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本科毕设论文正文包括谢辞和参考文献
1.前言
纯棉机织物作为一种主要的织物类型,其前处理效果的好坏关系到后续的染色、印花及后处理工序[5]。
所以纯棉前处理过程应受到高度重视。
但是传统的前处理工艺碱用量太高,耗时太长,不符合当今的节能减排要求。
为了既能使织物的处理效果达到要求又能省时节能,对其前处理过程在传统工艺基础上进行多方面优化。
1.1纯棉坯布上的杂质[15]
未经处理的纯棉坯布上含有很多杂质,给之后的染色、印花、后处理等工序带来很大障碍。
所以,要想得到优质的染色产品、印花产品或漂白产品,必须将织物上的杂质去除掉,并且处理效果越好对后续工艺越有利。
为了更好的去除织物上的杂质,需要对这些杂质的性质进行了解,从而使处理过程有针对性。
棉织物上存在的杂质可以分为以下三类:
(1)棉纤维生长过程中伴生的杂质
棉纤维由表皮层、初生胞壁、次生胞壁和胞腔组成。
表皮层是棉纤维的最外层,主要由果胶物质、油蜡和蛋白质等组成。
初生胞壁紧贴着表皮层,位于表皮层和次生胞壁之间,主要是纤维素的网状组织,也含有一定数量的油蜡和果胶物质。
纤维素是构成棉纤维的主体,主要存在于次生胞壁。
胞腔位于棉纤维中心,含有蛋白质、矿物盐及一些色素等。
由此可见,棉纤维中的天然杂质大部分都分布在初生胞壁和表皮层中。
(2)棉花收获过程中产生的杂质
棉花在采摘和收获加工过程中也会产生一些杂质如棉籽壳、塑料绳、铁丝等,但是经过纺纱加工后,残留在织物上的杂质主要是棉籽壳。
棉籽壳主要由木质素、单宁、纤维素、半纤维素以及其它的多糖类物质组成,此外还含有少量的色素、油蜡、蛋白质和矿物质。
其中木质素是最主要的成分。
棉织物上棉籽壳的多少与配棉等级与棉纱质量关系很大。
(3)纺织过程中人工添加的杂质
为了提高织造效率和坯布质量。
棉织物在织造过程中需要对经纱进行上浆。
棉织物浆纱采用的浆料主要包括淀粉、聚乙烯醇(PVA)、蜡类润滑剂、防腐剂等。
一般织物的上浆率在4-8%左右。
棉织物上的天然杂质和棉籽壳在高温(90℃以上)条件下会被烧碱溶胀、皂化和分解,从而从棉织物上脱落下来,达到去除的目的。
在4-10g/L烧碱的作用下,棉织物上的淀粉浆在一定温度(50℃以上)下会被烧碱溶胀,然后经过水洗会从棉织物上脱落下来。
这就是长期以来用烧碱对棉织物进行前处理的主要依据。
1.2棉织物前处理方法
1.2.1传统工艺[3]
棉织物传统前处理工艺包括退浆、煮练和漂白等工序(烧毛和丝光等在此实验中不予考虑)。
(1)生产中常用的退浆方法主要有酸退浆、碱退浆、酶退浆和氧化剂退浆。
在实际生产中,要根据织物类型、织物上浆料种类和含量等来确定使用何种退浆工艺。
通常可以选择一种方法或两种方法相结合。
每种退浆方法的退浆原理是不同的,现将常用退浆方法的退浆原理介绍如下:
①碱退浆在热烧碱溶液中,淀粉和变性淀粉、羧甲基纤维素等天然浆料以及PVA和PA类等合成浆料,均能发生溶胀。
它们从凝胶状变为溶胶状,所以对纤维的吸附能力下降,在机械搅拌的条件下容易从纤维上脱落下来。
另外,某些含有羧基的变性淀粉和聚丙烯酸类浆料以及羧甲基纤维素,在热碱液中会生成水溶性较高的钠盐,溶解度增大,这些溶解的浆料在水洗过程中会被除去。
②酸退浆在稀硫酸溶液中,淀粉等浆料能发生一定程度的水解,从而使其水溶性提高。
在水洗过程中,这些水解产物能从织物上洗除达到退浆目的。
但是该方法易对纤维造成损伤且退浆率不高。
③酶退浆酶作为一种生物催化剂具有专一性、高效性和作用条件温和等特点。
淀粉酶可以催化淀粉发生高效水解,而对其他类型的浆料没有作用。
所以淀粉酶退浆只适用于淀粉和变性淀粉退浆的织物。
该方法退浆率较高,且不会对纤维造成损伤。
④氧化剂退浆在碱性条件下,应用过氧化氢、过硫酸盐和亚溴酸钠等氧化剂作用于织物进行退浆。
在该条件下,氧化剂能与淀粉大分子中的α-1,4-苷键和α-1,6-苷键、伯羟基和C-C键反应,发生苷键断裂且伯羟基被转化为羧基,葡萄糖环开环分裂,最终产物为水和二氧化碳。
合成浆料被氧化后发生大分子链的断裂。
但是氧化剂也会对纤维造成损伤,所以应严格控制其工艺条件。
⑵生产中常用的精练方法是碱精练,近年来也发展了酶精练技术。
棉纤维中的天然杂质包括果胶物质、含氮物质、蜡状物质、灰分、色素和棉籽壳等。
在碱精练中,烧碱能使果胶的酯键水解生成水溶性的羧酸钠盐而被除去;含氮物质中的20%能溶于热水被除去,其他的部分需要在烧碱液中长时间煮沸除去;棉纤维中灰分可以在溶解过程或经酸洗和水洗除去;蜡状物质中的脂肪酸类物质能在热碱液中发生皂化,水洗可去除,其余的经乳化作用除去;木质素(棉籽壳的主要成分)中的酚羟基与烧碱作用发生分解,使其在碱液中的溶解度变大,从而可以被除去。
上述为碱精练的作用原理。
酶精练是利用酶对特定杂质的专一作用,在适宜条件下发生催化作用而使杂质被除去。
酶精练与碱精练相比,前者吸水性差,棉籽壳去除效果差。
因此,酶精练工艺还需要优化。
⑶生产中常用的漂白方法主要有过氧化氢漂白、次氯酸钠漂白和亚氯酸钠漂白。
这三种漂白方法中,应用最广泛的是过氧化氢漂白,因为其漂白产品的白度和白度稳定性较好,并且污水处理难度小。
另外,该种方法适应范围较广,能适用于各种纤维的漂白。
次氯酸钠漂白的工艺和设备比较简便并且成本较低,可用于棉织物和涤棉织物的漂白,对麻类的漂白效果好。
但是次氯酸钠漂白废水中含有效氯,会带来环境污染等问题。
亚氯酸钠的去杂能力很强,漂白白度非常好,可用于棉、麻和涤棉织物的漂白。
但是由于漂白过程释放腐蚀性强、毒性大的二氧化氯,所以它对设备要求很高,这样就使漂白成本提高。
而且二氧化氯的释放会带来环境问题,这都给其应用带来限制。
传统工艺处理后织物的退浆率、毛效和白度等测量指标均能达标,效果非常理想。
但是其能耗大,历时久且对织物强力有较大损伤。
1.2.2短流程工艺
早在20世纪50年代,国外已出现了前处理短流程工艺,这在当时被称作单程法连续漂白。
传统前处理练漂工序分为退浆、煮练和漂白三步,所以短流程工艺就是把三步合并为两步或者一步[5]。
按工艺合并方式的不同,可以有以下两种分类。
⑴两步法工艺
①退浆-碱氧工艺该工艺中织物先经退浆,再经碱氧一浴煮漂。
其中,碱氧一浴中氢氧化钠的浓度很高而使过氧化氢易分解,所以应该选择性能良好的双氧水稳定剂。
该工艺的关键是退浆及随后的洗涤必须彻底,使织物上的浆料和部分杂质尽可能多的除去,这样就减轻了碱氧一浴煮漂的工作压力。
此工艺适用于上重浆的纯棉厚重织物[5]。
②退煮-氧漂工艺该工艺中织物先经退煮一浴处理,再经过氧化氢漂白。
此工艺中碱浓度较低,该条件下过氧化氢分解速率相对较小,对纤维损伤较小[5]。
但是退浆与煮练结合后,浆料在强碱浴中不容易洗净,这样会影响退浆和煮练效果。
所以退煮后必须对织物进行彻底水洗。
⑵一步法工艺
该工艺中将所有试剂加入一浴中,织物经一步处理即可。
为了达到与传统工艺相近的处理效果,此工艺中碱浓度和加工温度等应提高。
但碱浓度过高会使过氧化氢的分解速率加快加重织物损伤。
为降低织物损伤,我们可以选择降低氢氧化钠或过氧化氢浓度,加入性能较好的染整助剂或降低加工温度。
但是本实验采用汽蒸法不可能降低处理温度,所以只好通过降低化学试剂的用量和加入高效助剂来达到实验目的[7]。
短流程前处理工艺是前处理工序的发展方向,经过近几十年的努力,短流程前处理工艺已广泛应用于各种织物。
但是短流程前处理工艺并不是万能的,它有其适用的织物类型。
因此必须根据织物特点、加工要求、客户要求等因地制宜地制定合理的短流程前处理工艺[5]。
1.3研究内容、目的和意义
纯棉机织物的前处理工艺有多种,如传统工艺和两步法、一步法短流程工艺,每种方法都有各自的优势和缺点。
在本实验中,对前处理的各种方法进行了研究并对其进行优化。
选择符合企业生产要求的汽蒸法进行实验。
在工艺优化过程中,采用正交法对每种处理方案进行探究。
实验重点研究短流程的一步法工艺,通过一系列实验确定其最佳工艺处方,并且对工艺条件如加工时间和轧液率等因素进行了讨论找到符合节能环保要求的工艺因素。
20世纪70年代爆发了中东石油危机,导致能源紧张,由于前处理工序的能耗在总能耗中占有较大的比例,因而促使西方国家研究开发了高效低耗的短流程前处理新工艺。
随着精细化工和精密自动测控仪器的开发,提供了合理地缩短或合并前处理工序的可能性,因而在20世纪70年代后期,促成染整行业短流程前处理新工艺得到了迅速发展。
我国直到20世纪80年代中期才开始短流程前处理新工艺的研究,但发展不快,客观上由于可供选择的高效助剂跟不上发展需要,且大部分工厂因利用原有设备而受到了限制。
自1988年以来中国纺织工程学会染整专业委员会已连续召开了四届前处理学术讨论会,重点狠抓了短流程前处理新工艺的推广应用。
因而近年来该新工艺已广泛应用于各种织物,其覆盖面也逐步扩大,助剂的配套以及设备的合理组合都有了较大进展。
这一转变使得织物前处理工艺有可能达到节能、节水、缩短工时和提高工效的目的[2]。
印染是高能耗、高污染行业,印染用水量占全部纺织工业用水的80%。
该实验在传统工艺基础上探究清洁生产工艺,从而减轻废水污染。
印染产业必须向环境友好型方向发展,以生态环保理念开发并推广各类减少污染、节约能源、利于健康的新技术和新产品。
就减轻环境污染和降低能源消耗等角度来讲,对短流程前处理工艺进行研究有其现实意义。
2.实验
2.1实验材料、化学品和仪器
2.1.1实验材料
烧毛后的纯棉机织物坯布
2.1.2实验所需化学品
表2.1实验药品
试剂名称
生产厂家
氢氧化钠
齐鲁石化公司研究院试剂厂
过氧化氢(30%)
莱阳经济技术开发区精细化工厂
氧漂稳定剂GEO
青岛大学研制
精练剂
青岛大学研制
渗透剂JFC
青岛大学研制
2.1.3实验所需仪器
表2.2实验仪器
仪器名称
生产厂家
HH-2恒温水浴锅
江苏金坛新一佳保
M215织物毛效仪
青岛山纺仪器有限公司
SC-80C全自动色差计
北京康光仪器有限公司
101-1-S型电热恒温鼓风干燥箱
上海跃进医疗器械厂
电子万用炉
北京市永光明医疗仪器有限公司
34cmA型双篦蒸锅
潮安县彩塘群兴五金厂
AO-01气动小轧车
天津华普有限公司
T300电子天平
常熟市天量仪器有限责任公司
其他仪器:
烧杯(500ml、50ml),量筒,温度计,玻璃棒,表面皿,药匙,pH试纸。
2.2实验内容
2.2.1实验材料准备
将烧毛后的纯棉机织物坯布剪成40cm×20cm的布样,对每块织物进行称重。
2.2.2退浆、煮练、漂白三步法工艺
三步法是纯棉坯布前处理的传统工艺。
该方法处理效果好,对织物上杂质去除较彻底。
但是其碱用量较大且处理时间较长,所以带来了能源浪费和污水处理困难等问题。
为确定该种方法的最佳工艺,采用正交法来进行一系列实验。
进行这种工艺实验的目的是为了与后面的短流程工艺作比较,从而有利于实验结论的得出。
三步法工艺处方如下[1]:
退浆工艺
氢氧化钠8-12g/L
渗透剂JFC1g/L
轧液体积200ml
80-85℃轧碱,汽蒸45min
轧液率=110%
煮练工艺
氢氧化钠40g/L
精练剂6g/L
轧液体积200ml
55℃轧煮练液,汽蒸90min
轧液率=110%
氧漂工艺
过氧化氢(100%)4.5-6g/L
氧漂稳定剂GEO2-3g/L
精练剂4g/L
氢氧化钠调pH至10.5-11
轧液体积200ml
常温轧氧漂液,汽蒸45min
轧液率=110%
实验步骤:
退浆工艺:
在烧杯中加入规定量的蒸馏水,然后称取规定量的氢氧化钠,边搅拌边加入烧杯中,搅拌至完全溶解后加入规定量的渗透剂,并搅拌均匀成退浆液。
将织物润湿,在80-85℃条件下浸轧退浆液(两浸两轧,轧液率为110
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