1、 1 毕业设计文献综述 纺织工程 静电纺醋酸纳米纤维的改性与染色 一、前言部分 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，近年来，纳米纤维的应用研究与开发明显加快，特别是功能化纳米纤维的发展变化值得注意。纳米纤维和纳米技术的发展趋势一样，越来越多的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。 本文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
2、的影响。 1.1 静电纺丝 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
3、起步阶段 1。 1.2 醋酸纤维 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 。 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 2-3。
4、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，2 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，一般制成短纤维，可用作人造毛 ， 也可制成强力醋酸纤维 。 1.3 纳米纤维 纳米纤维定义有狭义、广义之分。狭义的纳米纤维指直径为纳米尺度范围，即定义为直径是l lOOnm的纤维。可以将纳米丝和纳米棒与传统的纤
5、维对应，而纳米管则与传统的中空纤维对应，只是直径要小至少两个数量级；广义的纳米纤维指只要纤维中包含有纳米结构，而且又赋予了新的物性，则可以划入纳米纤维的范畴。 狭义纳米纤维很难用传统化学加工方法生产。这里有一些例外，即将复合法生产超细纤维 的生产推向极至，有望得到纳米纤维。例如，美国 Hills公司的超微细旦纺丝技术在每根细旦纤维截面上约有 900个岛，经过充分拉伸将海岛型复合高分子纺丝加工，可能使岛相成为纳米直径的微原纤，再将岛相同溶剂洗去，剩下的即是纳米或亚微米纤维 4。 1934 年纤维素醋酸纤维电子纺丝专利技术被普遍认为是纳米技术的基础。 2004 年，捷克Elmarco公司开始了静电
6、纺纳米纤维实验设备的运转，两年后完成了全球第 条静电纺丝纳米纤维生产线 Nanospide TM 的工业化运行，并投放市场。与此同时，多种纳米纤维成形技术也实现了商 业化运转。 制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。 二、主题部分 2.1 醋酸纤维的发展历史 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，
7、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 。 3 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
8、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，填补了国内空白3。 2.2 国外醋酸纤维工业现状 目前世界上醋酯纤维生产厂商有 20多家分别分 布在比利时
9、、巴西、保加利亚、哥伦比亚、意大利、墨西哥、乌拉圭、加拿大、德国、独联体 (5家 )、日本 (2家 )、英国 (2家 )、美国 (3家 )，但生产技术为少数几个国家所垄断。其中占主导地位的是美国 Celanese公司，其产量约占世界总产量的一半，其次是美国 Eastman ChemicaLl公司。意大利的 Novaceta公司。日本三菱公司和帝人公司以及英国 Acordis公司和法国 Rodia公司等，这些公司总产量占全球总产量的 90左右。全球醋酸纤维生产能力已达 1100kt。实际生产总量约 760 820kt，占世界化纤 总产量的 3，占纤维素纤维产量的 35左右，而且各项指标还有继续增
10、加的趋势 5。 2.3 国内醋酸纤维工业现状 我国纺织用醋酸纤维的进口主要从美国塞拉尼斯公司、日本三菱公司、英国的考陶尔兹公司等进口，每年进口约 2000t左右，另外还直接进口面料 7000 km及相当数量的醋酸长丝织物。我国每年的醋酸纤维的需求量约在 10000t以上。 2.4 醋酸纤维的性质 醋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
11、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4 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
12、温熨烫和低温打褶； (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。 2.5 醋酸纤维的应用 目前在美国、欧洲、亚洲各国，醋纤织物广受消费者青睐。产品应用于各种高级服装、休闲装、睡衣、内衣、婚纱面料及衬里料，效果良好；在缎类织物、 节日用彩带和绣制品底料方面醋酸纤维的特性也充分显露出来；在非织造领域，醋酸短纤制成的非织造布可以用于外科手术包扎，与伤口不粘连，是高级医疗卫生材料。另外，醋酸纤维纱或长丝也可与锦纶、涤纶、维纶各类长丝及真丝、锦纶长丝等多重复合，制成复合纱，已成为国际公认的“新合纤”的重要成员，织造各种男女时装、礼服、高档运动装
13、、高级西服面料及家居装饰产品。 另外，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。醋酸纤维除可用于纺织品，还可用于 香烟滤嘴、塑料制品等 6。 2.6 醋酸纤维的染色原理 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
14、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5 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料，并于 1957年版的染料索引 (C.I.)采用了分散
15、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
16、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 7。 三、总结部分 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，由于二醋酸纤维中羟基乙酰
17、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8。 为研究静电纺醋酸纳米纤维的染色性能，可用各类染料对其进行染色，通过上染率、固着率、色牢度 9等性能指标的测试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。另外 ，醋酸纤维织物在低温下可进行染色 10。另外，随着染液中染料用量的逐步增加，纤维或织物表面得色深度相应递增的程度。在同种纤维织物情况下，纤维上染料浓度越大，表观颜色深度相应也越高 11。 四、参考文献
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