（纺织工程专业论文）绢纺精干绵给湿法探讨[纺织工程专业优秀论文].pdf

绢纺精干绵给湿法的探讨 摘要 近年来，随着人们环保意识和保健意识的增强，天然纤维原料受 到日益重视，丝织物轻盈柔软，穿着极其舒适，在市场上一直为高档 产品，更是深受各国消费者喜爱。我国是丝绸的发源地，是绢纺原料 的大宗出口国，但面对竞争日趋激烈的国际市场，我国的绢纺工业在 原料、工艺、设备、技术、管理和产品等各方面还存在不少问题。本 课题研究的是在制绵工序中的一个很重要的环节精干绵给湿。 本文对抗静电剂、平滑剂进行了大量的单因子筛选试验，通过比 较加入试剂后的精干绵的导电性能和摩擦性能，筛选出了单因子试剂 和试剂吸附量范围。所选试剂为抗静电剂8 2 4 n ，吸附量范围为： 0 0 5 0 2 ；柔软剂2 8 9 ，吸附量范围为：o 5 0 7 ；电解质柠檬 酸三钠，吸附量范围为：o 1 0 2 ；分散剂w a ，吸附量范围为： o 0 5 0 1 。 对浸渍给湿法工艺进行探讨，精干绵对表面活性剂的吸附量均随 着浓度的增加而增加，达到吸附平衡后，随着浸渍时间的增加，纤维 的吸附量没有太大变化；浸渍给湿法工艺的浸渍时间为1 0 分钟。 分别采用浸渍法给湿工艺和喷淋法给湿工艺两种给湿工艺对精 干绵进行给湿，通过对给湿后的精干绵的抗静电性能和摩擦性能的测 试，浸渍给湿法工艺优于喷淋给湿法工艺，复配给湿液优于单因子试 剂。采用二次通用旋转回归和正交工艺设计配制给湿复配液，得到的 最优给湿配方为：抗静电剂8 2 4 n ：o 0 5 ；柔软剂2 8 9 ：o 6 4 ； 分散剂w a ：0 1 ：电解质柠檬酸钠：o _ 2 。此时，精干绵的半衰期 为：2 4 1 s ，静摩擦系数为：0 1 8 2 ，动摩擦系数为：0 1 6 6 。 关键词：精干绵，给湿工艺，抗静电剂，给湿剂，平滑剂，表面 活性剂 d i s c u s s l 0 n0 nt h et e c h n i c o l o g yo fd a m p i n g f o rs c o u r e dw a s ts i l ki ns p u ns i l k a b s t r u c t i nr e c e n t y e a r , w i t h t h e i m p r o v e m e n t o fh u m a n se n v i r o n m e n t c o n s c i o u s n e s sa n dh e a l t hp r o t e c t i o nc o n s c i o u s n e s s ，p e o p l e i s p a ) ，i n g m o r ea n dm o r ea a e n t i o n st ot h en a t u r a l f i b r em a t e r i a l s s i n c ei t s s o f t n e s s ，l i g h t n e s sa sw e l la sc o m f o r t ，s i l kf a b r i c sa l w a y sa r et o pg r a d e p r o d u c ti nt h ew o r l d m a r k e ta n da r ed e e p l yl o v e db yc u s t o m e r sa l lo v e r t h ew o r l d o u rc o u n t r yi st h es o u r c er e g i no f t h es i l ka n dt h ee x p o r t a t i o n o fs p u ns i l k b u tf a c i n gt h ef i e r c ec o m p e t i t i o no ni n t e m a t i o n a lm a r k e t ， o l l ri n d u s t r yo fs p u ns i l ke x i tm a n yp r o b l e m so nm a t e r i a l ，t e c h n i c o l o g y ， e q u i p m e n t ，t e c h n i c s ，m a n a g e m e n ta sw e l la sp r o d u c t t h et o p i ci s t h e t e c h n i c o l o g yo fd e w i n g f o rs c o u r e dw a s ts i l kw h i c hi sa l li m p o r t a n tl i n k i nd r a f tm a k i n g p r o c e s s o ft h ei n d u s t r yo f s p u ns i l k d o i n gal a r g eo fe x p e r i m e n t a t i o n s i no r d e rt os e l e c tt h ea n t i s t a t i c a g e n t ，s o f t e n i n ga g e n ta n de l e c t r o l y t ea g e n t c o m p a r e t h et h ef r i c t i o n a l p r o p e r t i e sa n dc o n d u c t i n ge l e c t r i c i t yp r o p e r t i e so f t h es o u r c e dw a i s ts i l k d a m p e da g e n t ，t h e n c a ng e tt h et h ea n t i s t a t i ca g e n t ，s o f t e n i n ga g e n ta n d e l e c t r o l y t en e e di ne x p e r i m e n ta s w e l la st h ea b s o r p t i o nr a n go ft h o s e s e l e c t e da g e n t s a st h ef o l l o w i n g ：t h ea n t i s t a t i c a g e n ti s 8 2 4 一n ，w h i c h a b s o r p t i o nr a n gi s0 0 5 0 2 ；s o f t e n i n ga g e n ti s2 8 9 ，w h i c ha b s o r p t i o n r a n gi s0 5 - - 0 7 ；e l e c t r o l y t ea g e n ti s c i t r i ca c i dt h r e en a t r i u m ，w h i c h a b s o r p t i o nr a n gi s0 1 o 2 ：a n dd i s p e r s a n ti sw a ，w h i c ha b s o r p t i o n r a n g i s0 0 5 0 1 。 d i s c u s s i n gt h et e c h n i c o l o g yo fi m m e r s i o nd e w i n g ，t h e nc o n c l u d e t h a tt h ea b s o r p t i o nq u a n t i t yt h a ts c o u r e dw a i s ts i l ka b s o r bs u r f a c ea c t i v e a g e n ti si n c r e a s i n g w i t ht h ei n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o n ，b u tr e a c ht h e a h s o t p t i o ne q u a t i o n ，t h ea b s o r p t i o ni s n om o r et h a ni n c r e s ae v e na d d i n g t h ei m m e r s i o nt i m e a l s o ，c a nc o n c l u d et h a tt h ei m m e r s i o nt i m ei s 10 m i n si f u s i n g t h et h et e c h n i c o l o g yo fi m m e r s i o n d e w i n g u s i n gt h et w o d i f f e r e n tt e c h n i c o l o g yo fd a m p ，t h et e c h n i c o l i o g yo f s p r i n k l i n gd e w i n g a n dt h et e c h n i c o l o g yo fi m m e r s i o nd e w i n g t od a m pt h e s c o u r e dw a i s ts i l k t e s t i n gt h et h ef r i c t i o n a lp r o p e r t i e sa n dc o n d u c t i n g e l e c t r i c i t yp r o p e r t i e s o ft h es c o u r e d w a i s ts i l kd a m p e d ，c a ng e t t h e c o n c l u s i o nt h a tt h et e c h n i c o l o g yo fi m m e r s i o nd e w i n gi sb e a e rt h a nt h e t e c h n i c o l i o g yo fs p r i n k l i n gd e w i n g ，a n d m i x e dl i q u e ri sp e r i o rt os i n g l e g e n e e s t a b l i s n n g t h em a t h e m a t i c a lm o d a lt oc o n f e c tt h em i xl i q u o r ，a n d e l i c i t i n gt h eo p t i m u m d i r e c t i o n sf o rp r o d u c i n gc h e m i c a l s ： a n t i s t a t i ca g e n8 2 4 - n ：0 0 5 ； s o f t e n e s sa g e n2 8 9 ：0 6 4 ； d i s p e r s a n t w a ：o 1 e l e c t r o l y t ea g e n t c i t r i ca c i dt h r e en a t r i u m ：0 2 m e a n t i m e ，t h eh a l f l i f ei s2 0 1s ，c o e f f i c i e n to fs t o i cf r i c t i o ni s0 17 2 a n dc o e f f i c i e n to f k i n e t i cf r i c t i o ni s0 1 3 6 h u a n g x i a oj i n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y a s s o c i a t ep r o f l a oj ih o n g k e yw o r d s ：s p u ns i l k ，d e w i n g ，s t a t i c ，d e w i n ga g e n t ，a n t i s t a t i ca g e n t ， s o f t e n i n ga g e n t ，s u r f a c ea c t i v ea g e n t 东华大学学位论文原创- 陛声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果f h 本人承担。 学位论文作者签名：蕉琥菁 日期：加f 年月7 夕日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密d 学位论文作者签名 嵌潞 日期：矗r 年f 月为日 指导教师魏苟轧 日期：7 讲0 - 年p 月列日 第一章绪论 1 1 丝纤维概论 第一章绪论 我国是丝绸的发源地。相传古代伏羲氏化蚕桑为穗帛，嫘祖养蚕取丝，说 明早在四、五千年之前，我们的祖先就懂得利用蚕丝制作衣帛。在夏、商、周 时代，我国是当时世界上唯一掌握养蚕、缫丝、织绸的国家。之后，随着手工 丝绸机械的不断发展，丝绸生产技术日臻完善，丝绸业成为古代中国最发达的 纺织业。汉、唐以后，我国的丝绸技术和产品通过举世闻名的“丝绸之路”传 至中亚欧洲各地，促进了东西方文化和技术的交流。丝绸成为中国的代表，他 不但是我国五千年灿烂文明的重要组成部分，而且对世界纺织技术的发展做出 了重大贡献。但在近一百多年来，由于帝国主义的侵略，使我国丝绸业日趋衰 落，特别是抗日战争时期，受到更严重的摧残，桑园破坏，工厂摧毁，丝绸生 产一落千丈。解放之后，丝绸业得到迅速恢复和发展，我国的丝和茧的产量重 新居世界第一位“”。 丝纤维具有细而长，光泽优雅，吸湿性好等特点，在化学纤维大量发展的 今天，仍然没有一种纤维在美观和舒适性方面可以与之媲美。丝织物轻盈柔 软，穿着极其舒适，在市场上一直为高档产品，深受各国消费者欢迎“1 。 作为丝绸的一个重要组成部分的绢纺织业，是在棉、毛纺织基础上发展起 来的，并逐步形成了自己的体系。虽然至建国以来，我国的绢纺工业有了很大 的发展，但面对竞争1 3 趋激烈的国际市场，我国的绢纺工业在原料、工艺、设 备、技术、管理和产品等各方面还存在不少问题“1 。本课题研究的就是制绵工 序中的一个很重要的环节精干绵给湿。 第一章绪论 1 2 精干绵给湿的目的 绢纺生产的原料是养蚕业、制丝业的疵茧和废丝，这些原料经精练后成为 精干绵。此时，纤维缠结重，梳理阻力大，梳理时易被拉断，因而梳折降低； 且丝纤维静电大，纤维之间存在很大的斥力，导致纤维缠绕机件，从而使得纤 维的可纺性交差；另外，由于大部分的丝胶被去除，丝纤维的抱合力极大，纺 纱时，牵伸力太大，容易导致纤维条干不匀。为了提高梳折和可纺性，改善丝 纤维的加工性能，在梳绵前对精干绵加入适量的给湿剂是十分必要的”。 由于丝纤维具有较好的吸湿性，而水的导电性能远比丝纤维好，因此，提 高丝纤维的含水量可以大大改善其导电性能。含水量低时，含水率对丝纤维的 质量比电阻几乎没有影响，但是随着含水率的提高逐渐显示其影响。当含水率 超过8 以后，丝纤维的质量比电阻随着含水率的增加急剧降低。因此，在进行 机械加工之前，对精干绵进行给湿，使之达到一定的含水率，可以提高丝纤维 的导电性，减少加工过程中静电的积聚。如果在给湿时加入适量的电解质和抗 静电剂，以增加纤维中导电的离子，则可取得更好的抗静电效果。此外，据研 究，增加空气的相对湿度，也能降低纤维的电阻，所以，使车间的相对湿度保 持在适当的范围内，也是十分必要的。0 1 给湿后，可使给湿液定向吸附于丝纤维表面，形成一层润滑膜，当纤维之 间或其与机件之间摩擦时，可减少摩擦系数，使丝纤维不因阻力过大而造成拉断 及梳折下降。同时，可使丝纤维导电性能提高，梳纺过程中的静电现象相应降 低，提高可纺性。 精干绵的给湿量不宜过高，超出规定范围后，不仅浪费给湿液，而且精干 绵要发并，难梳开( 湿并) ，精绵中多绵粒和生丝，还给除杂带来困难，梳针 也易锈蚀。 1 3 给湿液 为了使精干绵能达到一定的回潮率，给湿液的主要成分是洁净丽硬度低的 软水。同时，为了均匀给湿，防止水分快速发散，增进丝纤维表面的润滑性， 减少摩擦系数，以及提高丝纤维的导电性，还常在水中加入适量的给湿剂。传 第一章绪论 统中，给湿剂一般由油剂( 矿物油、植物油、动物油) 、抗静电剂及甘油等组 成，其中油剂主要作用是润滑。但这种给湿剂存在一些缺点，如润滑效果及抗 静电性能还不够理想。长期以来，人们一直在对给湿液的开发和应用进行研 究，以期达到更好的平滑性和抗静电性，从而获得更高的制成率“。 1 3 1 国内给湿复配液的发展现状 随着人们环保意识的提高，目前国外基本上把绢纺行业转移到中国大陆， 国外对绢纺给湿复配液没有什么研究，而给湿复配液的研究基本集中在国内。 在精干绵给湿液的优化设计一文中”，作者采用以土耳其红油为油 剂，硅油为平滑剂，柠檬酸三钠为电解质，抗静电剂采用了阴离子型表面活性 剂，以及一些其它助剂，通过最优化设计法，得到最优精干绵给湿液。通过在 绢纺厂进行的生产实践证明，加入最优给湿液的绢丝质量明显高于工厂生产的 绢丝质量。 在绢纺j k l 给湿剂的应用一文中“，作者介绍了j k l 给湿剂。j k 一1 给湿剂选用了聚氧乙烯型非离子表面活性剂，分子中的长链呈锯齿形，具有较 强给电子能力的极性氧原子突出在外，同时利用蛋白质分子易吸收金属盐类的 性能，j k 1 给湿剂还选用了某种电解质，起到导电作用。经生产试验证明， 采用此种给湿剂，在保证产品质量的前提下，大大的提高了制绵工艺的梳折， 比传统给湿剂可增加5 个百分点以上，同时精干绵的长度也有所提高，给企业 带来较好的经济效益。 在( h g c s 型给湿剂在桑绢纺制绵中的应用一文中。1 ，作者指出在同等条 件下，h c _ , c s 给湿剂的使用对于改善丝纤维的加工性能、提高精干绵的梳折、减 少原料消耗量、降低生产成本具有显著的效果。h g c s 型给湿荆是一种由阴离子 表面活性剂和非离子表面活性剂及有关电解质成分复合而成的乳白色粘稠状液 体给湿剂，能以任意比例与水混合，乳化性能稳定。 1 3 2 我国对精干绵进行给湿的方式。_ ” 给湿工序普遍采用喷淋法给湿，即将配好的给湿复配液放入给湿装置中， 然后将给湿液雾化喷淋到精干绵层中，存放2 4 小时左右，利用自然渗透和扩散 第一章绪论 方式使助剂覆盖子丝纤维上。采用该种方式给湿时，由于精干绵呈叠加状态， 助剂难以渗透到丝纤维的内部，影响了助剂性能的充分发挥。 为了充分提高给湿液的作用，最大程度的利用给湿液，我们可以采用新的 给湿方式，即浸渍给湿法。将精练脱水后的原料，即在精干绵烘干前，先将其 全部浸于已配好的给湿复配液，浸润一段时间后取出，再经脱水和烘干。这样 能使给湿复配液中的各个助剂充分渗透到丝纤维内部，改善丝纤维的性能，也 可充分发挥所加助剂的作用，从而提高梳折和纤维长度。 t 4 抗静电剂的发展 人类对静电现象的观察有悠久的历史。公元前6 0 0 年左右，古希腊哲学家 塔勒斯( t h a l e s ) 已发现丝绸、法兰绒等纺织品摩擦琥珀之后有吸引轻小物体的 性质。因静电造成的事故日益增多，由此引起了各国研究机构和学术组织的重 视。1 9 5 3 年在伦敦召开了第1 届静电学国际会议，我国自2 0 世纪6 0 年代起开 始静电安全技术的研究3 。 从纺织材料抗静电加工的技术思路来看，一方面是降低摩擦程度，控制电 荷的产生；另一方面是提高纤维的导电性能，以加快电荷的泄漏。由于在加工 和使用中摩擦现象不可避免，故后者成为实际可执行的技术思路“”。 从纺织工程的角度来看，可以采用抗静电纤维、导电纤维与普通合成纤维 的混纺、交并、交编、交织或嵌织的方法提高纤维集合体的导电能力，克服静 电干扰“”1 。 从材料科学的角度来看，纺织品抗静电技术的关健在于低阻、长效、普适 的新型导电纤维的研制和应用技术研究“”1 。 综合上述角度，纺织材料抗静电技术的发展经历了3 个阶段。“”l ： ( 1 ) 用表面活性剂对纤维或织物进行亲水化处理，提高纤维的吸湿性从而 降低纺织品的电阻率，加快电荷逸散。此类方法的抗静电效果难以长久保存， 耐洗涤性能差，且在低湿度环境中不显示抗静电性能。 ( 2 ) 对化纤高聚物进行共混、共聚合、接校改性引入亲水性极性基团，或在 纤维内部添加抗静电剂，制取抗静电纤维。抗静电纤维的电阻率为1 0 8 1 1 0 ” 第一章绪论 o a m ，由抗静电纤维制造纺织品或混用较高比例到普通合成纤维中，可消除 加工和使用中的静电困扰，但仍以高湿环境作为电荷逸散的必要条件。 ( 3 ) 导电纤维的研制和应用研究。包括金属纤维、碳纤维、导电聚合物等导 电物质均型导电纤维的研究；合成纤维外层涂覆碳黑等导电成分的导电物质 包覆型导电纤维的研究；碳黑或金属化合物与成纡高聚物复合纺丝得到的导电 物质复合型导电纤维的研究。导电纤维的电阻率般低于1 0 7 0 c m ，甚至小到 l o 一一1 0 _ 5 q c m 。导电纤维的应用使纺织品抗静电效果显著，耐久而不受环境 湿度的影响，并可应用于防静电工作服等特种功能性纺织品。 抗静电剂按离子型可分为3 类，即阴离子型、阳离子型、非离子型；按性 能分可分为2 类，即耐久型和非耐久型；按化学结构方面主要分类有：季胺盐 类、聚氧乙烯类、磷酸酯类、聚醚类等“2 ”。“1 。 常使用的阴离子型抗静电剂有烷基磷酸酯、烷基苯磺酸钠等。烷基磷酸酯 在低浓度( o 2 - 0 6 ) 时，就有很好的抗静电效果；烷基苯磺酸钠浓度要达 到4 时才有抗静电效果。此类抗静电剂，国内以抗静电剂p 即为磷酸酯的二 乙醇胺盐为代表，国外同类产品有美国的v i c t a w e tp 。阳离子型抗静电在低浓 度时就具有优良的抗静电性能。国产产品有抗静电剂t m 、s n 等；国外产品有英 国的t e m a st m 、美国a c y 公司的c a t a n i cs n 。其中，t e m a st m 是硫酸二甲酯 和三乙醇胺的缩合物，为国产抗静电剂t m 的同类产品；国产s n 和美国的 c a t a n i cs n 均为十八烷基二甲基叔胺硝酸和环氧乙烷反应而成的棕红色油状粘 液，p h 为6 8 。上述所讲的均为非耐久型抗静电剂。耐久型抗静电剂，近年来 以英国i c i 生产的聚对苯二甲酸乙二酯和聚氧乙烯对苯二甲酸酯的嵌段共聚物 p e r m a l o s et ( x f z - 0 1 ) t m ( c a s ) 为代表及以瑞士汽巴一嘉基生产的丙烯系共聚 物m i g a f o rf s 、7 0 5 3 为代表“。4 1 “。 抗静电剂在国外的发展很快。尤其是美国、西欧和日本等发达国家，无论是 抗静电剂的生产还是销售均居世界前列。相比之下国内对抗静电剂的研制工作 起步较晚，我国抗静电剂开发始于2 0 世纪7 0 年代初，目前主要品种有季胺化合 物、乙基烷基胺、烷基醇胺硫酸盐、多元醇脂肪酸酯及其衍生物等。无论在品 种、生产能力、产量、质量上均与国外差距较大，需求矛盾突出，特别是热塑 性工程塑料方面用的内加型抗静电剂多年来需要进口。“八五”期间达到年耗 5 0 0 0 t 。随着国内塑料加工业的发展，在特种包装( 如电子电器元件、军用品) 第一章绪论 以及高档家用电器方面，人们对制品外观的美感及使用时的舒适感要求较高。 因此，开发高效、多功能的抗静电剂具有广阔的市场前景“5 1 3 。 1 5 平滑剂的发展 绢纺行业中，长期以来采用的平滑荆多为矿物油、植物油和动物油。1 。但 是使用以矿物油为油剂的给湿液后，精干绵的梳折仍然不够理想，而植物油和 动物油极易干燥、发臭、发粘。有机硅作为一种柔软剂具有低粘度、高润滑的 特点，因此在绢纺行业将其作为平滑剂使用。随着发达国家对有机硅的不断开 发和研制，有机硅柔软剂性能的日益改善，有机硅型柔软剂正逐步取代原用的 油剂。 有机硅柔软剂的研究与应用，首先是从防水整理开始的，其发展大致分为3 个阶段0 0 2 “。早在1 9 4 0 年，美国的p a t n o d e 就发表了用二甲基二氯硅烷处理纤 维具有防水效果的专利报道，因在防水整理中会放出有害人体的h c l 气体，促使 人们作进一步的研究。1 9 4 5 年美国通用电器( g e ) 公司的e 1 1 i o t t 等用甲基硅醇 钠在碱性水溶液中浸泡纤维，经加热使纤维具有良好的防水效果。5 0 年代初，美 国道康宁( d o wc o r n i n g ) 公司发现用含s i h 键的含氢聚硅氧烷整理织物有很好 的防水性能及良好的透气性，但手感差而且有机硅膜硬而脆、易脱落，后将其与 聚二甲基硅氧烷( p d b l s ) 并用，不仅有良好的防水效果，且手感柔软。此后一段时 间，尽管欧、美、日本等世界各国有机硅织物整理剂发展很快，产品很多，但基本 上都属于二甲基硅油的机械混合物，统称为硅油型产品，也即第一代有机硅织物 柔软整理剂。此类柔软剂由于结构中不含活性基团，整理织物时自身不能发生交 联，与纤维不起化学反应，因而赋予织物悬垂性和耐洗性差。”1 2 “2 “。 1 9 5 9 年，美国道康宁公司的h y d e 等首先申请了乳液聚合法直接生产羟基硅 油乳液的专利：直到1 9 6 9 年该公司的w e y e n d e r y 才发表了硅氧烷乳液聚合的研 究报告：1 9 7 2 年r o o k s 发表了用乳液聚合法羟基封端的聚硅氧烷乳液在织物整 理上的应用报道：1 9 7 6 年该公司公布了用乳液聚合法研制成功d c 一1 1 ll 羟基硅 油乳液，这些均属于第二代有机硅织物柔软剂。该类柔软剂在金属催化剂存在下 能在织物表面形成网状交联结构，使织物具有很好的柔软性和耐洗性，是目前国 第一章绪论 内外应用最成熟、最广泛的一类，但存在功能单一，在使用中易产生破乳漂油等 问题。6 2 7 2 ”。 第三代有机硅柔软剂，即改性有机硅柔软剂“7 2 “2 9 , 3 0 i ，是7 0 年代后期发展起 来的新一代有机硅柔软剂，很多产品已用于织物的后整理，目前国内外正在继续 研究和开发。这类产品是通过在硅氧烷侧链上引入氨基、环氧基、聚醚、羟基 等各种活性基团，大大提高织物的耐洗性、防缩性、亲水性等，并依靠不同的基 团赋予织物不同的风格。主要产品有：( 1 ) 氨基改性，引进氨基官能团，可改 善硅氧烷在纤维上的定向排列，柔软性有很大的提高，纺织上称为超级柔软 剂；( 2 ) 环氧改性( 3 ) 羧基改性( 4 ) 聚醚改性。“3 2 ”。”1 。 美国d o w c o r n i n g 、德国威凯、法国罗地亚等大公司都加快研制新型改型 有机硅柔软剂产品，其中包括亲水性有机硅柔软剂。我国研制出来得新型改性 有机硅的亲水性、弹性、白度和耐久性等综合性能还很不理想，因此，国家每 年还需大量进口高品质有机硅柔软剂以满足市场的巨大需求。 1 6 本课题研究的目的和意义 绢丝产品一直以来都是高档产品，其产品价值极高。长期以来丝织物以其 轻盈柔软，光泽优雅，穿着极其舒适等独特优势，深受各国人民的喜爱。但是 我国绢纺行业中普遍存在着精干绵梳折低，纺纱可纺性差等问题，而导致了产 品的性能下降，生产成本增加。 本课题研究的目的是，对给湿液中的抗静电剂的抗静电机理及成分、平滑 剂的机理及成分进行探索，对给湿液的成分组成及各成分的比例进行研究优 化，同时对给湿方法进行研究。 翌三兰奎堡里堕塞塑茎查里堡 第二章本课题研究的基本理论 2 1 丝纤维结构。 3 _ ” 茧丝是由两根平行的单丝组成，单丝的横截面呈钝三角形或椭圆形。蚕丝的 主要成分是丝素和丝胶，丝胶包在丝素的外围，起着保护作用，并粘住两根单丝， 形成茧丝。 2 1 1 丝素、丝胶的元素组成和氨基酸组成 丝素和丝胶都是蛋白质，主要是由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。由于蛋 白质水解的最终产物是氨基酸，故氨基酸即为蛋白质的基本单位。氨基酸是一种 既含有氨基( n h 2 ) ，又含有羧基( - - c o o h ) 的有机化合物，按氨基对羧基相 对位置的不同，有o 、8 、y 等类型的氨基酸。但是，所有组成天然蛋白质 的氨基酸都是n 氨基酸，通式是： r c h c o o n ( r 是氨基酸上的烃链) i n h 2 氨基的化学性质上的差别，主要是受着r 基的影响。 2 1 2 丝素、丝胶的结构 蛋白质按分子外形可分为纤维型和球型两大类。丝素为纤维型蛋白质分子， 其分子的长短径之比比较大约为1 4 0 倍。丝素与其他纤维一样具有原纤结构，纤 维中存在结晶区和非晶区。结晶区主要由乙氨酸、丙氨酸组成，其次是丝氨酸， 也有少量的酪氨酸。在结晶区中含有较多的极性和侧链较小的氨基酸，因而分子 链可紧密的排列，得到较高的结晶度。在非品区中，乙氨基酸与丙氨基酸仍然是 它的主要成分，但所占比重比结晶区要少些，更主要的是出现了一些侧基庞大的 第二章本课题研究的基本理论 氨基酸，由于侧链大，无法形成规整的排列，只能以非结晶形式存在。丝素中的 氨基酸不仅按一定的顺序排列，而且还具有一定的空间构型，在结晶区，丝素以 0 型结构为主，还有a 一螺旋体的残留部分；在非晶区则以无规线圈为主 丝胶为球型蛋白的一种，分子为圆型或椭圆型，外型比较对称，其长短径之 比常在3 2 0 倍之间。目前认为丝胶的结构以无规线圈为主，b 型结构为次，越 接近丝素的难溶性丝胶中，其目型结构越多，并有结晶存在。因在球状蛋白中含 有大量的无规线圈，倾向于产生球状构象，并对外界理化因素极为敏感，使丝胶 易变性。 2 1 3 蚕丝的性质 ( 1 ) 丝纤维的摩擦在加工过程中，纤维间或纤维与机件间的摩擦是比较 复杂的问题，丝纤维的表面比较光滑，其摩擦系数相对其他天然纤维而言比较小。 丝的摩擦系数与它的回潮率、含胶程度及纤维长度、摩擦状态等有关，干燥的、 含胶量少的丝纤维摩擦系数较高 ( 2 ) 丝纤维的弹性和柔软性丝素中有结晶区和非晶区，在结晶区以及分 子间有二硫键存在的地方，分子链间可起着强固的交联作用，而在非晶区，分子 链比较疏松，因而卷曲的肽键就起着弹簧的作用，是丝纤维在受外力的作用时比 较容易变形，外力消除后又恢复原状，表现出较好的弹性和柔软性。 ( 3 ) 吸湿性蚕丝具有很好的吸湿性，主要是由于其物理结构的多孔性。 其次是丝纤维上的极性基团较多，能与氢键与水结合。此外，由于丝纤维原纤结 构的多束性，使整个纤维的比表面积增大，从而影响到它的吸湿能力。 ( 4 ) 电学性质丝纤维是高分子化合物，属绝缘材料，导电能力很差，在 电场中极易被极化。丝纤维是高聚物，由于蚕丝大分子的联结键主要是肽键，具 有共价键的性质，不可能有电子或离子的产生。但由于杂质或水分的混合，实际 产生一些离子，故丝纤维的导电性能应以离子导电为主。同时，丝纤维具有较高 的吸湿性能，尤其是水的h + 和o h 一能进入纤维内部的非晶区及非结晶区和结晶 区的边缘，故丝纤维的导电途径在其表面及体内均有，而以体积导电为主。影响 丝纤维导电性能的主要因素是温度、相对湿度、丝纤维上的附着物等，其中相对 湿度对丝纤维导电性能的影响最大。 第二= 章本课题研究的基本理论 2 2 吸附理论。8 ”_ “4 2 2 ，1 g i b b s 吸附定理 g i b b s 公式是讨论表面活性剂在界面上吸附的基础。首先考虑一下界面的情 况。在实际体系中，两不相混溶液体间的界面或液体的表面并非界限分明的几 何平面，而是界面不是十分清楚的薄层；此薄层可以是一、二以至几个分子厚， 其成分和性质与界面两边的内部不同，名之日界面相( 或表面相) 。图2 一l 即表 示出这一模型。q 及分别为两不相混溶相。从7 b b 7 即为与n 根及s 相内部成分 不同、性质不同的界面区域，即界面相( 。相) 。 b s a b j s a j 囝2 - 1 界面辐f 3 3 若在。相中划一平面s s 7 ，v4 及v 。分别为体系中从体相n 及p 内直到s s 7 面时 的二相体积。若v 4 及v9 中的浓度皆是均匀的，则整个体系中组分i 的摩尔数将 为 n ，= c i 。v 。+ c 。9 v 。 ( 2 1 ) 式中，c 。6 及c 。分别为。相及9 相中组分i 的摩尔浓度。但在实际体系中，o 相 这一界面区域的成分是不均匀的，故实际的组分i 的摩尔数与式( 2 1 ) 所表示 的有差别。若以n 3 。代表此差别，则得 n 5 。= n 。一( c ，。v 。+ cc9 v8 ) ( 2 2 ) 式中，n 。为实际体系中组分i 的摩尔数。n 5 ，即为实际体系与理想体系中组分i 的摩尔数差，称为表面过剩。若以s s 7 面的面积为a ，则单位面积上的过剩为 r 。= n i a 。 相应于上述体系的内能的微小、可逆的变化为 d u = d u + d t j 9 + d u l ( 2 3 ) u5 为一过剩量( 界面过剩能) 。若仅考虑过剩能量部分，则得 d u 。= t d s 5 一p d v 9 + u t d n 3 。十yd a ( 2 4 ) 对于一几何面来说，其体积是不存在的，故v k o ，则上式为 兰三里查堡垦竺塞堕兰查堡堡 d u 5 2 t d s 8 十n u d n 。+ yd a ( 2 5 ) 而u 5 为s 8 ，n 5 。及a 的函数，即 止s s ( a u s ，啦( 舞) + a 圳5 7 - 5 - ( 26 ) u 8 = t s 8 + u i n 3 。+ ga( 2 7 ) 将此式微分，得 d u 5 = t d s 5 + u i d n 3 i 十yd a + s 5 d t + i s i d u ，+ a d y( 2 8 ) 式( 2 8 ) 与式( 2 5 ) 比较，得 s 3 d t + i l s l d u 。+ a dy = o( 2 9 ) 温度恒定时，即t = 0 ，则有 一dy = n s i d u i a = r i d u 。 ( 2 1 0 ) 此即单位表面上的过剩( 组分i ) 与表面张力y 及化学势u 。( 组分i ) 的关系。 应该注意，式( 2 9 ) 中的r 。值是不确定的，因为随s s 7 位置之不同，而r 1 ( 及n 5 。) 可有不同的值。 s 2 s l s ； s j x f 图2 - 2g i b b s 分界面”1 g i b b s 采用了一个方法来确定r 。之值。他指出，不论体系的组分有多少，总 有一个s s 7 位置可使某一组分的过剩为零。图2 2 中的s 。s 2 即为使组分i 的过剩 为零的分界面。图2 2 中的曲线表示组分i 的浓度( c 。) 变化。从图2 - 2 可以看 出，如果分界面不在s ：s ：7 处而s s 7 在处时，则组分i 的过剩不为零。分界面划定 以后，其余各组分的过剩量随即确定下来。 化学势一般为： u i = u l o + r t l n a 。 ( 2 11 ) 式中u 。o 为标准化学势，a 。为活度，r 为气体常数。将式( 2 1 1 ) 代入式( 2 1 0 ) ， 第二章本课题研究的基本理论 则得到 一dy2 一r t i 。d 】n a 。 ( 2 1 2 ) 对于二组分体系( 如只有一种溶质的溶液) ，假设选择溶剂的吸附量为：r = o ， 则溶质的吸附量r ：为 一 1 dy 。2 一丽d l n a 2 ( 2 1 3 ) 在稀溶液是用浓度c ( 摩尔升) 代替活度a 。则得到 亦即 i dy r td l n c r 2 一音等 ( 2 1 d ) ( 2 1 5 ) 由式( 2 1 5 ) 可知：当dy d c o ，溶质在溶液表面层发生正吸附。当d y d c o 时，即溶液浓度增加，表面 张力升高时，r 0 ，溶质在溶液表面层发生负吸附。当dy d c = o 时，1 1 = o ，此 时溶液无吸附作用。 另外，式( 2 1 5 ) 表明溶质的表面吸附取决于表面张力一浓度曲线的斜率， 溶质其( dy d c ) 越高，那么它在表面上的吸附量也就越大。 2 2 2 表面活性剂在固液界面上的吸附 固体自溶液中吸附表面活性剂，即表面活性剂分子或离子在液一固界面上的 富集。即表面活性剂在固体表面上的浓度比在溶液内部大，这一界面现象就是表 面活性剂在固体表面上的吸附。由此看来，g i b b s 公式对于表面活性剂在固体上 的吸附也是有效的。因为固体不能流动，因而在固体上的吸附不能从固液界丽 张力的变化来计算。固体自溶液中的吸附可以直接测量。将一定量的固体浸渍于 一定量的己知浓度的溶液中，待平衡到达后，再测定溶液的浓度。自浓度的改变 即可计算出每克固体所吸附的溶质的量r 1 8 。： n 产n j m = v ( c 。一c ) m( 2 。1 6 ) 式中，n ：为组分2 在溶液中吸附前后的摩尔数变化，亦即被吸附的摩尔数；v 为溶液体积；c 0 及c 分别为吸附前后的溶液浓度( 组分2 ) 。此种计算假设溶剂未 被吸附，对于稀溶液是适合的。表面活性剂溶液一般都是稀溶液，故此计算公式 第_ 二章本课题研究的基本理论 适用于表面活性剂在固体上的吸附。但是对于测定溶液的浓度并没有很简便的方 法，因而我们采用称量固体在吸附前后的重量来确定。 n 5 2 = ( r 【i o m ) r 【1 0( 2 1 7 ) 式中，砜及 n 为纤维吸附前后的质量。 2 2 3 吸附的机理 分子间都存在分子间力即范德华力，由于表面上的分子比本体相的分子具有 额外的势能，因而在物体表面都存在表面势能。这样就有吸附其它分子的能力， 该能力称为吸附。按照吸附作用力的不同可分为物理吸附和化学吸附。产生物理 吸附的作用力为范德华力，而任何分子与吸附物之间皆有范德华力，因此物理吸 附是普遍存在的。物理吸附可以是单分子或多分子( 多数为多分子) ，其吸附是 可逆的，吸附速度快，易达到平衡；产生化学吸附的作用力是化学键，该吸附具 有明显的选择性，因为是化学键的作用多数为单分子层吸附，化学吸附是不可逆 的，吸附速度慢，不易达到平衡。 因为表面活性剂的化学结构是各式各样的，吸附剂的表面结构也非常复杂， 再加上溶剂的影响，所以清楚的认识表面活性荆在溶液中的固体上的吸附机理存 在一定困难。 在浓度不大的水溶液中，般认为表面活性剂在固体表面的吸附是单个表面 活性离子或分子。吸附可能以下述一些方式进行： ( 1 ) 离子交换吸附 吸附于固体表面的反离子被同电性的表面活性离子取代。 固 体 图2 - 3 离子交换吸附9 ” 图2 - 4 离子对吸附【3 s 1 ( 2 ) 离子对吸附 表面活性离子吸附于具有相反电荷的、未被反离子所占据的固体表面位置上 ( 3 ) 氢键形成吸附 d嗷髯举 f g ( 1 5 d吣翳器q 固体 一 g 气 d水巾巾q 第二章本课题研究的基本理论 表面活性剂分子或离子与固体表面活性剂基团形成氢键而吸附。 固 体 o j r r 善 丑 0 、 、b# m _ o r o f i t r j 图2 - 5 氢键形成吸附【3 9 1 ( 4 ) n 电子极化吸附 吸附物分子中含有富于电子的芳香核时，与吸附剂表面的强正电性位置相互 吸引而发生吸附。 ( 5 ) l o n d o n 引力( 色散力) 吸附 此种吸附一般总是随吸附物的分子的大小而增加，而且在任何场合皆发生， 亦即在其他所有吸附类型中皆存在，可作为其他吸附的补充。此种吸附机理可以 说明表面活性离子在离子交换吸附中取代同电性无机离子的显著能力。 ( 6 ) 憎水作用的吸附 表面活性剂亲油基在水介质中易于相互交接形成“揩水键”( h y d r o p h o b i c b o n d i n g ) 与逃离水的趋势随浓度增大到一定程度时，有可能与已吸附与表面的 其他表面活性剂分子聚集而吸附，或以聚集状态吸附于表面。 2 2 4 表面活性及溶液的吸附等温线 在一定温度时吸附量与溶液浓度之间的平衡关系瞌线即吸附等温线。对吸附 等温线进行分析，就可以了解固体表面吸附表面活性剂的程度，即表面活性剂在 固体表面上浓度，从而可以研究表面性质如何随吸附变化的情况。自吸附等温线 亦可了解吸附量和表面活性及溶液浓度的变化关系，进而比较不同表面活性的吸 附效率和所能达到的最大吸附程度，提供吸附分子( 离子) 在表面上所处状态的 线索，使我们对表面活性剂的吸附改变固体表面性质的规律有进一步的认识。 图2 6 所示为第一类吸附等温线，吸附量随表面活性剂的浓度而增加，最后 趋近于一饱和值，此种等温线常称为l a n g m u i r 型等温线。可用l a n g m u i r 公式表 塑三主查堡墼竺塞些墨查些笙 s t x ： n 3 产n o c ( c + a )( 2 1 8 ) n ：为表面单分子层饱和吸附量，a 为一常数。导出此式的前提是： ( 1 ) 吸附是单分子层的 ( 2 ) 吸附剂表面是均匀的 ( 3 ) 溶液的溶剂与溶质在表面上有相同的分子面积 ( 4 ) 溶液内部和表面相的性质皆为理想的，即在其中皆无溶质一溶质或溶质 一溶剂分子间的作用 吸 附 吸 附 量 吸 附 量 平衡浓度 平靳浓度 平衡浓度 图2 - 6 第一类吸附等温线圳图2 7 第二类吸附等温线9 9 1图2 - 8 第三类吸附等”1 温线 在实际体系中往往有不完全具有这些条件而表现出有l a n g m u i r 吸附的情 形。主要影响因素有： ( 1 ) 溶液中表面活性剂形成胶团。以致使表面活性剂的获得