了微波的能量，使水分子运动加剧，从而大大地促进染料
13、分子及整理剂分子在织物内部的扩散，有效地推动了染料分子及整理剂分子与纤维分子的结合，极大地增大染料及整理剂分子的扩散系数。由于微波的加热，染料的分子向纤维内急速扩散，促使染料分子与纤维间发生物理化学反应，因此上染百分率高，染色深度深，牢度增大。,9.微悬浮技术,以微悬浮体染色工艺对羊毛纤维进行染色, 在染色初始的低温条件下, 随着染液的循环, 微悬浮体化助剂与染液形成稳定的染料微悬浮体体系。在一定条件下, 该悬浮体具有较强的疏水性, 与羊毛纤维间存在较强的亲和力, 于较低的温度下在纤维表面发生均匀的吸附。随着染浴温度的升高,因该微悬浮体化助剂具有特殊的结构和性能, 可使吸附在纤维表面的染料微悬
14、浮体发生解体, 释出的染料分子向纤维内部扩散, 进而固着于纤维内部。,10.羊毛染色技术构想,将微波染色技术与助剂增溶染色技术相结合通过利用助剂，增加大量的染座，作用于羊毛表面鳞片，增加纤维与染料的亲和性；同时利用微波的加热，使染料的分子向纤维内急速扩散，促使染料分子与纤维间发生物理化学反应在顺利完成低温上染的同 时提高上染百分率，加深 染色深度及染色牢度。,11.结语,高新技术的应用, 使羊毛获得了更优良的性能。毛纺产品也向着超柔软、不起球、机可洗、免熨烫、易护理的方向发展, 如用毛织物制作婴儿装、运动服或医用产品等, 这些会使毛纺产品赢得未来的市场。随着各个学科间的相互渗透, 交叉学科和边缘学科技术的发展, 会有更多的物理绿色技术用于羊毛染整加工, 从而有效地减少印染废水, 降低染色温度, 降低能耗, 减少化学整理所造成的污染。,参考资料,几种羊毛低温染色助剂的性能比较超声波在羊毛染色中的应用高新技术在羊毛改性加工中的应用低温等离子体处理羊毛织物的染色性能研究几种技术在羊毛染色中的应用,谢谢！,特别鸣谢：中国知网、万方数据库、百度图片,
