轻化工程基础.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,轻化工程基础,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,：,纤维素,蜡状物,木质素,果胶物,半纤维素,其它,苎麻,61.02,1.02,2.00,15.81,亚麻,73,2.39,2.88,2.04,1215,13,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：,(C,6H,10,O,5,)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,C,2,H,5,OH+NaOH C,2,H,5,ONa+H,2,O,Cell-OH+NaOH Cell-ONa+H2O ;or,Cell-OH,NaOH,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,O,2,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：,NH,2,CHC-NH-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH,R,1,R,2,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,CH,2,NH,3,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,+,3,N-P-COOH H,2,N-P-COOH H,2,N-P-COO,-,H,+,3,N-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,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，,H,2,SO,4,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-CH,2,-S-S-CH,2,-CH -CH-CH,2,-NH-(CH,2,),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,H,2,O,2,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,、,-NH,2,）。,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。,-OCH,2,CH,2,O-,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-CH,2,-CH,2,-O-C-C O-CH,2,-CH,2,-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，漂白用亚氯酸钠、还原剂。,分子间通过羰基和亚胺基形成氢键。锦纶,6,分子间氢键少些。,39,三、腈纶的结构和主要性能,腈纶的形态结构：主要为湿法纺丝所制。纵向表面象树皮、粗糙，有轴向沟槽，横截面为圆形，哑铃形（干法纺丝）。,腈纶超分子结构：研究至今不明。与氰基、分子组成有关。,准晶结构（二维有序），拟晶体，属无定形，但高度有序结构。纤维中有螺旋链结构。,腈纶的分子结构：三元共聚物,SCAN,第一单体,85%,，只有第一单体，纤维性能不好，脆、弹性手感差、不易染色,第二单体,10%,，改善纤维结构，减弱氰基之间的作用力，,第三单体,5%,，结合染料基团，利于染色。,40,腈纶性能,热性能 热稳定性差，因为只有准晶结构，受热时，分子链易自由取向，无外力时形变收缩大。耐热性较好，高温变黄，更高温制碳纤维。玻璃化温度有二个：,7080,，,140150,。,吸湿性,12%,染色性 由第三单体决定，阳离子染料或其他染料。,化学性能 耐酸和弱碱，强碱中由于氰基水解快，而发黄、溶解。,对纺织上常用氧化剂和还原剂稳定。耐日光、防霉耐菌。燃烧时有毒性气体释放。,41,四、聚氨酯弹性纤维的结构和性能,又称氨纶。嵌段共聚高分子，以,-NHCOO-,为特征。,分示意子式：,-O-CHNRNHC-NHRNH-CNHRNHC-O-,二段为硬段和软段，软段有聚酯或聚醚两种。,聚氨酯性能：,弹性,400%,强度 低，,47cN/tex,染色性能 可用染锦纶染料,化学性能 聚醚型耐酸，但变黄。聚酯型不耐碱。都不耐氯漂,O,O,O,O,42,谢谢！,