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棉纤维改性及其在天然染料染色中的应用

作　者: 柴丽琴
导　师: 邵建中；周岚
学　校: 浙江理工大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 棉 改性 反应型 非反应型 天然染料 染色 动力学 热力学
分类号: TS193.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


天然染料源于自然,环境生态相容性好,生物可降解,对人体健康无害,符合现代人们对自身健康以及对环境保护重视的要求。但是,大多数天然染料对棉纤维染色存在上染率低和色牢度差的问题。针对上述问题,本课题研究开发棉纤维的阳离子化改性技术,并将其应用于棉纤维的天然染料染色,有效地改善天然染料在棉纤维上的染色性能。本论文分别应用反应型改性剂H和非反应型改性剂BE-2对棉纤维进行阳离子化改性,优选了改性工艺和天然染料在改性棉织物上的染色工艺。通过可见光谱分析研究了多种天然染料的稳定性;通过热重分析和Zeta电位分析研究了改性前后棉织物热性能和织物表面的电位变化情况;通过白度、顶破强力、含水率和回潮率等测试研究了改性前后棉织物的物理机械性能;通过制作上染速率曲线和吸附等温线,深入研究了天然染料在改性棉织物上染色的动力学和热力学性能。以改性剂H作为棉纤维反应型阳离子化改性的改性剂,优化的改性配方为:改性剂H浓度4% (o.w.f),平平加O浓度0.6-1%(o.w.f),氢氧化钠0.5-1g/L,浴比1:30;优化的改性工艺为:常温升温至70℃,保温30分钟,加氢氧化钠,反应20分钟,取出水洗。以BE-2作为棉纤维的非反应型阳离子化改性的改性剂,优化的改性工艺为:改性剂BE-2 4%(o.w.f),常温升温至70℃,保温10-15 min,浴比1:30。棉纤维经上述两种改性方式改性后,Zeta电位明显趋正,热稳定性略有下降,物理机械性能没有显著变化。天然染料染色棉织物具有较高的得色量,较好的色牢度和匀染性,以及优异的紫外防护性能。为了提高对天然染料在棉纤维上染色过程的控制和对染色工艺优化的理论指导作用,本论文研究了天然染料在改性棉纤维上的染色动力学和染色热力学。运用准一级动力学模型和准二级动力学模型对改性棉纤维上三种天然染料染色的实验数据进行模拟,计算天然染料在改性棉纤维上的染色动力学参数;运用Langmuir、Freundlich和Nernst 3种理论模型对改性棉纤维上三种天然染料染色的热力学实验数据进行拟合,计算天然染料在改性棉纤维上的热力学参数。结果显示:三种天然染料在阳离子化改性棉纤维上的染色动力学符合准二级动力学模式,即支持吸附过程包括化学吸附的多分子层吸附这一假设。三种天然染料在阳离子化改性棉纤维上的吸附基本符合Langlnuir吸附模型,也在一定程度上符合Freundlich吸附模型。即三种天然染料在改性棉纤维上的吸附,除了定位吸附外,还存在着非定位吸附。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章 前言  12-26
  1.1 课题的背景和意义  12
  1.2 天然染料及其染色应用现状  12-16
    1.2.1 天然染料概述  12-15
      1.2.1.1 叶绿素铜钠盐  13-14
      1.2.1.2 胭脂虫红  14
      1.2.1.3 栀子黄  14-15
    1.2.2 天然染料染色应用的国内外研究现状  15-16
      1.2.2.1 国外研究现状  15
      1.2.2.2 国内研究现状  15-16
  1.3 棉纤维的化学反应性对天然染料染色性能的影响  16
  1.4 改善棉纤维染色性能的历史及研究现状  16-24
    1.4.1 非反应型阳离子化试剂改性  17-19
      1.4.1.1 高分子季铵盐化合物  17
      1.4.1.2 阳离子高分子聚合物  17-19
      1.4.1.3 树状大分子  19
    1.4.2 反应型阳离子化试剂改性  19-24
      1.4.2.1 环氧类含氮化合物  20-21
      1.4.2.2 一氯均三嗪型季铵盐化合物  21-22
      1.4.2.3 氮杂环丁烷阳离子化合物  22
      1.4.2.4 N-羟甲基丙烯酰胺和羟烷基铵盐类化合物  22-24
  1.5 棉纤维改性在天然染料染色中的应用  24-25
  1.6 课题的研究目的和主要研究内容  25-26
第二章 天然染料的稳定性研究  26-31
  2.1 实验部分  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 主要仪器  26
    2.1.3 实验方法  26-27
      2.1.3.1 天然染料溶液的久置稳定性  26
      2.1.3.2 天然染料的热稳定性  26
      2.1.3.3 天然染料的酸/碱稳定性  26-27
  2.2 结果与讨论  27-30
    2.2.1 天然染料水溶液的久置稳定性  27-28
    2.2.2 天然染料的热稳定性  28-29
    2.2.3 天然染料的酸/碱稳定性  29-30
  2.3 小结  30-31
第三章 棉纤维的非反应型改性及其天然染料染色  31-50
  3.1 实验部分  31-34
    3.1.1 实验材料  31
    3.1.2 主要仪器  31
    3.1.3 实验方法  31-32
      3.1.3.1 棉织物前处理  31
      3.1.3.2 改性工艺  31-32
      3.1.3.3 染色工艺  32
    3.1.4 测试方法  32-34
      3.1.4.1 染色性能测试  32-33
      3.1.4.2 物理机械性能测试  33
      3.1.4.3 Zeta 电位分析  33-34
      3.1.4.4 热重分析  34
      3.1.4.5 抗紫外性能测试  34
  3.2 结果与讨论  34-49
    3.2.1 棉纤维的非反应型改性工艺优化  34-37
      3.2.1.1 改性剂优选  34-35
      3.2.1.2 改性剂用量优选  35-36
      3.2.1.3 改性温度优选  36
      3.2.1.4 改性时间优选  36-37
      3.2.1.5 改性pH 值优选  37
    3.2.2 非反应型改性棉织物的性能研究  37-41
      3.2.2.1 Zeta 电位分析  37-39
      3.2.2.2 热重分析  39-40
      3.2.2.3 物理机械性能研究  40-41
    3.2.3 非反应型改性棉织物的天然染料染色工艺优化  41-42
      3.2.3.1 染色温度优选  41
      3.2.3.2 染色时间优选  41-42
    3.2.4 天然染料染色棉织物的固色工艺优化  42-46
      3.2.4.1 固色剂优选  42-43
      3.2.4.2 固色剂浓度优选  43-44
      3.2.4.3 固色温度优选  44-45
      3.2.4.4 固色时间优选  45-46
    3.2.5 天然染料染色棉织物的性能测试  46-49
      3.2.5.1 染色性能研究  46-47
      3.2.5.2 抗紫外性能研究  47-49
  3.3 小结  49-50
第四章 棉纤维的反应型改性及其天然染料染色  50-65
  4.1 实验部分  50-52
    4.1.1 实验材料  50-51
    4.1.2 主要仪器  51
    4.1.3 实验方法  51
      4.1.3.1 棉织物前处理  51
      4.1.3.2 改性工艺  51
      4.1.3.3 染色工艺  51
    4.1.4 测试方法  51-52
      4.1.4.1 染色性能测试  51
      4.1.4.2 物理机械性能测试  51
      4.1.4.3 Zeta 电位分析  51
      4.1.4.4 热重分析  51
      4.1.4.5 抗紫外性能测试  51-52
  4.2 结果与讨论  52-63
    4.2.1 棉纤维的反应型改性工艺优化  52-57
      4.2.1.1 改性剂用量优选  52-53
      4.2.1.2 碱剂种类优选  53
      4.2.1.3 碱剂用量优选  53-54
      4.2.1.4 改性温度优选  54
      4.2.1.5 改性时间优选  54-55
      4.2.1.6 匀染剂的种类优选  55-56
      4.2.1.7 匀染剂用量优选  56-57
    4.2.2 反应型改性织物的性能研究  57-60
      4.2.2.1 Zeta 电位分析  57-58
      4.2.2.2 热重分析  58-59
      4.2.2.4 物理机械性能研究  59-60
    4.2.3 反应型改性棉织物天然染料染色的工艺优化  60-61
      4.2.3.1 染色温度优选  60
      4.2.3.2 染色时间优选  60-61
    4.2.4 天然染料染色棉织物的性能研究  61-63
      4.2.4.1 染色性能研究  61-63
      4.2.4.4 抗紫外性能研究  63
  4.3 小结  63-65
第五章 改性棉纤维的染色动力学及热力学研究  65-89
  5.1 实验部分  65-67
    5.1.1 实验材料  65
    5.1.2 主要仪器  65
    5.1.3 实验方法  65-66
      5.1.3.1 棉纤维前处理  65
      5.1.3.2 棉纤维非反应型改性  65
      5.1.3.3 棉纤维反应型改性  65
      5.1.3.4 标准工作曲线的测定  65
      5.1.3.5 上染速率曲线的绘制  65-66
      5.1.3.6 吸附等温线的绘制  66
      5.1.3.7 正规偏差  66
    5.1.4 测试方法  66-67
      5.1.4.1 上染百分率的测定  66
      5.1.4.2 棉纤维上染料浓度的测定  66-67
  5.2 结果与讨论  67-88
    5.2.1 标准工作曲线  67-68
    5.2.2 天然染料在非反应型改性棉纤维上的染色动力学  68-74
      5.2.2.1 恒温上染速率曲线  68-69
      5.2.2.2 动力学方程及参数  69-73
      5.2.2.3 半染时间  73-74
    5.2.3 天然染料在非反应型改性棉纤维上的染色热力学  74-80
      5.2.3.1 吸附的理论模型  74-75
      5.2.3.2 染色吸附等温线模型拟合  75-77
      5.2.3.3 Langmuir 吸附等温线  77-78
      5.2.3.4 染色亲和力、染色热和染色熵  78-80
    5.2.4 天然染料反应型改性棉纤维上的染色动力学  80-85
      5.2.4.1 恒温上染速率曲线  80-81
      5.2.4.2 动力学参数  81-84
      5.2.4.3 半染时间  84-85
    5.2.5 天然染料在反应型改性棉纤维上的染色热力学  85-88
      5.2.5.1 染色吸附等温线模型拟合  85-87
      5.2.5.2 Langmuir 吸附等温线  87
      5.2.5.3 染色亲和力、染色热和染色熵  87-88
  5.3 小结  88-89
第六章 结论与展望  89-91
  6.1 结论  89-90
  6.2 展望  90-91
参考文献  91-97
致谢  97-98
攻读硕士学位期间的研究成果  98-99

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 纺织工业、染整工业 > 染整工业 > 染色 > 各种纤维及其制品的染色
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