丽赛纤维的结构及染色性能研究

分类号： 密级： UDC： 学校代码：硕 士 学 位 论 文丽赛纤维的结构及染色性能研究Research on the configuration and Capability ofDyeing of Richcel Fiber指 导 教 师 学 科 专 业 名 称 纺织化学与染整工程论 文 提 交 日 期 论 文 答 辩 日 期 答 辩 委 员 会 主 席 II摘 要丽赛纤维是一种再生纤维素纤维，是具有高聚合度、高强度和高湿模量的新型粘胶短纤维的总称。丽赛纤维是由高纯度精制木浆生产的一种高湿模量再生纤维素纤维。生产原料主要来源于日本进口的天然针叶树精制专用木浆，生产技术采用日本东洋纺专有特种工艺纺丝技术。本论文主要研究丽赛纤维的结构以及染色性能。本论文测试了丽赛纤维的物理结构，包括横截面和纵面、化学组成、结晶度和取向度以及热性能；采用直接性及平面性较好的直接染料研究丽赛纤维的染色动力学和热力学；分别采用不同类型活性染料对丽赛纤维进行染色，通过测定上染百分率、固色率、皂洗牢度等，并与粘胶纤维比较，进而分析其染色性能。通过实验得到了以下主要结果：1.丽赛纤维的横截面为圆形或接近圆形，表面光滑，化学组成与粘胶纤维差别不大，结晶度和取向度都高于粘胶纤维，具有较好的热稳定性。2.通过动力学和热力学研究显示丽赛纤维的染色动力学性能优于粘胶纤维，且染料对丽赛纤维的吸附等温线完全符合弗莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线经验式，这是纤维素纤维吸附染料的典型模式，说明具有与粘胶纤维类似的染色热力学性能。3. 采用三种类型活性染料对丽赛纤维和粘胶纤维进行染色后，丽赛纤维用 X 型活性染料染色的效果较粘胶纤维略好，但差别不大；采用中温型的活性染料染色后其上染百分率较粘胶纤维有比较明显的提高；而用 K 型活性染料染色后的效果最不理想，较粘胶纤维的上染百分率低。因此，丽赛纤维比较适用中温型活性染料对其进行染色。4.活性染料对丽赛纤维染色时受染色时间、温度、盐和碱剂的影响较大，实际操作中应特别注意控制。关键词：丽赛纤维；结构；染色动力学；热力学；活性染料；IVStudy on the Structure and Dyeing Properties of Richcel fibersAbstractRichcel fiber is a kind of regenerated cellulose fiber, is the high degree of polymerization, high strength and high wet modulus new viscose fibers general name. Richcel fiber is a kind of regenerated cellulose fiber with high wet modulus which is been produced by refined virgin wood pulp with high purity. Its raw material mostly come from the refined virgin wood pulp of natural conifer, and its production technologies adopt the knowhow of Toyobo of Japan. In this paper, the structure of Richcel fiber was first characterized, and then its dyeing properties and dyeing mechanism were studied in detail.In this paper, Richcel fibers physics structure is been studied, include the cross section and portrait configuration, the chemical compositions, crystalline and orientation, thermal properties and so on; direct dye with good flatness and substantivity is been made use of in order to research the dyeing dynamics and thermodynamics of Richcel fiber; respectively use different kinds of reactive dyes dyeing Richcel fiber, by means of exterminating of dye-uptake, fixation rate, soaping rate and so on. Through comparison of the exterminating between Richcel fiber and viscose fiber, Richcel fibers dyeing properties were researched. The main results are as follows:1. Richcel fibers the cross section is a circle or close to circle, its appearance is smooth, it almost has the same chemical compositions with viscose fiber, its crystalline and orientation are both higher than viscose fiber and it has good thermal stability.2. Through the study of dyeing dynamics and thermodynamics, it sets out that Richcel fibers dyeing dynamics is better than viscose fiber and its adsorption isotherm parameters completely come up to the classic Freundlichs adsorption isotherm parameters which is the classic mode of cellulose fiber, it puts across that Richcel fiber has the similar thermodynamics as viscose fiber.3. Using three kinds of reactive dyes to dye Richcel fiber and viscose fiber, the results show that the dye-update of Richcel fiber is a little bit more than viscose fiber after dyeing with X-style of reactive dyes; the dye-update of Richcel fiber is obviously higher than viscose fiber by dyeing with M-style of reactive dyes; besides, its the most non-optimal result by dyeing with K-style of reactive dyes. So, the M-style of reactive dyes are suitable for dyeing Richcel fiber. 4. It has greatly influence for Richcel fiber by dyeing with reactive dyes, such as dyeing time, temperature, the dosages of salt and sodium borate. So it should be carefully controlled in the practical operation. Key words: Richcel fiber; structure; dyeing dynamics; thermodynamics; reactive dyeI目 录第一章 绪论 .11.1 再生纤维素纤维概述 .11.1.1 再生纤维素纤维的开发进展 .11.1.1.1 普通粘胶纤维 .11.1.1.2 Lyocell 纤维 .21.1.1.3 高湿模量粘胶纤维 .21.1.1.4 铜氨纤维 .31.1.1.5 醋酯纤维 .31.1.1.6 竹纤维 .31.1.1.7 再生麻纤维 .41.1.2 再生纤维素纤维产量持续增长 .41.1.3 我国再生纤维素的发展趋势 .51.2 丽赛纤维概述 .51.2.1 丽赛纤维的发展历史与现状 .61.2.2 丽赛纤维的概况 .61.2.3 丽赛纤维的基本性能 .71.2.3.1 形态结构及性能 .71.2.3.2 原纤化性能 .81.2.3.3 染色性能 .81.2.3.4 耐碱性 .91.2.4 丽赛纤维的应用 .91.2.4.1 针织产品 .91.2.4.2 机织面料 .91.2.4.3 特殊产品 .101.2.4.4 利用混纺技术开发差别化丽赛纤维 .101.2.4.5 拓展使用领域 .10II1.2.4.6 特殊风格整理 .101.3 丽赛纤维适用的染料简介 .111.3.1 直接染料 .111.3.2 活性染料 .111.3.2.1 X 型( 普通型 )活性染料 .121.3.2.2 K 型(热固型) 活性染料 .121.3.2.3 M 型(双活性基型)活性染料 .121.3.3 还原染料 .121.4 本课题的研究目的与意义 .12第二章 丽赛纤维结构和物理性能 .142.1 实验材料、仪器 .142.1.1 实验材料 .142.1.2 实验仪器 .142.2 测试分析方法 .142.2.1 傅立叶红外光谱（FT-IR） .142.2.2 纤维形态结构的观察（SEM 和电子显微镜） .152.2.3 广角 X-射线衍射（ XRD） .152.2.4 差示扫描量热（DSC）和热重（ TG）分析 .152.3 实验结果与讨论 .152.3.1 傅立叶红外光谱 .152.3.2 纤维形态结果观察 .162.3.3 广角 X-射线衍射（ XRD） .172.3.4 差示扫描量热（DSC） .192.3.5 热重（TG）分析 .192.4 本章小结 .20第三章 丽赛纤维染色动力学和热力学研究 .223.1 引言 .22III3.2 实验材料、化学品及仪器 .223.2.1 实验材料 .223.2.2 实验所需化学品 .223.2.3 实验所需仪器 .223.3 实验内容 .233.3.1 染料的精制 .233.3.1.1 染料精制原理 .233.3.1.2 染料提纯 .233.3.1.3 染料纯度检测 .233.3.2 绘制标准曲线 .233.3.3 纤维准备 .243.3.4 染色工艺曲线 .243.3.5 染料在丽赛纤维上的扩散动力学 .243.3.6 丽赛纤维的染色热力学 .253.4 结果与讨论 .263.4.1 染料基本结构 .263.4.2 染料的标准曲线 .263.4.3 丽赛纤维的扩散动力学 .273.4.3.1 染色速率曲线 .273.4.3.2 扩散系数的测定 .293.4.3.3 半染时间与上染速率的关系 .313.4.3.3.1 半染时间和扩散系数的关系 .313.4.3.3.2 染色速率常数 .353.4.4 丽赛纤维的染色热力学 .353.4.4.1 吸附等温线 .353.4.4.2 丽赛纤维的染色亲和力 .383.4.4.3 染色热和染色熵 .393.5 本章小结 .40第四章 活性染料对丽赛纤维的染色性能 .424.1 实验材料、药品及仪器 .42IV4.1.1 实验材料 .424.1.2 实验药品 .424.1.3 实验仪器 .434.2 实验方法 .434.2.1 纤维染色前处理 .434.2.2 染色工艺 .434.3 性能测试 .434.3.1 上染百分率 .434.3.2 固色率 .434.3.3 皂洗牢度测试 .444.3.4 傅立叶红外光谱（FT-IR） .444.4 结果与讨论 .444.4.1 三种类型活性染料对丽赛纤维的染色性能 .444.4.2 染色温度的影响 .464.4.3 染色时间的影响 .464.4.4 盐的用量对染色的影响 .474.4.5 碱剂对染色的影响 .484.4.6 染色后的红外光谱 .494.5 本章小结 .50第五章 结论 .52参考文献 .54攻读硕士学位期间的研究成果 .56致 谢 .57学位论文独创性声明 .58学位论文知识产权权属声明 .58第一章 绪论1第一章 绪论随着社会的发展和科学技术的不断进步，人们追求时尚、追求环保的意识逐渐加强，对纺织品的需求和要求也在不断提高。近年来纺织纤维的消费量在不断增长，且尚未达到饱和。另一方面，世界人口在急剧增长，人类将面临煤、石油等资源枯竭的危机，纺织工业无论是纤维原料、加工助剂还是加工能源已不得不充分考虑可再生、与环境友好、无污染的要求。纺织工业也应该摒弃只考虑自己使用的原料和材料的局部而“废弃”其他部分的习惯。尽可能考虑充分利用原料和材料，力争做到无废弃物或少废弃物。近年来，新型再生纤维素纤维不断出现，适时的满足了人们的需求，同时也部分缓解了当今资源匮乏、自然环境遭到破坏的问题。因此，研究新型纤维素纤维的纺织性能及其产品的开发是十分有必要的。纤维素纤维包括传统的天然纤维素纤维，如棉和麻以及再生纤维素纤维 1。近年来出现了莫代尔、Tencel、竹纤维、再生麻纤维等很多新型再生纤维素纤维，这些纤维的出现，不仅增加了产品的舒适性、新颖性，而且推动了再生纤维素纤维向绿色环保方向发展。1.1 再生纤维素纤维概述1891年，比德尔(Beadle)、贝文 (Bevan)和克罗斯(Cross)等首先制成纤维素磺酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶 ”。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，而由此得到的纤维被命名为粘胶纤维。直到1905年，米勒尔(Muller)等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产 2。1.1.1 再生纤维素纤维的开发进展国内外已经利用可再生资源开发了多种纤维，其中目前用量最大、技术最成熟的是再生纤维素纤维，包括普通粘胶纤维、Lyocell纤维、高湿模量粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维、竹纤维、再生麻纤维等。1.1.1.1 普通粘胶纤维普通粘胶纤维是是20世纪初为解决棉花短缺而面世的，是再生纤维素纤维的主要品种，一般以棉短绒、芦苇、甘蔗渣、竹材等制成的浆粕为原料，经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素磺酸酯，再溶于稀碱液制成粘胶，经湿法纺丝而制成。粘胶纤维的化学组成与棉纤维相同，具有良好的吸湿性、透气性和染色性，产品舒适性好，对碱的稳定性不如棉，对酸与氧化剂比棉敏感。该纤维的缺点是吸湿后明显膨胀，浸入水中后手感发硬，收缩率大，湿强下降比较多，织物尺寸稳定性差。加之生产过青岛大学硕士学位论文2程中存在的污染问题，如H 2S和CS 2等有毒废气的排放，废水中有锌盐等有害化学物质，一直阻碍着粘胶纤维的发展。由于粘胶纤维生产工艺流程长、原有设备老化、“三废” 污染大，以及生产成本高等原因，在西方发达国家，传统工艺的粘胶纤维生产正逐步减少。在亚洲，日本、韩国由于设备老化和产品竞争力的下降等原因，停止了粘胶纤维的生产。目前全世界粘胶纤维生产能力的增长主要集中在中国。近几年，在中国纺织业高速发展的带动下，粘胶纤维产业得到了快速发展。粘胶工业生产能力呈连续波动趋势，主要从欧洲转移到远东，这与欧洲粘胶纤维生产厂家的减少有关。尽管有环境污染，这种纤维在很长时期内仍将进行生产 3。1.1.1.2 Lyocell 纤维20世纪90年代英国的Courtaulds公司推出了新一代再生纤维素纤维Lyocell纤维(其商品名为“Tencel”)