（纺织化学与染整工程专业论文）染整加工对lyocell纤维原纤化性能的影响.pdf

侈t t 纵摘要 yu j z 7 3 2 4 fl y o c e l l 纤维染整加工过程中的原纤化现象，是大家非常关 注也是深感头痛的问题万本文主要对各类常用染料及后整理剂影 响l y o c e l l 纤维原纤化现象进行了全面分析，并对其影响原纤化 的机理进行了初步探讨。实验中利用电镜照片等方法论证了结论 、巡正姊性。 本文研究发现，活性染料中单官能团染料在浸染过程中对 l y o l e e l l 纤维的原纤化抑制作用除了少数有一定的抑制作用外， 大多数效果不明显。双活性基染料也并非如一般文献介绍的那样 好。这其中染料的分子结构对此影响非常大，同时染色过程中的 助剂和加工方式对此也有一定的影响。 而在冷堆染色过程中，无论单、双活性基染料都对l y o c e u 纤维原纤化有一定的抑制作用。相比之于浸染，效果十分明显。 我们认为这主要是在染色过程中碱剂的长时间作用机理和加工过 程的不同引起的。 在直接染料对l y o c e l l 纤维原纤化的研究中我们发现一个非 常有趣的现象。部分直接染料对l y o c e l l 纤维原纤化具有明显的 抑制作用。特别是分子结构中含n ，n 二苯脲结构的，如直接 耐酸大红4 b s 和直接橙s ，尤为显著。其作用超过了双活性基 染料。我们认为这主要是染料在纤维上形成了大量的氢键，使之 成网状结构，紧紧地贴附于纤维上，像粘合剂一样。从而使纤维 在潮湿状态和机械外力作用下不易遭受破坏。同时染料浓度和染 色温度以及助剂对原纤化的抑制都有一定的作用。文章认为还原 染料基本上对原纤化无抑制作用。 文中还就柔软剂、树脂整理剂的类型和浓度对l y o c e l l 纤维 原纤化的作用进行了初步探讨。有机硅和改性的有机硅类效果不 十分明显。而像c g f 这样的线性聚硅氧烷型柔软荆对l y o c e l l 纤 维原纤化有一定的抑制作用。树脂整理剂的效果十分明显，但多 元羧酸类的作用不如n 一羟甲基化合物。另外浓度对此有一定的 影响江 、 【关锎】l y o c e l l 纤维 分子结构 原纤化抑制作用染料 树脂整理剂柔软剂 a b s t r a c t t h eh i g hf i b r i l l a t i o nt e n d e n c yo fl v o c e l li sp a i da t t e n t i o nt oa n d f e i tt h ed i f f i c u l ti nd y e i n ga n d f i n i s h i n gp r o c e s s t l l i sp a d e rd i s c u s s e s v a r i o u sd y e sa n df i n i s h i n ga g e n t s e f f e c to fl y o e e l lf i b r i l l a t i o n ，a n d s i m p l ya n a l y z e st h em e c h a n i s mo f t h e i re f f e c t so ff i b r i l l a t i o n i nt h e e x p e r i m e n t sw e u s ee l e c t r o nm i c r o s c o p et oe x a m i n et h er e s u l t sf i g h t i nt h ep a d e rw ef i n dt h ef i b r i l l a t i o np r o p e n s i t yo fl y o c e l lc a n n o tb er e d u c e db yd y e i n gw i t hm o s tm o n o f u n c t i o n a lr e a c t i v ed y e s t h er e s u l to fd y e i n gw i t hb i f u n c t i o n a lr e a c t i v ed y e si sn o tt h es a m e w e l la ss o m ed a t ai n t r o d u c e d t h j sd e p e n d so nt h ed y ec o n s t i t u t i o n , t h ed y e i n g p r o c e s s 血ea g e n t sa n d t h ed e p t ho fs h a d e i nt h ec o l dd y e i n gp r o c e s s ，t h ef i b r i l l a t i o np r o p e n s i t yo f l y o c e l l c a nb er e d u c e db ym o n o f u n c t i o n a la n db i f u n c t i o n a lr e a c t i v ed y e s i t i sb e t t e rt h a nt h eb a t hd y e i n gp r o c e s s w jt h i n kt h i sr e a s o ni st h e a l k a l ia f f e c t sf i b e rf o ra l o n gt i m ea n d t h ev a r i e t yd y e i n g p r o c e s s i nt h ee x p e r i m e n t sw ef i n da l li n t e r e s t i n gr e s u l tt h a tl y o c e l li s d y e dw i t hd i r e c td y e s t h ef i b r i l l a t i o np r o p e n s i t yo fl y o c e l lc a nb e r e d u c e d e s p e c i a l l yt h ed y ec o n s t i t u t i o nl i k ec i d i r e c tr e d2 3a n d c i d i r e c to r a n g e2 8 t h er e s u l t so ft h e i r sa r es u p e r i o rt ot h o s eo f b i f u n e t i o n a lr e a c t i v e d y e s b e c a u s et h ed y e sf o r mm a n yh b o n d s 、v i t l lf i b e rw t f i c hk e p tt h ef i b e rf r o mi n f l u e n c e db yw e tp r o c e s s i n g s t e p s t h er e s u l to f d i r e c td y e sa l s od e p e n d so nt h ec o n c e n 订a t i o no f d y e t h ea g e n t sa n dt h ed e p t ho f s h a d e n 他f i b r i l l a t i o np r o p e n s i t yo f l y o c e l lc a n n o tb er e d u c e db y d y e i n g 、v i t l lv a td y e s t h e p a p e ra l s od e a l s 、i t l lt h ef u n d a m e n t a lp r i n e i p l e su n d e r l y i n g t h ef i b r i l l a t i o np r o p e n s i t yo fl y o e e l la n dh o wt h i si si n f l u e n c e db y s o f t e n i n ga g e n t sa n dr e s i nf i n i s h i n ga g e n t s t h ef i b r i l l a t i o nc a nn o tb e r e d u c e db ys i l i c o n ea n dd e n a t u r a t e ds i l i c o n e s o f t e n i n ga g e n t s b u t l i k ec g f , al i n e a rp o l y m e rs i l i c o n e ，c a nb e t h er e s i nf i n i s h i n ga g e n t s c a nr e d u c et h e f i b r i l l a t i o n t h e y a r et h eb e s t a g e n t sf o rr e d u c i n g f i b r i l l a t i o n b u tp o l y c a r b o x y l i ca c i di sn o tb e t t e rt l l a nn m e t h y l o l c o m p o u n d t h ec o n c e n t r a t i o no fc r e a s ep r o o f i n ga g e n t si s a l s oo f i m p o r t a n c e t ot h er e s u l to ff i b r i l l a t i o n 1 k e yw o r d s 】l y o c e l l f i b e rf i b r i l l a t i o nr e d u c ed y e m o l e c u l a rs t r u c t u r ec r e a s ep r o o f i n ga g e n t s o f t e n i n ga g e n t 第一章绪论 一前言 纤维素是自然界中可再生资源，原料丰富，且产品可生物降 解，参与自然界的生物循环，废弃物不污染环境，因此被广泛用做 纺织、化纤、造纸、无烟火药和塑料等行业的原料。在化纤行业 中，纤维素最重要的用途是制造粘胶纤维。这种纤维的吸湿性优于 棉，染色性能等也十分优异，因此一直是重要的纺织原料。1 9 9 6 年世界粘胶纤维的产量仍达2 3 6 5 万吨。但由于纤维素难溶于常规 溶剂，导致其工艺路线十分冗长和复杂，而且生产过程中存在严重 的环境污染问题，三废处理费用高。因此自七十年代开始，采用新 溶剂直接溶解纤维素的研究和开发工作受到了世界各国的极大关 注。其中美国e n k a 公司开发的n m m o h ，o 体系，由于无毒，对 纤维素溶解能力良好，制得的纤维性能优异而由英国c o u r t a u l d s 公 司首先实现工业化生产，并将其商品命名为t e n c e l 。这种纤维 在形态和加工等许多方面与合成纤维类似，但又以天然聚合物为原 料，具有天然纤维的一些优异性能，能集棉的舒适性、粘胶纤维的 悬垂性，涤纶的强度，真丝的手感于一身。国际人造及合成纤维标 准局( b i s f a ) 为通过有机溶剂纺丝法制得的纤维素纤维命名为 l y o c e l l 。 l y o c e l l 纤维原料来自于自然界可再生的速生林，不会对资源造 成掠夺性开发。它具有天然纤维的理化特性和优良的服用性能，又 具有某些合成纤维特性，能满足人类回归自然，崇尚自然的需求和 对天然纤维素纤维的偏爱。l y o c e l l 纤维在生产过程中对环境不会 造成污染，所采用的溶剂n m m o 本身无毒，且可回收9 9 7 以上 再使用。l y o e e t t 纤维割成品在废弃后能在自然界条件下自行降解， 不会对环境造成污染。因此，将l y o c e l l 纤维称为2 1 世纪的“绿色 纤维”。 二l y o e e l i 纤维国内外发展概况 l y o c e l l 纤维一面世，即在全球范围内受到普遍欢迎。人们对 l y o c e l l 纤维表现出异乎寻常的热情，不仅仅出于l y o c e l l 纤维是一 种具有生态保护意义的“绿色纤维”，更是由于l y o c e l l 纤维具有某 些其他纤维没有的特殊风格和性能，可以开发高附加值的产品，具 有可观的商业开发前景。 2 1 国外发展概况 目前国际上开发l y o c e l l 纤维的公司主要有三家：第一家为英 国c o u r t a u l d s 公司，它于1 9 8 2 年开始独立研究，1 9 8 8 年建立1 0 0 0 吨年的试验工厂，1 9 9 0 年在美国a l a b a m a 州的m o b i l e 投资9 0 0 0 万美元建立第一个1 8 万吨年的工业化生产厂，并于1 9 9 2 年6 月 正式投产。其第二个建立在a l a b a m a 州的t e n c e l 工厂投资1 3 4 亿 美元，生产能力为2 5 万吨年。1 9 9 5 年3 月c o u r t a u l d s 公司的t e n c e l 技术取得突破，使得这两个工厂的生产能力增至5 5 万吨年。 c o u r t a u l d s 最近在英国的g r i m s b y 投资1 2 亿英镑建立第三个t e n c e l 工厂，形成4 2 万吨，年的生产能力。另外，该公司还打算在亚洲建 立t e n c e l 工厂，实现至2 0 0 2 年在美洲，欧洲和亚洲都有t e n c e l 生 产基地，总生产能力达1 5 万吨，年的生产目标。第二家为奥地利 l e n z i n g 公司，于1 9 8 6 年开始研究l y o c e l l 技术，并于1 9 9 5 年5 月在奥地利h i l i g e n k r e u z 投资1 3 亿美元建立2 4 万吨年的生产厂。 第三个为德国a k z o - n o b e l 公司，它于1 9 7 8 年就取得了l y o c e l l 的 专利。并于1 9 9 2 年开始研究l y o c e l l 长丝- n e w c e l l 。1 9 9 4 年1 1 月 在德国o b e r n b u r g 建立1 0 0 吨年的中试工厂。此外德国的t i t k ( t h u r i n g i a n 纺织和塑料研究所) 也开发了自己生产l y o c e l l 的 a l c e c r u 工艺，并与z i m m e r 工程公司合作建立了一个开发短纤维 和长丝工艺的中试工厂。c o u r t a u l d s 、a k z o - n o b e l 和日本的旭化成 正考虑合作生产细旦的l y o c e l l 长丝。在俄罗斯的纺织研究中心也 正在进行试验并将其产品命名为o r c e l 。在亚洲，日本对这方面 的投入很大。早在1 9 9 0 年日本大森企画公司就进口了一捆( 约2 7 0 公斤) 原棉。为开发适合日本市场的纺织原料，日本专门成立了 t e n c e l 协会，在这方面做出了许多努力。最近，在大森企画公司建 立了t e n c e l 实验室，收集迄今已有的加工技术，着重基础数据， 应用研究等，从各方面储备技术，期盼获得今后的研究成果。 除了纤维方面，国外对t e n c e l 的纺纱、混纺产品的开发，印染 后处理，生物处理等进行了大量的研究。每年发表许多论文。最近 l y o c e l l 纤维应用于非织造布方面又取得了新进展。据上海s i n c e 9 9 国际产业用布展览会报道，l e n z i n g 公司采用l y o c e l l 纤维良好的干 法湿法成网性及化学热粘合性，用于水刺非织布和热粘合非织物。 产品一经展出，就倍受生产商和客户的青睐。人们普遍认为，l y o c e l l 纤维正以其优良的性能，广泛地应用于各行各业中。 2 2 国内发展裰i 况 我国近几年对l y o c e l l 也很关注，但尚未形成自己的技术。中 国纺织大学和四川大学已开始l y o c e l l 的研究，但仍处于实验室水 平。在印染、生物处理等方面，国内的中国纺织大学、苏州大学、 天津纺院等一些科研院所及国内的几家大型企业仍在进行研究和试 生产，尚未形成批量生产。国家经贸委最近准备投入一笔资金，专 门对l y o c e l l 纤维进行开发( 包括纺纱、织造、印染、整理各方面) 。 在中国纺织科学研究院的带领下，与苏州大学、安徽淮北印染集团 公司、山东滨州印染集团公司、浙江嘉兴绢纺厂、青岛六棉等六个 科研和国有大中型企业联合攻关，旨在弥补我国在这方面的缺陷。 目前，我国一些大型纺织厂和印染厂也正在加紧进行试生产，有些 厂家已获得了英国c o u r t a u l d s 公司的生产许可认证，如上述的几家 公司以及广东佛山棉纺厂等。但都是用国外提供的生产技术，未形 成自己的风格，而且产品与国外相比还有一定的差距。在非织造布 方面同样使用的是国外的技术或者是与国外合资的厂家自己生产， 产品形成后又返回到本国，在技术和产品上对我国都没有好处。 三l y o c e n 纤维的应用 l y o e e l l 纤维可以用环碇、气流纺织和空气喷射纺纱机纺丝， 纺成的纱疵点少，无毛结，蓬松，能经受目前使用的梳理机的高速 加工，没有静电现象，纱线强力高。 l y o c e l l 目前开发的产品主要有粗斜纹布工作服，薄、厚型 重质裤和衬衫面料、针织服装、外衣绒线、毛绒织物、手工针织纱 线等。作为非织造布织物，l y o c e l l 以其良好的干法湿法成网性和 化学热粘合性，可用于水刺非织布及热粘合非织造物。以不同混合 比的l y o c e l l 和其他纤维混纺，经梳理和用乳胶进行化学粘合制成 规格为4 0 9 m 2 的非织造布强度极好，与最终强度相同的其他非织 布相比，其胶含量低，从而具有更好的吸湿性能。又混合比为5 0 5 0 ， 6 3 3 7 的t e n c e l p a n 纤维，利用凹凸花纹轧制机进行热粘合而成的 非织造布，与粘胶纤维和p a n 混合织物相比，其强度特别是湿强 度显著增加。 l y o c e l l 纤维以其独特优点，成为一种对整个纺织工业体系都 极具吸引力的纤维。从其抽丝直至送到最终用户的整个纺织生产环 节中的所有优点，使生产者和消费者都乐观地认为l y o c e l l 具有美 好的发展前景。 四我国开发l y o c e l l 纤维的意义 l y o c e l l 纤维由于其与众不同的工艺路线和独一无二的性能被 许多国外专家认为具有美好的应用前景和广阔的市场，并且有望成 为纺织工业的新的经济增长点。l y o c e l l 纤维生产厂的投资虽然较 大，个生产能力为2 万吨，年的工厂约投资1 2 亿元，但投产后可 形成约8 0 亿元的产值( 到面料为止) ，经济效益十分可观。我国纺 织工业有悠久的历史，但近年来面临经济滑坡，正处于产业结构和 产品结构调整时期，因此更需要开发高技术、高档次、污染少、效 益好的化纤新产品，以带动整个行业的经济增长，而l y o c e l l 完全 符合这些要求，因此我们应将l y o c e l l 作为我国纺织行业新的经济 增长点加以开发，这对我国纺织行业产业结构的调整，实现纺织行 业的再创辉煌无疑具有重大意义。 五本漾嚣的研究内容 前已述及，自l y o c e l l 纤维问世以来，各国对l y o c e l l 纤维及其 织物的开发、利用都投入了大量资金对其进行研究。但l y o c e l l 纤 维在染整加工过程中，极易原纤化，尽管原纤化能使l y o c e l l 织物 形成独特的风格，但对于光洁度要求较高的纺织面料来说，却是一 个致命的弱点。本课题主要探讨其在染整加工的过程中，如何通过 化学方法来控制原纤化。尽管在这方面有人曾探讨过，但仍不全面。 本文试图通过大量的试验，对l y o c e l l 纤维原纤化进行全面的分析， 结合染整加工的一些基本理论，力求对其进行合理严谨的探讨、解 释。 第二章理论分析 一l y o c e l l 纤维性能 l y o c e l l 属新一代纤维素再生纤维， 纺丝不使用c s 。溶剂，而 是一种氧化胺。该方法令人耳目一新，纺丝的纤维不是纤维素衍生 物，而是纯天然纤维素纤维。自0 j 缱- - 浆粕为木浆，纤维含量9 8 左 右聚合度中等。溶剂是环状的n 一甲基吗啉n 一氧化物，简 称n m m o ，为当前纤维素最佳溶剂。l y o c e l l 纺丝纤维与溶剂间仅 以氢键方式溶解没有化学反应，整个过程只是不同的物理变化r 溶剂则进行反复的吸水、脱水，回收简便且回收率高达9 9 ，毒 性极低，对环境无影响。 由于其与其他再生纤维素纤维纺丝方法不同，因此其在性能上 也有明显的区别于其他纤维素纤维的特点。由于木质纤维素原有的 晶体未遭到破坏，纺丝后形成含原纤明显的超分子结构，结晶度高， 纵向微晶比例高，晶区较长。对于纤维大分子来说，一个大分子的 大部分链段处于有序排列中，只有小部分链段排列是无序的。从微 观形态结构看，正是纤维纵向的高结晶比，高定向性，使无定形区 侧面连结少，产生沿纤维轴向规则排列的空穴。这与粘胶纤维无规 则的微孔不一样，故其它纤维素纤维的纵横两向溶胀度之比要高出 l y o c e l l 近百倍。同时l y o c e l l 纤维湿模量高，因此织物缩水率很低， 见表2 - 1 ，2 - 2 ： b 删粕捩钎棉溅 细度d t e x 1 71 71 71 71 , 7 干强o q t e x 4 52 53 82 85 5 干延伸度 1 21 71 ll o2 5 湿强o q f t e x 3 91 4筋3 25 4 湿延伸度 1 41 81 2l l签 回潮率1 31 3l 疆1 4 80 5 水分保薛靼 6 59 0( z 0 - ：7 05 03 一 收解低 局中 中 低 表2 - 2 溶胀度比较 l 横向， 纵向， il y o c e l l 4 0 oo 0 3 i粘胶3 1 0 2 6 0 l棉 8 o0 6 0 由表2 1 可知，l y r o c e l l 的强度与涤纶相当，远高于棉和普通的 粘胶纤维。特别有意义的是其湿强仅比干强低1 5 ，而粘胶纤维 的湿强仅为干态的5 0 左右，它是纤维素纤维中第一个湿强超过 棉纤维的品种。这使得它能纺制强度高的纱线，能经受剧烈的机械 和化学处理，并能用生物酶处理，同时其优异的湿模量赋予织物很 低的收缩率，因此可洗性好，可进行常规的洗涤而不必担心织物的 收缩和失去美感。 l y o c e l l 纤维是一种高结晶、高取向纤维。结晶部分与无定 形部分范围比例为9 ：l ，高于粘胶纤维的6 ：1 。根据h p f i n k 的 实验结果，第一代l y o e e l l 纤维和粘胶纤维的结构比较如表2 3 所 示。 矧雄暾利蝴删纤维 横鲕醌狱蝴圆欧择晒嘭 横颤麟皮勾粼均相 燃变比高 结撇剥、较大 络日敲城轻窄 结括弱涌晌度高高 无句蹦昀墩向度变化高 l y o c e l l 是高结晶纤维，晶体排列成行，这种结构导致这种纤维 易原纤化，分裂成更细小的直径约为1 - 4 um 的微原纤。见表2 - 4 ： 表2 - 4 各种纤维的原纤化比较 原纤化，级原纤数 粘胶 l1 棉2 4 富纤31 0 l y o c e l i 44 5 t e n c e l56 0 注：原纤化等级：1 级最低，6 级最高。 二l y o c e i l 纤维在染整加工中的特点 由于l y o e e l l 纤维具有上述独特的物理性能，使得其在染 整加工中虽能应用纤维素纤维的加工方法，但又有明显的差异。 ( 1 ) 织物入水变硬 前已述及由于织物入水后纤维的横截面膨胀，纤维与纤维问的 接触面积变大，不易滑动。织物加工时，由于快速入水，纤维表面 产生硬皮层。这种现象在加工时，特别是在溢流染色机内织物旋转 时易造成擦痕、折痕等疵点，那些疵点会存留至加工的最后阶段。 作为l y o c e l l 纤维织物特征之一，是在湿润状态下，织物之间相互 摩擦引起微纤化，疵点也随之产生。但纤维表面除去杂质、羽毛后， 有相当部分纤维织物符合了要求。其后在进行加工过程中几乎不产 生擦痕等疵点。 ( 2 ) 织物在水分状态下，相互之间的摩擦易使其表面起绒 与其它纤维纺纱一样，从原材料到纺纱，股纱加捻时，要产生 毛羽。在进行揉压加工时，毛羽的顶端微纤化后，仍缠绕于纤维表 面。另外，由于断了的纤维也缠绕在微纤化纤维上，从而使织物的 表面也产生了许多毛球。所以l y o c e l l 织物染色前需进行一定的退 浆处理，特别是酶处理，以除去其表面的绒毛部分，改善风格，达 到所希望的柔软精美的手感和洗涤牢度。 ( 3 ) 原纤化对染色的影响 原纤化对于染色的影响，主要是在第二次原纤化后，织物表面 产生细小的绒毛，这些绒毛是短的，所以不会缠结和出现起球。因 为原纤是纤维上的一部分，当用含有相同数量的染料染色时，与表 面未出现原纤化的织物相比，它们呈现的色泽要浅的多，要使纤维 和原纤呈现相同的色泽，原纤中就需要多得多的染料量。相反，在 纤维和原纤上存在着同样数量的染料时，原纤的色泽看起来要浅得 多。 三原纤化产生的原因 ( 1 ) 产生原因：纤维原纤化现象是指在湿处理过程中，由于 纤维膨胀和机械应力作用，单个原纤沿纤维轴向纰裂，在纤维主干 上形成长的或短的绒毛。( 见图2 1 ) 图2 一l l y o c e l l 纤维原纤化现象 l y o c e l l 纤维的构造，是大量的结晶化的原纤沿纤维轴定向排 列。与其相邻的非晶态或无定向的纤维素起着“粘着剂”的作用， 将这些结晶部分连结在起，形成整根纤维。在湿润状态下，非晶 态或无定向的纤维素吸收了大量的水而膨润伸长，彼此间失去接合 力，导致原纤内聚力下降，同时，由于连续的摩擦及振动应力，原 纤从纤维表面分离出来，产生原纤化现象。 l y o c e l l 纤维之所以容易产生原纤化现象，方面是由于它的高 吸湿性，另一方面是由于它的高取向性。如图2 2 所示，高的吸湿 性，使大量水分子进入纤维内部成为可能：取向度高，意味着原纤 沿纤维轴向排列规整，原纤之间的“交缠络和”减少，其结果，使 得原纤的剥离即原纤化现象更易产生。据德国斯图加特大学 k b r e d e r e c k 等人利用排阻色谱法研究认为，l y o c e l l 纤维内部存在 着较大的微孔，而莫代尔纤维和粘胶纤维内部却较少。这种较大的 微孔使得水分子容易进入纤维内部，从而使纤维易于膨胀，当受机 械外力作用时，纤维之间的摩擦变得容易，使原纤化更容易发生。 图2 2 粘胶纤维与l y o c e l l 纤维的结构比较 ( 1 ) 粘胶纤维内部结构 ( 2 ) l y o c e l l 纤维的内部结构 ( 2 ) 影响因素 i ) 织造时的捻度，加捻方法： 影响原纤化行为的首要的、有决定意义的一步是纱线类型的选 择和织物结构的设计，这是由于这两个因素对短纤维末端自由化( 纱 线原纤化) 的倾向起着决定性的作用。这样，纱线捻度高，结构紧 密的织物，短纤维末端就被牢固地结合在织物中，这样的织物在以 后的湿处理过程中起球倾向甚小。 i i ) 机械作用 机械系统中两个与机械相关因素是机械能的输入强度和织物的 平滑运转。这两个因素决定着l y o c e l l 整理的可能性和限度。织物 在机器内的自由运动对于均匀起绒至关重要。而这样的织物运动又 在很大程度上依赖于所用的机械。由于该纤维的高膨胀性，纤维之 间的空隙变小，在机织物中尤其如此。织物的柔软性下降，随着织 物单位面积重量的提高，织物擦伤和经向起皱的危险性上升。因此， 机械作用也是影响原纤化的主要因素。 四解决途径 l y o c e l l 纤维具有比其它纤维更易原纤化这一特性，在一定程度 上影响纺织工艺，同时也给染整加工带来一定的困难，尽管原纤化 产品生产制造出各种风格迥异的面料，但纺织品成衣后，尤其是织 物潮湿状态，发生摩擦等作用，就易出现染斑。颜色变浅，从而影 响衣服的服用性能。因此，若要求得到光洁度高的l y o c e l l 纺织品， 就必须很好地控制原纤化。我们知道影响原纤化的因素，一是在纺 丝织造过程中，另外就是机械外力的作用。要控制原纤化，一方面 要提高纺丝织造水平，这己成为各国尤其是纤维开发商们所共识。 另一方面，一些纺机制造商们也在探讨和研究这一问题以期通过 改造设计出更加适合l y o c e l l 纤维加工的染整设备。尽管已取得了 一些成绩，但仍不能完全控制l y o c e l l 纤维原纤化的发生。因此， 在染整加工过程中，如何控制纤维原纤化，就为各国染整科技工作 者所关注。目前，l y o c e l l 纤维在染整加工时，使用一一些生物酶， 来消除原纤化作用，达到一定的效果。在这方面取得成就的主要是 丹麦n o v on o r d i k 公司生产的c e l l u l o s ep l u sl 。这种生物酶能使织 物原纤化程度降到最低。然而生物酶的作用并不能永久地使纤维不 再发生原纤化，它只能起到暂时性作用。尤其是织物成衣以后，在 服用过程中，由于原纤化控制不当，会使染色织物颜色变浅，从而 引起服装性能下降，降低消费者兴趣。因此，寻求一些合理的控制 原纤化方法是当今世界各国染整科技工作者所关注的课题之一。 l y o c e l l 纤维属于纤维素纤维，纤维素纤维是一种多糖物质，主 要是由很多葡萄耱剩基联结起来的线形大分子。结构式为 n 它是由b d - 葡萄糖以l ，4 甙键联结而成的大分子。由上式可 看出，纤维素分子中的葡萄糖剩基( 包括两端的剩基) 上有三个羟 基，其中的2 、3 位上是两个仲醇基，第6 位上是一个伯醇基。而 在左端的葡萄糖剩基上含有四个羟基，在右端的葡萄糖剩基则具有 一个潜在的醛基。不过由于两端的葡萄糖剩基所占的比例较低，故 纤维素的反应性主要决定于分子链中的葡萄糖剩基上的三个羟基的 性质。关于三个羟基在空间的分布，目前认为主要成“椅式”分布。 其椅式结构如下所示： h o h h 0 h 椅式葡萄糖分子结构 h 椅式纤维素分子结构 如果葡萄糖剩基上的三个羟基都发生反应的话，纤维素纤维的 理论取代能力为1 8 5 m o l k g 纤维。但大多数情况下。取代程度远 远低于其理论值。这主要是只有无定形区的葡萄糖剩基的羟基才可 能与染料等发生取代反应( 即染料可及区的羟基才可能发生反应) 。 因此对l y o c e l l 纤维原纤化的控制，利用反应性染料和树脂整理能 降低原纤化。 活性染料分子结构中心含有个或一个以上能与纤维发生反应 的基团，染色在一定条件下染料与纤维起化学反应生成共价键，成 为“染料一纤维”状有色化合物。活性染料分子结构的特点在于既 包括一般染料的结构，如偶氮、蒽醌、酞菁及其它类型作为活性染 料的母体，又含有能够与纤维发生反应的反应性基团。活性染料的 结构包括母体染料和活性基两个主要组成部分。活性基往往通过某 些联结基与母体染料联结。 活性染料与纤维反应的类型有亲核取代反应。亲核取代反应是 利用活性基团中的活泼原子与纤维素纤维发生亲核取代反应，如一 氯或二氯均三嗪染料就属此类。活性染料分子中与氯原子相联的核 上碳原子正电荷密度较高，对纤维索负离子来说是亲核中心。 亲核加成反应是活性基团的活泼双键或活泼环构化合物，与纤 维素发生亲核加成。乙烯砜型活性染料与纤维素负离子作用后，发 生亲核加成，生成醚键： ；、，6 带一 o ，p h 明o # j 帅 眦 一 h 0 h 汁 眦 一 a v m一 一 咿+眦 一 、jin 州rn 1 舳一 o | | s c h c h ， o ds c h c h 2 + 一0 c e l l 3d s 0 2 c h 2 - c h 2 - 0 c e l l o 活性染料根据活性基不同，分为k 型、k n 型、k e 型、b 型 等。k 型是含有一个一氯均三嗪类活性基团的染料。k n 型是指含 有一个乙烯砜型活性基。x 型为一个二氯均三嗪类活性基。k e 型 是两个一氯均三嗪类双活性基。b 型则为含乙烯砜和一氯均三嗪类 双活性基染料。 我们知道，防皱整理剂也可以和纤维素纤维发生交联反应，其 原理如下： 以d m e u 为例，它可能是以单分子或线型缩聚物，在纤维素分 子链或基本结构单元间生成共价交联。 o j i ，一c 、 c e l l o + h 2 c 一? n _ c h 厂。一c e l i o 缸n c h 2 c h 2 对于l y o c e l l 纤维原纤化的控制，树脂整理剂的作用和防皱整 理一样，也是形成共价交联，从而达到降低原纤化的目的。 五评价方法 目前对原纤化程度的评价还没有一个统一的标准。有人根据织 物前处理中烧毛程度的评价来评定原纤化的程度。尽管比较直观， 但应用起来较困难。有人根据马丁代尔实验法，测定织物在测试时， 三根纤维被磨断后所用的时间和次数。有人提出湿磨指数概念，这 是指织物在潮态下经摩擦后织物出现破洞时的次数。本实验使用色 差表示法。l y o c e l l 纤维由于容易出现原纤化，因此，在洗涤时， 由于通过旋转洗涤滚筒以及织物的相互摩擦及洗涤液和摩擦工艺共 同作用原纤断裂将导致纤维表面的延伸，进而导致许多光线散射， d 旺 n u h 3 oso 2 hc 2 u c 0 i s ? o d 使织物表面颜色变浅。因此我们可通过色差a e 值的大小来判断原 纤化趋势。a e 值越小，表明原纤化控制的越好。 l y o e d l 纤维问世以来，人们对该纤维的性能就给予了极大的关 注。尤其是其原纤化性能。尽管有人也曾对l y o c e l l 纤维原纤化的 控制提出了一些方法，但报道的内容并不多见。尤其是在理论上面， 本文试图利用以上理论基础，结合染整加工中的实际情况，利用国 产染料、助剂对l y o c e l l 纤维原纤化提出一些思路，以供将来继续 研究参考。 第三章实验 一实验材料 1 材料4 7 ” 3 2 n 2 * 3 2 n 21 3 6 7 6平纹织物 6 3 ”2 3 n 2 * 2 3 n 211 0 7 2斜纹织物 2 0 d 8 5t e n c e l 纤维 以上材料由安徽淮北印染集团公司提供。 2 染料 ( 1 ) 活性染料 活性黄x r c l 、7 c l 活性艳红x 3 b 活性艳红 活性艳红 ，c h 3s 0 3 n a 舳一渊剥 s 0 3 b l a i n rn 活性翠蓝k - g l c l nn s 0 3 n a ( s 0 2 n h c h 2 c h 2 n h i n 1 ”一j 三j ) m c u p c - - ( s 0 2 n h2 ) ns 0 3 n a ( s 0 3 h ) p 活性艳橙k - 7 r k e 型染料 k e 3 b 红 q ) 一n n s 0 ，n a k e g n 蓝 s 0 ，h a k e r n 黄 ”询一 3 n a s 0 3 n a m + n + p = 3 4 n h ( ：) ) s 0 3 n a 蜘“弋s 0 3 n a 话。 列芝糕。 j u 3 a 。”3 ”4 s 0 3 n a c i 结构式不详 c 1 旷n n 飞少叫h 设。 5 n b 型染料 b 一3 b e 红 一孙，s 0 3 n a 岍h o 节n 、n i t k h 7 1 l n 、s 0 2 c h 2 c h 2 0 妣 s j ：而。s 0 3 n a b 2 r e 黄 s 0 3 n a l 一 苊忙汁n n ) 卜n h i 蔷一s 0 3 h a 盂， 活性b 2 g l n 蓝 一 “? p 2n a 0 3 s k 3 母忙瓣设州窳i # “s 0 3 n a “ 2 c h 2 0 s 03 n a 活性绿b r g n 活性大红b 3 g 活性黄b 4 g l n 以上三种结构式不详 k n 型活性染料 l u m a t i v ey e l l o wh bl u m a t i v ed a r kb l u eh b l u m a t i v cr e dl i bl u m a t i v eb l a c kg s p 所有结构式不详 ( 2 ) 直接染料 直接冻黄g h 3 c h 2 c oc 孓一n - = h 3 c h = c h ( f ：卜n n - - o c h 2 c h 3 一一 7 、s 0 3 n as 0 3 n a 6 眺 叩泓 叭a 沙 蛐 m 沙 直接橙s h 0 - n n - - - ! 。一 萨 n a 0 3 s n hc 0 h n n n _ 一- s 0 1 n a 直接耐酸大红4 b s h 0 o h 础盂_ 。堋圳 勘二铽p 珈q 0 _ c h 3 直接绿b l 避番 直接灰d h 2 n 一刊 直接耐晒黄5 g l h 炉“煎炉“巡圹舳2 9 0 3 1 i as 0 3 n a 0 c h ，9 h ：w 够w w = 一z h 3 c 7n a 0 ￥s 。、 直接耐晒蓝b 2 r l 直接耐晒黑g 厂延矧n h _ n 妙蕊 、 ，n a u 3 a o 叫n _ 0 c h 3 s 0 3 n a n h 2 捺_ 陟w 坷n h 2 。 州2 7 肿翅赫 s j 一 莎 划 炉器 ( 3 ) 还原染料 还原蓝r s n 还原艳绿f f b 靛蓝 8 颐一c h h 芦 0 3 试剂 ( 1 ) 化学试剂 暖蚓专嗜哇9 墨j o 委分砉穆e ，d z b e ) 无蜘善 o 艄析啦无水 正觥脱) 制g s 蝴j m h ( 自舀己) s 2 0 , 绚 嬲 d 猁j l q 3 ( 2 ) 后整理剂 ( i ) 柔软剂 c g f ：一种有机硅初级制品( 聚硅氧烷型) m 1 0 0 0 ：高氨基含量，双胺型氨基改性硅酮做乳液，弱阳离 子特性。在正常情况下，两年内都不含破乳变质， 一般在酸性条件下使用p h 5 6 5 s 一2 s ：高级脂肪胺族化合物，阳离子，有效成分15 ，p h = 5 7 作为四级胺化合物处理后织物耐洗、防水。 o。 m 一1 0 0 0 、s - 2 s 生产厂家：中外合资长盛化工有限公司 a ：t d m s l 8 n ：有机硅与脂肪酸脂缩聚物。非离子，有效 成分l o p h = 6 _ 8 c ：t d m s l 8 c ：有机硅与酰胺缩合高聚物，阳离子，有效 成分1 6 p h = 6 8 a 、c 由深圳天鼎精细化工制造有限公司生产 柔软之星：改性的有机硅整理剂 以上试剂均由安徽淮北印染集团公司提供 ( i i )防皱整理剂 c a 一7 0 1 ：免烫树脂。为改性二羟甲基二羟基乙烯脲( d m d h e u ) 适用于纤维素纤维织物以及纤维素纤维与合成纤维混 纺织物的抗免烫整理。活性高，整理后的织物对水解 的稳定性高，耐氯性佳。p h = 4 0 4 5 c a 7 0 2 ：免烫树脂催化剂。是与c a 7 0 1 配套的专用催化剂。 p h = 4 5 5 5 。用量一般为c a 7 0 1 的1 4 1 ，3 。 由中国纺织科学研究院纺织助剂开发中心提供 t c t ：为无醛的免烫树脂整理剂。主要成分为多元羧酸， 适用于纤维素纤维。p h = 4 5 6 0 。也采用专用催化剂， 主要成分是磷酸盐类。 由天津纺院染整教研室自配。 二 实验仪器及设备 瑞士a h i b a 公司p r c t c m am u l t i c o l o r 染色小样机 瑞士a h i b a p l o y m a t 染色小样机 温州5 7 1 b 型自动摩擦牢度仪 美国a c s 测色仪 t n 型托盘扭力天平 生物拍照显微镜 p e r k i n e l m e rd s c 差热分析仪 x r a y 衍射分析仪 香港立信染色小样机 瑞士m a t h i s 型轧车 瑞士m a t h i sa g 型热定型涂层机 晶体结构分析仪( 美国产) 秒表( 瑞士产) 控温熨斗( 国产) 友谊牌洗衣机 z d 2 型自动电位滴定计 5 0 1 型超级恒温器( 上海产) k y - 2 8 0 0 型电镜扫描仪 三实验方法 ( 一)织物前处理工艺 为保证织物前处理对本课题影响的一致性，我们采用在工 厂中己进行前处理的半产品进行实验。前处理工艺概要如下： 翻缝一烧毛一退浆一初级原纤化一酶处理 ( 1 ) 烧毛烧毛采用二正二反，级数达4 级以上。 ( 2 ) 退浆 l y o c e l l 纤维属再生纤维素纤维，布面杂质少，经退浆能全部清 除，退浆工艺( g ，1 ) ：n a o h ( 1 0 0 ) 1 6 精练剂 5 洗涤剂2 处理t ( o c )9 5 1 0 0 处理时间( h )1 退浆处理后经过充分的热水、冷水洗，烘干，得到合格的半制品。 ( 3 )初级原纤化 l y o c e l l 纤维在加工过程中易出现原纤化，我们合理调整工艺参 数，使之原纤化。 ( 4 ) 酶处理( 去原纤化) l y o c e l l 纤维经过原纤化过程，布面产生细密茸毛，易缠绕起球， 影响其成品外观，使用纤维素酶处理。通过生化反应，使表面光洁。 选用丹麦n o v on o r d i s k 生产的c e l l u s o f tp l u sl 做酶处理。 ( 二)染色 a 活性染料染色 ( 1 ) 竭染法 选用k 型、k e 型、b 型染料染色 2 0 a