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1、阳离子改性剂在棉织物上的应用,目 录,第一节 棉织物介绍 第二节 染色原理 第三节 阳离子改性剂分类 第四节 棉织物改性工艺 第五节 棉织物改性实例,一、棉织物介绍,棉织物又称棉布，是以棉纱为原料织造的织物。主要成分为纤维素。,纤维素结构式,棉花,棉纱,一、棉织物介绍,棉织物服用性能优点：,吸湿性和透气性,保暖性好,手感细腻，光泽柔和,染色性好，色泽鲜艳,一、棉织物介绍,平纹布,缎纹布,按织物组织分：,斜纹布,一、棉织物介绍,漂白棉布,印花棉布,按印染整理加工分：,染色棉布,一、棉织物介绍,平布,府绸,棉织物常用品种：,一、棉织物介绍,麻纱,斜纹布,棉织物常用品种：,一、棉织物介绍,卡其,哔叽
2、,棉织物常用品种：,一、棉织物介绍,华达呢,横贡缎,灯芯绒,绒布,棉织物常用品种：,二、染色原理,为什么要改性？,如何改性？,二、染色原理,纤维在染液中带电的情况 纤维与染液接触时，在纤维表面通常会带有一定量的电荷。在中性或碱性条件下，纤维表面一般带负电荷。 原因： 纤维中羧基、磺酸基等或纤维氧化生成的羧基发生电离 纤维在染液中吸附带负电的粒子，如：OH- 纤维的介电常数染液的介电常数,染料在水溶液中会发生电离，从而使染料母体带上电荷 阴离子型染料电离后，母体带上负电荷 直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性还原染料属于此类 D上的阴离子基团通常为磺酸基（SO3-）、硫酸酯基（OSO3- ）、羧
3、基（ COO- ）等,二、染色原理,纤维素纤维在水溶液中一般带负电荷,而大多数用于染纤维素纤维的染料(如活性染料、直接染料、还原染料隐色体等)在染浴中也带负电荷。 在染色时就会存在一个问题:由于染料与纤维之间的静电斥力,染料的上染受到阻碍以致上染率降低。传统解决这个问题的方法是在染浴中添加大量的中性电解质以提高上染率,但是这样又给环境带来更大压力。,二、染色原理,染料在织物上上染率较低,解决方法,染料分子结构考虑,纤维素纤维本身考虑,二、染色原理,纤维素对阳离子改性剂的要求： 1.纤维改性需简便、快速、有效； 2.改性工艺中不能造成有毒、有害物质在纤维上残留； 3.纤维素的阳离子化不能明显影响
4、染色品的色泽、强度和手感等性能。,三、阳离子改性剂分类,三、阳离子改性剂分类,目前，常用方法是对纤维素纤维进行阳离子改性，即通过与纤维上的羟基发生化学反应形成共价结合使纤维带上正电荷，或者通过物理吸附的方式使纤维呈正电性，从而促进带负电荷的染料分子上染到纤维上。,提高染料在织物上上染率,优 点,减少了染色废水的产生,阳离子改性剂，根据分子大小可分为小分子类和高分子类。,小分子类,环氧类阳离子化合物,氮杂环阳离子化合物,氯代均三嗪类化合物,丙烯酰胺类季铵盐,高分子类,阳离子聚丙烯酰胺类,树枝状大分子,阳离子淀粉,壳聚糖季铵盐,聚环氧氯丙烷胺化物,三、阳离子改性剂分类,小分子类阳离子改性剂：,小分
5、子类阳离子改性剂由于分子量小，很易进入纤维内部，能够对纤维表面和内部进行均匀改性，因此经其改性后的纤维匀染性和透染性均较好，但这类改性剂热稳定性差，容易水解，用量大，有效利用率低。关于小分子类阳离子改性剂的研究较多，应用领域也较宽泛，除用于纤维改性外，还在淀粉改性、抗菌等方面有广泛的应用,三、阳离子改性剂分类,环氧类阳离子化合物,研究比较多的小分子类阳离子改性剂是含有叔胺或季铵盐的环氧类化合物。,因为改性纤维带上正电荷，与染浴中带负电荷的染料之间存在较强的相互吸引作用，从而会促进染料分子上染到纤维上并向其内部进行扩散。,缺点：环氧基反应性强，容易开环，稳定性差。,三、阳离子改性剂分类,环氧类阳
6、离子化合物,通过延长与季铵盐中心氮原子相连的烷基链长，可以提高这类阳离子改性剂的热稳定性，但是与高分子类阳离子改性剂相比，其用量较大，有效利用率仍然较低。,它的表氯醇母体 3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵来代替2，3-环氧丙基三甲基氯化铵作为阳离子改性剂对纤维素纤维进行改性。,三、阳离子改性剂分类,氮杂环阳离子化合物,氮杂环阳离子化合物如 N, N-二甲基-3-羟基氮杂环丁 烷鎓氯化物（DMAC）改性剂可对纤维素进行改性。,因为 DMAC 侧链上的仲羟基，可以在比纤维上的羟基低的多的 PH 条件下进行离子化。,三、阳离子改性剂分类,氮杂环阳离子化合物,所以在中性条件下它很容易与染料形成共价键。
7、虽然采用DMAC 这类改性剂对纤维进行改性后染色，可以获得较高的上染率和优异的染色性能,缺点：用量大，前处理费用高，高温条件下破坏纤维的物理结构 和力学强度。,三、阳离子改性剂分类,氯代均三嗪类化合物,氯代均三嗪类小分子改性剂，根据其分子结构中含有的活性基团数目，可分为单活性氯代均三嗪类改性剂和双活性氯代均三嗪类改性剂。单活性氯代均三嗪化合物与纤维素纤维反应如下。,三、阳离子改性剂分类,三、阳离子改性剂分类,丙烯酰胺类季铵盐,纤维素纤维上的羟基发生离解成为活泼的亲核试剂，能与丙烯酰胺类季铵盐中的碳碳双键发生亲核加成反应，所以丙烯酰胺类季铵盐也可以用作纤维素纤维的改性剂。利用3-丙烯酰胺-2-羟
8、丙基三甲基氯化铵就是其中一例。,改性处理的纤维，可用染料进行中性无盐染色,高分子类阳离子改性剂,高分子类阳离子改性剂，直接性好，用量少，热稳定性好，不易水解，利用效率高等性能的优点，近年来受到了人们越来越多的关注。高分子类阳离子改性剂既可以通过化学反应与纤维结合，又可以通过物理作用吸附在纤维上，因此可以分为吸附型高分子改性剂和反应型高分子改性剂。,三、阳离子改性剂分类,三、阳离子改性剂分类,阳离子聚丙烯酰胺类,阳离子聚丙烯酰胺类改性剂，是一类水溶性好、生产工艺简单、分子量低的季铵型阳离子高分子改性剂。,缺点，色牢度较低，因为改性后棉织物上带有较多的正电荷与染料阴离子存在吸引，水解染料很难从纤维
9、素洗掉。,树枝状大分子,独特的三维结构，在酸性条件下，树枝状大分子聚丙烯酰胺分子中的端氨基会发生质子化带上正电荷，从而增大了与棉纤维之间的亲和力，有利于染料分子吸附在纤维上。,缺点，色牢度较低，因为改性后棉织物上带有较多的正电荷与染料阴离子存在吸引，水解染料很难从纤维素洗掉。,三、阳离子改性剂分类,树枝状大分子,该方法虽然能提高其上染率但是在强氧化的作用下导致棉纤维强度下降。,利用高碘酸的强氧化作用对棉纤维进行预处理，然后再用树枝状大分子对经过预处理的棉纤维进行改性处理，即可实现对棉纤维的阳离子改性。,三、阳离子改性剂分类,阳离子淀粉,改性后的淀粉阳离子度太低，纤维与染料负离子之间的静电排斥作
10、用，上染率较低。,阳离子淀粉是指经过阳离子改性的淀粉，即淀粉大分子中的活性基团与各类阳离子化试剂在一定条件下反应制得，其中最常见的是季铵型阳离子淀粉。,三、阳离子改性剂分类,壳聚糖季铵盐,该方法虽然能提高其上染率但是相较其他改性剂而言上染率偏低。,壳聚糖与2,3-环氧丙基三甲基氯化制得壳聚糖季铵盐用于棉织物 的改性。,三、阳离子改性剂分类,聚环氧氯丙烷胺化物,该方法虽然上染率较高，但是纤维染色不均匀。,聚环氧氯丙烷胺化物是一类比较典型的反应型高分子改性剂，这类化合物的结构中具有或者在一定条件下能形成与纤维上的羟基反应的活性基。,三、阳离子改性剂分类,四、棉织物改性工艺,根据棉产品的不同形态(如
11、散纤维、纱线、针织物、机织物等)和阳离子改性剂的不同类型，可采用不同的阳离子化改性工艺。,轧堆法,浸渍法,轧焙法,四、棉织物改性工艺,1、轧堆法,主要适用于棉机织物、针织物等。典型轧堆法工艺：配制一定克升的改性剂溶液，为防止改性剂水解，使用前加入一定克升的烧碱。织物浸轧改性液后(轧余率80100)包裹于塑料薄膜中，并在室温下旋转堆置18 h24 h，用40 50 温水清洗，用稀释的盐酸溶液中和，再用自来水清洗，直至织物呈中性，离心甩干并晾干。该方法在室温下进行，废液量较少。但室温堆置时间长，比较耗时，不利于连续化生产。,轧车,四、棉织物改性工艺,2、浸渍法,该法适用于棉纱线、机织物、针织物等。
12、织物浸渍于含有改性剂和碱剂的溶液中，保持良好搅动，使织物与液体充分接触均匀。改性条件：改性剂浓度520，加入棉制品浸渍一段时间，浴比l:81:10，再按计算量加入碱剂。改性温度6090，改性20 min40 min后水洗，中和，水洗，烘干。浸渍法生产效率高。但对于一些小分子阳离子改性剂，因与织物缺乏亲和力，改性剂利用率较低。改性剂在碱性液中易发生水解反应，导致原料浪费和环境污染。而分子量较大的双活性阳离子改性剂在用浸渍法时具有优势。,四、棉织物改性工艺,3、轧焙法,该工艺适用于棉机织物。织物二浸二轧经过一定克升的改性剂溶液(使用前加入计量的碱剂)，带液率90100，7080预烘，140150焙
13、烘5 min。再水洗，中和，水洗，烘干。轧焙工艺生产效率高，适于工业化批量产。但轧焙工艺可能导致改性剂泳移，造成永久性染色不匀。,轧车,焙烘箱,如何评价改性效果？ 1.织物改性前后染料上染率； 2.织物改性前后染料均匀度； 3.织物改性前后染料的上染速率； 4.织物改性前后染料固色牢度。 固色牢度主要包括：耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日晒牢度、耐汗渍牢度、耐熨烫牢度等,四、棉织物改性工艺,五、棉织物改性实例,朱丹丹等人以棉织物接枝改性壳聚糖后，用紫甘薯色素染色。并通过红外光谱和扫描电镜表征。,改性剂浓度4，平平加O浓度0.6-1，氢氧化钠0.5-l g/L，浴比1:30,优化的改性工艺为：常温升温
14、至70 ，保温30分钟，加氢氧化钠，反应20分钟，取出水洗。,优化的改性配方为:,五、棉织物改性实例,紫甘薯色素是从紫甘薯的根块中提取的其结构式如图：,五、棉织物改性实例,1、改性液中壳聚糖质量浓度对改性棉织物紫甘薯色素染色的影响,当壳聚糖质量浓度低于15 g/L，紫甘薯色素染色棉织物的色差逐渐增大。改性后棉织物上的阳离子基团数量增加，对阴离子染料的亲和性提高。当壳聚糖的质量浓度高于15 g/L时，紫甘薯色素染色棉织物的色差有下降趋势。这主要是因为过多的壳聚糖吸附在棉织物表面，在染色过程中，未反应的壳聚糖容易从棉织物上解吸下来，并吸附部分染料，导致棉织物得色量降低。,五、棉织物改性实例,2、改
15、性液中柠檬酸质量浓度对改性棉织物紫甘薯色素染色的影响：,当柠檬酸质量浓度低于100 g/L时，随着柠檬酸质量浓度增加，紫甘薯色素染色棉织物的色差逐渐增大，这是因为过低的柠檬酸质量浓度不利于壳聚糖充分溶解，影响后续的接枝反应。当柠檬酸质量浓度达到100 g/L时，紫甘薯色素，素染色棉织物的色差达到最大。尔后随着柠檬酸质量浓度增加，紫甘薯色素染色棉织物的色差有下降趋势，而且，过高的柠檬酸质量浓度也会使棉织物泛黄。因此，较佳的柠檬酸质量浓度是100 g/L。,五、棉织物改性实例,3、焙烘温度对棉织物紫甘薯色素染色的影响,随着焙烘温度的升高，紫甘薯色素染色棉织物的色差先增大后减少，但影响不是很大，且较
16、高的焙烘温度会降低织物的白度，影响手感。因此，较适宜的焙烘温度是140 。,五、棉织物改性实例,4、轧余率对改性棉织物紫甘薯色素染色的影响,随着轧余率的增加，紫甘薯色素染色棉织物的色差先增大后减少，在轧余率为100%时达到最大。这是因为轧余率较低时，棉织物焙烘后容易泛黄，而棉织物含水量较高时，织物不易烘干，且会造成改性不匀，进而导致染色不匀。因此，轧余率选100%。,棉织物经壳聚糖改性前后的红外光谱,在未改性棉织物中，1160.1、1108.2、1053、1028.7 cm-1处是棉纤维的特征吸收峰；经壳聚糖改性处理后，棉纤维的特征吸收峰位置未发生明显偏移，在1732cm-1处出现了柠檬酸与壳聚糖及棉织物发生酯化反应产生的C=O伸缩振动峰，表明有壳聚糖接枝到棉织物上。,五、棉织物改性实例,五、棉织物改性实例,棉织物经壳聚糖改性前后的扫描电镜,棉纤维经壳聚糖改性前后的表面形貌如图所示。未改性棉纤维表面光滑且分离度较高，经壳聚糖改性后，棉纤维表面存在比较明显的粘连物质。这可能是因为在柠檬酸的作用下壳聚糖在棉纤维表
