1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 静电纺醋酸纳米纤维的改性与染色 一、选题的背景、意义 随着 科学技术 的进步，纳米纤维的出现引起了人们的日益关注，纳米纤维的应用方面也越来越广泛。越来越多的纳米 材料 商品进入人们的现实生活 ， 纳米纤维 的 应用领域 将会越来越 广。 而目前世界上用得最普遍生产纳米纤维的方法，即静电纺丝法。 静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺，是一项制备纳米级纤维材料简单有效的技术。近年来，电纺丝作为一种可制备超细纤维的新型加工方法，引起了广泛的关注。静电纺是目前能够制备直 径低至几个纳米的连续纤维的唯一方法。由于静电纺丝所得到的
2、纤维比常规方法得到的纤维细度小，直径大小可以到达亚纳米级甚至纳米级，且所纺纤维具有连续性结构，因此其非织造膜具有超高的特异性比表面积和孔隙率，可用于增强聚合物纳米复合材料、过滤膜材、功能性织物保护涂层、传感器、纳米模板和生物医用材料等。目前国外对电纺丝的研究发展迅速，成果也非常多。而国内的相关研究正处于起步阶段。 醋酸纤维素是源于自然，而具有特殊性能的一种人造纤维，不管它是单独使用或与其他天然的 、 人造的 、 合成纱或纤维混纺，都是一种能给服装带来美观 、 实用 和舒适的织物 。 由于醋酸纤维素的初始原料要求较高，大多用棉短绒或较高级的木质纤维素来制造，因此，醋酸纤维素织物具有不易起皱，富有
3、弹性、光泽等优点，其比重与真丝相似，手感和湿态时的强力均优于粘胶纤维，且不容易沾污，具有良好的服用性能。 醋酸纤维具有蚕丝般的鲜艳光泽和优良的手感，常作为丝的代替品，用作裙子或外套的里衬，并可以同合成纤维混纤生产复合纱制作各种高档服装。 醋酸纤维早在 20世纪 30年代就应用于纺织工业，我国自 20世纪中叶才开始工业化生产，主要做成丝绸及绒类织物，后来由于服装领域一度趋于单凋，从而逐渐失去 了市场，所以对醋酸纤维素织物的漂染整的加工技术报道甚少。近年来，随着人们对穿着服饰要求越来越高，高档服装的覆盖面不断扩大，高档的衬里料也得相应跟上。因此，染色工作者对醋酸纤维织物的接触机会也日趋增多。 通过
4、以上各种资料的分析可以看出，静电纺醋酸纳米纤维将会被越来越多的人所接2 受 ，应用领域也将随之扩大。由此可见，对静电纺醋酸纳米纤维染色性能进行研究，是一项极其重要的任务。所以，本次研究的课题具有非常重要的意义。 二、相关研究的最新成果及动态 醋酸纤维 (cellulose acetate)亦称醋酯纤维、 醋酸纤维 素，即纤维素醋酸酯 ，泛指二醋酯纤维和三醋酯纤维，它以木材 、 棉短绒为原料经与醋酸等化工原料反应制得纺丝原料醋片 (二醋酯纤维称二醋片 、 三醋酯纤维称三醋片 )，再经纺丝制得纤维 。 醋酸纤维是纤维素在硫酸催化作用下，其分子中的醇羟基与醋酸酐发生乙酰化反应而生成的纤维素乙酸酯纤维
5、 。 醋酸纤维与粘胶、铜氨和 Lyocell等再生纤维素纤维不同，属于纤维素衍生物纤维。由于纤维葡萄糖结构上的羟基被乙酰化，因此，从原料 、 加工过程 、 产品性能来看，醋酸纤维又被称为半合成纤维 。 醋酸纤维是从天然纤维素与醋酸酯化而合成，实际上纤维素分子中的 羟基不可能全部酯化，醋酸纤维根据酯化程度不同，可分为二醋酯纤维和三醋酯纤维，不同酯化程度的醋酸纤维有不同的性能和用途 。 醋酸纤维溶液或熔体易被加工成膜和纤维。一般所说的醋酯纤维是指二醋酯纤维。它是人造纤维的一种，一般用精制棉子绒为原料制成三醋酸纤维素脂，溶解在二氯甲烷中成仿丝溶液而用干纺法成形，耐光性较好，染色性能较差，一般制成短纤
6、维，可用作人造毛 ， 也可制成强力醋酸纤维 。 酸纤维目前是纤维素纤维中仅次于粘胶纤维的第二大品种。醋酸纤维以纤维素为基本骨架，具备纤维素纤维的基本特征，但因其回潮率较低，有热塑性且具有 合成纤维的某些特征。 纤维素经酯化以后，羟基数量减少，吸水性能降低，表现出一定的合成纤维特性。 醋酸纤维具有优良的物理机械性能，具有纤维素纤维的基本特征，同时却显示出明显不同于纤维素纤维而类似于合成纤维的特性，且兼具天然纤维 (包括人造纤维 )和合成纤维的特性，而这种特性其他纤维不具备，这就是醋酸纤维赖以独立生存发展的基本原因。 醋酸纤维制成的织物真正能够迎合消费者对服饰的美观与舒适性合一的要求。醋酸纤维及其
7、织物的主要性能可归结如下： (1)在化学纤维中最酷似真丝，光泽优雅，染色鲜艳，染色牢度强； (2)手感柔软 滑爽，质地轻，具有优良的自然品质感，穿着舒适； (3)回潮率低，弹性好，不易起皱，具有良好的悬垂性、热塑性、尺寸稳定性，不需要水洗定形； (4)有稳定的抗起球性、抗静电性，服装外观始终保持不变； (5)其织物具有适度吸湿性、速干性，可耐高温熨烫和低温打褶； 3 (6)耐虫蛀和霉变，服装可长期存放； (7)不易污染，污迹易脱落，易洗涤； (8)有生物降解性和可燃性。 醋酯纤维由瑞士人 H.德雷富斯和 C.德雷富斯兄弟开发 的 。他们将生产清漆用 的 醋酸纤维素溶于丙酮后经喷丝头压出，在热空
8、气流中溶剂挥发， 而 细流 则 形成纤维。 20世纪 20年代 开始进行 工业 化 生产。 1983年，世界产量为 275kt，占人造纤维总产量的 9.12。 醋酸纤维起源于 20世纪 30年代，曾在我国 50-60年代流行过，后因种种原因，其发展受到了限制。自 21世纪初，醋酸纤维的独特性能被人们重新发掘并重视，受到了人们的关注。醋酸纤维素是源于自然，而具有特殊性能的一种人造纤维，不管它是单独使用或与其他天然的 、 人造的 、合成纱或纤维混纺，都是一种能给服装带来美观 、 实用和舒适的织物 。 醋酸纤维的工业生产始于 20世纪初。 1901年， A艾新格恩和贝尔成功地对纤维素进行乙酰化 ，得
9、到三醋酸纤维素； 1904年德国 Bayor公司发明了干法纺制醋酸纤维素酯纤维，并在法国、英国申请了专利。而 1905年三醋酸可溶解在丙酮中成为醋酸纤维素溶液的发现，为醋酸纤维素纤维的生产提供了保证。此后美国 Kodak公司 1908年成功制成纤维素醋酸酯不燃性照相胶片；Lustron公司 1914年首次制成三醋酸酯纤维。 我国醋酸纤维工业始于 20世纪 50年代，发展较慢生产技术也比较落后， 80年代中国烟草总公司采用技贸结合的方式，与美国 Celanese公司合资成立了南通醋酸纤维有限公司，由美国Celanese公司提 供技术，在江苏省南通市建成了年产 12500t烟用醋纤丝束装置，填补了
10、国内空白。 早在 l928年，在实验室对醋纤性能进行检测时， Kartaschoff(卡塔希夫 )就发表了用分散染料染醋纤的报道，所以分散染料最早就叫分散性酷纤染料 (Dispersed Cellulose Acetate Dyes)。主要有下列两类： (1)微溶分散性醋纤染料，即现在的低温型分散染料，有偶氮、蒽醌和杂环等化学结构； (2)可溶分散性醋纤染料，染料分子结构中的偶氮基 (一 N=N一 )对位上均有氨基 (一 NH2)，如分散重氮黑 GNN(C.I.Disperse Black 1)和杭州欣阳生产的分散黑 3G(C.I.Disperse Black 9)。实际上它们是一类色基，染色
11、时要和色酚 AS D混用，然后再用亚硝酸钠进行重氮化处理，使醋纤织物获得乌黑亮丽的色泽。 应用这类染料虽有一定的经济价值，但由于这种染料染色时染料在纤维上生成，因此，如果一旦染得色泽不匀，则难以补救。 1954年由美国纺织化学家和染色家协会 (AATCC)正式公布，分散性染料的名称取代了醋纤染4 料，并于 1957年版的染料索引 (C.I.)采用了分散染料名称排印。 1932 年 Lanrie(莱利 )将固体的氨基蒽醌染料和醋纤放在一起，保温数天，发现醋纤可以均匀上染，并且有一定的湿处理牢度，这就进一步证实了醋纤染色主要是一种溶解作用。但是由于醋纤大分子结构中尚存在着羟基 (-OH)，所以在某
12、种程度上醋纤对分散染料还不可避免地存在着氢键结合。目前印染界大多用“吸附”理论来解释，即它的上染是通过吸附和扩散两个过程，先将悬浮在水中的分散染料被醋纤吸附，然后在温度和助剂的作用下，将吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，这种由平衡到不平衡再平衡的过程，是在不断地进行，达到最后的平衡，才算完成染色。总之 ，不管它是“固溶”理论还是“吸附”理论。实践证明醋纤应用分散染料染色是最理想的，两种理论也都能解释。不过要使分散染料上染醋纤，在某种程度上要比染涤纶困难，主要表现在染色温度低，上染率也低，且容易形成折皱，所以需要有充分的时间。否则，在染液中染料剩余过多，既不经济，还会给污水治理带来困难因此，我
13、们对分散染料在醋纤上的得色率和匀染性、重现性等问题尚需作进一步的了解和探讨。 和涤纶染色一样，醋酸纤维可以采用分散染料染色，但是醋酸纤维的结构比涤纶疏松，因此上染条件比涤纶缓和。虽然醋酸纤维常用分散染料染色，但因纤维素 醋酸酯上的羰基氧原子及残留的羟基带有一定量的负电荷，所以阳离子染料也能上染醋酸纤维。此外，由于醋酸纤维中羟基乙酰化并不完全，仍有部分羟基存在，从理论上来说用活性染料进行染色，具有一定的可行性。本课题将研究静电纺醋酸纳米纤维的染色性能， 为醋酸纤维素纳米纤维膜的高吸附性能等特性及其广泛应用提供有价值的参考，为扩大醋酸纤维素的应用做有益的尝试。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法
14、、技术路线及研究难点，预期达到的目标 本课题主要研究内容： （ 1）醋酸纤维素致密膜的制备 （ 2）纺丝工艺对醋酸纤维素纳米纤维膜的染色性 能的影响 （ 3）染色工艺对醋酸纤维素纳米纤维膜的染色性能的影响 （ 4）醋酸纤维素纳米纤维膜与致密膜的染色性能对比研究 本课题以静电纺所得的醋酸纳米纤维膜为原料，研究其染色性能， 包括染料种类、染液浓度、浴比、温度、盐及其浓度、上染方式等因素对其平衡上染率的影响，同时探究纳米纤维尺度对平衡上染率的影响。并与致密膜进行对比研究，明确表面形态、纺丝工艺参数和上染工艺对纳米纤5 维膜平衡上染率的对应关系。 实验时可用各类染料对其进行染色， 根据国家标准测试方法
15、对样品进行测试并对数据进行处理与分析， 通过对上染率、固着率、色牢 度等性能指标的比较来确定应用哪种染料染色。然后，通过 改变染液浓度、浴比、温度、盐及其浓度、上染方式等因素研究对其平衡上染率的影响，从而确定最适合的条件、参数。如 用环糊精处理可以改善醋酸纤维织物的颜色牢度和牢度性能。 本次本课题的研究主要可分为以下几个阶段：第一步，在教师指导下初步选题；第二步，搜集、阅读和整理相关文献资料，并开始撰写开题报告；第三步，证论与组织（拟写开题报告）；第四步，实验研究与分析；第五步，撰写毕业论文；第六步，毕业论文的修改与定稿。 研究难点侧重于完成论文（设计）工作的条件方面，涉及范围 很广，应结合自
16、己的各种现实需要及困难来写。例如：要有必要的仪器、设备、材料、场所等，可是在这些方面存在一定的困难，你将采取什么办法加以解决。再如，。 可以预见，在研究该课题时肯定会遇到各种难点。比如，写论文要充分占有文献资料，可以使用图书馆文献检索中心的各类资源进行检索，收集充足的文献资料；另外，做实验需要有必要的仪器、设备、材料、场所等，除了充分利用学校现有的实验条件外，还可利用外部条件等，如可以去浙江大学利用他们更先进的实验仪器进行实验。同时还要提高认识，正确处理课堂学习、考研、实习、就业等与论文写作的 关系，不怕困难，抓紧时间，有序守时，保质保量地完成写作任务。此外，还要学会独立思考，刻苦钻研，不耻下
17、问等。 希望通过对本课题研究，我将充分了解静电纺、醋酸纤维等概念，以及醋酸纤维的染色性能、发展现状和前景等，并熟悉 掌握如何对纤维材料进行染色并测量各指标。同时培养综合运用所学知识进行科学研究和独立分析问题、解决问题的能力，养成严谨的科学态度、实事求是和认真负责的工作作风、勇于改革和大胆创新的精神。通过撰写毕业论文，进一步巩固所学知识，运用正确的科研方法，收集相关资料，进行调查研究，提高写作能力。加深对基础理论 的理解，扩大专业知识面，完成教学计划规定的基本理论、基本方法和基本技能的综合训练，力求在收集资料、查阅文献、调查研究、方案制定、计算机处理、撰文论证口述表达等方面加强训练，实现所学知识
18、向能力转化。 四、论文详细工作进度和安排 1、 2010.10.24-2010.11.5：教师下达论文选题 2、 2010.11.6-2010.11.22：毕业论文选题（确定选题），学生完成选题 3、 2010.11.23-2011.1.10：老师正式下达毕业论文任务书、学生进行参考文献的查阅、完成外6 文翻译、文献综述、开题报告 4、 2011.2.1-2011.3.29：学生完成毕业论文的准备、初稿撰写 5、 2011.3.30：毕业论文中期检查 6、 2011.3.12-2011.5.2：学生毕业实习 7、 2011.5.4-2011.5.12：毕业论文修改和定稿上交 8、 2011.5
19、.13-2011.5.22：毕业论文评阅 9、 2011.5.23-2011.6.3：毕业论文答辩及成绩评定 10、 2011.6.5-2011.6.10：二次毕业论文答辩 11、 2011.6.7-2011.6.12：校级毕业论文答辩 五、主要参考文献 1 李 增富 . 静电纺丝法制备醋酸纤维素纳米纤维 J.吉林化工学院学报 ,2008,(4):19-22 2 俞恬 . 服装用醋酸纤维长丝市场与前景 J. 科技信息 ,2009,(36):89-90 3 贺宝元 ,李从珍 . 醋酯纤维分散染料染色工艺 J. 印染 ,2005,(3):21-23 4 覃小红 ,王善元 . 静电纺丝纳米纤维的工艺
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