超声波在天然染料染色中的应用研究.docx
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超声波在天然染料染色中的应用研究
XXXXXX毕业设计(论文)
超声波在天然染料染色中的应用研究
学生姓名
系(部)轻化工程系
专业染整技术
指导教师
2011年12月20日
摘要
采用大黄素对PTT、PLA纤维进行染色,研究了超声波功率、染色温度、时间、pH值等对染色得色量的影响,并与常规染色进行比较。
研究表明,超声波染色比常规的得色量高,并且超声波对提高PLA得色量的作用更明显。
关键词:
超声波染色大黄素PTT纤维PLA纤维
Abstract
TheuseofemodinonPTT,PLAfiberswerestained,examinedtheultrasonicpower,dyeingtemperature,time,pHandothereffectsonthedyecoloryield,andcomparedwithconventionalstaining.StudieshaveshownthatultrasonicstaincoloryieldthanconventionalhighcoloryieldandtheamountofultrasoundtoimprovethePLA'srolemoreclearly.
Keywords:
UltrasonicdyeingEmodinPTTfiberPLAfiber
前言
近年来,有关超声波在纺织品染整加工中的应用研究十分活跃,由于超声波所特有的空穴作用能够提高染料的上染速率和上染量,但研究多侧重于合成染料的染色[l-5]。
由于超声波最佳的空化温度为45~65℃,因此可避免高温对纤维的损伤以及实现一些高温下难以进行的工艺,对一些上染率和得色量低的染色是个有效的方法[6]。
然而,由于染料结构、纤维种类的不同,导致染色过程中超声波作用也不同。
超声波频率及强度的选择也会影响到超声波处理的效果,对于这些方面目前的研究还不够系统和全面[7]。
天然染料具有与环境相容性好,可生物降解,无毒无害,部分染料还具有抗紫外、抗菌等性能,因此近年来天然染料的应用引起了人们的关注。
但是天然染料存在上染率低、牢度差、个别染料不耐高温等缺点,把超声波应用在天然染料染色中,可改善天然染料的上述不足,而且超声波染色可节省时间和能源,因此超声波在天然染料染色中的应用具有重大的意义。
天然染料大黄素从结构式看属于蒽醌衍生物类(结构如图1),平面性好,分子结构比较小,苯环上的取代基对称排列,分子中不含有羧基等较强的亲水性基团,类似于蒽醌型分散染料。
本文以大黄素对PTT和PLA纤维染色为研究对象,研究超声波对大黄素在低温条件下上染两种纤维染色效果的影响。
第一章实验
第一节实验材料与仪器
织物:
83.3dtex/36FPTT纤维(方圆化纤有限公司),83.3dtex/36FPLA纤维(东悦化纤有限公司)。
染料及药品:
大黄素(江苏淮安市巍伟植化研究所),精练剂(自制),平平加O(工业品),醋酸、碳酸钠(以上均为分析纯)。
仪器:
KQ一600KOE型高功率数控超声波清洗器(昆山市超声波仪器有限公司,频率为40kHz,最大功率600W),UltraScanXEHunterlabK/S测试仪(美国Huntedab公司),PHS一2C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂),电热恒温水浴锅(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)。
第二节实验方法
一、纤维前处理
将纤维于lg/L纯碱,2g/L精练剂,95℃下处理60min,然后经热水洗、冷水洗,充分水洗室温晾干,待用。
二、染色工艺
以染色后纤维的K/S值为依据,采用单因素试验方法试验温度、时间、pH、染料用量、超声波功率等因素对染色性能的影响,优化染色工艺。
染液的配制:
用丙酮作溶剂配制大黄素母液,在染杯中精确移取所需要的染液量,然后加入水在90℃长时间加热除去染液中的丙酮,补加水至规定值染色。
选取染色的重要影响因素超声波功率、染色温度、染色时间、pH、染料用量逐个进行单因素实验,单因素实验时相对的影响因素发生变化其他因素按工艺配方)[染料5%(owf),pH5,浴比1:
50,染色温度65℃,超声波功率600W,染色时间60min]取值。
第三节K/S值测试
使用UltrascanXE测色配色仪,按照规定进行测量染色纱线的K/S值,每个试样测四次,取平均值.
第二章结果与讨论
第一节超声波功率
在不同超声波功率作用下对PTT、PLA染色60min,染液pH=5、染料用量5%(owf)、浴比1:
50、染色温度65℃,得出超声波功率对染色影响曲线如图l所示。
由图l可知,在一定温度和时间下染色纤维的K/值随超声波功率的增加而增加,主要是因为随着超声波强度增加,超声波对染色体系的分散、除气、扩散作用加强,促进染料向纤维内部的扩散速度,增加染料的上染量。
一般来说,提高超声波强度会使声化学效应增强[8]。
因此,选用超声波仪器最大功率600W(实际超声强度0.3875W/cm2)。
第二节染色温度
选取染浴pH=5,染色时间60min,染料用量5%(owf)在超声波(功率为600W)和常规加热条件下,分别在35℃、45℃、55℃、65℃、75℃进行染色,得到PTT、PLA纤维染色的K/S随温度变化的曲线,如图2和图3。
图2和图3表明,在相同温度下,超声波比常规条件下得到的K/S值大,主要是因为超声波的空穴效应和分散搅拌作用增加了染料的溶解,促进染料向纤维内部的渗透和扩散。
另一方面,使纤维表面的染液动力边界层变薄,进一步方便染料的吸附和向内部扩散,最终提高染料的上染率。
此外,由图2可以看出随着温度的升高,PTT纱线K/S值不断上升,常规加热条件下增加更明显,主要是因为疏水性纤维影响染色最主要的因素是温度,温度升高,纤维自由容积增大,提高了染料向纤维内部的扩散速率和染料的上染量。
一般来说,超声波空化效应的最佳温度为50℃,考虑PTT纤维玻璃化温度为60℃左右,将超声波染色的温度定在65℃。
图3表明,常规条件下PLA染色得色量很低,直到75℃略有提高.而超声波染色K/S值明显提高,温度为75℃时由于超声波空化作用减弱,染色K/S值略有下降。
因此,本实验确定PLA超声波染色温度为65℃。
第三节染色时间
采用大黄色素用量5%(owf、染液pH=5、在65℃下染色5。
120min,分别在两种条件下研究时间对PTT、PLA织物K/S值的影响.
由图4和图5可以看出随着时间的延长染色织物的K/S值不断增加,在相同条件下,超声波染色得到的K/S值相比常规的高。
在60min前,超声波能明显增加纱线得色量,60min后接近平衡。
综上所述,超声波条件下对PTT、PLA染色的时间以60min为宜。
从图5发现超声波对PLA染色量的提高作用很明显,因为在染色过程中,染料的粒径及分布对PLA染色上染量影响较大[9],超声波作用使得染料在溶液中的分散性变好,更容易进入并渗透到纤维无定形区,有利于染料的上染,染料利用率提高。
第四节染浴pH值
从大黄素的分子式可知,其结构类似于蒽醌型分散染料。
由于这类结构中含有羟基,在碱浴中,染色时羟基离子化会导致染料色光变化、色浅和色光萎暗等缺点,因此不宜在碱性中染色,通常pH值控制在5~6之间,此时染色织物的上染百分率高,色泽鲜艳度好。
所以本实验主要选择4、4.5、5、5.5、6、7几个pH值探讨pH对染色K/S的影响,固定时间60min、染料用量5%(owf)、65℃进行染色。
由图6和图7可知,不同pH染色条件下得到的纱线K/S值变化较小,说明染浴的pH值对染色纤维得色量影响不大,pH值在4-5之间染色所得的K/S值相对较高。
同时可以看出,超声波染色下所得的K/S值普遍高于常规加热染色。
主要是因为超声波降低了染料分子的聚集程度,加强了染料向纤维的扩散,获得较高的染料上染量。
综上所述,染色时染液最佳pH为5。
第五节染料用量
分别在常规和超声波条件下对PTT、PLA纤维进行染色,固定染浴pH=5,65℃染色60min,大黄素的用量分别为1、2、3、4、5、6、7、8%(owf),研究染料用量对纤维K/S的影响。
从图8和图9看出,PrT纤维染色中,超声波作用下当染料用量为2%时,得到的K/S值与常规染色5%相当。
而PLA纤维染色时,超声波作用下染色得色量均明显高于常规染色,因此超声波染色明显提高了染料的利用率,可节省染料。
当大黄素用量在0~5%之间时,PTT纤维在常规和超声波条件下,K/S值都随染料用量的增加而增加,而PLA纤维在常规条件下,随染料用量增加上染量增加不多,超声波条件下增加趋势明显。
当染料用量大于5%时,两种纤维K/S值增加不明显,可能是由于染料吸附达到饱和。
因此,染料用量选择5%(owf)较为合适,染料利用率高,能获得较高的K/S值。
第三章结论
一、在65℃左右的低温条件下,用大黄素染PTT、PLA纤维,超声波可以明显提高染色的上染速率和得色量,通过单因素实验得到的超声波染色最佳工艺为:
超声波功率600W(实际超声强度0.3875W/cm2)、染料用量5%(owf)、pH=5,染色时间60min,浴比1:
50。
二、由于PTT、PLA纤维结构性能的不同,导致在染色中超声波的作用效果不同,超声波提高PLA纤维染色得色量的效果大于PTT纤维。
参考文献
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- 关 键 词:
- 超声波 天然 染料 染色 中的 应用 研究