大学毕业论文-—β环糊精在涤纶针织物染整工艺中的应用.doc

毕 业 论 文题 目： -环糊精在涤纶针织物染整工艺中的应用 学院： 化 学 化 工 学 院 专业： 轻化工程 班级： 0802 学号： 200806020214 学生姓名： 宁 凤 婷 导师姓名： 陈 镇 完成日期： 2012年3月10日2012年6月12日 诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的科研成果，也不包括为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： -环糊精在涤纶针织物染整工艺中的应用 姓名 宁凤婷 学院（系） 化学化工 专业 轻化工程 班级 0802 学号 200806020214 指导老师 陈镇 职称 讲 师 教研室主任 潘 璞 一、 基本任务及要求：1、课题内容：考察不同种类的分散染料对涤纶针织物进行高温高压染色时，加入-环糊精对染色效果的影响；包括织物的表观色泽深度（K/S）、染色不匀率(U)、上染百分率(A)以及织物的耐摩擦色牢度、升华牢度等。比较加-环糊精与加表面活性剂1227对阳离子红染涤纶染色效果的影响。 2、任务要求： a、完成2000字以上的文献综述一篇； 1100013000字毕业论文一篇；并作好毕业论文开题报告和实验记录。 b、毕业论文资料含以下几个部分：毕业论文工作手册、开题报告（含开题报告、文献综述合订）、毕业论文（毕业论文及任务书合订、科学论文实验记录本、电子文档）。具体格式与规范，详见教务处相关资料。 二、 进度安排及完成时间：（共17周）1. 第 12 周 查阅资料、撰写文献综述、开题报告 2. 第 3 周 检查、修改并提交文献综述、开题报告 3. 第 4 周 实验准备 4. 第 512周 实验、测试 5. 第1314周 实验数据整理、补充实验、撰写毕业论文初稿 6. 第 1516 周 修改并提交毕业论文、工作手册，原始记录 7. 第 17 周 毕业论文答辩 目 录摘要：.IABSTRACT：.II1 前言.11.1 -环糊精的结构.11.2 -环糊精的包合作用.11.2.1包合的原理.1 1.2.2包合的应用.1 1.3 -环糊精在纺织行业中的应用.2 1.4涤纶针织物的概述.2 1.5 -环糊精在涤纶织物染色中的应用.31.6本课题研究的内容及意义.42 实验部分.52.1 材料、仪器和化学药品.52.1.1材料.52.1.2仪器.52.1.3化学药品.52.2 实验方法.62.2.1分散染料高温高压染色.6 2.2.2阳离子染料染色.72.3 测试方法.82.3.3分散染料上染百分率的测定.8 2.3.2阳离子红上染百分率的测定.82.3.2 K/S值的测定.82.3.4不匀率的测试.82.3.5耐磨擦色牢度的测试.92.3.6耐升华牢度的测试.93 结果与讨论.103.1分散黄SFN染涤纶.10 3.1.1 -环糊精对上染百分率的影响.10 3.1.2 -环糊精对 K/S值和不匀率的影响.11 3.1.3 -环糊精对耐摩擦牢度的影响.12 3.1.4 -环糊精对耐升华牢度的影响.123.2 分散蓝SFN染涤纶.13 3.2.1 -环糊精对上染百分率的影响.13 3.2.2 -环糊精对K/S值和不匀率的影响.14 3.2.3.-环糊精对 耐摩擦牢度的影响.14 3.2.4 -环糊精对耐升华牢度的影响.153.3 -环糊精与阳离子红包合对涤纶染色的影响.153.3.1 -环糊精对上染百分率的影响.153.3.2 -环糊精对K/S值和不匀率的影响.16 3.3.3 -环糊精对耐摩擦牢度的影响.174 结论.18参考文献.19致谢.20-环糊精在涤纶针织物染整工艺中的应用摘要：本文研究了分散黄SFN、分散蓝SFN上染涤纶针织物的过程中，-环糊精的浓度对染色效果的影响，实验结果表明随着-环糊精浓度的增大，不匀率缓慢的减小，而对上染百分率、K/S、耐摩擦牢度、耐升华牢度等值影响不大。同时探讨了-环糊精对阳离子红X-3R染涤纶针织物染色效果的影响，并与表面活性剂1227进行比较。结果证明，-环糊精的加入能降低上染速率，起到很好的匀染作用，而且匀染性比1227更好。关键词：-环糊精；上染百分率；K/S；匀染性；染色效果I Application of -Cyclodextrin in the Dyeing and Finishing Process of Polyester Knitted FabricAbstract：This paper studied the influence made by the concentration of cyclodextrin during the process of disperse yellow SFN and disperse blue SFN dyeing of polyester knitted fabric. The experimental results showed that, with the increasing of the concentration of cyclodextrin, the unevenness slowing decreased，while it made a little effect on the dye-uptake, K/S value, color fastness and so on. Whats more, in the paper, I have discussed the influence made by cyclodextrin during the dyeing process of cationic red -3R dyeing of polyester knitted fabric, and then compared it with the Surface active agent 1227. The results proved that, with the accession of cyclodextrin, the dyeing rate can be obviously reduced. and during the dyeing process -cyclodextrin played a very good level dyeing effect, and even better than 1227.Keywords：- cyclodextrin; Dye-uptake; K/S; Levelling property ; Dyeing effect化学化工学院2012届本科毕业论文-1 前言1.1 -环糊精的结构环糊精是分别由68个甚至更多-D-吡喃葡萄糖单元，彼此间通过-1，4苷键连接而成的环状低聚糖。环糊精的立体结构是上狭下宽、两端开口的中空截顶圆锥体。组成环糊精的每个葡萄糖单元都含有大量羟基，配糖氧桥原子排列在环糊精空腔内部，被吡喃葡萄糖环上与碳原子相连的氢原子覆盖，因而环糊精空腔外部表现出亲水性而内部具有疏水性1。-环糊精独特的疏水空腔结构，使其可以与某些染料分子（分散染料、阳离子染料）在溶液中形成包合物。-环糊精与分散染料分子的包合为放热反应，随着温度的逐步升高，染料分子会不断从-环糊精空腔释放出来2。由于-环糊精可被生物降解，大大减轻了后续污水处理的压力。1.2 -环糊精的原理作用1.2.1 包合的原理包合主要是一种物理过程，它是指一种分子被包嵌于另一种分子的孔穴结构中。此种包合物主要有主体分子(如环糊精)和客体分子(被包合物质)两部分组成，经包合后可以改变客体分子的某些理化性能，如溶解度、稳定性等3。包合物的形成主要取决于环糊精与客体分子的立体结构和两者之间作用力的大小。在选择客体分子时，首先客体分子或者客体分子中的某些基团的大小要与环糊精的内径相匹配。另外，目前普遍认为环糊精与客体分子的主要作用力有范德华力、氢键、疏水作用等，包合过程中的主要推动力是疏水力。当包合介质为水溶液时，环糊精的疏水空腔被最初水分子所占据，这种极性-非极性相互作用在能量上是不利的。因此当有合适的非极性客体分子被加入到环糊精的水溶液中，环糊精周围的水分子即会推动客体分子向其疏水空腔运动，同时环糊精空腔中的水分子会被释放出来，从而形成非极性一非极性相互作用的稳定状态4。1.2.2 包合的应用环糊精独特的疏水空腔结构，使得环糊精可以与某些物质形成包合物，从而改变了这些物质的性能，如环糊精与染料形成包合物后，可以提高难溶性染料在水中的“溶解度”，改善染料的匀染性，增加染料上染量，降低染色废水中的染料量，增加染料的稳定性等；与药物形成包合物后，可以显著地改变药物的理化性能，如提高药物的稳定性，增加难溶性药物的溶解度和生物利用度，减少药物副作用，掩盖不良气味等5,6。与香料形成包合物后，可以降低香料的挥发性7等。因此了解环糊精对客体分子包合机理是非常重要的，这不仅使我们能够知道哪些物质可以与环糊精形成包合物，同时也对包合物的性质有一定的预测。包合物的形成主要取决于一环糊精与客体分子的空间结构5。1.3 -环糊精在纺织行业的应用-环糊精在纺织行业中具有较大的应用价值8。利用其天然空腔的包合作用，可作为染色加工中的缓染剂，并具有较好的匀染效果，能有效防止和减少染浴中染料的水解，对染浴pH 也具一定的缓冲和稳定作用；在印花加工中，能提高各种染料的稳定性及相容性，可应用于混纺交织物中多种染料的同浆印花；在后整理中，利用其空腔对不同分子态材料的包合，可赋予纺织品多种功能。同时-环糊精是生物可降解的环保型助剂，对环境无污染。但环糊精在纺织品加工中的研究和应用，仅国外有少量报道9,10，且理论研究不多11。1.4 涤纶针织物的概述 涤纶针织物由于纤维较细，单位质量纤维束的表面积大，染色时染料的上染速度快，特别是纤维的初始吸附高，从而导致染色不匀。目前涤纶针织物常用的匀染剂多为阴离子和非离子表面活性剂按一定比例复配而成的，一般不易被生物降解。本实验所用的-环糊精是通过-1，4-葡萄糖键连接而成的环状低聚糖，含有7个葡萄糖单元，分子结构中含有疏水空腔，可以与分散染料形成包合物，在染色过程中能够降低染料的上染速率，从而提高其上染百分率，改变其染色性能，且易于被生物所降解12。涤纶属疏水性化学纤维，即聚对苯二甲酸乙二酯。目前能对其进行工业化染色的染料只有分散染料。分散染料对涤纶织物的上染过程。可看作是分散染料在涤纶纤维中的溶解过程，是纯粹的物理过程。染料分子与纤维主要依靠氢键、范德华力以及偶极引力而结合。染色过程主要有3个阶段：涤纶纤维对分散染料的吸附、分散染料分子向纤维内部的扩散、分散染料的扩散与反扩散的迁移平衡。实现分散染料对涤纶纤维的上染只有在高温高压、热熔或添加载体的条件下，将涤纶纤维非结晶的内部孔道打开，染料分子才能有机会进入到纤维内部，从而达到染色的目的。1.5 -环糊精在涤纶织物染色中的应用(1)提高难溶性染料的溶解度 由于环糊精分子呈环状中空圆筒形，其空隙的开口处和外部含有大量的羟基，因此成亲水性，而内部呈疏水性，因此常用来包合疏水性染料，形成包合物后，染料的“溶解度”增大，如分散黄23染料经-环糊精包合后其溶解度可由原来的23mg/L增至589mg/L，从而提高了染料在水中的分散性，使染色后不匀性得到改善。（2）提高匀染性 环糊精与染料之间形成包合物的主要作用力为疏水键，当外力大于此作用力时，染料分子将会重新释放出来，因此使用环糊精-染料包合物进行染色时，在染色过程中，随着染色环境的改变，染料分子被缓慢地释放出来，降低了染料的初始上染速率，有利于匀染。随着染浴温度的提高和染色时间的增长，几乎所有的染料都会释放出来。（3）提高染料上染量，降低染色废水的染料量 标准分散染料染色时特别是染深色时，大量的染料在染浴中仍保持着未固着的状态，因此染色废水中染料量很高，增加了废水处理的难度，当使用环糊精-染料包合物进行染色时，染料以分子形式吸附到纤维表面，染浴中未固着的染料量减少，因此可以提高染料的上染量，减少染色废水中的残留染料量，提高了染料的利用率，减轻了染色废水的处理难度，从生态方面和经济方面考虑都是很有利的。（4）增加染料的稳定性 在提倡绿色染整的今天，很多研究者把目光放到了天然染料的使用上，但是有的天然染料稳定性较差，影响了其染色性能，经环糊精包合后，染料分子进入环糊精的空腔中，染料的活性部分被藏在环糊精之中，相对减少了与外界环境（如光、热、湿度等）得接触机会，从而提高了染料的稳定性。（5）环糊精在水洗过程中的应用 染整加工中通常要使用一些表面活性剂，如润湿剂、匀染剂、乳化剂等，这些表面活性剂对有的纤维具有一定的亲和性，从而吸附在纤维表面，水洗很难去除，有时会影响后续加工，而且也会影响植物的某些性能，如染色性、表面润湿性、降低拒水整理的效果等。利用环糊精在水溶液中能够和表面活性剂形成包合物，在水洗过程中加入环糊精，可以去除大部分吸附在纤维表面的表面活性剂，减少了表面活性剂对后序加工的影响，且可减少水洗次数，节省水资源3,13。1.6 本课题研究的内容及意义本课题主要研究-环糊精在聚酯超细纤维染色中的应用，分别探究了-环糊精与分散染料（分散黄、蓝）以及阳离子染料的包合及其对涤纶织物染色效果的影响。其意义在于一方面-环糊精与染料分予形成包合物后可以提高分散染料的“溶解度”，使更多的染料“溶解”在染液中，从而使染料以单分子的形式吸附在纤维表面，有利于匀染：另一方面，-环糊精包合染料后，染色时缓慢释放染料，使初始上染速率下降，也可以起到匀染的效果。此外，由文献上报道14，染色时，加入-环糊精可以提高纤维的得色量。我们知道聚酯超细纤维的比表面积较大，初始上染速率很高，染色很容易染花，因此从理论上考虑，染色时加入-环糊精将会起到降低初始上染速率，减少染色的不匀性的作用。此外，涤纶超细纤维得色量也比常规涤纶纤维低，加入-环糊精也可以增加超细纤维的得色量。2 实验部分2.1 材料、仪器和化学药品2.1.1材料漂白纯涤纶针织物2.1.2仪器表1实验仪器仪器型号生产厂家Y57B摩色牢度仪宁波纺织仪器厂YG605C-111/1熨烫升华牢度仪宁波纺织仪器厂SCT纺织品测色配色仪沈阳彩谱科技有限公司V-1200型可见分光光度计上海美谱达仪器有限公司JJ-1型电热恒温水浴锅上海普瑞赛斯仪器有限公司XY系列精密电子天平常州市幸运电子设备有限公司HSB-24型高温染色小样机佛山市禅城区宏信机械设备厂IRE-24型红外线小样染色仪佛山市禅城区宏信机械设备厂AS-12型常温振荡式染色小样机佛山市禅城区宏信机械设备厂JJ型精密增力电动搅拌器江苏金坛市佳美仪器有限公司00-101-2型数显电热鼓风烘箱佛山市禅城区宏信机械设备厂2.1.3化学药品表2实验药品药品名称公司名称分散黄SFN浙江昱泰染化科技有限公司分散蓝SFN浙江昱泰染化科技有限公司阳离子红X-3R浙江昱泰染化科技有限公司表面活性剂1227广东德美精细化工股份有限公司-环糊精广东德美精细化工股份有限公司冰醋酸上海凌峰化学试剂有限公司纯碱上海凌峰化学试剂有限公司2.2 实验方法2.2.1分散染料高温高压染色方法2.2.1.1 实验处方和工艺条件表3实验处方试剂用量分散染料SFN2%（owf）-环糊精0%、1%、2%···9%分散剂1g/L醋酸调pH4-5浴比1：502.2.1.2实验工艺曲线 125，30min 1/min 入染 90 2/min 室温 室温 皂煮、水洗、烘干2.2.1.3实验步骤 按实验处方用蒸馏水配制染液，然后在干净的染杯中加入规定量的染液（用刻度移液管准确吸取），准确量取-环糊精和分散剂加入染液中，搅拌使其溶解，补足所需要的水量，用醋酸调节染浴的pH值为4-5。染浴配制完毕后，将染浴倒入高温高压染色机的染色杯中，将染色杯放入高温高压染色机中，另将已经在水中润湿的涤纶针织物放入染色杯中，按照高温高压染色机的操作步骤进行，开始染色。染浴在90以前以2/min速度升温，90以后升温速度降到1/min，升温至125染30min，染色完毕后取出试样，冷水洗、皂煮（皂片2g/L，纯碱2g/L，95，10min，浴比1：30）、水洗、烘干。2.2.2阳离子染料染色方法2.2.2.1实验处方和工艺条件表4实验处方试剂用量阳离子红X-3R0.5%(owf)-环糊精5g/L表面活性剂12275g/L染色温度 90醋酸调pH4浴比1：502.2.2.2染色方法染料对织物重0.5%，浴比1：50，染液pH=4，用冰醋酸调节pH值。织物于60入染，以1/min的升温速度升温到90，保温染色半个小时，再升温到100，续染半个小时，取出织物，洗净、烘干16。表5实验方法实验12345-环糊精（g/L）5551227（ml）（搅拌）55（方法1是指染料先在含-环糊精的染液中于60下磁搅拌1h。其它方法中-环糊精和表面活性剂1227都在染色时一起加入，其中“”表示不加-环糊精或表面活性剂1227。）2.2.2.3实验工艺曲线 100，30min 1/min 90，30min 入染 60 1/min 50 水洗、烘干2.3 测试方法2.3.1分散染料上染百分率的测定2.3.1.1分光光度计测最大波长参照中华人民共和国国家标准GB4793.1-2007/IEC61010-1：2001，利用分光光度计来测量最大吸收波长。2.3.1.2工作曲线的绘制用5mL的移液管分别移取标准溶液0.4mL、0.8mL、1.6mL、3.2mL、4.0mL依次放入编号为1-6的50mL容量瓶中，然后加蒸馏水稀释至刻度。任意取一浓度的染料溶液，在分光光度计上测定该染料的最大吸收波长max，再以该波长测定1-6号染料溶液相应的吸光度A，取1-6号染料溶液的相对浓度分别为10%、20%、40%、60%、80%、100%，用吸光度A作为纵坐标，浓度c%作为横坐标，绘出工作曲线。2.3.1.3 上染百分率的读取 染色完毕后用移液管吸取4mL残液于50mL容量瓶中，以蒸馏水稀释至刻度。在该染料的最大吸收波长下测定残液的吸光度A，在前面绘制出的工作曲线上读出相应的染料浓度（c%）根据以下公式计算上染百分率：上染百分率=100%-c%。2.3.2 阳离子染料上染百分率的测定2.3.2.1最大分光度值的测试取2ml染色前染液于50ml容量瓶中，并在分光光度计上测出其最大吸收波长max，记录下对应的吸光度值（A0）。2.3.2.2 上染百分率的计算在90下分别取染色后5min、10min、15min、20min、25min、30min的染液2ml于50ml的容量瓶中，测得其在最大吸收波长下的吸光度值Ai ，则：上染百分率=(1- Ai/ A0)×1002.3.3 K/S值测试参照GB 2397-86分散染料提升力测定方法，利用SCT系统电脑测色配色仪来测定试样的染色深度K/S值。2.3.4不匀率的测定采用测配色仪，分别在布样的若干个不同点测试KS值，取其平均值作为织物的KS值。然后根据以下公式计算织物的不匀率U()：U=×100%式中：n为所取点数，本试验中n=4，i=1，2，3，4。U值为该组KS值的标准差。U值越小，织物的匀染性越好。2.3.5 耐摩擦色牢度的测试参照GB/T 3920-1997纺织品 色牢度实验 耐磨擦色牢度，利用耐摩擦色牢度试验仪来测试实验中的试样的干摩擦牢度。2.3.6 耐升华牢度测试 参照GB/T 5718-1997纺织品 色牢度试验 耐干热色牢度，利用熨烫升华色牢度仪来测试实验中试样的耐升华牢度。3 结果与讨论按照2.2.1中的实验处方配制染液进行染色，探讨使用不同的分散染料染色时加入不同浓度的-环糊精（0%-9%），对染色后织物的上染百分率、表面色泽深度（K/S值）、不匀率（U%）、耐磨擦牢度以及耐升华牢度的影响。3.1 分散黄SFN染涤纶针织物3.1.1-环糊精对上染百分率的影响按照2.3.1.2工作曲线的绘制方法，测出该染液的最大吸收波长max=440nm，在此最大波长下测出1-6号染液的分光度值如表6如下：表6标液的分光度值 染液V（ml）0.40.81.62.43.24.0 分光度A0.1430.3020.5681.2261.3791.435 根据表1中的数据，取1-6号染液的相对浓度分别为10%、20%、40%、60%、80%、100%绘出工作曲线图一如下：图1浓度-分光度曲线图然后在此最大吸收波长（max=440nm）下测定1-10号染杯中残液的分光度值，并对照上图1读出1-10号染液的上染百分率，所得结果如表7： 表7 1-10号染杯的上染百分率染杯序号12345678910分光度A0.0440.0370.0370.03