（纺织工程专业论文）氧漂稳定剂硅溶胶的制备及其性能研究.pdf

摘要 本课题是针对传统用氧漂稳定剂硅酸钠的缺陷和不足而提出，主要研究硅溶胶用作 氧漂稳定剂的制备、性能及其在前处理中的应用。 本课题首先在相关文献的基础上，对国内外有关硅溶胶种类和制备工艺进行了分析 与比较，最后确定选用单质硅粉溶解法工艺制备碱性硅溶胶。通过考察碱性硅溶胶制备 工艺对含固量以及p h 值的影响规律，得到较佳工艺：硅粉1 5 0 9 l ，n a o h7 9 l ，氨水 l g l ，反应初始温度7 0 ，硅粉以分次分批的方式缓慢加入，反应温度8 2 ，反应时 间5 h 。产品含固量为3 1 0 9 6 ，p h 值为9 ，得率 8 1 。 本课题首次将糖量仪法用于硅溶胶含固量的测定，经考察此方法是可行的。相较于 称重法，糖量仪法测定硅溶胶的含固量操作快速简单，可以即时监测。 本课题对氧漂稳定剂硅溶胶的性能进行了初步研究。结果表明，硅溶胶对双氧水的 分解率无论是在室温还是在9 5 下都有很好的抑制能力。在强碱介质中，与其它氧漂稳 定剂相比，硅溶胶仍然有较好的抑制双氧水分解的能力。硅溶胶作为氧漂稳定剂可使织 物不产生破洞，不会形成硅垢。 本课题考察了硅溶胶对双氧水漂白中f e ”的抑制作用。结果表明，硅溶胶对空白漂 液中的f e ”稳定作用很好，f e 3 浓度达7 5 m g l 时的双氧水分解率仍在1 0 以下。在棉织物 退煮漂一浴工艺和棉针织物煮漂一浴工艺中，硅溶胶对f e ”的抑制作用比其他氧漂稳定 剂好，硬水中c 一+ 的存在可使硅溶胶更好地抑制f e ”对双氧水的催化分解，漂后织物各项 性能优于其他稳定剂。 本课题考察了硅溶胶在棉织物不同漂白工艺中的应用。结果表明，硅溶胶应用在棉 织物退煮漂一浴浸漂工艺、退煮漂一步汽蒸法、退煮一漂两浴工艺中，可使漂液稳定， 漂白后织物的各项性能均优于其它氧漂稳定剂。在棉织物冷轧堆练漂工艺中，硅溶胶对 双氧水分解的稳定作用不及非硅型氧漂稳定剂1 9 7 ，漂后织物各项性能也没有非硅型氧 漂稳定剂1 9 7 处理后的好，但是总体性能比硅酸钠好，而且对处理后织物的染色没有不 良影响。 本课题初步探讨了硅溶胶的氧漂稳定机理，发现硅溶胶对f e ”等重金属离子有静电 吸附作用，正是这种静电吸附作用削弱了重金属离子对双氧水分解的催化作用，阻止了 双氧水的均裂分解。而硅溶胶对f e ( 0 h ) ，胶体吸附作用小，不能使其完全失去对双氧水 的催化分解能力。因此将硅溶胶用于碱氧一浴漂白工艺时要注意硅溶胶和氢氧化钠的加 入顺序。 关键词：硅溶胶：双氧水漂白；稳定剂；制备：性能 a b s t r a c t t h ep a p e rd w e l l so nt h ep r e p a r a t i o no fs i l i c as o la n di t sp r o p e r t i e sa sas t a b i l i z i n ga g e n t i nt h eb l e a c h i n gb a t h t h em a i na i mo ft h es t u d yi st oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n g so ft h ew i d e l yu s e ds t a b i l i z i n ga g e n ta tp r e s e n t a f t e rr e f e r r i n gt od o c u m e n t sa b o u tt h ec a t e g o r i e sa n dp r e p a r a t i o no fs i l i c as o la n dr e l a t e d r e s e a r c h ，t h ep r e p a r a t i o nb yd i s s o l v i n gs i l i c o np o w d e ra n da l k a l is i l i c as o la r es e l e c t e da st h e t e c h n o l o g i cm e t h o d t h er i g h tr e a c t i o nc o n d i t i o ni so b t a i n e d ：s i l i c o np o w d e r4 5 9 , n a o h7 9 l ， t h er e a c t i o nh o u rf o r5h o u r s t h er e a c t i o nd e g r e ef o r8 2 t h ec o n t e n to fs i 0 2i ns i l i c as o li s 31 t h ep hv a l u ei s9 t h ee f f i c i e n c yo ft h ep r o c e s si so v e r8 1 t h ep a p e rp r o v e dt h a tt h ec o n t e n to fs i 0 2i ns i l i c as o lc a nb et e s t e db yar e f r a c t o m e t e r c o m p a r e dt om e t a g ew a y ，t h i sm e t h o di sm o r ec o n v e n i e n t t h e p a p e rs t u d i e dt h ep r o p e r t i e so fs i l i c as o la sas t a b i l i z i n ga g e n t t h ee x p e r i m e n t sr e s u - i t sd e m o n s t r a t et h a ts i l i c as o lc a n e f f e c t i v e l yi n h i b i th y d r o g e np e r o x i d ef r o md e c o m p o s i n gi n s t r o n ga l k a l im e d i u ma n dh i g ht e m p e r a t u r e t h ef a b d c sb l e a c h e db yh 2 0 2c h e m i c kc o n t a i n e d s i l i c as o lc a l ln o tb eb r o k e n i n h i b i t i n ge f f e c to fs i l i c as o lf o rf e 3 + i np e r o x i d eb l e a c h i n gi sr e s e a r c h e d i ti ss h o w e d t h a ts i l i c as o lc a l le f f e c t i v e l yi n h i b i tc a t a l y s i so f7 5 m e , lf e + f o rh y d r o g e np e r o x i d ei nb l e a e - h i n g w i t h o u tf a b r i c s i nb o t hp r o c e s s e so fd e s i z i n ga n ds c o u r i n ga n d b l e a c h i n g ，s i l i c as o lc a n p r e v e n tc a t a l y s i so f3 m g lf e ”f o rh y d r o g e np e r o x i d ea n di m p a r tt h ef a b r i cb e t t e rw h i t e n e s s ， y e l l o w n e s s ，c a p i l l a r ye f f e c t ，s w e n g t h e t cc o m p a r e dw i t ho t h e rs t a b i l i z e r s t h es i l i c as o lw a sa p l l i e df o ro n e s t e pd e s i z i n g - c o u r i n g - b l e a c h i n ga n d t w o s t e pd e s i z i n g s c o u r i n g b l e a c h i n gp r o c e s s r e s u l t ss h o wt h a ta p p l i c a t i o no fs i l i c as o lc a ni m p a r tt h ef a b r i c b e t t e rd e g r a d a t i o nr a t e ，c a p i l l a r ye f f e c ta n dw h i t e n e s st h a nt h a tw i t ho t h e r ss t a b i l i z e r s k e y w o r d s ：s i l i c as o l ；p e r o x i d eb l e a c h i n g ；s t a b i l i z e r ；p r e p a r a t i o n ；p r o p e r t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：见扬娲 日期：j 一矽年岁, q 4 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：地旃躺 导师签名- 差耋錾 日期：砷年，月；r 日 。 江南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 硅溶胶简介 硅溶胶( s i l i c a s o i ) 是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液，无臭、无毒， 分子式可表示为m s i 0 2 h 2 0 ，外观为乳白色或微带蓝光，具有大比表面、高吸附性、高 分散性、高耐火绝热性等性能。硅溶胶根据p h 范围可分为酸性和碱性两种。硅溶胶的 粒子结构和表面状态如图l 所示。硅溶胶粒子的内部结构为硅氧烷键( - s i - 0 一s i 一) ，表面 层由许多硅氧醇基( - s i o h ) 和羟基( 一o h ) 所覆盖，它们同胶体溶液中存在的碱金属离子 一起形成扩散双电层，粒子间的静电作用对胶体溶液的稳定起重要作用 苓锋冬 图1 硅溶股的粒子结构和表面状态 硅溶胶在科研及各工业领域有着广泛应用，这与它的特点有着密切关系。从硅溶胶 的性质出发可发现以下特点：“ ( 1 ) 无需固化剂，自身可牢固地附着在固体表面并形成坚固的膜，同时成膜温度很 低。 ( 2 ) 附着在固体表面的二氧化硅粒子可增大摩擦系数。 ( 3 ) 通过干燥或烧结可形成固态凝胶，因而具有一定的耐久性。 “) 既可形成具有大表面积及均匀细孔的凝胶，又可均匀分散粉料，增加悬浮体的 稳定性。 ( 5 ) 通过s i o h 基和吸附水可提高润湿性和防止带电的性能。 ( 6 ) 可浸入填充到多孔物质中，使表面平滑 ( 7 ) 通过均匀混合微粒，可使有机树脂进行机械、光学及电性能方面的改性增强。 ( 8 ) 溶胶系液状能进行均相反应。以硅溶胶代替二氧化硅作原料进行反应，可提高 反应速度。 1 2 硅溶胶的国内外研究现状及应用 研究硅溶胶的制备可追溯到1 9 1 5 年，s c h w e r i n 首次以水玻璃为原料，用电渗析法 制得浓度较稀的硅溶胶。1 9 4 1 年b i r d 。1 成功用离子交换法制得稳定的高浓度硅溶胶，其 后硅溶胶的制备逐步工业化。美国杜邦公司、孟山都公司和日本日产化学工业株式会社 在硅溶胶的制备研究及开发应用上也取得较多成果m 我国硅溶胶的研制和生产始于2 0 世纪5 0 年代，但品种和产量都与国外有很大差距。随着我国经济的快速发展和世界许 第一章绪论 多制造业向我国转移，国内硅溶胶的需求，尤其对特殊用途硅溶胶的需求将会逐年增加。 2 0 0 2 年1 1 月4 8 日，全国无机硅化合物技术与市场信息交流大会在广西桂林市召开， 大会认为硅溶胶、层硅、聚硅、气相法白炭黑等将是行业发展的新热点。1 。因此加强硅 溶胶新产品的研发和应用是一项很重要的工作。 1 2 1 硅溶胶在其他行业的应用 1 2 1 1 硅溶胶在铸造业中的应用 陶瓷薄壳型( 熔模) 精密铸造法，就是使用了硅溶胶才蓬勃发展起来的，因为用硅 溶胶代替硅酸酯可降低成本，改善操作条件。用小粒子直径硅溶胶制造的薄壳强度大、 光洁度好，可大大提高铸件质量和尺寸的精密度嗍。 1 2 1 2 硅溶胶在造纸工业中的应用 硅溶胶可广泛地使用于造纸工业中。涂布重氮型感光液的照相纸，如果以硅溶胶为 主成份进行前处理，或者将硅溶胶与感光液混合使用，则可使纸面平滑，影象鲜明，增 大其暴光范围。另外，把硅溶胶施于包装水泥的牛皮纸或纸板的表面，可以防止其堆集 时的滑落，并可改善纸品的耐湿性和强度”1 。 1 2 1 3 硅溶胶在材料工业中的应用 在材料工业中，硅溶胶作为新材料以其卓越的耐火、耐酸性而引人注目。用硅溶胶 处理陶瓷耐酸容器后，可使容器不被浸漏，且承受压力增加。硅溶胶还可作为耐酸水泥 和各种绝热保温材料的粘接剂。而若将其与耐火材料粉末混合涂布钢锭模、铁模等耐热、 耐腐蚀容器的表面，则可大大减少模具的损耗，并使其脱模良好。 1 2 1 4 硅溶胶在建筑工业中的应用 硅溶胶用于外墙建筑涂料，可与有机乳液充分混合，更加发挥有机、无机混合型涂 料的优点。以硅溶胶为主要成膜物，以合成乳液( 如苯丙乳液、醋酸乙烯树脂乳液等) 为 辅助成膜物，外加颜料、填料、添加剂所配制的复合面墙涂料，具有独特的耐水、耐火、 耐洗刷、耐污染性能睁“。在地板蜡中混合适当比例的硅溶胶，既不损伤地板蜡的一些 基本性质，又能使地板不至太滑 。 1 2 1 5 硅溶胶在电子工业中的应用 硅溶胶是一种性能优良的c m p 技术用的抛光材料，能用于硅片的粗抛和精抛，以及 i c 加工过程，特别适用于大规模集成电路多层化薄膜的平坦化加工，也可用于晶圆的后 道c m p 清洗等半导体器件、平面显示器、多晶化模组、微电机系统、光导摄像管等的加 工过程n 1 1 。 1 2 1 6 硅溶胶在食品工业中的应用 硅溶胶用于酿造酱油，可有效吸附酱油中各类杂质，很好地提高酱油的澄清度，还 可防止发生二次沉淀及微生物的繁殖。与自然沉淀过滤相比，可在短时间内使杂质分离 得更彻底“”。在啤酒进行发酵后的溶液中加入酸性硅溶胶，能使不纯的离子生成凝聚物 而被除去，使得产品清澈透亮。也可用于米酒、酱油、果汁等的澄清剂。不影响产品的 色、香、味，而且硅对于人体无毒害。 2 江南大学硕士学位论文 1 2 2 硅溶胶在纺织印染行业中的应用 目前硅溶胶在纺织印染行业中研究较少，但是硅溶胶已经引起了国内外染整工作者 的研究兴趣。例如将硅溶胶与油剂并用，对羊毛进行喷雾或浸渍处理，可以改善羊毛的 可纺性，减少断头，防止出现火花，提高成品率。在经纱上浆中使用硅溶胶，可使浆料 分散良好，提高浆料附着力，还可缩短干燥时间，减少湿度变化的影响，对减少断头有 显著作用m 。使用静电植绒处理绒毛时，将硅溶胶与油剂并用，可使静电植绒中的绒毛 防带电性得到较大改善“”。在织物的精加工中常需要进行树脂处理，目的是使纤维制品 能防皱，更具风采，且耐洗耐磨。若将硅溶胶用于树脂处理中，则可防止合成纤维的滑 移，使制品更加挺括，增强耐洗涤能力和耐磨损能力。合成纤维登山绳轻巧便利，但易 于伸长，又易滑动，若使用硅溶胶，可增加单纤维间的摩擦，提高强度，减少伸长。在 单纤维摩擦系数低的合成纤维中，若用硅溶胶改质则可大大增加回弹性。硅溶胶还可消 除合成纤维特有的光泽，不会降低纤维强度。尼龙渔网的结点粘接剂常用变性松香或各 种树脂，但多发生网眼强度低和长时间使用后变色的问题，而通过离子交换法制得的含 二氧化硅5 0 的硅溶胶则可克服以上缺点m 。 t e x t o rt 等人“将织物用硅溶胶处理后，发现其抗紫外线性能改变，从而提高了织 物本身的耐光牢度。t e x t o rt “”、sa 1 - m a l a c k aa r i e l 研究发现，二氧化硅凝胶( s g ) i 碳酸钾( p c ) 阻燃体系阻燃多羟基化合物( 如聚乙烯醇、纤维素等) 时，可原位生成含 硅阻燃剂，用于织物阻燃整理。罗敏，陈水林等人【”1 将硅溶胶用于直接染料、酸性染料 染色织物的固色处理，利用硅溶胶在染色织物表面形成一层不连续的薄膜，将染料分子 固着在织物上，提高了染色织物的湿牢度。通过溶胶一凝胶技术在织物上形成组分不同 的薄膜，可以提高织物的耐磨擦牢度、抗静电性、抗粘性和拒水拒油性等。如将阳离子 或阴离子改性的二氧化硅纳米溶胶涂覆于p v c 材料上，聚合物材料的表面电阻从1 0 ”o 降至1o tq ，从而增加了织物的抗静电性。用含长碳链的硅氧烷制备的溶胶可赋予织物 拒水的性能，用含全氟链的硅氧烷制备的溶胶可赋予织物拒油的性能“”。 目前国内外尚未对硅溶胶在氧漂工艺中的应用有过研究。 1 3 氧漂稳定剂简介 在各类织物包括丝织物和纤维素织物的练漂时，双氧水是常用助剂。因为双氧水漂 白是在碱性溶液中、在较高的温度下进行，在碱性溶液及金属离子存在下，双氧水极易 分解，从而易于使丝纤维或纤维素纤维脆损，甚至产生破洞。为了保护纤维免受脆损， 必须在双氧水漂白时加入稳定剂，以延缓双氧水的分解速率m 1 。近年来，在纤维素纤维 的精练、漂白领域中国内外盛用一步法或二步法代替传统的退浆、煮练和漂白的三步 法，为此，提高了n a o h 和h 2 0 2 的浓度。如不加稳定剂加以稳定，则双氧水分解速率更快， 既使纤维素纤维因氧化过于剧烈而使纤维过于受损，又导致织物白度和强力下降。因 此如何开发和运用有效的氧漂稳定剂来控制双氧水的分解速率，一直是印染工作者和 化工工作者追求的目标。 第一章绪论 1 4 氧漂稳定剂的研究进展 目前，国内外氧漂稳定剂的品种很多。大体说来，可分为无机稳定剂和有机稳定剂。 按组成来分，有硅型和非硅型，而以非硅型为主。按成分来分，有单组分和复配型，而 以复配型为主。按稳定机理来分，有吸附型和螯合型“”。 从稳定机理考虑，氧漂稳定剂可分为以下三大类： 1 4 1 以吸附屏蔽为主的氧漂稳定剂 1 - 4 1 1 硅酸盐稳定剂 ( 1 ) 水玻璃( n a z s i 0 3 ) ：传统工艺中，一般采用硅酸钠作为氧漂稳定剂，因为它的稳 定效果最佳，价格低廉，至今仍在应用；不足之处是会与钙、镁等离子生成不溶性的硅 酸盐，在设备和织物上沉积出坚硬的硅垢，使织物产生绉条、擦伤等疵病，并会使织物 手感粗糙、染色不匀。 ( 2 ) 硅酸镁( m g s i o 。) ：它是由含”的盐与n a z s i o ，等复配而成。1 4 1 。优点是白度值较 好，缺点是稳定效果差，不适宜大浴比练漂工艺。 1 4 1 2 非硅酸盐稳定剂 ( 1 ) 脂肪酸镁盐表面活性剂及少量由保护胶体组成的稳定剂。这类稳定剂的特点是 能吸附重金属离子，但无螯合性能，对p h 值的缓冲能力低。该类稳定剂典型代表是 a 一1 0 ，它的主要成分系脂肪酸镁盐，在强碱和高温条件下，稳定效果差不能单独使 用于冷轧堆漂白工艺。 ( 2 ) 其他碱性非硅酸盐稳定剂。属于该类稳定剂的有i 3 水解聚丙烯酰胺( 简称 h p a m ) 、m 9 2 + 的有机高分子复配体a r 一7 0 2 和a r - 7 2 0 咖，其性能可与硅酸钠相媲美，成本也 较其他非硅型稳定剂低廉。 1 4 1 3 硅酸盐与非硅酸盐混合型稳定剂 包含在该类稳定剂内，据报道目前只有硅酸钠与a r - 7 0 2 的混合稳定剂。它其他3 种 稳定剂a r - 7 0 2 、硅酸钠、1 0 6 ( 有机多元膦酸盐复合物) 相比较，效果较好嗌1 。 采用以吸附屏蔽性能为主的这类稳定剂的优点是漂白织物的白度较好，缺点是对金 属离子缺乏螯合作用，对纤维有一定程度的损伤。 1 4 2 以络合或螫合为主的氧漂稳定剂 1 4 2 1 磷酸盐类 ( 1 ) 无机磷酸盐。包含在这类稳定剂内的有磷酸三钠、三聚磷酸钠、碱金属偏磷酸 盐或聚偏磷酸盐、多聚磷酸钠等伫力，都对h 2 如的分解具有稳定作用，但效果不很理想。 ( 2 ) 有机膦酸化合物与有机膦酸盐。植酸是一种从植物种子中提取的无毒有机膦酸 化合物，分子式为c h 扣。p ，它的螯合力极强，0 5 的植酸稳定效果达到最佳。 有机膦酸盐，这类稳定剂的化学结构以氮原子连接亚甲基膦酸为特征，这类稳定剂 可以与金属离子形成环状螫合物，但在强碱浴中易产生沉淀及凝胶。 1 4 2 2 氨羧酸型和多羟羧酸型 ( 1 ) 氨羧酸型。这类螯合剂的配位体是氮原子和带负电荷的羧酸根离子，p h 值对氨 4 江南大学硕士学位论文 羧型螫合剂与金属离子络合反应影响很大，在强碱性漂液中会被氧化，不能正常发挥应 有的作用“”。 ( 2 ) 多羟羧酸型。”。这类稳定剂在强碱浴中对金属离子有更大的螯合性。 1 4 3 吸附与络合相结合的氧漂稳定剂 这类稳定剂将吸附型稳定剂与络合性稳定剂按一定比例复配，扬长避短，保留了各 自的优点，克服了各自的不足，达到了既可降低成本，又使h 2 0 ：在氧漂工艺漂白过程中 能够获得满意的效果嘲。 1 5 本课题的研究意义及内容 虽然国内外印染工作者对氧漂稳定剂已进行了大量的研究和开发，但是很多仅限于 实验室阶段，由于其适用范围以及成本的局限而没有得到广泛的应用，传统用氧漂稳定 剂硅酸钠虽然会产生大量硅垢，给生产带来麻烦，而且影响后续加工，但大多数国内印 染厂家因其价格低廉，氧漂稳定效果好而仍然大量使用。因此开发实用型的新型氧漂稳 定剂替代硅酸钠是近年来印染工作者努力的方向。本文通过实验发现，硅溶胶对双氧水 的分解有很好的抑制作用，而且不会产生硅垢，因此不会污染环境，是一种环保助荆， 因此研究硅溶胶在氧漂中的应用很有意义。 本课题研究的主要内容是利用单质硅粉溶解法制备适合用作氧漂稳定剂的硅溶胶， 分析各影响因素对硅溶胶含固量和p h 值的影响。对硅溶胶用作氧漂稳定剂的各项性能 做初步测试，重点研究硅溶胶对氧漂中f e ”的抑制作用。分别考察硅溶胶在纯棉织物退 煮漂一浴浸漂工艺、退煮漂一步汽蒸法工艺、退煮一漂二浴浸漂工艺以及冷轧堆工艺中 的应用。最后对硅溶胶的氧漂稳定机理作了初步探讨。 5 第二章实验部分 第二章实验部分 2 1 实验材料、药品和仪器 2 1 1 实验材料 纯棉坯布：经纬纱细度为1 4 5 r e x 2 ；经密为5 3 2 根l o c m ，纬密为2 8 8 根l o c m ；经 向断裂强力为6 8 9 n ，纬向断裂强力为3 7 6 n 。 纯棉针织坯布：顶破强力4 7 3n 。 2 1 2 实验药品 工业用硅粉( 直径约为4 7 1 6 5 微米) ，c h 3 - 1 硅溶胶( 含固量3 0 ，p h1 0 ) ，自制 硅溶胶( 含固量3 1 ，p h9 ) ，非硅型氧漂稳定剂1 9 7 ，h d 8 8 0 高效精练剂，渗透剂，活 性橙k _ g n ，标准皂片。 氢氧化钠、过氧化氢( 3 0 ) 、高锰酸钾、浓硫酸、硅酸钠、氯化铁、氯化铜、甲醇、 硅酸钠、磷酸三钠、碳酸钙等均为分析纯。 2 1 3 实验仪器 7 6 1 a 型数显恒温玻璃水浴槽( 金坛荣华仪器制造有限公司) ，i o i a i 电热鼓风干 燥箱( 上海市试验仪器总厂) ，m p 2 0 0 b 电子天平( 上海精密科学仪器有限公司) ，y g ( b ) 8 7 1 型毛细管效应测定仪( 温州大荣纺织标准仪器厂) ，y g ( b ) d 1 6 d - 2 5 0 型电子织物强力仪 ( 温州大荣纺织标准仪器厂) ，乌氏粘度计( 上海化学试剂公司) ，c o l o r e y e7 0 0 0 a 电 脑测配色系统( 美国g r e t a g m a c b e t h ) ，耐摩擦色牢度试验机( 温州大荣纺织标准仪器厂) ， s w 一1 2 a 型耐皂洗色牢度试验机( 温州大荣纺织标准仪器厂) ，s h y - 2 a s 水浴恒温振荡器 ( 江苏大地自动化仪器厂) ，微量注射器( 色层分析用) ，纳米粒径及电位分析仪( 英 国m a l v e r n 公司) 等。 蒸锅、电炉、搅拌器、轧车、真空干燥箱、w y t 手持式折光仪( 糖量仪) 等。 2 2 实验工艺 2 2 1 硅溶胶制备工艺 工艺：1 0 0 0 份蒸馏水，加x 份氢氧化钠，置于装有温度计、回流冷凝器的四口烧瓶 中，开动搅拌器，升温至一定温度，加y 份浓氨水，称取z 份的工业用硅粉，加入到上述 稀碱溶液中。反应一段时间取样分析，停止反应后冷却并离心过滤，备用。 2 2 2 棉织物退煮漂一浴浸漂工艺 2 2 2 1 工艺处方 h 2 0 ：( 3 0 ) 1 0g l ，n a o ll og l ，氧漂稳定剂6g l ，高效精练剂l og l ，浴比3 0 ： 1 。 2 2 2 2 工艺流程 一浴退煮漂( 9 5 ，ih ) 一热水洗( 8 0 ，3 次) 一温水洗( 5 0 c ，3 次) 一冷水洗一 烘干。 6 江南大学硕士学位论文 2 2 3 棉织物退煮漂一步汽蒸工艺 2 2 3 1 工艺处方 h ：0 2 ( 3 0 ) xg l ，n a o hyg l ，氧漂稳定剂zg l ，高效精练剂1 2 9 l ，渗透剂5 9 l ， 汽蒸时间tm i n 。 2 2 3 2 工艺流程 坯布一浸轧工作液( 轧液率1 0 0 1 1 0 ，二浸二轧，室温) 一汽蒸( 1 0 2 c ) 一热 水洗( 8 0 c ，3 次) 一温水洗( 5 0 ，3 次) 一冷水洗一烘干。 2 2 4 棉织物退煮一漂两浴浸漂工艺 2 2 4 1 工艺处方 退煮： n a o h ：9g l ；高效精练剂：1 2g l 漂白： h 2 q ( 3 0 ) ：1 0g l ；稳定剂：5g l ；高效精练剂：8g l 。p h = 1 0 5 1 1 0 2 2 4 2i 艺流程 一浴退煮( 9 5 1 0 0 c ，1h ) 一热水洗( 8 0 1 2 ，3 次) 一温水洗( 5 0 ，3 次) 一冷 水洗一烘干一浸漂( 9 0 1 0 0 c ，1h ) 一热水洗一温水洗一冷水洗一烘干。 。 2 2 5 棉织物冷轧堆工艺 。 2 2 5 1 工艺处方 h ：0 2 ( 3 0 9 6 ) 3 0g l ，n a o h3 0 9 l 氧漂稳定剂1 0 9 l ，高效精练剂l o g l ，渗透剂 5 9 l 。 2 2 5 2 工艺流程 室温浸轧一打卷一室温堆置2 4 h 一热水洗( 8 0 c ，3 次) 一温水洗( 5 0 c ，3 次) 一冷 水洗一烘干 2 2 6 棉针织物煮漂一浴工艺 2 2 6 1 工艺处方： n a o h ：4g l ；h 2 0 , ( 3 0 ) ：4 9 l ；稳定剂：2 4 9 l ；高效精练剂：4 9 l 。浴比：4 0 ：1 2 2 6 2 工艺流程： 热水预浸( 9 5 1 0 0 c ) 2 m i n - - 煮漂一浴( 9 5 1 0 0 c ) 一热水洗( 5 0 1 c ，3 次) 一 冷水冲洗一晾干 2 3 测试方法 2 3 1 硅溶胶含固量的测定及得率的计算 2 3 1 1 硅溶胶含固量的测定 ( 1 ) 糖量仪操作步骤： 调零：打开糖量仪盖板，用干净的纱布或卷纸小心擦干棱镜玻璃面。在棱镜玻璃面 上滴1 滴蒸馏水，盖上盖板。于水平状态，从目镜里观察，检查视野中明暗交界线是否 处在刻度的零线上。若与零线不重合，则旋动刻度调节螺旋，使分界线面刚好落在零线 7 第二章实验部分 上。 测量：打开盖板，用纱布或卷纸将水擦干，然后如上法在棱镜玻璃面上滴l 滴试液， 进行观测，读取视野中明暗交界线上的刻度。重复三次。 ( 2 ) 称重法测定硅溶胶含固量： 取称量皿于1 2 0 c 真空干燥箱烘至恒重，称取空皿干重。分别移取1m l 硅溶胶溶液 于称量皿中，称重。放入1 2 0 c 真空干燥箱中干燥7 小时，取出称量总干重。 含固量( ) = ( 总干重一空皿干重) ( 总湿重一空皿干重) 1 0 0 9 6( 1 ) 2 3 1 2 硅溶胶得率的计算 得率= 口s i o z 1 0 0 ( 矿2 1 4 2 8 6 )( 2 ) 式中g 为所得硅溶胶的质量( 克) ；s i o , 为硅溶胶中二氧化硅的质量百分含量，以 称重法测得；矿为硅粉的用量( 克) ；2 1 4 2 8 6 为硅相当于二氧化硅的质量转化系数。 2 3 2 稳定剂性能测试 2 3 2 1 k 0 2 分解率的测定 用移液管吸取1 0 lh 2 0 ：漂液于预先加入2 0m l 蒸馏水的1 0 0m l 锥形瓶中，加入 c ( 去h z s = 6m o l l 的硫酸溶液2 0 l ，用c ( k m n = 0 1m o l l 高锰酸钾标准溶 液滴定，当溶液自无色至恰显微红色时( 3 0s 红色不消失) 即为终点记下消耗的i ( m n o 标准溶液的体积，重复3 次，取平均值。h ：如含量及分解率按下列公式计算： “咖0 4 ) v ( 时山o ) h z 0 2 含量( g l ) = l = ，_ 一1 7 ( 3 ) v h z 0 2 h ：。z 分解率= ! ! ! ! ! 至苎i ；i ；i ；i ；i ；铲- 。 ：处x 1 0 0 ( 4 ) 式( 4 ) 中r 厂原液消耗的k m n o 。标准溶液的毫升数i d l5 矿曩一残液消耗的k m n 0 4 标准溶液的毫升数m l ； 2 3 2 2 破洞情况测试 将0 1 9 氯化铜溶于l o o m l 甲醇中配成0 1 氯化铜甲醇溶液。用微量注射器吸取0 1 氯化铜甲醇溶液，在经退浆煮练后的纯棉细平布的各个部位均滴上一滴该溶液，每滴约 3 9 9 ，烘干。然后根据待测稳定剂使用范围，配置p h 值为1 0 1 1 的双氧水氧漂工作液， 将烘干后的棉布进行氧漂，氧漂结束后织物经洗涤、干燥，最后检查棉布上的破洞情况 2 3 2 3 防结垢性能测试 试液组成：4 0 m l l ；n a 0 h4 9 l ：稳定剂2 0 9 l ；精练剂l g l 。 试验步骤：取上述漂白试验液1 5 0 m l ，加入已称量( 精确至0 1 m g ) 的2 5 0 n , 具塞 江南大学硕士学位论文 锥形瓶中，然后加h 8 9 棉坯布1 块和已称量( 精确至0 1 i n g ) 的干燥不锈钢板( 规格4 0 m m l o o i m n xi m m ，放入前使呈卷曲状) ，塞紧瓶塞，在7 0 c 的恒温烘箱中放置6 h 后取出， 将烧瓶和不锈钢板经水洗、蒸馏水洗后，进行烘干，然后称量( 精确至0 1 i n g ) ，计算烧 瓶和不锈钢板的增重，即可表示结垢程度的大小。 2 3 2 4 电位的测定 9 5 c 条件下在纳米粒径及电位分析仪上测定。 2 3 2 5 凝聚值的测定 试验溶液配制： 氢氧化铁胶体溶液：将l o o m 蒸馏水加热至沸腾，然后在沸水中滴入5 m l 2 三氯化 铁溶液( 称取3 4 9f e c l ，6 h ：0 溶于1 0 0 r a l 蒸馏水中) ，不断搅拌，到溶液呈暗红棕色 后，冷却至室温，即得氢氧化铁胶体。 稳定剂溶液：称取稳定剂l o g ( 精确至0 i g ) 用蒸馏水溶解，移入l o o m l 容量瓶中， 稀释至刻度，摇匀。 操作步骤： 取已编号的试管5 只，分别按次序加入氢氧化铁胶体溶液、蒸馏水和稳定剂溶液， 摇匀，静置。观察试管，如发生混浊，即表示凝结。 2 3 2 6 保护胶体作用的测定 试验溶液配制： 稳定剂溶液：称取稳定剂l o g ( 精确至0 1 9 ) 用蒸馏水溶解，移入l o o m l 容量瓶中， 稀释至刻度，摇匀。 操作步骤： 取已编号的试管5 只，分别按次序加入氢氧化铁胶体溶液、稳定剂溶液、蒸馏水， 摇匀后再加入c ( n a 3 p 仉) = 0 5 m o l l 磷酸三钠溶液，摇匀，静置。观察试管出现混浊 的情况，记录出现混浊的试管中加入的磷酸三钠溶液的体积。 2 3 3 织物性能测试 2 3 3 1 织物白度、黄度的测定 在c o l o r e y e t o o o a 测色系统上测定。每块布样保持经、纬方向一定，于不同位置 测定4 次，记录a s t m e 3 1 3 黄度和h u n t e r 白度值。 2 3 3 2 毛细管效应的测定 将试样剪成经向3 0 c m 、纬向5 c m 的布条，试样悬挂在支架上，下端浸入蒸馏水中， 测量蒸馏水在3 0 i n 内沿织物上升的高度。 2 3 3 3 织物断裂强力测定 按国家标准g b t 3 9 3 2 1 - 1 9 9 7 ，测定织物处理后的断裂强力。 2 3 3 4 针织物顶破强力测定 按国家标准g b t 1 4 8 0 0 - 1 9 9 3 ，测定织物处理后的顶破强力。 2 3 3 5 纤维聚合度的测定 9 第二章实验部分 采用铜氨溶液法测定棉纤维的聚合度w 。 2 3 3 6 织物的k s 及e 采用c o l o r - e y e7 0 0 0 a 测配色仪，选用l a b e y e 软件测试。开机预热3 0 m i n 后，首先 进行黑白板校正；然后设定测试环境：1 0 。视场、d 6 5 光源、测色次数：2 次；再新增基 材资料。将织物折叠成四层( 不透光) 后放在测色孔上，开始测试。记录最大吸收波长 处的k s 以及e 。 2 3 3 7 摩擦牢度测试 按照g b t 3 9 2 0 1 9 9 7 规定进行测试。 2 3 3 8 皂洗牢度测试 按照g b t3 9 2 1 i ( 2 5 ) 一1 9 9 7 规定进行测试。 i o 江南大学硬士学位论文 第三章硅溶胶的制备 3 1 引言 就原理而言，硅溶胶有两种制备方法：利用溶液中化学反应生成的s i 0 2 超微粒生长、 成核，制得硅溶胶的方法为凝聚法；利用机械将s i 0 2 微粒在一定条件下分散于水中制得 硅溶胶的方法为分散法。 就工艺而言，有单质硅粉溶解法、离子交换法、胶溶法、分散法等。离子交换法是 目前研究最多、技术最成熟的工艺。而单质硅粉溶解法是通过原料纯硅的选择克服离子 交换法中原料水玻璃杂质对硅溶胶品质的不利影响，胶体的粒形、粒径、p h 值、纯度等 均易控制，性能稳定，质量较好，是一种具有研究开发价值的硅溶胶制备方法m 口町。 各种不同方法制备的硅溶胶，具有各自独特的开发和研究价值。由于双氧水漂白工 艺是在高温碱性条件下，因此本试验采用单质硅粉溶解法制备碱性硅溶胶。 单质硅粉溶解法是采用无机或有机碱作催化剂，以单质硅粉与纯水反应来制备硅溶 胶。制备原理是：硅粉在碱的催化作用下，与水反应，生成水合硅酸，水合硅酸在水中 逐渐聚合，由单体自行脱水渐渐聚合成二元体、三元体乃至多元体，即成为水合硅酸的 水溶液，就是硅溶胶 3 5 。反应化学式如下：就是硅溶胶嘲。反应化学式如下： 。7 一 m t l 。7 ， ， i m s i + ( 2 m + n ) h ，0 ! ! im s i 0 2 n h 2 0 + 2 m h 2 ， 。 6 5 9 0 c ，一。， ， 本文考察了此法制备硅溶胶的影响因素，以及各影响因素对硅溶胶含固量和p h 值 的影响。通过设计正交试验对制备工艺进行优化，得到最佳制备工艺。 3 2 硅溶胶含固量测定方法的确定 硅溶胶的s i 0 。含量( 含固量) 是其制备工艺的主要考察指标。硅溶胶的s i o , 含量越 大，表明聚合反应越完全，硅溶胶粒径越大，硅溶胶质量越好。 单质硅粉溶解法制得的硅溶胶s i o , 含量通常用称重法测得。但是称重法测定硅溶胶 的含固量耗时费力，不适于即时监测。本课题将糖量仪法用于硅溶胶含固量的测定，考 察了此方法的可行性。 糖量仪是根据不同浓度溶液具有不同折光系数这一原理制成的。光线从一种介质进 入另一种介质时会产生折射现象，且入射角正弦之比恒为定值，此比值称为折光率。分 散液中含固量与折光率成正比，故测定分散液的折光率，可求出其含固量大小。糖量仪 法测定含固量最大的优点在于操作快速简单。 用糖量仪测量不同含固量( 称重法测得) 的硅溶胶，考察糖量仪读数与硅溶胶含固 量的函数关系，结果如图3 1 所示。 由图中可以看到，糖量仪读数和硅溶胶含固量满足线性方程y = 0 5 0 1 2 x 一0 2 9 8 6 ， 硅溶胶含固量约等于糖量仪读数的两倍。用糖量仪法测定硅溶胶的含固量是可行的因 此在下面的制各过程中采用糖量仪法测定硅溶胶含固量。 第三章硅溶胶的制备 芝 封 苍 基 咖 姆 o1 02 03 04 0 含固量 图3 i 糖量仪读数与含固量的函数关系图 3 3 各种因素对硅溶胶含固量和p h 值的影响 在采用单质硅粉溶解法制备碱性硅溶胶时，通过摸索发现，硅粉用量、液碱用量、 氨水用量以及反应温度、反应时间等因素对反应有很大的影响，以下是对各种影响因素 的详细考察。 3 3 1 不同硅粉用量对含固量和p h 值的影响 本文首先考察了不同硅粉用量对硅溶胶的含固量和p h 值的影响，实验结果如表 3 1 。 表3 i 硅粉用量对含固量和p h 值的影响 从表中可以看到，硅粉的用量越多，硅溶胶中的s i 0 ：的含量就越高，p h 值下降， 硅溶胶的质量越好，但是加入过多的硅粉会给真空抽滤和硅粉的回收重新利用带来一定 的困难，因此硅粉用量应以4 5 5 0 9 为宜。 3 3 2 不同n a o h 用量对含固量和p h 值的影响 n a 0 h 作为催化剂，在碱性硅溶胶的合成中起重要作用。表3 2 是不同n a 0 h 用量对 硅溶胶含固量和p h 值的影响。 表3 2n a o h 用量对含固量和p h 值的影响 1 2 6 4 2 0 8 6 4 2 0 江南大学硕士学位论文 从表中可知，随着n a o h 用量的增加，硅溶胶中的s i 如的含量也不断增加，在n a o h 用量为6 m l 时，硅溶胶的s i o 。含量达2 6 2 ，p h 值达到9 ，而在n a o h 用量为8 m l 时， 实验中发现合成反应太过激烈，这可能是因为碱性太大，反应速度过快，反应热不能及 时传递出去而使反应失控。有资料表明，碱浓度过高会使反应生成硅酸钠而不是硅溶胶 嘲。因此，综合考虑n a o h 用量应选在6 m l 左右。 3 3 3 不同氨水用量对含固量和p h 值的影响 氨水在碱性硅溶胶的合成中起辅助催化作用，它的添加不但能加速反应，另外它还 能改变胶体粒子的物理结构，扩大胶体粒径，增加胶体稳定的作用。表3 3 是不同氨水 用量对硅溶胶含固量和p h 值的影响。 表3 3 氨水用量对含固量和p h 值的影响 由表中可知，加入适量的氨水可以增加硅溶胶中的s i o ：含量，但是当氨水用量大于 2 m l 时，硅溶胶的s i 晚含量不再随氨水用量的增加而增大，而且由于氨水易挥发，成品 硅溶胶中会因含过多的氨水而有刺鼻的气味。因此认为氨水用量在i 2 m l 为宜。 3 3 4 不同反应温度对含固量和p h 值的影响 在前面的实验中得到的碱性硅溶胶的s i o , 含量都没有超过3 0 ，这可能是因为原先 设定的反应温度不够恰当，因此分别探讨了6 0 c 、7 0 c 、8 0 c 、9 0 c 下硅溶胶的合成效 果，如表3 4 所示 表3 4 反应温度对含固量和p h 值的影响 从表中可看到，反应温度对碱性硅溶胶的s i o , 含量的影响确实很大，当反应温度达 到8 0 c 时，碱性硅溶胶的的s i o ：含量达到3 0 2 ，这说明反应温度升高，硅粉的碱性水 解反应速率加快，反应温度是制备碱性硅溶胶的重要因素。但是在实验中发现，当反应 温度达到9 0 c 时，反应相当激烈，而且还有胶化现象，因此反应温度不宜过高，选择 8 0 左右 3 3 5 不同反应时间对含固量和p h 值的影响 表3 5 列出了不同温度下不同反应时间对含固量和p h 值的影响。 第三章硅溶胶的制备 由表可知，同一反应温度下，碱性硅溶胶的s i 0 ：含量随着反应时间的延长而增大， 但基本上反应5 h 以后s i 0 ：含量增加的程度不大，说明在本实验的反应条件下，5 h 的反 应时间基本上足以让反应完全。因此，从节约成本的角度出发，选定反应时间为5 h 。 3 3 6 其他因素的影响 在实验过程中发现，反应起始温度、加料方式也对反应有影响。 ( 1 ) 反应起始温度的影响 反应起始时，也就是开始加料时，反应釜中的温度要低于反应温度，这是因为一般 反应开始时比较激烈，起始温度过高