毛用活性染料拼色与直接染料仿色课程设计.docx

西安工程大学课程设计（本科）摘要在染整加工中，实践很重要，而打样便是其中影响产品质量的最重要因素之一。因此，为了掌握打样的原理，熟悉拼色、仿色的过程，我们进行了拼色及仿色实验。本次实验首先通过毛用活性染料染羊毛来制作三角形色卡，使用三原色红、黄、蓝不同的比例配方对羊毛织物染色，其中有两拼色和三拼色两大类，用三角形的形式制作成色板，进行对比研究。在实验中了解颜色之间在色光上的差异；然后分析样品的颜色，通过比色卡确定样品的颜色，最后通过直接染料染棉织物的方式进行给定棉织物标样的仿色实验。关键字：毛用活性染料，直接染料，拼色，仿色，羊毛，棉，打小样目录前言3第一章实验原理51.1羊毛的拼色实验51.1.1 羊毛纤维的结构51.1.2 毛用活性染料的染色机理51.1.3 毛用活性染料染羊毛的染色原理51.1.4 拼色简介61.2 棉织物的仿色实验71.2.1棉纤维的结构71.2.2直接染料的染色机理71.2.3直接染料染棉织物的染色原理81.2.4 仿色简介9第二章实验部分102.1 实验材料及设备102.1.1 实验材料102.1.2 实验设备102.2 工艺流程112.2.1 拼色112.2.2 仿色112.3 拼色实验122.3.1拼色实验配方122.3.2 拼色实验染色基本工艺132.3.3 染色打样与整理贴样142.4 仿色实验142.4.1仿色实验配方142.4.2 仿色实验基本工艺14第三章结果与讨论153.1三角形色卡的分析与讨论153.1.1 三角形色卡153.1.2 三角形色卡分析153.1.3 三角形色卡讨论153.2 仿色实验结果的分析与讨论153.2.1 标样的仿色分析173.2.2 电脑测色结果183.2.3仿色实验讨论18第四章结论19参考文献20前言随着人们日益注重穿着舒适、健康和崇尚自然，棉、毛织物等作为重要的纺织纤维，越来越受到人们的喜爱，其产量很大。毛织物染色时用常用染料是毛用活性染，毛用活性染料色泽鲜艳、色谱较全、使用方便、成本较低，但固色率低，需要进行固色处理。棉织物染色常用染料为直接染料，直接染料色谱齐全、染料价格低、染色工艺简单，但其日晒牢度差，耐洗、耐磨擦牢度差，耐汗渍牢度偏差。 毛织物染色时用的可用染料是兰纳素染料，这种毛用活性染料能溶于水，能在酸性染浴中对羊毛直接上染。色谱齐全，色泽鲜艳，染色操作简便，应用广泛。 本实验所用拼色兰纳素染料为Lanasol 黄 4G、 Lanasol Red B、Lanasol Blue 3G。在印染加工中，将两种或两种以上的染料混合起来使用的过程称为拼色或配色。染料拼色时，一般应注意以下几点：拼色时应选用同种类型的染料，以利于染色工艺的控制及工艺的简化；染料的染色性能如直接性、上染速率、染色牢度等应相近，以利于色光的控制，否则染后色光不一，在后加工或使用过程中会因褪色程度不同而导致色光的改变；拼色用染料的只数应尽量少，以便于色光的控制；掌握余色原理，余色是指两种颜色有相互消减的特性 。根据拼色结果制成三角形色卡，根据色卡就可以进行初步的仿色实验。本实验的仿色实验采用直接染料染棉织物来仿制所给标准样。 仿色打样是织物染色投产前的先锋实验。其目的是通过打小样实验，找出能够达到客户质量要求，并且质量稳定、经济性又好的最佳染色用料与染色工艺，将其作为大样投产时的工艺依据。实践证实，仿色小样的成功是大样染色成功的前提与保证。仿色打样是染整厂化验室打样员必备的职业能力。目前，印染产品加工以小批量、多品种为主要特点，这就要求打样员要有除颜色敏感性之外，还要有熟练的操作技能和丰富的经验。了解染料的提升性和掌握不同染料在不同浓度的拼混颜色的变化趋势是仿色打样的基本要求。染料的提升性是指随着染料用量增加，纤维上染料浓度递增的性能。提升性不仅决定于染料的结构，也与纤维的结构有关，不同纤维的染色提升性不同。一般来说，在一定浓度范围内，纤维线密度越低，染色提升性越好。活性、直接或分散染料对纯棉、纯涤或是涤棉混纺染色中同种染料的不同颜色以一定比例进行混合最终能根据布样颜色的变化趋势拼出色三角。通过简单的实验了解仿色打样的基本知识，通过对色三角的认识，以及对来样的分析就能打出符合标准的样品。本次实验首先通过毛用活性染料染羊毛来制作三角形色卡，在实验中了解颜色之间在色光上的差异；然后分析样品的颜色，通过比色卡确定样品的颜色，最后通过直接染料染棉织物的方式进行给定棉织物标样的仿色实验。首先，通过根据染料确定织物的染色工艺曲线和配方。其次是计算染料和织物的对应关系，算出每个色块的染料浓度和助剂添加量，确定处方。 接下来是确定染色的顺序，依次以递增的顺序做成三角形图状，三角形的三个顶点分别为红，黄，蓝，三条边为两拼色，中间的为三拼色，进行实验，实验的顺序依次为红到黄拼色，黄到蓝拼色，蓝到红拼色和红黄蓝三拼色。 最后严格控制染色工艺，准确量取实验所需各助剂用量和时间，做出色板。 例外按照给定的羊毛毛线标样，进行酸性染料的仿色实验，通过仿色练习颜色的配比，掌握一定的三原色配比规律，不仅使我们熟悉染色工艺流程，而且使我们对色光的认识更加逼真，因此是一项有意义的研究。为今后的工作及学习奠定一定的基础。第一章 实验原理1.1 羊毛的拼色实验1.1.1 羊毛纤维的结构 毛纤维是自然界中最早被开发利用的天然纤维素材料之一，其分子组成为-螺旋结构。 从羊毛纤维的微结构来看，羊毛纤维的蛋白质是由-角蛋白大分子链叠加而成。-角蛋白大分子链是由大量-氨基酸以一定顺序首尾连接而成的多肽链，多肽链如同沿着圆柱体的表面呈螺旋形卷绕形成具有-螺旋构象的角蛋白质大分子。1.1.2 毛用活性染料的染色机理 毛用活性染料的染色机理包括下列基本过程：1、吸着（吸色）：纤维从染液中吸取染料并向纤维内部扩散。2、固着（固色）：染料与纤维发生化学反应，生成共价健结合。3、水洗：未固着的染料从纤维上洗去。染色时，毛用活性染料首先溶解于水，染料和水分子同时进入纤维内部，并纤维吸着。染液中染料的吸净程度得量力（上色率）取决于染料的亲和力和染液中的电解质（盐、碱、酸）的用量。染色过程中，染料与纤维之间的化学反应，因各类纤维上官能团不同，故存在较大的差别。可分别用化学反应通式说明如下：染色的最后阶段是洗去未固着的染料；包括已水解的和尚未反应的染料。因为未固着的染料只是物理性的吸附在纤维上，如不洗净，就会影响染色成品的色牢度，湿熨烫对白布严重沾色。1.1.3 毛用活性染料染羊毛的染色原理毛用活性染料应用于羊毛的染色，要求能按酸性染料染色的常规工艺条件，得到均匀和坚牢的色泽。商品中的毛用活性染料，可用以染制超级耐洗的毛纺产品。作为毛用活性染料的活性基团，可引入酰氨基的衍生物： Lanasol染料，含溴丙烯酰胺基：由此得到坚牢的色泽，在PH为8时，生成稳定的乙烯亚胺基。 羊毛的等电点为pH=4.24.8。当染浴的pH值在纤维的等电点以下时，纤维以氨基正离子形式存在，纤维带正电荷，能与染料阴离子以离子键结合而固着在纤维上。当染浴的pH值在纤维的等电点以上时，纤维以羧基负离子形式存在，染料上染纤维只要是靠分子间范德华力作用。 1.1.4 拼色简介（1）拼色原理拼色是指在印染加工过程中，将两种或两种以上相近颜色的染料混合起来使用的过程。 拼色是以“减法”混色原理作为理论基础的。实际应用中由于找不到理想的三原色，常以红、黄、蓝作为代用三原色（也称一次色）。如果用两种不同的一次色拼混，可以得到橙、绿、紫等二次色；若以两种不同的二次色拼混，或以任意一种原色与灰色相拼，可得到三次色。拼色结果如下所示：一次色 红 黄 蓝 红 黄二次色 橙 绿 紫 橙三次色 黄灰 蓝灰 红灰 (棕) (橄榄) (咖啡)（2）拼色基本原则拼色过程比较复杂，为使配色能获得预期的效果，做到快速、准确、经济，应遵循下列原则：1、“相近”原则：指拼色染料的染色性能应尽量相近。染料的染色性能包括亲和力、上染速率、上染温度、匀染性、染色牢度等。拼色时应尽量选择同一应用大类及小类的染料，否则染色工艺制订困难，并且会由于染料配伍性较差而出现色光不易控制，匀染性差等现象。各类染料中的三原色往往是经过筛选的应用性能优良、配伍性能较好的染料，所以拼色时应优先考虑选用。2、“少量”原则：指拼色时（尤其是拼鲜艳色），染料只数应尽可能少，一般不宜超过3只，这样便于色光调整与控制，同时对拼色染料的组分（指混合染料）应了解，尽量选用原组分中的染料补充或调整色光，以减少拼用染料的只数，确保色泽鲜艳度，减少染料之间的相互抵冲。3、“微调”原则 ：色光调整是以“余色”为理论依据的。所以利用余色原理来调整色光只能是微量的，如果用量稍多，色泽变暗，影响鲜艳度，严重时还会影响色相。4、“就近选择”与“一补二全”原则：指拼色时，无论是主色还是辅色染料，还是调整色光用染料，都应选择与目标色最接近的染料，即称“就近选择”原则。同时应尽可能做到选用一只染料，获得二种或二种以上的效果，即称“一补二全”原则。1.2 棉织物的仿色实验1.2.1 棉纤维的结构纤维素是一种多糖物质,每个纤维素大分子由n个葡萄糖剩基彼此以1,4-苷键联结而成。n为大分子的聚合度。棉纤维素的聚合度为1000015000,即它由1000015000个葡萄糖剩基连成一个大分子。 纤维素大分子的基本链节(基本单元或单基)是葡萄糖剩基,结构式为六元环形结构,也称氧六环。每两个氧六环反向对称,一反一正通过氧桥(O)连成一个重复单元,即大分子单元结构是纤维素双糖。但每一氧六环的21个原子并不在一个平面上,相邻两个氧六环的中心平面也不在一个平面上。氧六环的空间结构属于椅式结构。每个氧六环上有三个羟基,其中一个伯醇羟基(CH2OH),两个仲醇羟基(CHOH),它们都具有一般羟基的特性,但在化学性质上略有差异。 纤维素大分子的官能团是羟基(OH)和甙键(O)。羟基是亲水性基团,使棉纤维具有一定的吸湿能力;而苷键对酸敏感,所以棉纤维比较耐碱而不耐酸。此外,棉纤维素大分子的氧六环之间距离较短,大分子间羟基的作用较多,故纤维素大分子的柔曲性较差,属于较僵硬的大分子,棉纤维比较刚硬,初始模量很高,回弹性有限。1.2.2 直接染料的染色机理 直接染料分子结构中具有多个磺酸基或羧基水溶性基团，因此直接染料都具有良好的水溶性，溶解度随温度的升高而显著增大，对于溶解性差的直接染料可以加纯碱等助溶。直接染料不耐硬水，大部分会与钙、镁等离子作用生成沉淀，降低染料的利用率，并可能造成色斑，色点等疵病，所以染料的溶解及染色用水宜用软水。染色生产用水中可加入纯碱，磷酸三钠或六偏磷酸钠，即可以帮助染料的溶解，又能够软化硬水。 直接染料的相对分子质量较大，分子结构呈直线型，具有一定的对称性，同平面性好，含有羟基，氨基等能生成氢键的基团，对纤维素纤维有较高的亲和力。直接染料在染液中的聚集倾向能被纤维表面所吸附，并通过纤维的孔隙扩散进入纤维，与纤维素纤维分子之间通过范德华力和氢键作用而固着在纤维内部，染料分子的长轴方向与纤维素分子的取向基本上一致，纤维内的染料也同样可以发生一定程度的聚集。 在染液中加入中型电解质能起到促染作用。电解质对不同种类的直接染料的促染作用也不相同，染料分子中含磺酸基的数目越多，则加入电解质后的促染作用就越大。 根据直接染料分子的结构特点，直接染料和纤维素分子之间的范德华力和氢键作用力较大，染料从纤维表面向纤维内部的扩散是缓慢的。为了提高扩散速率，染色时一般要用较高的温度。各种直接染料的上染速率相差很大，因而达到最高上染百分率的温度亦不相同。1.2.3 直接染料染棉织物的染色原理 直接染料染棉织物是通过染料对纤维素纤维的亲和力直接上染，即通过分子间力和染料与纤维形成氢键而结合上染在织物上。直接染料在染液中的聚集倾向能被纤维表面所吸附，并通过纤维的孔隙扩散进入纤维，与纤维素纤维分子之间通过范德华力和氢键作用而固着在纤维内部，染料分子的长轴方向与纤维素分子的取向基本上一致，纤维内的染料也同样可以发生一定程度的聚集。同时，在染色时对棉织物有一定的要求，因为棉织物坯布在染色前的处理匀净与否，对整个染色效果起着关键的作用。因此在染色前要对棉织物进行退浆、煮练、漂白、增白、丝光等前处理。 （1）温度对直接染料染色的影响取决于纤维结构的紧密程度以及染料分子的大小。分子量越小，磺酸基比例较高的染料，在水中溶解性能较好，在纤维中扩散速率较快，容易达到平衡，上染率往往随着温度的升高而下降。此次试验中匀染型染料属于该种类型。同时不同的温度对棉纤维的染色牢度的影响也不同，当染色温度在60时总体上它的色牢度比较好。 （2）电解质对直接染料上染性能的影响取决于纤维和染料的分子结构。此次试验中直接染料含有的磺酸基较少，因此电解质对其染色性能和染色牢度影响较小。 （3）通过本次实验可以看出直接染料具有较好的同平面性和线性状态，对纤维素纤维有较高的亲和力，不需要借助其他化学药剂的作用就能够直接上染纤维素纤维。但是从而也可以看出它的色牢度也较差，因此在生活中不被常用。1.2.4 仿色简介（1）仿色原理仿色即仿样配色或仿样拼色，是指根据标准样进行合理的配色打样，符合来样要求的一种手段。仿样配色前必须了解标准样织物的纤维名称、组织规格、染色牢度要求和需要在何种光源下对色等等。绝大部分纺织品的颜色都是通过双拼或三拼、有的甚至是四拼得到的。拼色时除了要考虑必须是同类染料、染色性能相近外，还要清楚三原色染料的提升力和三原色拼色的色相，考查染料三原色的提升力和三原色拼色的色相是仿色的基础（仿色即通过选择染料和配比染出标样的色相）。染料提升率（单色）实验，是从小到大选择一系列染料用量，使织物染得一系列由浅到深得试样。以单色实验试样为基础，选择表面深度相近的三原色用量，作为拼色三角的顶点设计处方。（2）仿色基本原则绝大部分纺织品的颜色都是通过双拼或三拼、有的甚至是四拼得到的。拼色时除了要考虑必须是同类染料、染色性能相近外，还要清楚三原色染料在不同配比下染出标样的色相。通过仿色实验可以更加清楚的认识色光的变化规律，对颜色拼色实验能有进一步的理解。拼色的正确否对保证染色产品的色泽是否符合要求，提高生产效率有重要的意义。第二章 实验部分2.1 实验材料及设备2.1.1 实验材料本实验使用的羊毛和棉织物由实验室提供。使用的主要试剂如表2-1所示。表2-1 试验中所用的化学试剂药品名称规格Lanasol Red B10g/LLanasol 黄 4G10g/LLanasol Blue 3G10g/L直接耐晒 大红10g/L直接黄 GR10g/L直接蓝 5B10g/L醋酸30%NaCl工业级平平加0工业级2.1.2 实验设备实验中所用到的主要仪器如表2-2所示。表2-2 实验中所用的主要仪器器材名称规格烧杯50mL、100mL容量瓶25 100mL移液管2mL、5mL、10mL玻璃棒温度计洗耳球pH试纸烘箱K/S侧色仪恒温水浴锅2.2 工艺流程2.2.1 拼色（1）拼色工艺流程实验设计染色贴色卡（2）染色工艺曲线50 0C 5min 10min平平加O染料10C/min900C 60min10C/min皂洗 水洗 晾干2.2.2 仿色（1）仿色工艺流程实验设计染色对色调色测K/S值（2）染色工艺曲线40 0C 10min入染10C/min900C15min 15min 15min10C/min皂洗 水洗 烘干1/2食盐1/2食盐2.3 拼色实验2.3.1拼色实验配方 （1）染料三原色选择最好选择使用染料生产供应商提供的配套三原色进行拼色实验，但是本实验选用的是给定的三原色，即Lanasol Red B、Lanasol 黄 4G、Lanasol Blue 3G。（2）确定染色总浓度染料拼色时的染色总浓度（浸染用owf%表示，轧染用g/L表示）确定一般按照浅色、中色、深色分为几个档次系列。例如，将三原色的总浓度的档次系列定为：浅色：0.5%，中浅色：0.5%1.5%，中深色1.5%2.0%，深色：2.0%等。本实验选用的染料总浓度为3.3%(owf)。（3）规定三原色浓度递变梯度 三原色染料浓度的递变梯度是根据实际情况人为规定的，为了更直观地观察拼色颜色变化规律，并且能更加快速地得到拼混处方，本实验选用每只染料按原浓度的1/7相同梯度进行规律性递变，这样便可以形成红、黄、蓝三种染料相对浓度不断变化的一定数目的三原色拼混处方。（4）染料浓度递变原理图绘制拼色染料总浓度定为：3.3%(owf%)，规定浓度递变梯度为总浓度的1/7； 绘制一个等边三角形，三角形的三个顶点分别表示：红（R）3.3%、黄(Y)3.3%、蓝(B)3.3%；把三角形的三个边8等分，标出刻度点，连线各边刻度点（5）递变原理图中的交点信息递变图中的每个交点对应一个染料拼色组成处方，即打样染料处方，该图中的交点总数N，由等差数列求和公式：Sn=n(a1+a2)/2 可求出为N=36即打样总数为36个。36个颜色包括三种情况：三角形的三个顶点分别为红、黄、蓝给出浓度的纯色；三角形的三条边上的交点，分别为两种颜色的拼色，“红-黄”边上的各交点为红黄拼色，“红-蓝”边上的各交点为红蓝拼色，“黄-蓝”边上的各交点为黄蓝拼色。三角形内部各交点为红、黄、蓝三种颜色的拼色处方。（6）拼色染料组成方案确定 把36个交点，从136依次编号，标注。如按照从上到下，从左到右编号。 根据三角形各边的刻度标，确定136号对应染料浓度组成（打样染料处方组成），并填入画好的图2-1中。图2-1 染料配方2.3.2 拼色实验染色基本工艺兰纳素染料的染色处方：兰纳素染料 3.3%(owf)醋酸 1.5%pH 4-4.5浴比 1 ：502.3.3 染色打样与整理贴样根据处方方案和染色工艺曲线分批完成染色打样，整理小样，对应贴在三原色拼色样卡样式上 ，即得到一套有重要参考价值的三原色拼色样卡。2.4 仿色实验 绝大部分纺织品的颜色都是通过双品或三拼、有的甚至是四拼得到的。拼色时除了要考虑必须是同类染料、染色性能相近外，还要清楚三原色染料的提升力和三原色拼色的色相，考查染料三原色的提升力和三原色拼色的色相是仿色的基础（仿色即通过选择染料和配比染出标样的色相）染料提升率（单色）实验，是从小到大选择一系列染料用量，使织物染得一系列由浅到深得试样。以单色实验试样为基础，选择表面深度相近的三元色用量，作为拼色三角的顶点设计处方。2.4.1仿色实验配方（1）染料三原色选择本实验是对棉型染色织物标样的仿色，而且给定了三原色即直接耐晒大红、直接黄GR、直接湖兰5G。（2）染料浓度和配方的确定根据所给标准样分析确定最可能的染料用量和各支染料的用量，然后根据确定的工艺处方和工艺曲线进行染色，染色后和所给标准样进行对比，分析差别调整配方重新染色，直到所染样和标准样相近为止。并将所染的布样测试K/S值且按实验顺序贴样。2.4.2 仿色实验基本工艺染色处方：直接染料 x%（owf）盐 10g/L染色温度 90浴比 50:1第三章 结果与讨论3.1三角形色卡的分析与讨论3.1.1 三角形色卡通过拼色后所制成的三角形色卡如实物卡片所示。3.1.2 三角形色卡分析1、 三角形色卡由红、黄、蓝三种颜色拼色递变而成，由三角色卡可知，三个顶点分别为红、黄、蓝，递变规律明显。2、 其三个顶点分别为染料浓度为3.3%时的纯色红、黄、蓝；3、 其三角色卡最边上每条边上为两顶点上的纯色按一定配比拼混而成的两拼色；4、 其三角形色卡中间为三纯色的拼混色三拼色；5、 在色卡中，离某个颜色越近的拼混色含有的该原色成分越多；6、 给出色卡中的一个颜色可以结合图1知道该颜色所含各原色的比例。3.1.3 三角形色卡讨论三角形色卡颜色不是连续的，只能反应确定比例的颜色，要得到色卡上没有的颜色还需要通过对比分析确定新的配方。由于毛用活性染料染色过程中加入匀染剂少或者搅拌不当导致染色效果稍微不匀。3.2 仿色实验结果的分析与讨论仿色实验结果如表3所示表3-1 仿色记录表编号配比式样标样1 浓度2.5%（owf）R:B:Y2:6:0 2浓度2.5%（owf）R:B:Y3:5:03浓度2.5%（owf）R:B:Y4:4:04浓度2.5%（owf）R:B:Y5:3:05浓度2.5%（owf）R:B:Y6:2:06浓度2.4%（owf）R:B:Y4:4:07浓度2.6%（owf）R:B:Y4:4:08浓度2.4%（owf）R:B:Y5:3:09浓度2.6%（owf）R:B:Y5:3:010浓度2.6%（owf）R:B:Y5:4:011浓度2.6%（owf）R:B:Y5:4:03.2.1 标样的仿色分析对标样进行颜色分析得出其颜色是由红和蓝两色拼混而成，所以第一次仿色采用颜色的配比为红：蓝：黄= 2:6:0、 3：5：0、 4：4：0、5：3：0、 6：2：0，染料总浓度暂选为2.5%，所得染样如表3-1所示。比较第一次染样和所给标样可以发现，标样颜色与第一次染样相接近，所以调整配方为红：蓝：黄=4:4:0、5：3：0，染料总浓度为2.4%、2.6%，染得第二次试样。比较第二次试样和所给标样，发现第二次试样的颜色