轻化工程基础-01.ppt

1,轻化工程专业课程,轻化工程基础,End,授课教师：宋晓秋 胡静 课时：24学时,2,序 言,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,末页,3,纺织品染整学主目录,第一章 纺织工业常用纤维的结构和主要化学性能 第二章 染整用水和表面活性剂 第三章 纺织品的前处理 第四章 纺织品的染色 第五章 纺织品印花 第六章 纺织品整理 第七章 纺织品功能整理 第八章 成衣染整,End,序 言,4,第一章 纺织工业常用纤维的结构和主要化学性能,第一节 纤维素纤维的结构和主要化学性能 纤维素纤维形态结构 纤维素纤维超分子结构 纤维素纤维化学结构 第二节 蛋白质纤维的结构和主要化学性能 蛋白质 羊毛纤维 蚕丝 第三节 合成纤维的结构和主要化学性能 涤纶 锦纶 腈纶 氨纶,End,5,第一章要点,纤维形态结构、超分子结构、分子结构层次 纤维结构与纤维化学性能之间关系 纤维结构与纤维物理性能关系,6,第一章 纺织工业常用纤维的结构和主要化学性能 常用纤维 纤维结构三层次： 化学结构分子结构，纤维最小结构元素（纳米、埃） 决定纤维物化性能 超分子结构分子聚集体结构（超微观） 影响纤维物化性能 形态结构分子聚集体的聚集结构（微观） 第一节 纤维素纤维的结构和主要化学性能 以纤维素分子为基本化学结构的纤维。 以- D-葡萄糖剩基为结构单元的高分子化合物。,天然纤维：棉、麻、 丝、毛 纤维素纤维 蛋白质纤维 化学纤维：粘胶、 涤纶、锦纶、睛纶 人造纤维 合成纤维,染整所用方法决定因素,末页,第一章,7,一、纤维素纤维的形态结构,棉纤维的形态结构 图,麻纤维的形态结构,粘胶纤维的形态结构 图,end,8,棉纤维的形态结构,叶和花 棉铃和吐絮,9,棉纤维的形态结构,显微镜下观察到的棉纤维形态,10,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。,end,11,麻纤维形态结构和性能,麻植物外观形态,苎麻麻株,苎麻：麻杆到生麻,生苎麻、脱胶苎麻、梳理苎麻,12,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：,13,粘胶纤维形态结构和性能,特点：*人造纤维，形态与纺丝成形方法有关。 *纤维较纯净，在丝生产中已除杂。 *皮芯结构，皮层紧密取向，阻碍染料进入，芯层结构松，强度低。 附注：通过制浆、纺丝、拉伸方法改变，可得人造纤维素其他纤维：富强纤维、Tencil纤维、modal纤维，这些新型纤维目前正开发应用。,14,二、纤维素纤维的超分子结构,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 %,图缨状原纤图,取向度值： ：1； ：0； ：角度 1：取向最高。,15,超分子结构与性能,超分子结构：对纤维的化学、物理或力学性能影响很大。 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）。,16,三、纤维素纤维的化学结构,*纤维素纤维：有不同形态结构和超分子结构，但其化学分子的单元结构和链接方式都一样-由葡萄糖剩基单元通过苷键相连接。不同种纤维葡萄糖剩基单元数不同，即平均分子链长不同。 *纤维素分子化学式：(C6H10O5)n 式中n：聚合度；n：1000015000(棉、麻)；n：250500（粘胶）,纤维素分子结构式,结构特点： 环上三个OH，反应活性点 环间O，酸分解之，碱稳 链端：有一隐-CHO，M低还原性 链刚性，H-键多，强度高 结构与性能见下节。,17,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 结构与性能见下节。,18,四、纤维素纤维的化学性质,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。 与碱作用 常温稀碱中稳定，浓碱溶胀，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。 径向溶胀大，纵向小 反应：酸性纤维素分子与碱拟醇钠反应 C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O Cell-OH + NaOH Cell-ONa+ H2O ;or Cell-OHNaOH 反应可逆，水洗除碱，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、碱缩处理理论根据。,19,2、与酸作用,酸促使苷键水解:(反应式),20,酸使纤维素纤维织物初始手感变硬,然后强度严重下降。 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,21,3、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。,22,五、天然纤维素共生物,是纤维生长保护物或代谢物。 影响织物吸水、染色、白度。 果胶物质 果胶酸钙、镁、甲酯，多戊糖等。碱除。 含氮物质 含N盐和蛋白质。碱除不尽、NaClO氯胺盐化 蜡状物质 酯、酸、碳氢物。皂化、乳化除去。 灰分 无机物。酸溶 天然色素 结构复杂。漂白除。 棉籽壳 含木质素等。碱软化、磺化、氯化除。 半纤维素 多糖类。酸解、碱除。,23,第二节 蛋白质纤维的结构和主要性能, 蛋白质分子为最小组成单元。 天然羊毛、丝、 蛋白质纤维： 人造大豆、牛奶 一、蛋白质知识 蛋白质分子：由-氨基酸缩合反应而得的高分子。 组成元素：C、H、O、N，少量S、P、I、 分子链：NH2CHC-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH R1 R2 Ra Rb -NH-CHR-CO-：氨基酸剩基，构成多肽主链。 -R：20多种，即20多种氨基酸。,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,25,蛋白质性质,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：3.5-5.2。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-,26,二、羊毛纤维的结构和主要化学性能,形态结构：鳞片层、皮质层、髓质层（粗）、多细胞,超分子结构：基原纤、微原纤、原纤 分子结构：C、H、O、N、S- -螺旋结构,27,羊毛性质,羊毛组成：羊毛角蛋白50%-70%，羊毛脂等杂质50%-30% 羊毛性质：1、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）,2、热 耐干热性差 3、水 和蒸汽 吸湿，回潮率14%。水中异向溶胀。沸水、蒸汽中长时间，分解（-S-S-)、失重。,28,羊毛反应,4、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。 5、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 NH 6、与还原剂 羊毛二硫键、离子键被还原剂断开，羊毛损伤 7、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-,29,三、蚕丝结构和性能,蚕丝形态结构、超分子结构、分子结构示意： （SCAN） 形态结构 分子结构-折叠链 蚕丝组成：丝素7080%，丝胶2030%，其他杂质：少量。 与羊毛区别：1、组成-C、H、O、N，硫很少。 2、-折叠构象多，无-螺旋构象，结晶与非晶。,30,桑蚕结茧：1.桑蚕；2.吐丝；3、4.成茧；5.桑蚕茧剖面,三、蚕丝结构和性能,31,桑蚕丝副产品,桑蚕丝,柞蚕丝副产品,柞蚕丝,32,丝素性质,丝素结构：分子线形、支形，聚合度400500，晶区伸直链，不如羊毛弹性、延伸。无定形区亲水基集中， 丝素性质： 吸湿性 10% ，水中异向溶胀 耐热性 好，120也不变 盐作用 因丝交联少， 溶胀、溶解。高价盐溶胀不明显，增重。 酸作用 不如羊毛。酸缩处理。丝鸣处理。 碱作用 差，比羊毛好。弱碱性精练。 氧化还原 氧化与羊毛相似，漂白不用NaClO。耐还原剂。,33,丝胶性质,丝胶结构：无定形、球状蛋白，四个层次。组成：侧基含较多亲水基团（-COOH、-OH、-NH2）。 丝胶性质：由于上述结构，丝胶吸湿性好，水易进入，具有水溶性。低温溶胀，在100沸水煮能溶解，脱胶：pH10，95 ，30分钟。 丝胶结构不稳定，在存放中会变性，无规结构变成折叠链晶状，疏水基分布到丝胶表面。变性后丝胶不易溶于水，对蚕丝脱胶不利。 （SCAN）结构图,34,第三节 合成纤维的结构和主要性能,合成纤维形态结构（和超分子结构）与纺丝方法、喷丝口形状相关性大，比天然纤维的形态结构简单，层次少。 一、涤纶的结构和主要性能 形态结构：纵向光滑、均匀无条痕，横向圆形实体，或异形（熔纺法）。 超分子结构：与纺丝工艺有关热拉伸，4060%结晶度。折叠缨状原纤模型：伸直链晶体+折叠链晶体+无定形区。,模型,35,涤纶分子,聚对苯二甲酸乙二醇酯。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,36,涤纶性能,涤纶性能：1、热性能 耐热难分解；热稳定形变小。 Tg：67、81、125（纤维），软化点：230， 熔化点：255 2、吸湿性 0.40.5%吸湿率，易洗快干；静电、玷污、难染 染色性 结构紧密、孔隙小，缺极性基团，难染。用小、弱极性分散染料。 3、化学反应 结构紧密、分子稳定。 耐酸 碱中易水解 碱剥皮现象 耐氧化剂、还原剂作用,37,二、锦纶的结构和性能,锦纶形态结构：熔纺法制成，纵向光滑无条痕，截面一般为圆形。 锦纶超分子结构：折叠链缨状原纤模型。与涤纶相比，模型类似，但容易结晶，在初生纤维没拉伸前就有结晶结构。结晶度可达5070%。 锦纶分子结构：锦纶6、 锦纶66、SCAN,38,锦纶性能,热性能 耐热性差，100以上空气中容易热氧化发黄、分解。玻璃化温度3560（锦纶6）和4060（锦纶66）。软化点160180（锦纶6）和235（锦纶66）。 吸湿性 疏水纤维，吸湿性在合成纤维中仅次于维纶，4%。 染色性 容易染色，染涤纶、羊毛、丝的染料如分散染料、酸性染料等都可染锦纶。 化学性能 耐碱性好，耐酸性差。 中强氧化剂如次氯酸钠、过氧化氢使锦纶纤维强度降低、变黄，漂白用亚氯酸