1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 远红外线设备在涤棉染色中的应用研究 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 ： 红外线是电磁波的一种 , 波长范围很宽 , 一般 介于 0.72-1000um。波长在 0.72-2.5um 之间的 , 一般称为近红外线 : 波长在 2.5-25um 之间的称为中红外线 ; 波长在 25-1000um 之间的称为远红外线。 20 世纪 70 年代发展了远红外加热技术 。 由于涤棉织物在染色时，需要先高温 (130 )染涤 纶，再低温染棉，需要两步，然而，涤纶在高温下 收缩比较严重，给染色带来很大困难，纯棉
2、纱线染色时只需要一步恒温染色即可。各种涤棉产品的染色过程中，色差、皱条、匀染、横档是比较突出的质量问题， 为提高生产效能 , 降低工艺成本，很多工厂都采用远红外线设备对涤棉织物进行分散 /活性 一浴一步 1法染色 工艺。 关键词： 远红外线设备 涤棉织物 分散 /活性 一浴一步法 Far infrared equipment in the application of polyester/cotton dyeing II Abstract: Infrared is one of an electromagnetic wave, Wavelengths between 0.72-2.5um, w
3、e commonly called it near-infrared, the wavelength in 2.5-25um as the infrared between. Wavelength between the 25-1000um called far infrared . In the 1970s , developed a far infrared heating technology. When the polyester-cotton fabric in dyeing. Need high temperature (130 ) dyed polyester, then low
4、-temperature dyeing of cotton. However, the polyester at high temperatures more severe contraction, caused great difficulties to the staining. Cotton yarn dyeing, dyeing temperature can be only one step. A variety of cotton products in the dyeing process, Color, wrinkle bar, leveling, cross-file is
5、the quality of the more prominent, In order to improve production efficiency, reduce process costs, Many factories are using infrared equipment to cotton fabric with Disperse / Reactive 1, one-bath dyeing process one step. Keywords: Infrared equipment Polyester-cotton fabric Disperse / Reactive One
6、bath one 目录 1 绪 论 . 1 1.1 远红外线的发展 . 5 1.1.1 红外线概述 . 5 III 1.1.2 红外线加热概述 . 5 1.1.3 远红外辐射加热三原则 . 5 1.1.4 红外线加热原理 . 5 1.2 分散染料的结构性能 . 6 1.2.1 分散染料的概念 . 6 1.2.2 分散染料性能 . 6 1.2.3 分散染料对涤纶的染色过程 . 6 1.2.4 分散染料的分子结构式 . 7 1.3 活性染料的结构性能 . 7 1.3.1 活性染料的概念 . 7 1.3.2 活性染料基本性能 . 7 1.4 涤棉染色中存在的 问题 . .7 1.5 目前技术现状 .
7、 8 1.6 本课题的主要研究内容和意义 . 8 2 实验部分 . 9 2.1 织物样品 . 9 2.2 染料和助剂 . 9 2. 3 实验仪器和设备 . 9 2.4染色工艺 . 9 2.5测试方法 . 10 2.5.1 染料高温 分散性的测定 . 10 2.5.2 染色前染料最大吸收波长 . 10 2.5.3 上染 速率 . 7 2.5.4 上染百分率 . 11 2.5.5 R 值、 K/S 测试 . 11 2.6 织物色牢度测定 . 12 2.6.1 织物摩擦牢度测定 . 12 2.6.2 织物日晒牢度测定 . 12 2.6.3 织物 洗涤牢度 测定 . 12 2.6.4 织物汗渍牢度测定
8、 . 12 2.66.5 织物汗渍牢度测定 . 12 2.6.6 织物 升华牢度 测定 . 12 3 实验结果分析 . 9 3.1实验结果与分析 . 9 3.1.1 吸收光谱曲线 . 9 3.1.2 选择合适的远红外试色机频率的试验 . 13 3.1.3 实现匀染、透染、低温短时间染色试验 . 14 3.1.4 反射率 R 值、 K/S 测试 . 12 3.1.5 水洗牢度的测定 . 17 3.1.6 织物摩擦色牢度 . 17 4 总结与展望 . 14 参考文献 .15 致 谢 . 错误 !未定义书签。 5 1 绪 论 1.1 远红外线的发展 1.1.1 红外线概述 红外辐射的热效应 2自 1
9、9 世纪初被伟大的物理学家牛顿发现以来 , 历经百年 , 在 1935 年被美国福特汽车公司首次成功应用于工业领域 , 之后便以其独特的辐射性能不断扩大其应用领域。特别在 70 年代后 , 红外在医疗、纺织、汽车、军事等各方面取得突破性进展 , 成为新一代高科技能源。 红外线是电磁波的一种 , 波长范围很宽 ,我国科研人员 3从 50 年代开始探索红外加热在工业各领域的应用 , 并将其引进到染整设备上 , 如连续轧染线的预烘机、扩幅定形机、染色小样机等。其应用技术随我国的红外加热技术及元件的不断更新而进步 ,不断的更新改造使该技术的应用日趋完善、先进 , 红外辐射技术在纺织染整行业的应用 4也
10、得 到发展 , 为纺织染整设备的科技进步做出了贡献。 1.1.2 红外线加热概述 从热源向被加热物体传递热能有传导、对流、辐射三种方式 5。传导是热在物体内部传递， 从高温部分传向低温部分。烘筒烘燥机就是其应用例。对流是依靠流体来传递 (热 )的现象， 热 风烘燥机就是利用对流传热。 辐射是从热源直接以电磁波向物体传递热 能，不必像对流那样加热途中的媒体。其最大的特征是直接到达被加热物体，加热速度快。 红外线在电磁波的可见光和微波之间，是电磁波的一种。热的传递当然是辐射。红外线如图 1所示，根据波长范围分近红外线和远红外线 。近红外线和远红外线的界线一般在 4 5 6微米。 1.1.3 远红外
11、辐射加热三原则 远红外辐射加热的应用理论在于研究如何使热能最有效地辐射 ;传输损失最小 ;使受热物吸收效率最高 6。在考核织物干燥或定形的热效率高低时 ,可对系统的“热转移”三阶段 (辐射器的热能向外辐射、传输和接收 ) ,分别建立相应的效率和比率指标 ,根据这些指标 ,因地制宜根据最佳光谱匹配、定向集中辐射 7和最佳综合效益三大原则 ,调制改进加热系统 ,以进一步充分发挥辐射加热的效益 8。 ,应用远红外加热技术获得最佳总热效率 ,必须因地制宜地根据 光谱匹配、定向集中辐射和最佳综合效益三大原则改进加热系统。在系统设计或改造时对照三大原则 ,重点选择具备染整工艺远红外辐射加热实效区 (2.
12、5 15 m) 的远红外辐射器 ,使之在最佳辐射温度下 ,有 80 %的辐射能量正好覆盖在被加工织物的主吸收峰和次吸收带组成的吸收区间 ,远红外辐射器对准加工织物的主吸收峰带范围的区间辐射率 1P应不低于 0. 9 ;在加热系统结构设计中 ,应充分注意以辐射为主、对流为辅的原则 ,设置反射、聚焦等装置 ,实施定向辐射技术 ;在改造远红外加热工艺设备时 ,应充分注意在节能的前提下 ,投资效益 。 1.1.4 红外线加热原理 物质一般持有其固有的振动数， 在其振动数下不停地运动。若振动数与物质分子的振动数一6 致就吸收其电磁波， 由于吸收能量，振动越发剧烈，物质的温度升高。所以，利用红外线时，首先
13、要充分考虑被加热物质的吸收波长和其波长的吸收率以后， 来选择红外线的波长。 红外辐射的基本原理 9是热源体向空间发射红外热射线 , 当射到某一物体上并被其吸收时则转变为热能 , 从而加热这一物体。红外辐射能穿透织物内部 , 热量由内到外均匀分布和传递 , 使织物、纱线和纤维内外受热均匀一致。由于织物内外水分均匀蒸发 , 有效地消除了织物上的化学品向其表面发生泳移 , 并沉积于织物表面 , 从而使织物表面色泽均匀 , 形态一致 , 内外质量一样。利用红外辐射技术干燥、定形织物 , 尤其干燥厚重织物是十分有利的。 红外加热遵循“红外光谱匹配吸收”原理 10, 即每一种物质只要其温度在绝对温度以上
14、, 即 - 273以上均会发射红外线 , 并有其固定发射波段。同时每一种物质也在吸收红外线 , 并有其固定的吸收波段。这是由每种物质固有的分子结构、分子构成所决定的。当我们利用红外线对某一物质加热时 , 若红外激发源发射的波段正好与被加热物的吸收波段 吻合时 , 则红外线将会引起被加热物的分子共振吸收。这时 , 红外辐射绝大部分被吸收利用 , 热利用率极高 ,此时被称为“红外光谱匹配吸收”。相反 , 当红外激发源发射光谱与被加热吸收光谱相差过大时 , 红外辐射能大多被加热物表面反射或透射而不能被有效吸收利用 , 此时能源浪费严重。由此决定 , 要充分发挥红外加热高效节能的优势 , 首先要对红外
15、发射源及被加热物质的结构、特性有充分、科学的了解 。 1.2 分散染料的结构性能 1.2.1 分散染料的概念 分散染料 (disperse dyes) 这类染料分子中不含水溶性基团 12，染色时需借助分散剂的作用使染料成细小颗粒的分散状对纤维进行染色，故称为分散染料。分散染料（ disperse dye）主要用于涤纶纤维染色，还适用于大多合成纤维染色。 分散染料是指 在水中的 溶解度 很小，须以分散性助剂使之形成极细的分散体而染色的 染料 。主要是 偶氮 、 蒽醌 和 杂环 等型 13。适用于醋酸纤维 、 聚酯纤维 等的染色 。 1.2.2 分散染料性能 分散染料是属于非离子型的，但含有羟基、
16、偶氮基、氨基等极性基团，使染料分子带有适当的极性，赋予染料对涤纶的染着能力。 分散染料的低水溶性是一个十分重要的性质，分散剂可以提高染料的溶解度，但是分散染料在水中的溶解度不能过大，否则不易染着涤纶。决定染色性能的基本因素是染料对纤维的相对亲和力、扩散特性和结合能力。分散染料在涤纶中的扩散阻力很大，因此要在高温下进行染色。分散染料对涤纶的染着，主要依靠分子间范德华力相互吸引。由于染料分子结构上某些极性基团 (如 OH、 NH2、 NHR等 )的存在可以供给质子，与涤纶分子中的 C O可以形成氢键结合。 1.2.3 分散染料对涤纶的染色过程 分散染料上染织物主要是通过氢键和范德华力等作用力固色
17、【 14】 首先，分散染料在水中主要以微小颗粒成分散状态存在，且染料微小晶体、染料多分子聚集体、分散剂胶束中的染料和染浴中7 的染料分子处于 相互平衡之中。染色时，染料分子吸附在纤维表面，最后进入纤维空隙（所谓自由体积）而向内部扩散。 1.2.4 分散染料的分子结构式 分散蓝 2BLN 分子结构式 分散红 3B 分子结构式 1.3 活性染料的结构性能 1.3.1 活性染料的概念 活性染料（ reactive dyes）又称为反应性染料，在这类染料分子结构中带有反应性基团，染色时能够与纤维分子中的羟基、氨基发生共价结合进而牢固地染着在纤维上，用于纤维素纤维纺织物的染色和印花，也能用 于羊毛和合成
18、纤维的染色 自从英国 ICI公司销 售 活 性染料 至 今 , 已 有 25 年 历史 , 在这段 时期内 活 性染 迅 速 发展 , 现 已成 为纤维 素 纤维 染色 的主 要染料 15。 活性染料由于染料与纤维之间产生具有较强键能的共价键结合，因此耐洗色牢度较好。 经过染色、印花的纺织品，在服用过程中要经受日晒、水洗、汗浸、摩擦等各种外界因素的作用。染色、印花以后，有的纺织品还要经过另一些加工处理（如树脂整理等）。在服用过程中或加工处理过程中，纺织物上的染料经受各种因素的作用而在不同程度上能保持其原来色泽的性能叫做染色牢度。容易褪色的染色牢 度低，不容易褪色的染色牢度高。 1.3.2 活性
19、染料基本性能 活性染料分子中含有活性基团 ,能和某些纤维分子中的官能团发生化学反应 ,而形成共价键结合。因此 ,活性染料又称反应性染料 (Reactive Dye)。活性染料具有较好的湿处理牢度 ,色泽鲜艳 ,色谱齐全 ,匀染性好 ,染色方便 ,价格低廉 ;是目前纤维素纤维纺织品染色和印花的主要染料之一。 但活性染料水洗牢度尚属中等 ,耐氯漂和日晒牢度一般来说不及还原染料 ,有许多品种上染率不高 ,利用率较低 ,染色用多盐 ,易水解。 1.4 涤棉染色存在的问题 涤 纶和 棉纤维 之 间由于 存在 良好 的 互 补性 ,成 为合 成 纤维 与天然 纤维 混 纺使 用 的 经 典 范 例 16。
20、涤棉 混 纺针织物 是目 前针织物 生 产中的最大 品种 , 但由于涤纶和棉纤维 , 在结构和性能上存在很大差异 , 涤纶大分子无侧链 , 大分子间排列紧密 , 纤维的结晶度高 , 使得染料很难上染 , 染色时8 必须在高温条件下进行染色温度远高于活性染料和还原染料的适宜染色温度 ,因此涤棉混纺织物分散染料同浴染色存在很多技术难 17。首先 , 分散染料是一类疏水性非离子染料 , 在棉纤维的上染率较低。其次 , 两种纤维的染色温度难以统一。棉纤维通常在 100 左右染色 , 但涤纶纤维浸染染色如果不用载体 , 染色温度通常需要 130 。在这样的高温下长时间染色 ,棉织物风格和强力受到很大的损
21、伤 18。 故 一 般 采 用两种染料分别上染两种纤维 。 涤纶通 常 使用分散染料 , 而 棉 多使用牢度较好的活性染料 、 还原染料 、 硫化染料等 。 涤棉 混 纺针 织物 目 前仍以 传统二浴法染色 为 主 , 该工艺复杂、时间长、成本高 , 且对棉纤维损伤大。涤棉织物分散染料一浴法 19染色能够减少二浴法染色中不同种类染料的套色工艺步骤 , 可缩短工艺流程、节能 , 而一直备受关注。 1.5 目前技术现状 各种比例的涤棉混纺织物 , 用 经筛选的分散染料和直接染料 , 主要以两浴法染色 20。对于有高色牢度要求的产品 , 则用活性染料染纤维素纤维组分。通常 , 染色过程为 : 先染涤
22、 , 中间碱还原清洗 , 水洗 , 中和 , 然后用活性染料染棉。对于单色染品 , 工艺中有时会省去还原清洗 , 以降低生产成本。然而该工艺带来的 节约是很有限的 , 未固着的分散染料仍会吸附在纤维表面 , 从而导致较差的但仍可接受的牢度水平。但是 , 用于色织 (针织和梭织 )织物的涤 /棉混纺纱线 , 在后续加工中 , 上述工艺将会带来一系列问题。在分散染色和活性染色之间的还原清洗 , 将是必须 的 , 主要是为了避免后续工艺中未固着染料的渗色和热迁移。如果工艺中省去了还原清洗 , 其结果是在混纺织物的两种纤维上会有大量未固着的分散染料沉积物 ,这种现象往往发生在超细涤纶染色。如果使用大分
23、子染料 , 如高热迁移分散染料 , 或荧光染料 , 生产深色或含有弹性纤维的产品 , 那么就需要更多的工序去除这些沉积物。如果在涤棉混纺织物染色工艺中 , 考虑所有这些因素 , 则需要 14个处理浴 , 耗时超过 9 h。 1.6 本课题的主要研究内容和意义 1、选择合适的远红外试色机频率的试验，与常规染色工艺相比 ,在固定温度下采用 远红外染色 ,可以提高染料的上染率； 2、实现匀染、透染、低温短时间染色试验，通过实验证明在不同的染色温度下 ,采用远红外线染色的染料上染率都要比常规染色的高。即在相同的染色条件下 ,采用远红外加热工艺染色可以用较少的染料量 ,这就大大节约了染料 ,降低了染色成
24、本 ,而且染色后残留在染液中的染料量少 ,大大减少了污水处理的负担 ,降低了环境污染 ,达到了清洁、高效、环保染色的目的。 3、对所加工的织物的染色工艺进行优化，分析染色配方，红外线染色工艺参数，对织物服用性能的影响。对织物性能， 尤其是色牢度进行测试，并与常规染色工艺 织物进行分析与比较。 9 第二章 实验部分 2.1 织物样品 表 2-1 织物样品规格 原料 混纺比 规格大小 密度 经密 /10cm 纬密 /10cm 涤 /棉 （ 65/35） 0.2g 290 460 2 .2 染料和助剂 2. 3 实验仪器和设备 红外线染色机 佛山市顺德区容桂瑞邦机电设备厂 HS-12高温型油浴机 上
25、海瑞科 印染技术有限公司 Color I7测色配色仪 爱色丽亚太有限公司 JH-721可见分光度计 上海菁华 精密科学仪器有限公司 电热恒温鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂 HG400B 卧式 轧染小样机 上海瑞科 印染技术有限公司 Y571L摩擦牢度仪 莱州市电子仪器有限公司 2.4 染色工艺 处方：织物 2g，分散染料 2BLN 兰 0.85ml，分散红 3B17.5ml； D-3G 兰； D-FR 玫红；匀染剂分散 2BLN兰 工业品 浙江龙盛染料化工厂 分散 3B 红 工业品 浙江龙盛染料化工厂 D-3G兰 工业品 浙江龙盛染料化工厂 D-FR玫红 工业品 浙江龙盛染料化工厂
26、 元明粉 分析纯 上 临沂市隆源化工有限公 司 匀染剂 805 工业品 宜兴市华联化工有限公司 硫 铵 工业品 上海宝刚化工有限公司 净化剂 104 分析纯 浙江奥仕化工有限公司 10 805 1ml；水 250ml；净化剂 104 3ml； 硫铵 3ml Ph： 6-7； A 匀染剂、分散剂； B冰醋酸 ； C织物 ； D烧碱、保险粉 图 2-1 织物 上染工艺曲线 2.5 测试方法 2.5.1 染料高温分散性的测定 实验方法：将加与未加助剂的分散染料溶液以 3 /min的速率快速升温至 130，然后保温 1小时，再迅速冷却至 95。 测试方法：将中速滤纸置于快速滤纸上，在真空度为 O.O7
27、47Mpa条件下抽滤， .然后将滤纸自然晾干后进行评级。 染料高温分散性的测定分散染料是一类结构简单，水溶性低，在水中主要以微小颗粒成分散状态存在的非离子染料。它在染色时必须借助分散剂将染料均匀地分散在染液中，才能对各类合成纤维进行染色。 2.5.2 染色前染料最大吸收波长 室温下移取 1ml 的 0.1g/l 染液于 10ml 容量瓶中，用丙酮定容，摇匀并倒入比色皿中。仪器调整后在 UV-2450紫外可见分光光度计上测试染料在 380-780nm范围内的最大吸收波长 max。 从图中可以看出，在某一波段内，有一个吸收带，它的最大吸收波长称为该吸收带的最大吸收波长，以 max 代表 60 5min A B C 1 /min 130 左右 40min 2 /min 60 还 原清 洗 104 清洗
