（纺织工程专业论文）绢纺原料复练工艺的研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明n y 1 煳必 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：互馁 日期： 枷7 年肛月v 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 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 制手段保存和汇编本学位论文。 保密画在乙年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：l 彼 日期：砷年s j 号s 厂日 指导教师签名：艺i 参i y 日期：w ) 年iy 月明 东华大学硕士学位论文摘要 绢纺原料复练工艺的研究 摘要 我国是丝绸的发源地，我们的祖先很早就掌握了漂练技术，如用草木灰、 猪胰子练绸，用熏硫磺的方法进行漂白等技术，生产出的丝织物在当时享誉世 界。就精练来讲，目前随着科技的发展出现了越来越多精练工艺：皂碱练、酸 精练、酶精练、腐化练等，这些方法各有千秋，其中，腐化练( 也称微生物精 练) 的除油效果好，但是得到的绢纺原料的指标还达不到标准，必须进行复练， 进一步除胶除油。目前，复练工艺的研究还不完善，本课题主要研究漂白剂对 复练后绢纺原料各项指标的影响，如残胶率、残油率、强力、色泽等，并探索 复练工艺参数。本课题对上述问题的解决，将对腐化练工艺的生产起到积极推 动作用。 本试验首先对漂白剂进行了选择，实验选择了双氧水、过碳酸钠和二氧化 硫脲( t d ) 。经过对未腐化过的滞头原料处理，根据测试的强力和白度指标， 双氧水的效果最好，所以选取双氧水作为后述练的漂白剂。 复练工艺采用练漂一步法，精练后测试白度、强力、残胶率和残油率四指 标。根据处理结果看，碱对强力、残胶率影响较大，对白度、残油率影响较小； 表面活性剂对强力，残胶率和残油率影响大，对白度影响不大；时间、温度对 四指标都有较大的影响；双氧水对四指标也有较大影响。经过单因子试验得到 的工艺参数：n a 2 c o s ：2 9 l ，雷米帮a - l g l ，h 2 0 2 ：8 1 m i d ，n a 2 s i 0 3 ：4 9 l ，时间： 4 0 m i n ，温度：8 5 ，浴比：1 ：5 0 。此工艺下测试四指标：白度：6 7 0 4 ，强力： 3 1 8 c n ，残胶率：2 5 4 3 1 ，残油率：0 3 7 9 0 。 经过优化实验后得到优化工艺参数：n a 2 c 0 3 ：2 9 1 ，雷米帮a ：1 9 l ， h ：0 2 ：7 6 m l l ，n a 2 s i 0 3 ：4 9 l ，时间：4 6 m i n ，温度：8 7 2 c ，浴比：l ：5 0 。实验结 果：白度：6 7 5 9 ，强力：3 1 4 c n ，残胶率：3 0 1 8 0 ，残油率：0 3 4 5 3 ，此 工艺能显著改善白度，残胶率和残油率都达到标准，强力有所下降，仍在合理 范围内。 关键词：漂白剂，白度，强力，残胶率，残油率 r 眈 i 卜 r 东华大学硕士学位论文 t h es t u d yo ff i n i s h i n gs c o u r i n gt e c h n i q u eo fs p u ns i l km a t e r i a l c h i n ai st h ec r a d l eo fs i l k o u ra n c e s t o rh a sm a s t e r e dt h es c o u r i n ga n db l e a c h i n g t e c h n i q u ei nt h ee a l yt i m e t h e ys c o u r e da n db l e a c h e dt h es i l kb yp l a n ta s h ，h o g p a n c r e a s ，s t o v i n ga n do t h e rm e t h o d s ，t h es i l kf a b r i c st h e yp r o d u c e de n j o y e dah i g h r e p u t a t i o na th o m ea n da b r o a d a sf o rt h er e f i n i n g , w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c e a n dt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r en e ws c o u r i n gt e c h n i q u e sh a sb e e nd e v e l o p e d ，s u c ha s s o a pa n da l k a l i n es c o u r i n g ，a c i ds c o u r i n g , e n z y m a t i cs c o u r i n g , s c h a p p i n g ( m i c r o o r g a - n i s ms c o u r i n g ) a n ds oo n ，e a c ho fw h i c hh a sa d v a n t a g e so fi t s e l l a m o n gt h e s e t e c h n i q u e s ，s c h a p p i n gh a sg r e a tp r o m i s e so fd e v e l o p m e n t ，w h i c h c a ne f f e c t i v e l y r e m o v et h eo i l ，b u tt h ei n d e x e sa r en o td e s i r a b l e ，s ow es h o u l dd e c l i n et h e mb y f i n i s h i n gs c o u r i n ga n df u r t h e rd e g u ma n dr e m o v eo i l n o w , t h et e c h n o l o g yo ff i n i s h i n g s c o u r i n gp e r f e c t ，t h em a i ni t e mo f t h e s i si st os t u d yt h ee f f e c to ft h eb l e a c h i n ga g e n t s t ot h er e l e v a n ti n d e x e s ，s u c ha sw h i t e n e s s ，s t r e n g t h ，r e s i d u a ls e r i c i n ，r e s i d u a lo i l i n a d d i t i o n ，t h i s t h e s i s w i l l p r o b e t h et e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s o ft h e f i n i s h i n g s c o u r i n g t h er e s u l to ft h ea b o v ep r o b l e mw i l lp o s ta l lp o s i t i v ei m p a c to np r o c e s so f t h es c h a p p i n g i nt h i se x p e r i m e n t ，t h e s i sc h o s eb l e a c h i n ga g e n t sw h i c hi s f i tf o rt h eb l e a c h i n g ： h y d r o g e np e r o x i d e ，s o d i u mp e r c a r b o n a t ea n dt h i o u r e ad i o x i d e r e s u l tf r o mt h et e s to f s c o u r e du n s c h a p e df r i g o n ，h y d r o g e np e r o x i d ei sm o r ee f f e t i v et h a no t h e ra g e n t si n s r e n g t ha n dw h i t e n e s si n d e x e s ，s oh y d r o g e np e r o x i d ei st h eo n es u i tt h ef o l l o w i n g e x p e r i m e n t i nt h ep r o c e s so ff i n i s h i n gs c o u r i n g , w ea d a p t e do n e s t a g ep r o c e s so fs c o u r i n ga n d b l e a c h i n g a f t e rs c o u r i n g ，w et e s t e df o u ri n d e x e s ：s t r e h g t h ，w h i t e n e s s ，r e s i d u a ls e r i c i n a n dr e s i d u a lo i l a c c o r d i n gt ot h et e s t e dr e s u l t ：a l k a l ip o s t sh e a v yi n f l u e n c eo ns t r e n g t h a n dr e s i d u a ls e r i c i ni n d e x e s ，l i g h to nw h i t e n e s sa n dr e s i d u a lo i li n d e x e s ；s u r f a c t a n t p o s t sg r e a ti m p a c to ns t r e n g t h ，r e s i d u a ls e r i c i n ，l i g h t o nw h i t e n e s s ；t i m e ，t e m p e r a t u r e a n dh y d r o g e np e i o x i d ea l lp o s th e a v yi n f l u e n c eo nt h ef o u ri n d e x e s t h ep r o c e s s i n g p a r a m e t e r sg o tf r o mt h es i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n t ：n a 2 c 0 3 ：2 9 l ，s u r f a c t a n t ：1g l ，h 2 0 2 ： 8 1 m l 1 ，n a 2 s i 0 3 ：4 9 l ，t i m e ：4 0 m i n ，t e m p e r a t u r e ：8 5 。c ，b a t hr a t i o ：l ：5 0 t h eo p t i m i z e dp r o c e s sp a r a m e t e r sl i s t e da sf o l l o w ：n a 2 c 0 3 ：2 9 l ，s u f f a c t a n t ：1g l ， h 2 0 2 ：10 1 m v l ，n a 2 s i 0 3 ：4 4 9 l ，t i m a e ：4 6 m i n ，t e m p e r a t u r e ：8 7 2 ，b a t hr a t i o ：1 ： 5 0 t h ef o u ri n d e x e s ：w h i t e n e s s ：6 7 5 9 ，s t r e n g t h ：3 1 4 c n ，r e s i d u a ls e r i c i n ： 3 0 1 8 0 ，r e s i d u a lo i l ：0 3 4 5 3 s ot h i s t e c h n o l o g y c a nc l e a r l y i m p o v et h e w h i t e n e s s ，a n dt h ei n d e x e so fr e s i d u a ls e r i c i na n dr e s i d u a lo i la r ep e r f e c t ，f o rt h e s t r e n g t h ，i tj u s th a s al i t t l ed e c r e a s ea n ds t i l li nt h er e a s o n a b l er a n g e w a n g j u n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t ) s u p e r v i s e db yl a oj i h o n g k e y w o r d s ：b l e a c h i n ga g e n t ，w h i t e n e s s ，s t r e n g t h ，r e s i d u a ls e r i c i n ，r e s i d u a lo i l 东华大学硕士学位论文 目录 目录 第一章引言1 1 相关背景知识：1 1 1 绢纺原料1 1 2 精练的目的和要求2 1 3 丝胶结构和性质二2 1 4 油脂的结构和性质3 1 5 精练方法4 1 6 漂白剂的应用7 2 课题研究的内容和意义8 2 1 课题研究的内容8 2 2 课题研究的意义9 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理1 0 1 脱胶原理! 1 0 1 1 化学脱胶机理1 0 1 2 氧化脱胶机理1 l 1 3 脱胶的影响因素1 1 2 除油原理1 4 2 1 表面活性剂除油1 4 2 2 碱除油机理1 8 2 3 氧化除油机理1 9 2 4 除油的影响因素1 9 3 漂白原理2 0 3 1 氧化漂白机理2 1 3 2 还原剂漂白机理2 4 3 3 漂白的影响因素2 4 第三章试验准备2 6 1 试验准备2 6 1 1 原料准备2 6 1 2 化学药剂准备2 7 2 实验方法及指标测试方法3 0 2 1 实验方法：3 0 2 2 指标测试方法3 0 1 漂白剂的筛选3 4 1 1 硅酸钠用量选择3 4 1 2 漂白剂筛选3 5 2 单因子实验3 7 2 1 双氧水实验3 7 2 2 n a 2 c 0 3 实验3 9 2 3 雷米帮a 实验4 l 2 4 时间实验4 3 东华大学硕士学位论文 目录 2 5 温度实验 3 二次通用旋转组合设计实验 3 1 试验设计 3 2 试验结果 3 3 解回归方程 3 4 解参数优化数学模型 3 5 验证实验 第五章结论 参考文献： 附录一 附录二 致谢 4 6 4 8 4 9 5 1 5 2 5 4 5 5 5 6 5 7 5 9 6 3 6 4 东华大学硕士学位论文 第一章引言 第一章引言 蚕丝是纺织业四大传统原料之一，属蛋白质纤维，有较好的强伸度，纤维 细而柔软，平滑，富有弹性，光泽好，吸湿性好。丝织物以其轻盈柔软，光泽 优美，吸湿性好，穿着舒适受到世人的亲睐。我国是丝绸的发源地，我们的祖 先很早就掌握了漂练技术，如用草木灰、猪胰子练绸，用熏硫磺的方法进行漂 白等技术，生产出的丝织物在当时享誉世界。绢纺是丝绸业的一个分支，精练 主要影响纤维品质，纺纱工艺流程：精练- n 绵一纺纱。目前采用的精练方法 有：皂碱练、酸精练、酶精练、腐化练等，这些方法各有千秋，其中，腐化练 ( 也称微生物精练) 除油效果好，但残胶率偏低，色泽略黄，生产周期长。由 于除油效果好，多数厂采用此法处理含油重的原料。目前，腐化练工艺流程为： 初练一进缸腐化一复练n 1 。本课题主要研究漂白剂对复练后绢纺原料白度、强 力、残胶率、残油率各指标的影响并探索复练工艺参数。本课题对上述问题的 解决，将对腐化练工艺的生产起到积极推动作用。 1 相关背景知识 1 1 绢纺原料 绢纺原料来源于养蚕业、制丝业及织绸行业的疵茧和废丝，品种多，质量 差异大。根据蚕品种的不同，绢纺原料可分为桑蚕、柞蚕和蓖麻蚕三大类，其 中以桑蚕绢纺原料所占的比例最多。桑蚕绢纺原料也是目前绢纺行业用的最多 品种。 桑蚕原料一般分为茧类、丝吐类、滞头、茧衣等几类。茧类分为六类：双 宫茧、口类茧、黄斑茧( 柴印茧、蛆茧) 、汤茧、薄皮茧、血茧：丝吐类又分 为长吐和短吐：长吐是从缫丝索理绪获得的废丝，由人工剔除蛹体、汤茧及杂 质，并将丝纤维引伸理直而成条束状，长度约1 5 米左右，每束重量为5 0 0 - 1 0 0 0 克，称为手扯长吐。这种长吐色有白光，纤维长而韧，较伸直平行，无杂纤维， 缠结少。或自动缫丝机制成条束状，称条吐。均为优良的绢纺原料。短吐是在 整理长吐时落下的短丝头，再经整理而成。短吐丝条短，且夹有结块、蛹衬等， 东华大学硕士学位论文 第一章引言 品质较长吐差。滞头是缫丝时落下的蛹衬，经发酵和化学药剂的煮练，使茧丝 松懈，然后用滞头机扯松、除蛹加工而成长1 米，宽o 5 米的绵张。茧衣是蚕 在营茧时，先吐出含胶量较多的细丝，缠于簇上，作为营茧的基础，包围在茧 层外面。茧衣含胶量多达4 2 - 4 8 ，纤维细而发脆，强力低，质量差，一般不经 精练处理使用。剩余其它的一般是缫丝厂的废丝，是缫丝或复摇时从丝片上拉 下的丝，纤维较长，色泽白，强力好，品质优良，部分废丝有结头或捻度，质 量差异大n 1 。 1 2 精练的目的和要求 蚕吐出的茧丝除了丝素外，还有丝胶、蜡质、色素和灰分，这些物质的存在 使得纤维缠结重，外观质量差。因此，必须在纺纱之前除去大部分丝胶、油脂、 蜡质、无机物以及其它杂质n 羽，利于纺纱质量的提高。 丝精练要求练液温度，练液p h 值，精练时间，练液浴比，练液中药剂的浓 度都要合理选取。要求在不损伤强力的情况下，提高纤维白度，且使纤维残胶率 在3 5 ，残油率在o 5 以下。 1 3 丝胶结构和性质 在蚕丝的结构中，丝胶是球状蛋白质包覆着丝素。经研究证明，按溶解 的易难，丝胶层次依次分为丝胶i 、丝胶i i 、丝胶i i i 和丝胶i v ，见图1 1 。 从丝胶i 至丝胶i v 结晶度、取向度逐渐增加，见表1 1 3 。在精练时，残留一 些丝胶对丝织物的弹性和手感是有益的。 瀛：jti - 蕾。增 图1 i 丝胶结构幽 东华大学硕士学位论文 第一章引言 表1 1 丝胶i i v 的结晶度 结晶度的增加使丝胶的空间结构逐渐变的密实，而空间结构愈规整密实， 水分之就越难渗入，丝胶肽链上的极性基团不易与水分之接触，溶解性降低。 在丝胶中含量最多的是丝氨酸( 3 3 4 3 ) ，其次是天门冬氨酸( 1 6 7 1 ) ， 乙酸胺( 1 3 4 9 ) 、苏氨酸( 9 7 4 ) ，其它氨基酸含量都比较少。丝氨酸、天门冬 氨酸、苏氨酸都含有较多的极性亲水性基团，它们在丝胶各层的含量不同，见 表1 2 。 表1 2 丝胶i , - - - i v 层各主要氨基酸含量 丝氨酸 天门冬氨酸 乙氨酸 苏氨酸 3 4 0 3 1 6 9 4 1 3 2 1 1 0 3 4 3 6 6 4 1 6 9 5 1 2 8 1 8 4 8 2 8 1 5 1 6 1 3 1 5 6 9 1 1 3 6 1 2 4 0 1 2 6 4 1 1 8 9 7 2 5 从表中可以看出，沿着i 到的顺序，丝胶含极性氨基酸的比例呈下降 趋势，从而使丝胶l 到i v 层的水溶性逐渐减少，精练时有助于残留一些丝胶。 丝胶结构中的支链化程度比丝素高，支链的极性基团含量比较高，分子链 的排列不够规整，分子间作用力较小，这些原因使得丝胶的吸湿性较丝素高。 丝胶在水溶液中强烈吸湿会发生膨胀，一般在温度低于6 0 时，水分进入 无定形区，只出现有限的膨化，高于6 0 ，膨化作用剧烈。 1 4 油脂的结构和性质 绢纺原料的油脂来源于蛹体渗出的蛹油，蛹油为红棕色，有腥味的粘稠体。 绢纺油脂与其它油脂一样，是复杂的高级脂肪酸甘油脂的混合物，其中饱和脂肪 酸含量低于不饱和脂肪酸。油脂的脂肪酸结构式为c h 2 c o o r ，r 可能是相同， 也可能是不同的烃基川。| c h c o o r c h - , - c o o r 3 东华大学硕士学位论文第一章引言 油脂中约含有十种脂肪酸，见表1 3 ： 表1 3 油脂中脂肪酸 油脂不溶于水，可溶于大多数有机溶剂，在非极性溶剂中溶解度较极性溶 剂中大。随温度升高，溶解度增加。油脂沸点在3 0 0 c 以上，加热时，在沸点前 会分解。油脂密度一般在0 9 , - - - 0 9 5 9 c m 3 ，密度随温度变化，每增加1 ，密度 降低0 0 0 0 6 4 h 1 。 油脂在较高压力温度、压力、催化剂作用下，可水解成甘油和游离脂肪酸， 在无机酸、碱、酶及金属氧化物作催化剂条件下可加速水解，碱作催化剂时，脂 肪酸与碱生成金属盐，水解平衡被破坏，油脂完全水解；油脂会被在氧作用下氧 化分解成醛、酮、酸等物质。 1 5 精练方法 精练方法有：皂碱练、酸精练、生物化学精练。 4 东华大学硕士学位论文第一章引言 1 5 1 皂碱练 皂碱练是目前用的最普遍的方法，它利用碱，皂类与丝胶和油脂在一定条件 下的反应达到除胶和除油的目的。加碱的目的是提高p h 值，促使丝胶的膨润溶解， 由于丝胶具有两性性质，加之丝胶蛋白质偏酸性，所以，丝胶在碱性溶液中吸收 碱而膨化溶解，并起水解作用，变成可溶性的氨基酸盐，同时碱也能使纤维上的 油脂皂化、中和脂肪酸。因而，用碱精练既可脱胶，又可除去油脂。皂类主要是 用于除油，皂类是表面活性剂，具有润湿、渗透、乳化、增溶、分散的作用，能 将原料上的油脂乳化分散到溶液中，也可以洗去部分杂质，同时可对练液的p h 值起缓冲的作用。皂类水解会产生氢氧化钠和脂肪酸，提高p h 值，同时由于产生 了脂肪酸，可使纤维有良好的光泽和手感。 由于肥皂不耐硬水，易与水中的钙、镁离子等生成不溶性的钙、镁皂，粘 附在纤维表面影响纤维质量和后加工的进行，也增加了肥皂的用量。从水质和成 本上考虑，可以选其它精练剂代替，如雷米帮a 等，也可以取得较佳效果凹3 。 1 5 2 酸精练 酸精练主要是在酸的作用下，丝胶中的蛋白质某个特定氨基酸侧链水解。 丝胶中含有丰富的天氨酸、谷氨酸，酸对这两种氨基酸的作用最强，酸会作用于 丝胶完成精练。布莱本和李提出的蛋白质酸解的机理如下式所示3 ： c h 一c o o h n h c o 十c h n h c 0 一 ，、 - ，g o 母h - c h - c o o 一朋+ d i b r - n 0 3 c 1 。 c h 3 c o o 。 c 4 h 4 0 6 c 6 h 5 0 7 s 0 4 ，在 c i 以前的负离子能够促进丝胶的膨润溶解，以后的负离子则抑制丝胶的溶解。 溶液中有铜、铁、铝等金属阳离子时，影响丝胶极性基团的水作用，使丝胶膨润 性能下降h 1 。 2 除油原理 绢纺原料的除油主要有两种途径：一是油脂随着丝胶的去除而去除：二是表 面活性剂除油汹肋1 ；三是纯碱除油；四是氧化分解嘲。其中，大部分油脂是通 过第二种途径去除。 2 1 表面活性剂除油 表面活性剂在水溶液中的作用主要有增溶、渗透( 润湿) 、乳化和分散作用。 对于油脂来说表面活性剂所起的作用是增溶、乳化和分散作用。 表面活性剂溶液的物理化学性质随溶液浓度的变化会有一个转折点，这个 转折点发生在浓度不大的范围内。经分析认为：表面活性剂在溶液中超过一定 浓度时会从单个离子或分子缔合成胶态聚集物，即形成胶团。胶团的形成导致 溶液性质发生突变，所以溶液性质发生突变时的浓度也就是开始形成胶团时的 浓度，称为临界胶团浓度或临界胶束浓度( c r i t i c a lm i c e l l ac o n c e n t r a t i o n ) ，简写 c m c o 在临界胶团浓度下表面活性剂溶液的性质发生急剧的转变，表面张力降至 1 4 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 最低，因此，临界胶束浓度可以作为表面活性剂表面活性的度量，c m c 愈小。 表面活性剂溶液在溶液中形成胶束所需浓度愈低，达到在表面的饱和吸附浓度 愈低，使溶液的表面张力降到最低所需要的浓度愈低，即表面活性愈高；c m c 越低改变界面状态起到增溶、乳化和分散作用的表面活性剂浓度越低啪1 。 2 1 1 增溶机理 表面活性剂在水溶液中能使难溶于水的有机化合物的溶解度明显高于它在 纯水中的溶解度，这种作用叫增溶作用。增溶作用只有在表面活性剂的浓度高 于l c l - n c 时才发生，所以增溶作用与表面活性剂在水溶液种产生胶团关系密切。 增溶量的增加将使胶团的体积增大，胶团的数目增加也会增加溶量，在c m c 以 上，表面活性剂浓度越高，生成的胶团数越多，增溶作用越强例跚3 。 增溶物与胶团的作用的可能的方式有如下四种汹1 ： ( 1 ) 胶团内核处的增溶 非极性有机化合物一般增溶于胶团的内核中，胶团的内核有液态烃的性质， 非极性化合物犹如溶于液态烃中一样，如图2 1 ( a ) ，饱和脂肪烃、环烷烃等属 于这种方式增溶。 ( 2 ) 胶团定向表面活性剂分子之间增溶 在胶团的定向的表面活性剂分子之间增溶会形成栅栏结构，极性难溶的有 机物进入构成胶束的表面活性剂分子之间，形成混合胶束，增溶于胶团栅栏之 间，如图2 4 ( b ) 。极性一端会与表面活性剂极性端相混合并连接起来，非极性 碳氢链段会进入胶团内部。 ( 3 ) 胶团溶剂交界处的增溶 一些小极性分子只是吸附于胶团表面的亲水基部分或靠近“栅栏 表面区 域，并不进入胶团内部，如图2 4 ( c ) ，也就是说胶团一溶剂交界面是完全的极 性环境。这种方式的增溶在啪c 以上时几乎呈一定值。 ( 4 ) 极性基团之间增溶 增溶物被包裹于胶束外定向排列的亲水链之i 日j ，如图2 4 ( d ) ，非离子增 溶量比离子型表面活性剂大的多，并随温度的上升加溶量增加。 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 ab c d 。 图2 4 增溶作用方式 注：a 胶团内部增溶c 胶团一溶剂交界处的增溶 b 胶团定向表面活性剂分子之间增溶d 极性基团之间增溶 以上是四种增溶方式，但某一种物质的增溶方式并不是唯一的，可以转化。 由于增溶作用与胶团化作用关系密切，影响临界作用的因素也必然影响增 溶作用，增溶作用影响因素如下啪1 ： ( 1 ) 表面活性剂的结构 表面活性剂的临界胶束浓度随亲油基碳原子数的增加而减小。因为亲油基 碳原子数的增加，使得表面活性剂的非极性越强，更易与溶液中非极性物质接 触，吸附性增强易，形成胶束。若表面活性剂的亲油基有分支或链中含有不饱 和结构或极性基团，则增溶作用比同碳原子数的直链和饱和直链小。 ( 2 ) 增溶物的结构对增溶作用的影响 增溶物的增溶量会随着它的碳原子数的增加而减少，也随着它的不饱和度 及环化程度的增加而增加。 ( 3 ) 温度对增溶作用的影响 温度对增溶作用的影响随表面活性剂和增溶物的不同而不同。一般温度对 于离子型表面活性剂而言会使极性和非极性化合物的增溶程度增加，原因目前 还不清楚，可能是由于分子热运动使胶团中增溶的空间增大。 2 1 2 乳化及其作用机理 ( 1 ) 乳化作用 ， 两种不相溶的液体。其中一相以微滴状分散于另一相中，见图2 5 ，这种作 用称为乳化作用。 1 6 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 l ! ! ll ；il ；! l ! 嚣露熹 ! l 一。 图2 5 孚l 化作用 非极性有机物与水在一起搅拌，强力迫使一相以微滴分散于另一相此时界 面的面积增大体系稳定性降低，形成乳状夜。停止搅拌，有机物与水有分开呈 明显的两层。加入表面活性剂后表面活性剂在两界面上吸附或聚集，在两界面 形成稳定得吸附层，使体系稳定，可形成稳定的乳状液口1 。 ( 2 ) 乳化作用机理3 3 1 1 ( a ) 降低两相间的表面张力 在两两不相溶或溶解度很小的两种物质组成的乳状溶液中加入表面活性剂 后，两相间的界面张力降低，体系稳定性得到提高。 ( b ) 提高界面膜的物理性能 表面活性剂在两相界面发生界面吸附形成界面膜。界面膜对体系的稳定性 非常重要，当界面膜强度较大时分子间碰撞也不至于膜破裂，从而使油和水之 间不能产生作用而聚集成大分子使体系稳定。 乳化剂浓度低时，界面吸附作用弱，形成的膜强度低。分子间的碰撞易使 膜破裂，油状物质会重新聚集，溶液稳定性破坏。所以，一般表面活性剂分子 浓度高，界面膜强度会提高，溶液稳定性也会提高。 表面活性剂的结构对界面膜也有影响，那些疏水链长、支化度小亲水基在 一端的表面活性剂，由于易形成胶束，疏水基易吸引非极性物质，形成的胶束 量大，胶束具有亲水性质，从而使形成的界面膜强度高有利于体系的稳定。 ( c ) 提高界面电荷 一般来说离子型表面活性剂作乳化剂时，溶液中液珠所带电荷取决于表面 活性剂；液珠在溶液中带电强度是不一样的，因而溶液中有反离子存在，这些 反离子通过静电引力吸附于带电的液珠上，会形成双电层。 双电层的存在，使液珠碰撞时首先接触双电层，真正液珠分子间的碰撞会 1 7 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 降低，或认为是界面膜增厚，减小了液珠聚集的概率，体系稳定性也得以提高。 2 1 3 分散机理汹m 妇 表面活性剂的分散作用是在溶液中使分散相粒子聚集体分割成极细的微粒 而完全均匀地分散于悬浮液中。 表面活性剂使分散相不能聚集，主要是在溶液中形成胶束，非极性分散相 物质进入胶束内部，由于表面活性剂在进行界面吸附时，亲油基插入油相，亲 水基团在水相中，所以油相物质被包裹在胶束中。另外，活性剂无机离子部分 电离，形成扩散双电层界面膜，使乳状液液滴带有相同电荷，液滴接近时 的静电斥力防止液滴聚集聚。界面膜的机械强度要能够经受得住碰撞时的冲击 力，不会破损，一旦破损，胶束中的非极性物质会溢出重新聚集。 界面膜与分散作用密切相关，界面膜的强力影响分散系的稳定，影响界面 膜强力的因素有脚脚： ( 1 ) 表面活性剂结构 一般支链少，亲水性好的表面活性剂在相互接触时，由于作用力的不一致 而形成缔合滞后，分子脱离也不一致。所以，当表面活性剂分子间相互作用力 增加时形成的界面膜强度同样也会提高。 ( 2 ) 表面活性剂在溶液中的浓度 该因素与影响乳化剂乳化性能相同。表面活性剂浓度低时，在两种物质的 界面上吸附分子少，定向排列差，界面膜强力低。当浓度达到一定程度后，界 面上分子排列紧密，组成了定向排列的吸附分子膜，强度也相应增大。 2 2 碱除油机理 蛹油在一定条件下( 温度、压力或酸、碱、酶的催化作用) 下能水解成脂 肪酸和甘油。酸和酶只能催化蛹油的水解，用碱作催化剂其催化能力比酸要大 几千倍，可使水解完全。水解方程式： c h 2 o o rc h 邢h ii c h o o r+ 3 h 2 0 ，3 r c o o h + c h o h ii c h 0 0 rc h 2 o h 1 8 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 碱性越强皂化作用越好，但碳酸钠不能满足皂化的要求，可中和脂肪酸n 1 。 2 3 氧化除油机理 油脂的主要成分是复杂的高级脂肪酸和甘油酯，由于其中含有一些具有双键 的不饱和脂肪酸性物质，所以在通常贮存条件下易吸收氧气发生氧化。氧化作用 一般以较大的速率作分级自动催化的链反应，首先氧化过程主要是从相对于双键 的a _ 位的h 原子分裂出来的均裂原子团开始，形成的碳原子团与氧反应生成过氧 化原子团，然后过氧化原子团进入链反应形成一级产物有机过氧化物，过氧化物 作为脂类自动氧化的主要初期产物是不太稳定的，它经过许多复杂的分裂和相互 作用，导致产生二级产物，最终形成小分子挥发性物质，如醛、酮、酸、醇、环 氧化物或聚合成聚合物，同时促进色素、香味物质和维生素等的氧化，导致油脂 氧化分解。其反应过程如下汹1 ： r h - r + h r h + 0 2 一h + r 0 0 自由罄链戎发应 自由 r + r _ r r r o + r o _ r o o r r o o + r x ) - - r ( x ) r + c k r + r o - - - r o r r 十辩o o - r o o r 光和热特别助长第一次原子团的形成，但是第二次反应还受到重金属( c u 、 f c 、m g 等) 的催化。 2 4 除油的影响因素 影响除油的因素主要有：时间、温度、浓度及催化剂。 2 4 ，1 时间的影响 时间主要与表面活性剂对油脂的吸附速度有关，在泡沫或乳状液生成过程 中，新的表面和界面不断形成，若吸附速度很慢，不能形成一定表浓度的吸附 1 9 东华大学硕士学位论文第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 层，则不易得到稳定的泡沫和乳状液汹1 。另外，时间也影响到氧化剂的分解，时 间充裕，分解充分，对油脂作用多，有助于除油。反之，不利于除油。 2 4 2 温度的影响 温度是油脂水解反应速率的函数，升高温度可降低油水两相的界面张力， 增加油脂的溶解度，并能加剧分子的运动，提高溶解度h 1 。在沸腾时产生的气泡 对油脂产生机械作用，使其脱离物体的表面分散到液体中形成乳状液。对于氧化 脱胶，过高的温度会使双氧水分解剧烈，氧气溢出，作用到油脂的氧少。 2 4 3 浓度的影响 对油脂作用最大的是表面活性剂，表面活性剂对油脂主要起乳化、增溶作 用，表面活性剂浓度越高越有利于除油。碱对油脂水解起催化作用，碱浓度越 高，油脂水解越快。同样，氧浓度越高对油脂氧化作用越强。但浓度不能过高， 过高可能会损伤纤维。 2 4 4 催化剂的影响 低温无催化剂的条件下油脂水解很难进行或进行很慢。碱、酸、酶都可用 作油脂水解催化剂，对蛋白质纤维皂碱练用碱作催化剂，碱作催化剂可促进油 脂水解，保证练液的p h 值1 m 。 3 漂白原理 目前，漂白主要分为氧化漂白和还原漂白两类，常用的漂白剂有：漂白粉、 次氯酸钠、双氧水、过氧化钠、过碳酸钠等。常用的还原剂有：保险粉、亚硫酸 钠、二氧化硫脲等口3 1 。氧化漂白是漂白剂在水溶液中分解后产生具有很强氧化性 的物质，将色素团氧化，使色素成为无色易被洗去的氧化物。还原漂白是还原剂 在水溶液中生成生态氢，能使色素起消色作用n 引。 东华大学硕士学位论文第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 3 1 氧化漂白机理 3 1 1 双氧水的分解 双氧水在碱性溶液中按两种方式分解：异裂和均裂。 ( 1 ) 异裂分解 双氧水在碱溶液中解离成h 0 2 一离子，加入碱可使双氧水解离：h 2 0 2 + n a o h h o o + n a + + h 2 0 。h 0 2 是亲核试剂可与亲电子接受发生氧化反应。若无亲电 子接受体便会迅速分解：2 h 0 2 一0 2 + 2 0 h 。异裂分解的活化能较低，通常为4 2 4 k j t o o l ，双氧水在室温时就能分解。增加烧碱用量，则h 0 2 。增加，漂白作用 提高，但随着碱浓度增大，h 2 0 2 的分解速率加快，在无控制的情况下，既造成 双氧水的无谓浪费又使织物白度下降，甚至导致纤维脆损。因此，双氧水漂白 要加入稳定剂以控制其分解口钔。 ( 2 ) 均裂分解 h 2 0 2 一h o + h o oh 2 0 2 均裂分解活化能约为2 1 0 k j m o l ，仅在溶液中加 热时反应速率极小，需加入强有力的催化物质。具有催化作用的物质很多，如 灰尘、铜、铁、锰等离子，这些催化剂能催化双氧水分解或发生双氧水岐化而 生成氢氧自由基，从而发生连锁反应m 1 。 链引发：m e 2 + + h 2 0 2 一m e 3 + + o h - + h o 或h 2 0 2 的岐化：h 0 2 + h 2 0 2 一h 0 2 + h o + o h 链发展：h o + h 2 0 2 - - h 0 2 + h 2 0 h 0 2 - - 0 2 。+ h + 链终止：m e “4 - h 0 2 一m e 2 + + 0 2 + h + h o 。+ h o 一h 2 0 2 h o 。+ h 0 2 - h 2 0 + 0 2 h 0 2 。+ h 0 2 - h 2 0 2 + 0 2 3 1 2 漂白机理 ( 1 ) 机理 氧化漂白剂分解均生成过氧化氢，过氧化氢再分解出强氧化性物质，以上 2 1 东华大学硕士学位论文第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 异裂分解产生的h 0 2 - 和均裂分解产生的0 2 均有强氧化性，但目前对哪种强氧化 性物质起氧化作用并不清楚，主要有以下几种说法： ( a ) 有人认为h 2 0 2 漂白是由于生成新生态的氧的氧化作用而实现的，但 此理论没有确凿的依据，况且如果有催化剂存在，h 2 0 2 分解产生的0 2 会增加 双氧水的消耗，降低双氧水的漂白作用，还不一定能够渗透原料内部，所以由 新生态的氧来实现漂白的说法是有疑点的泓1 。 ( b ) 也有人认为过氢氧根负离子( h 0 2 ) 是漂白作用的主要因素。这一假 说的主要依据是h 2 0 2 的漂白速度随溶液p h 值升高而加快，当溶液中的碱度提 高时， h + 的浓度降低， h 0 2 浓度增大，但至今还没有给出过氧氢根负离子 起漂白作用的详细证据嘲。 ( c ) 还有人提出是过氧氢根和其在分解反应过程中释放出的游离基共同起 漂白作用，h 2 0 2 + o h 一h 0 2 + h 2 0 ，当p h 1 1 5 时，过氧化氢分子大部分以 h 0 2 存在。消色反应主要是h 0 2 。可能与色素中的双键发生加成反应，使色素 中原有的共轭体系被中断，电子的移动范围变小，天然色素中的发色体系遭 到破坏而消色，达到漂白的目的。由于h 0 2 。不稳定，能按下式分解成氢氧根离 子和初生态氧h o z 。一o h - + o ，这个活性氧与色素发色团的双键发生反应产生 消色。 iii h ch ch o c - h 0 + 【o 】一i + i h ch ch - c o h ( 发色b )( 环羔烷) ( 兰醇) 以上看出h o ：一是漂白的主要成分，另外，也有可能游离基o h ，h 0 2 ( n 2 0 2 + h 0 2 - 一o h + h 0 2 + o h 。) 破坏色素结构。具体是游离基攻击这种有色系统， 并使不饱和系统上的电子失去流动性。例如，一个游离基攻击一个醌形发色团 时就将它转变为苯式结构，电子失去流动性，使色素中共轭体系变短而消色达 到漂白的目的m 】。 根据以上说法，在双氧水分解时即产生有强氧化性的物质，可以对色素进 行氧化，而0 2 为分解终产物，且耗氧，降低漂白能力。因此，本课题更倾向于 第三种说法。 ( 2 ) 稳定剂作用机理 东华大学硕士学位论文 第二章脱胶、除油、漂白的基本原理 双氧水漂白可使纤维上的色素退色。漂白时漂液中需加入一定量的稳定剂， 控制双氧水的分解率，使其均匀有效地分解，避免纤维或织物受到剧烈损伤。 双氧水的稳定机理主要有吸附理论和络合理论两种。前者主要是通过高分 子胶团借静电或氢键吸附重金属离子而达到稳定的目的。后者是通过多价螯合