PLA真丝针织物染色同色性研究【毕业设计】.doc

1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） PLA/真丝针织物染色同色性研究 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 ： 聚乳酸纤维（ PLA）是一种新型生态环保纤维 ， 原料来自植物 ， 资源可再生 ， 亲肤性好 ， 符合人类可持续发展的方向 ， PLA/真丝针织物在针织内衣领域中应用越来越多 ， 其服用性能已逐渐被人们所接受。 根据 玉米纤维 和 真丝纤维的物理化学性能 特点，文章重点研究了玉米纤维的染色性能及 PLA/真丝 交织物采用一浴两步法 染色时的 染色 工艺 。染色 工艺为： 先用低温分散染料 4%（ o.w.f）染玉米纤维 ， P

2、H值 5左右 ， 浴比 1： 20， 染色最高温度的恒温保持在 95 ， 染色时间 45min作用为宜。经保险粉等还原清洗后 ， 再用活性染料染真丝纤维 ， 为使达到同色性最好的效果 ， 染真丝纤维时采用染料浓度 2%（ o.w.f）、浴比 1： 20、元明粉 50g/L、纯碱 15g/L， 最后皂洗。研究结果表明 ，按上述工艺处理后织物的摩擦色牢度达到三级 ， 并且玉米纤维与真丝纤维交织织物染色的同色性已达到企业要求。 关键词： 聚乳酸纤维 ； 真丝纤维；分散 /活性染料 ；一浴两步法； 同色性 ； II A research on the one bath dyeing technolog

3、y of the PLA / silk fibers Abstract: Polylactic acid fiber (PLA) is a new eco-friendly fiber, raw materials from plants, renewable resources, good skin-friendly, consistent with sustainable human development. PLA/silk knitted underwear in the knitting more and more applications in the field, its per

4、formance has gradually been taking people to accept. Based on the physical and chemical properties of PLA and silk fibers, the paper focuses on the dyeing properties of corn fiber and PLA / Silk Fabric with a two-step dyeing bath during dyeing process. Disperse dye was used to PLA fiber under dye st

5、rength 4% (o. w. f), PH value near 5, bath ratio 1:20, keeping maximum temperature in 95 , time 45 min. After washing by Sodium, over dyeing process with reactive dye was applied to cotton fiber. In order to achieve the best results of the same color, dyeing cotton was under dye strength 2% (o. w. f

6、), bath ratio 1:20, anhydrous sodium sulfate 50g/L, soda ash 15g/L. At last, fabric soaped. Cardiac resynchronization therapy, the one bath dyeing of PLA/silk fibers has reached the business requirements according to the above process, and fabric has a good rubbing fastness of third class. Keywords:

7、 PLA fiber； silk； disperse /reactive dye； one bath two-step dyeing； union color property III 目 录 1 绪 论 . 5 1.1 PLA纤维和真丝性能概述 . 5 1.1.1 PLA 纤维 . 5 1.1.2 真丝 . 6 1.2 PLA纤维和真丝染色性能概述 . 6 1.2.1 PLA 纤维上色原理及染料选择 . 6 1.2.2 真丝各项染色性能研究 . 6 1.2.3 真丝染料上色原理及染料选择 . 7 1.3 近代纺织品染色技术概述 . 7 1.3.1 新纤维和多组分纤维纺织品染色技术 . 8 1

8、.3.2 新染料和助剂 . 9 1.4 国内外多纤维染色研究现状及成果 . 10 1.5 本课题的提出 . 11 1.6 本课题的研究内容 . 12 2 PLA/真丝一浴二步法染色工艺及同色性研究 . 13 2.1 概述 . 13 2.2 玉米纤维低温分散染料染色 . 13 2.2.1 实验部分 . 13 2.2.2 PLA 染色工艺参数的研究 . 13 2.3 活性染料真丝纤维染色 . 17 2.3.1 实验部分 . 17 2.3.2 真丝染色工艺参数的研究 . 17 2.3.3 结果分析与讨论 . 21 2.4 PLA/真丝交织物染色色牢度及其织物机械性能的影响 . 22 2.4.1 磨擦

9、色牢度的测试 . 22 2.4.2 实验试样与仪器 . 22 2.4.3 实验步骤 . 22 2.4.4 实验结果 . 22 2.4.5 染色后对 PLA 纤维交织物强力的影响 . 22 3 总 结 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 错误 !未定义书签。 5 1 绪 论 1.1 PLA 纤维和真丝性能概述 1.1.1 PLA 纤维 聚乳酸纤维（ Polylactide Fiber或 Polylactic Acid Fiber，简称 PLA纤维），以由谷物、甜菜等天然糖类得到的聚乳酸酯为原料，经溶液纺丝或熔融纺丝制得的聚酯合成纤维。美国联邦贸易委员会对聚乳酸纤维的定义是：以聚乳酸酯为主要

10、原料纺丝而成的纤维，纤维成型物至少由 85%乳酸酯单元组成，且这种乳酸酯来源于天然糖类 1。 它具有生物降解特性，降解产物为二氧化碳和水，因而是一种可完全自然循环的新型环保纤维，也是目前唯一不依赖石油资源的合成纤维。 聚乳酸纤维其 初始原料是乳酸，由于乳酸是手性分子，有旋光性，所以有右旋（ D）乳酸和 左旋（ L）乳酸，另外还有由等量右旋体和左旋体共存的外消旋（ DL）乳酸等几种旋光异构体。相应地，聚乳酸有右旋聚乳酸（ PDLA）和左旋聚乳酸（ PLLA）、外消旋聚乳酸（ PDLLA）、非旋光性聚乳酸（ meso PLA）等几种不同旋光性聚合物，其性能也各有差异 2。外消旋聚乳酸是非结晶性聚合

11、物，较易水解，机械强度不高。而左旋聚乳酸和右旋聚乳酸是半结晶高分子，机械强度较好，由于 PLLA和 PDLA更为易得，故常用来制备聚乳酸纤维等制品 。由淀粉发酵得到的乳酸有 99.5的是左旋乳酸，聚合得到的 PLLA结晶度较高，适合于 生产纤维等制品，因此，人们对聚乳酸纤维结构的研究主要集中于 PLLA3。 聚乳酸并不是一种新的聚合物，早在 1932年， Carothers在真空条件下加热乳酸就得到了低分子量的聚乳酸。此后，杜邦和 Ethicon公司一直将以聚乳酸为材料的医用缝合线、移植管和受控药物释放材料的制造作为重点研究工作之一。最近，对由谷物淀粉得到的葡萄糖，用微生物发酵方法进行乳酸的研

12、究获得重大突破，大大降低了制造乳酸的生产成本，从而使聚乳酸树脂和纤维的工业化生产成为现实 4。 PLA纤维属于脂肪族聚酯纤维，不含芳香环，其合成原料来 自天然植物 PLA纤维埋入土中 2 3年后强度会消失；如果与其他废弃物一起堆埋，几个月内便会分解，降解产物为无害的乳酸、二氧化碳和水。因此， PLA纤维被誉为新一代环保型聚酯合成纤维。 PLA纤维之所以受到关注，并显示出越来越强大的生命力，关键在于它具有很好的生物降解性。 聚乳酸纤维的化学结构如图 1-1所示： 6 图 1-1 聚乳酸纤维的化学结构 1.1.2 真丝 真丝一般指蚕丝，属于 蛋白质纤维 。真丝织物色泽柔和垂性好吸湿、透气、柔软滑爽

13、具有良好的穿着舒适性和一定的保健性。尤其近 10年来，这些优点使真丝织物成为最受欢迎的高品质纺织材料之一，受到广大消费者的青睐。真丝织物是一种品质优良的天然织物，已经得到了广泛的应用，基于其用途的不断扩大。提高丝绸印染质量，增加花色品种、促进产品出口创汇能力已是十分重要问题了。 1.2 PLA 纤维和真丝染色性能概述 1.2.1 PLA 纤维上色原理及染料选择 聚乳酸纤维是脂肪族聚酯纤维 ， 在标准状态下回潮率一般为 0.5 % 左右 ， 属于疏水性纤维 ，非离子 型疏水性的分散染料对它具有一定的亲和力 ， 所以用分散染料对聚乳酸纤维进行染色性能的研究具有较大的现实意义和应用价值 5。 聚乳酸

14、纤维适用分散染料染色，但由于纤维组成和结构不同于纤维，染色性能差别很大，总体上看，它染色温度低，难染深，牢度较差，对碱和温度更敏感 6。 选择合适的分散染料对 PLA 纤维染色，将有利于降低染色成本、减少废水排放、提高染色牢度。染料的选用应根据染料化学结构或应用分类等，对 PLA 以纤维染色性能 (尤其是上染率 )的影响，或从现有商品染料中筛选出适合 PLA 纤维染色的染料品种，或针对 PLA 纤维的分子结构和理化性能，专门开发适用的染料品种。目前已有一些研究人员和染料公司开展了这方面的研发工作。 目前市场上对 PLA 纤维适合染色的染料品种有： Dystar 公司的 DinaxiXF 系列染

15、料， Ciba 公司的 Terasil系列染料， BASF公司的 Dispersol和 pananil 染料以及日本长獭的 DenaPLA系列染料。高抗紫外线的染料主要时 Dystar公司的 DianixAM 系列和 Ciba的 Teratop系列。 1.2.2 真丝各项染色性能研究 染色温度对不同结构染料类型的影响各不相同，一般在实际生产中 ，低温型活性染料 (二氯三嗪型等 )染色温度在 30 40，中温活性染料 (乙烯砜型等 )染色温度在 50 60，高温型活性染料 (一氯三嗪型等 )染色温度在 80 90。对于大多数活性染料，盐的用量，取决于染料的上色率及所需染成色泽的深浅，不可加入太多

16、或太快，太多会使染料发生沉淀，布面造成染斑。太快，7 染料上色快，容易产生不匀，一般都在染色一段时间后，将元明粉加入，即中途加入或可几次加入。活性染料染色真丝时，染色时，碱充当染料与纤维之间的反应触媒，因此必须使用碱剂促进反应。此时碱剂的种类和用量不是重点，但必须注重染浴的 pH值的管理 7。 1.2.3 真丝染料上色原理及染料选择 一、染料在真丝纤维上的吸附 真丝染色的第一阶段是染料分子在纤维上的吸附过程，染料上染时受到两种作用力的影响：一是染料负离子与真丝纤维负离子问的静电排斥力；二是染料负离子和真丝纤维负离子之间的范德华吸引力。当染料负离子开始游离至纤维表面时，首先受到负电荷之间的斥力，

17、由于分子间的不断碰撞，使某些分子瞬时获得比平均更高的动能足以克服斥力时，便进一步接近纤维表面此时纤维负离子和染料负离子间范德华吸引力和氢键引力开始处于主导地位，吸附发生了。为了增大染 料分子在纤维表面上的吸附能力，通常使用的方法是加入某些电解质如： Na2SO4等使纤维上的负离子得到更多的中和，使得染料负离子向纤维移动所受的静电斥力大大降低，从而降低了染料吸附时的能阻。 二、染料从表面向纤维内部扩散 分子都是在不断地运动着，吸附在真丝纤维表面上的染料分子也不例外，借助分子运动，通过“微隙 向纤维内部扩散，并在纤维分子的链节上发生吸附而把纤维上色。另外，由于在染浴中水分子进入纤维内部的无定形区使

18、纤维膨化，“微隙”增大，染料分子也随之扩散到里面去。 真丝绸染色，常规工艺采用酸性、直接、活性等 阴离子染料。在适当温度下以 NaCl、 Na2SO4等中性盐作为促染剂进行染色。在染黑、大红等深色时。需不断增加染料用量来提高染浴浓度，且部分直接染料和活性染料在常规工艺中，对真丝绸的上染率低 8。 活性染料色谱广，色泽鲜艳，匀染性好，有良好的色牢度，且使用方便 9。近年来随着活性染料质量的不断提高，丝绸更多地采用活性染料来进行染色和印花加工， 优秀的品牌在面料染整工艺处理中，均依赖于高科技的生产工艺流程，采用环保型 染料 ，色牢度达 3 4.5级。在让人们欣赏丝绸面料独特的色彩美感的同时，保持了

19、丝绸面料的营养性和自然性。在面料后处理过程中还进行不同程度的预缩处理，以保证所用面料的成衣缩水率在 0.5 3。 1.3 近代纺织品 染色技术 概述 近代纺织品染色始于 18世纪，它是随着化学纤维、染料和化学品、以及设备的发展逐步建立起来的，现在已成为独立的一个学科。 8 1.3.1 新纤维和多组分纤维纺织品染色 技术 随着人们生活质量不断提高，也随着现代新材料的不断开发，新型纤维出现愈来愈快 ，品种愈来愈多，仅从我国生产的化纤来看，目前已有 275 大类之多。已经大量商品化的新合成纤维包括超细、 PLA、 PTT和 PDT 和相关的异形、差别化纤维等；新再生纤维包括 Lyocell、竹原纤维

20、等，以及各种多组分化学纤维，包括大豆蛋白、蚕蛹蛋白和牛奶蛋白纤维等。 纺织品的组成和组织结构也日新月异，特别是多种纤维的混纺、交织和复合纺织品愈来愈多。在这方面，目前我国和世界先进水平还存在较大差距，例如从最近统计的国内出口面料平均纤维组分仅为 1 3种，而同时进口的国外面料平均纤维组分则为 5 6种，个别面料多 达 7 8种纤维。 纤维和纺织品的 “ 新 ” 和 “ 多 ” 对纺织品染色提出了新的要求，要求有新的染色技术相适应。它们染色特点之一是为适应 “ 新 ” 特性，需要选用新的染料和采用新的工艺，例如涤纶超细纤维染色的分散染料，要求显色性、匀染性和色牢度特别好，配套的助剂和升温工艺也与

21、常规纤维不同，其它新纤维染色适用的染料也都有新的要求。为此，近年来国内外染料生产公司通过筛选和研发，有各种系列专用染料供应。特点之二是为了适应 “ 多 ” 组成，使多种组分都能染上颜色，而且不同组分间的同色性要好。因此，近年来开发了多种染料分浴或同浴染 色的染料和工艺，例如分散 /活性染料染色、分散 /酸性染料染色、活性 /酸性染料染色，以及分散 /阳离子染料染色等，以适用于涤纶与纤维素纤维、锦纶和腈纶；纤维素纤维与锦纶、羊毛和蚕丝，以及它们与氨纶的多组分纤维纺织品染色，染色工艺有两浴法、一浴两步法和一浴法等。 为了简化工艺节水节能，各大公司和一些研究单位还在研究用单种染料染多种组分的染料和染

22、色工艺，这包括用单种分散染料染涤纶和羊毛，锦纶及蚕丝；用单种活性染料染纤维素纤维和羊毛、蚕丝和锦纶，也包括含多种组分的蚕蛹蛋白纤维、大豆白纤维等。近年来还在开发 分散 -活性、分散 -阳离子 -活性染料，以便适用于染多种组分。研究证明，在专用助剂存在时，分散染料可以充分上染羊毛、蚕丝、锦纶和氨纶，因而可以一浴染多种纤维的纺织品。 无论是用两种染料同浴染色，或是一种染料染多种组分，为了使染料对多种组分均衡上染，提高同色性和包牢度，需要制定新的染色工艺，特别是控制升温程序和调节染浴中的 pH 值，目前已有许多控制 pH 值的助剂供应，大多数是利用升温过程使 pH值从碱性滑向中性和酸性，也有反向滑动

23、的，这对 pH值敏感的纤维和染料染色非常有效，不仅减少纤维和染料的损伤，还可以 提高上染率、同色性、匀染性和色牢度。利用此原理，使活性染料与酸性染料可以同浴染棉 /锦织物，9 并利用其水解染料具有酸性染料的性能，在酸性介质可上染锦纶，充分利用染料，并减少了污水中的水解染料。 1.3.2 新染料和助剂 为了适应染色需要，近年来新染料和助剂不断涌现，新染料和助剂的开发主要为了适应以下一些要求： （ 1）替代禁用染料和助剂，开发环境友好的染料和助剂； （ 2）适应新纤维和多组分纺织品染色的需要； （ 3）适应新工艺、新设备加工的需要； （ 4）适应高效、节水、节能加工的需要。 虽然各类染料和助剂都有

24、了明显的发展，但发展最快和最重要的仍是活性和分散染料及相关助剂。 活性染料的开发包括新的发色体、活性基及其在分子中的组合、连接基和不同染料的拼混，此外，商品染料的后加工也有了很大提高。新的活性染料性能主要表现在： （ 1）高发色强度、高直接性和固色性； （ 2）高牢度，包括耐晒、摩擦、汗光、耐氯和皂洗牢度等； （ 3）低盐、低碱或中性染色和固色； （ 4）环境友好，不含有害的芳胺、重金属和甲醛等物质； （ 5）匀染性、 重现性和配伍性好。 除此之外，为了适应染色或印花新工艺的推广 ， 还开发了许多专用活性染料，例如喷墨印花，小浴比，一浴法染色用的活性染料 。 必须强调的是，在这些改进中，开发多

25、活性基，包括相同和相异的多活性基染料最为突出，不仅已有一大批双活性基染料问世，还开发了三或四活性基染料，这样可以大大提高活性染料的固色率和湿牢度。通常活性染料的母体结构是酸性染料，直接性不高，为了提高直接性，使活性染料分子线形结构特性增强，少数芳环共平面性也很强，这些染料有较高的直接性。 除了纤维素 纤维用活性染料外，还开发了不少毛用活性染料。一些新纤维和多组分纤维，例如蚕蛹蛋白纤维和竹纤维非常适合用活性染料染色，我国技术人员对此作了筛选，使活性染料对这些纤维有很好的效果。 分散染料也是近年来发展的重点之一，也出现了不少新品种，它们有的具有新的特别是一些新杂环结构发色体，有的在剂型上有了改进，

26、使分散染料具有高上染率，深染性或提升性和高牢度，包括水洗、摩擦、耐热迁移和沾色牢度。 10 新开发的分散染料是环保型的，不含有害芳胺、重金属等物质。为了适应碱性染色或与活性染料一浴染色，开发了 一批耐碱性强的分散染料。为了适应超细涤伦、 PLA、 PTT和 PDT新纤维染色开发了一系列新的分散染料。如，适合超细涤纶染色的分散染料显色性和提升性好，匀染性、色牢度和重现性也好；适合 PLA纤维染色的分散染料具有染色温度低、上染率和提升性好，此外，耐光和湿牢度也好。 除了开发新的活性和分散染料外，为适应多组分纤维纺织品或新工艺染色，正在开发可染多种纤维的复合性染料，例如，分散 -活性染料，分散 -阳

27、离子 -活性染料等，不过它们目前还未能大量工业化生产和应用。 1.4 国内外多纤维染色研究现状及成果 对玉米 纤维与真丝纤维交织织物的同色性研究国 内 外涉及不多 ， 对玉米纤维染色工艺的研究 ，主要也集中在该纤维染色性能的研究 ， 染色工艺条件的研究 ， 生产工艺的研究等。 美国 Nberaska 大学的 L.E.Scheyer和 Yiqiyang 等 10科学家对不同结晶度的 PLA 纤维作染色研究后总结出，大部分所使用的分散染料的上染率均低于 50%，认为分散染料对 PLA 纤维只具有中等亲和力，且染料结构与染色性能之间的关系不大，染料化学结构和能量类型与上染率之间没有明显的关系。 Ca

28、rglil公司的 J.Lunt和 Dystar公司的 J.Bone采用 9只中温型的 diPsersol和 Pnaanil分散染料染 PLA 纤维。在一定的染色条件下，这些染料的上染率能达到 80%以上，其中有 5 只染料对 PLA纤维的上染率与对涤纶的上染率非常接近。由此认为，中温型染料比较适合染 PLA纤维。 T.Kameoka 和 I.Kawamura 研究了不同染色温度和染色时间对 PLA纤维性能的影响 ， 当染色温度低于 70 时 ， 表现出一个低的上色率 ， 如果温度超过 120， 尽管染浴的染色时间和 PH值在规定的范围之内 ， 将加速纤维的破坏 。 同样 ， 如果染色时间超过

29、2小时 ， 也将加速纤维分子量的降低 ，纤维强力和分子量降低量更是超过 20%。试验表明，高温和长时间染色均会导致 PLA纤维强力发生很大程度的降低。故认为，应通过控制染色温度和时间，使分子量的降低程度低于 20%。 我国苏州大学的刘娜和王祥荣对不同类型分散染料在聚乳酸纤维上的染色性能进行了研究，研究表明：分散染料上染聚乳酸纤维的最佳温度为 110；不同结构的分散染料在聚乳酸纤维上的上染百分率有较大的差别，在拼色时需要进行选择。分散染料上染聚乳酸纤维的提升性不太好，染料用量为 2 (o.w.l)时，染色深度趋于最大值，分散染料染色的聚乳酸纤维具有较好的 皂洗牢度，褪色和沾色牢度 t4级，满足耐洗牢度的要求 11。 吴爱莲等人 12研究了聚乳酸纤维的染色工艺， PLA纤维用分散染料染色时，为保证染色质量，降低成本，减轻后处理负担，染料的合理选用很重要。染色温度在 80-100时， PLA纤维的上染速