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丝光

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 丝光(Mercerizing)
丝光的含义
  1、丝光:棉制品(纱线、织物)在有张力的条件下,用浓的烧碱溶液处理,然后在张力下洗去烧碱的处理过程。
  2、碱缩:
  棉制品在松弛的状态下用浓的烧碱液处理,使纤维(fibre)任意收缩,然后洗去烧碱的过程,也称无张力丝光,主要用于棉针织品的加工。
丝光的发明
  1844年,英国化学家麦瑟(Mercer)在用棉布过滤浓烧碱中的木屑时,发现棉布变厚了,知道了浓烧碱可以使棉纤维溶胀的性质。于1850年申请专利; 1890年洛尔(Lower)在浓烧碱处理棉布时,发现施加张力,可提高棉的光泽; 1895年,丝光开始工业化,为了纪念麦瑟,将丝光整理称为麦瑟处理(Mercerizing)。
丝光与碱缩织物的特点
  丝光后:织物发生以下变化
  1、光泽提高
  2、吸附能力,化学反应能力增强
  3、缩水率,尺寸稳定性,织物平整度提高
  4、强力、延伸性等服用机械性能有所改变
  碱缩虽不能使织物光泽提高,但可使纱线变得紧密,弹性提高,手感丰满,此外,强力及对染料(dye)吸附能力提高。
丝光的流程
  1、 先漂后丝:
  丝光效果好,废碱较净,但白度差,易沾污,适合色布,尤其厚重织物。
  2、先丝后漂:
  白度好、但光泽差,漂白时纤维易受损伤,适用于漂布,印花布
  3、染后丝光:
  适合易擦伤或不易匀染的品种(丝光后,织物手感较硬,上染较快)染深色时为了提高织物表面效果及染色牢度,以及某些对光泽要求高的品种,也可采用染后丝光。
  4、原坯丝光:
  个别深色品种(苯胺黑)可在烧毛后直接进行丝光,但废碱含杂多,给回收带来麻烦,很少用。
  5、染前半丝光,染后常规丝光:
  为了提高染料的吸附性和化学反应性。
  棉布丝光分干布丝光和湿布丝光两种,由于湿布丝光含湿较难控制,因此以干布丝光较多。
  其他碱金属的氢氧化物对纤维素纤维也有一定的膨化作用,但其膨化能力随原子量增大而↓,且成本较高,因此只有烧碱才具实用价值,某些酸和盐类溶液(H2SO4,HNO3,)也可使纤维素纤维膨化,获得丝光效果,但实际生产有困难,缺少实际意义。
  无水液氨因分子小,纯度高,也是一种优良的膨化剂,20世纪60年代未曾进行过丝光研究,其产品的光泽和染色性能均不及碱丝光,但手感柔软、尺寸稳定性和抗皱性较高,故近年来作为与后整理中机械预缩、树脂整理结合应用的新工艺,称为液氨整理。
丝光效果的评定
  1、光泽
  是衡量丝光织物外观效应的主要指标之一。
  可用变角光度法、偏振光法等测,但尚无统一的理想的测试手段,目前多用目测评定。
  2、显微切片观察纤维形态变化
  3、吸附性能
  (1)钡值法:是检验丝光效果的常用方法,钡值大,丝光效果好 本光棉布钡值=100,钡值>150表示充分丝光,一般为135~150。
  (2)碘吸收法:
  (3)碘沾污和染色测试法:
  将不同钡值(100~160)试样,用一定浓度碘液or直接蓝2B染液处理,制成色卡,再将未知试样的碘沾污和染色深度与色卡对比,定量评定丝光钡值。
  4、尺寸稳定性 (%)
  采用机械缩水法或浸渍缩水法测量处理前后织物长度变化,通过公式计算缩水率,一般经向缩水率常大于纬向,但有些经密较高的品种产生负缩水率(门幅增大)。
丝光的原理
  一、丝光纤维的性质
  棉纤维浓碱作用后的变化
  1、形态结构
  纤维直径增大变圆,纵向天然扭曲率改变(80%→14.5%),横截面由腰子形变为椭圆形,甚至圆形,胞腔缩为一点,若施加适当张力,纤维圆度增大,表面原有皱纹消失,表面平滑度,光学性能得到改善(对光线的反射由漫反射转变为较多的定向反射),增加了反射光的强度,织物显示出丝一般的光泽。
  织物内纤维形态的变化是产生光泽的主要原因,张力是增进光泽的主要因素。
  2、微结构
  结晶度↓(70%→50%),无定形区域↑,使原来在水中不可及的羟基变为可及,因此纤维对染料的吸附性能和化学反应性能都有所提高,另外,由于丝光后,纤维形态变化,表面和内部的光散射减少,因此同浓度染料染色时,染色深度也增加。
  纤维溶胀后,大分子间的氢键被拆散,在张力作用下,大分子的排列趋向于整齐,使取向度提高,同时,纤维表面不均匀变形被消除,减少了薄弱环节。使纤维能均匀的分担外力,从而减少了因应力集中而导致的断裂现象。加上膨化重排后的纤维相互紧贴,抱合力,也减少了因大分子滑移而引起断裂的因素。
  3、分子结构的变化
  棉纤维在浓碱液中发生溶胀后,大分子链间的氢键被拆散,舒解了织物中贮存的内应力,通过拉伸,大分子进行取向排列,在新的位置上建立起新的分子键,且分子间力比溶胀前大。最后在张力下去碱,已取向排列的纤维间的氢键被固定下来(是在更为自然,稳定的状态下被固定下来的),这时的纤维处于较低的能量状态,因此尺寸稳定。
  二、丝光原理
  丝光是一个复杂的过程,关于棉纤维在浓碱液中发生剧烈溶胀的原因有两种理论作出解释
  1、水合理论
  (1)烧碱与天然纤维素(纤维素)作用,生成碱纤维素,主要有两种类型:
  ①醇化合物:
  ②分子化合物(加成化合物):
  两种产物都不稳定,经水洗便水解成水合纤维素,再通过脱水烘干后即成为丝光纤维素(纤维素Ⅱ)整个过程纤维素的变化表示如下:
  纤维素Ⅰ Ⅱ 从而引起棉纤维物理和化学特性的相互的变化,呈现出优良的性能
  (2)棉纤维经浓NaOH处理发生剧烈的不可逆溶胀原因是:钠离子体积小,它可以进入到纤维的晶区;同时Na+是一种水化能力很强的离子,环绕在一个Na+周围的水分子多达66个之多,以至形成一个水化层,当Na+进入fibre内部并与fibre结合时,大量的水分也被带入,因而引起了剧烈溶胀,由于能进入晶区,因此,溶胀是不可逆的。
  (3)这种溶胀受温度的影响:
  (4) 溶胀也受NaOH浓度及中性盐的影响,
  2、Donnen膜平衡理论
  溶胀是渗透压作用的结果。
  假设纤维素是一种弱碱,在烧碱溶液中可形成钠盐,纤维素钠盐电离生成不可移动的纤维素阴离子Cell-O?,溶液中尚有可移动的Na+和OH-,如果有NaCl存在,还有Cl?,将纤维表面看作有类似半透膜性质,这些离子按一定条件分布,达到平衡时,膜内外必须分别达到电性中和。
  膜内可移动离子总浓度: CI=[Na+]I+[OH-]I+[Cl-]I=2X-C1
  膜外可移动离子总浓度: CO=2(C2+C3-X)=2X,
  CI>CO,因而产生了渗透压(P),引起纤维溶胀。
  P=RT(CI-CO)=RT(2X-C1-2X′)
  P=RT( ) (1)
  根据(1)式
  (1)当C2不是很大时,C2↑,C1↑,P↑,溶胀↑
  (2)若有盐存在,膜外[Na+]↑,即X1↑,P↓,溶胀↓
  (3)若C2↑↑,C1相对C2很小,而膜外[Na+]↑↑,X‘很大,P→O
丝光的工艺条件
  丝光工艺的基本条件是NaOH溶液的浓度,温度,作用时间,张力和去碱。
  一、碱液浓度
  是影响丝光效果的主要因素
  ① 棉纤维用不同浓度烧碱溶液处理后,长度和直径的变化情况:
  浓度>8%,直径增加,长度缩短至最大
  ②棉纱在不同浓度NaOH溶液中的收缩和染着力
  ③棉布丝光对浓度要求(C与收缩及钡值关系)
  C=177g/L时,钡值为150,C=245g/l,钡值最高。
  C=240~280g/l,收缩趋于稳定。
  因此丝光最适宜的烧碱浓度是245g/l左右,考虑到织物本身吸碱、空气中酸性气体的耗碱等因素,棉布丝光碱浓度为260~280g/l。实际生产中,可根据半制品的品质和成品的质量要求选择。
  二、张力
  1、张力对织物光泽的影响
  棉织物用浓碱处理时,只有加上适当的张力,才能显示出良好的光泽,从张力对棉纱丝光后性能的影响可以看出:张力大,光泽好。
  2、张力对织物机械性能和吸附性能的影响
  即在无力条件下,棉纱线的强力已获得提高,如果施加适当的张力,其强力还可以进一步提高,但光泽增加的并不多,且断裂延伸度和吸附性能却有所下降。
  3、张力对织物缩水率的影响
  丝光时,经纬向张力对织物缩水率有极为重要作用。
  实际生产中,各种规格的织物经纬向缩水率是不平衡的。卡其、府调等经密较高的织物,经向缩水率大大超过纬向缩水率,所以优先考虑经向张力;而平布等一类薄织物则正好相反。
  三、温度
  烧碱与纤维素纤维的作用是放热反应,所以提高碱液温度有减弱纤维溶胀的作用,从而降低丝光效果,表现在收缩率和钡值下降,所以丝光碱液以低温较好,但实际生产中考虑到经济效益,以及温度过低碱液粘度增大,使减液难以渗透到纱线和织物内部,再有扩幅较难,所以通常采用轧槽夹层通入冷流水使碱液冷却即可。
  四、时间
  丝光作用是使烧碱迅速均匀而充分地渗入棉纱或织物内部和纤维发生作用,因此必须保证一定的时间。
  将棉纱用280g/lNaOH在无张力下丝光,发现,20s时间就能使纱线收缩率和对染料吸收率达到最大值,延长时间对增进丝光效果并不显著。此外,时间与碱浓度和温度有关,浓度低时,应适当延长作用时间;一般采用50~60s。
  五、去碱
  去碱对丝光的定型作用有很大影响,若放松张力后,织物上还有5%以上的碱,则织物仍会收缩,从而影响光泽、纬向缩水率。去碱分两步进行:①在扩幅情况下,使用冲吸装置将热稀碱淋洗织物;②放松纬向张力后,进入去碱箱,用淡碱洗蒸
丝光的设备
  常用丝光机有布铗丝光,弯辊丝光和直辊丝光机。以布铗丝光机效果最好,应用最广。
  一、布铗丝光机
  由前轧碱槽、绷布辊、后轧碱槽、布铗扩幅装置、去碱箱、平洗机等部分组成。
  优点:张力易控制,织物缩水率、去碱效果比具它丝光机理想。
  缺:布铗部分易产生机械性疵布,设备占地大。
  二、弯辊丝光机
  与布铗丝光机的区别主要在于扩幅与初洗部分
  其扩幅部分是由一个浅平阶梯铁槽和10~12对弯辊组成。
  扩幅作用是依靠织物绕经弯辊套筒弧形斜面时所产生的纬向分力将其门幅展宽。
  弯辊丝光机加工时,常常两层织物叠在一起进行,产量较高,但洗碱效率低,扩幅效果差。虽有机身短、结构简单的优点,但易产生经密不匀,纬纱成弯月状,染色易有阴阳面,应用远不如布铗丝光机广。
  三、直辊丝光机
  与前两种不同的是,没有轧车和绷布辊筒,也没有扩幅装置。
  特点:常以双层进行,产量较高,丝光均匀,不会产生破边;机身较短,传动简单,操作方便,但扩幅作用差(纬回缩水率难达国标),这是其主要缺点。国内有的厂采用布铗与直辊并用,较好的解决了这一问题。
丝光的发展方向
  一、高速丝光
  由于练漂前处理速度快,产量高,因此要求丝光速度与之相适应。常规布铗丝光机车连仅50~60m/min,而高速丝光机达100~150m/min,这样可解决丝光“瓶颈”问题,但对丝光机的各部件要求就高了。
  可从以下几处着手:
  (1)放大轧碱槽,增加浸碱时间,增加绷布辊筒。
  (2)增加冲吸次数(5冲5吸以上),增加去碱箱数,加强去碱效果。
  (3)采用高效水洗(如高频振荡洗涤,横导辊,直导辊等)。
  (4)由于车速快,布铗磨损大,应采用合金钢或耐磨塑料衬垫。
  (5)平洗时用酸中和,以保证出布pH值在7~8之间。
  二、湿布丝光
  湿布丝光主要优点:①纤维膨化足,吸碱均匀,产品质量均匀;②匀染性好;③落布门幅宽;④省去前烘燥设备;⑤加速半制品周转。
  应注意问题:①布上含水率大小及均匀程度,要求浸碱前经均匀轧车浸轧一次,轧液率<60%;
  ②碱浓的稳定,将第一碱槽分为前后两格,300g/l的浓碱于后格,经溢流管倒流到第二碱槽,再倒流到第一槽前檐,这样,碱槽容量小,液体交换快,便于平衡。同时织物先接触淡碱,再接触浓碱,有利于碱液渗入纤维内部,并充分均匀地膨化,使丝光效果得到保证。
  三、热碱丝光
  常规丝光工艺是室温丝光(18~20℃),碱液较粘稠,不易渗透,易造成“表面丝光”,厚重紧密织物要获得均匀透彻的效果,困难更大。热碱渗透性好,但膨化较差。因此采用先热碱,后冷碱的丝光工艺。热碱的先期渗入,有利于冷碱液的继续渗入,使织物带有较多的碱量,产生均匀而有效的膨化。
  程序如下:织物松弛浸轧浓碱(沸点,5S以上)→热拉伸→冷却→张力下去碱→去碱箱→平洗槽
  主要优点
  (1)丝光作用均匀,效果良好;
  (2)光泽、强力、尺寸稳定性都较常规丝光优越;
  (3)可与煮练工序合并,缩短工艺路线,降低成本,提高经济效益(在冷却前,使浸热碱的织物汽蒸10′,常压)
  四、真空透芯丝光
  由德国克莱钠韦公司提出,在直辊丝光机的第一下辊筒上加装一个真空罩,与真空泵相连(抽至10kPa),当织物经过时,残留的空气可以去除,使碱液能在纤维膨润前快速、均匀的渗入,从而缩短浸渍时间,提高效率,但设备复杂,高速运行时费用较大。
  五、丝光碱液中加入渗透剂
  此法国外用的较多,国内则因影响淡碱回收,很少使用。
  六、泡沫丝光
  优点是可节约烧碱,并可单面丝光,关键是选择理想的发泡剂,获得稳定的泡沫丝光液,经浸轧后泡沫能快速破裂而渗入棉织物,获得均匀的浸碱效果。
  除发泡剂外,还需加入0.1~0.2%的渗透剂,该工艺尚处于研究中
  七、丝光阻垢剂的应用
  丝光皱条是丝光织物常见疵病之一,一旦形成,很难去除。坚硬的高低不平的垢层,更会使织物起皱。在丝光去碱和平洗时加入阻垢剂可解决或改善结垢现象。

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