纺织工程毕业设计论文-汉麻纤维的有机硅柔软整理.doc

安徽工程大学毕业设计（论文） 汉麻纤维的有机硅柔软整理摘 要汉麻纤维是各种军用服装、高档服饰的原料，它制成的服装衣饰具有吸湿、透气、防霉、抑菌、抗辐射、防紫外线等多种功能。但还存在柔软性差，手感硬挺的缺点，影响穿着的舒适性。本文选用性能较好的有机硅柔软整理剂氨基硅油对汉麻纤维进行柔软整理，用正交试验的方法，探讨了对汉麻纤维柔软整理最佳工艺。结果表明，柔软整理的最佳工艺条件为：pH值6.0，柔软剂浓度为5，柔软处理时间为50min，烘焙温度140。在此工艺条件下柔软整理的汉麻纤维，断裂强力降低5.69，初始模量降低38.6。汉麻纤维的柔软性能明显提高。本文进一步对柔软处理后的汉麻纤维的抗菌性能进行研究，实验表明柔软处理后汉麻纤维的抗菌性能明显改善。关键词：汉麻纤维；柔软整理；抗菌性Pliable Silicone Finishing on Hemp FiberAbstractThe hemp fiber is a variety of military clothing and upscale clothing materials,which made clothing with moisture,breathable,mildew,antibacterial,anti-radiation,anti-ultraviolet and other features.But still exists the shortcoming which shows poor softness and tough handed ,which affecting its comfortable wearing.There-fore,we selected the good performance of the ganosilicon softening agent,which is Amino silicone oil,was used to carry the soft finishing on the hemp fiber.We get the best technological conditions through the orthogonal experiments. The result indicateds that the best technological conditions were:the pH value was 6.0,the concentration of softener was 6%,the soft processing time was 50min,the temperature of baking and drying was 140.Though the finishing,the breaking strength of hemp fiber decreased 5.69%,the initial modulus of hemp fiber decreased 38.6%.The soft performance of the hemp fiber has improved significantly.This artle further explored the antibacterial properties of the soft processed hemp fiber,which shows that the antibacterial performance was significantly improved.Key words:Hemp fiber; Pliability finish;AntibacterialI 目录引 言.1第1章 绪论.2 1.1汉麻纤维的简介.21.2 汉麻纤维结构.21.3汉麻纤维的电镜扫描.21.4汉麻纤维的性能.31.5本课题提出的意义以及研究内容.41.5.1本课题提出的意义.41.5.2本课题研究的主要内容.4第2章 纤维的柔软能.52.1纤维的柔软性.52.2几种常见的纤维柔软整理剂.52.3改性有机硅柔软剂.52.4几种评价纤维的柔软性能方法.6第3章 汉麻纤维的柔软整理实验.73.1实验材料.73.2实验化学品.73.3实验仪器设备.73.4实验方案的选择.73.5实验工艺流程.73.6具体实验步骤.8第4章 汉麻纤维的拉伸性能试验 .9 4.1拉伸试验中测量纤维各项物理指标的含义.94.2单纤维拉伸实验.94.3实验数据处理及分析.9第5章 汉麻纤维的抗菌性能试验.135.1抗菌性能检测标准.135.2抗菌性能的定性及定量检测.135.3抑菌环法测纺织品的抗菌性能.135.4实验操作步骤.135.5实验注意事项.135.6数据统计与分析.13结论与展望.15致谢.16参考文献.17附录.19附录A 附图拉伸实验原始数据.19附录C引用的外文文献及译文.31附录D主要参考文献的题录及摘要.40插图清单图 1-1 纤维素的化学分子结构式.2图 1-2 汉麻纤维的纵向观测图5000倍 .3图 1-3 汉麻纤维的表面裂纹2000倍.3图 1-4 汉麻纤维的横截面观测图10000倍.3图 1-5 汉麻纤维的纵向光学显微镜观测图1000倍.3图 4-1 断裂强力柱形图.11图 4-2 初始模量柱形图.12图 5-1 未处理的纤维培养皿. .14图 5-2 处理后的纤维培养皿.14插表清单表 1-1 几种纤维的织物的抗紫外线性能.4表 3-1 主要实验仪器及设备.7表 3-2 正交实验因素和水平.7表 3-3不同浓度的溶液配制表.8表 4-1 拉伸试验数据.9表 4-2 正交试验数据.10表 4-3 正交试验数据.11V引言在21世纪，人们对环境问题和人体保健的日益重视，汉麻本身具有的天然杀菌成分和良好的透湿透气性能使其在纺织界重新受到重视。随着无毒汉麻的培育成功，汉麻被解禁，世界各国的研究者对汉麻的研究热情高涨。在自然资源日见溃乏的今天，充分利用汉麻纤维的潜力，发挥它独特的功能和特性，开发新的应用领域，是当今引人注目的研究热点。面对我国纺织行业的困境，研究新型绿色天然纤维，打造具有中国特色的纺织品是一条前景广阔的道路。汉麻纤维在我国具有辽阔的种植面积，我国的汉麻产业化具有原料上的优势。对汉麻纤维的各种性能开展研究有利于它的应用与发展1。汉麻，素有“天然纤维之王”美誉，由它制成的服装衣饰具有吸湿、透气、舒爽、散热、防霉、抑菌、抗辐射、防紫外线、吸音等多种功能，既可军用又可民用。大面积推广种植，可有效缓解中国纤维紧缺的现状，为解决“三农”问题闯出一条高附加值的新路，其优良特性将为未来军人吃穿住用带来革命性变化。汉麻是各种军用服装、高档服饰的原料，有望改变当今世界纺织品结构；将来还可能成为石油、煤等矿物替代品，减少能源消耗造成的环境污染。汉麻是一种生态环保、可再生的多用途植物，经过脱胶、抽丝等工序，变成像白花花的棉絮一般，既可毛纺，又可棉纺，还可混纺，且成本低廉。 汉麻的排湿性是纯棉的3倍，汉麻面料可在1小时内将附着的细菌杀灭；汉麻织物可屏蔽95%以上的紫外线，在370高温时不褪色，在1000时不燃烧，具有极佳耐热、防紫外线性能；汉麻韧皮可用于纺织；汉麻秆芯经研磨可生产木粉、制造活性炭、生产浆粕用于造纸；麻叶、麻花、麻根可提取药物，有止血、散淤、解毒、安胎等功效；麻籽仁可榨油，其不饱和脂肪酸含量竟高于深海鱼油；汉麻秆芯吸收甲醛是松木的11倍，且具有分解化学有害气体的特殊功能2。然而，人们对汉麻纤维的研究状况却很少，远比不上其他天然纤维，关于汉麻纤维的改性处理少之又少，对汉麻纤维进行改性处理意义重大。利用汉麻纤维天然的优点，同时弥补不足。使汉麻纤维更好的造福人类。- 1 -第 1 章 绪 论1.1汉麻纤维的简介汉麻起源于中国，有“国纺源头，万年衣祖”之称。麻文化为东方服饰文明的重要标志，在中国至少有一万年的历史。麻的发现运用居天然纤维(麻丝毛棉)之首。汉麻为大麻科大麻属的1 a生草本植物,通常为雌雄异株,雄株开花不结籽,俗称“花麻”；雌株授粉后结籽,故俗称“籽麻”。一般雌株稍多于雄株,经过选育也有雌雄同株的麻织物无需特别整理即可屏蔽95%以上的紫外线。此外，汉麻纺织品还具有抗菌、除臭、抗紫外线、抗静电、坚牢耐用等其他纺织品不可比拟的优点。1.2 汉麻纤维结构汉麻纤维是各种纤维中较细软的一种,细度仅为苎麻的三分之一,与棉纤维相当,纤维顶端呈钝圆形,没有苎麻、亚麻那样尖锐的顶端,故成品特别柔软适体。皮层和韧部是汉麻茎机械组织的一部分。汉麻纤维的结构非常独特。纤维中心有较大的空腔,纵向表面分布着许多裂缝和相连的小孔洞,并有螺旋纹。横向截面呈三棱或多棱形。纤维末端呈钝圆形。大麻纤维横截面比苎麻、亚麻、棉、毛都复杂,为不规则三角形、六边形、扁圆、腰圆形等,中腔与外形不一,其分子结构为多棱状,较松散,有螺旋纹。汉麻纤维的化学成分：汉麻纤维属于天然纤维，含有纤维素、果胶、半纤维素、脂蜡质、微量金属元素、酚类、木质素等。而纤维素的含量最高，有前人研究表明其含量大约为60%以上，半纤维素和果胶占20%以上，其余的化学组分所占比例很低3。 （1）纤维素。纤维素是麻纤维的主要成分，成分含量约占67%78%，是大分子多糖，化学分子式写作(C6H10O5)n，分子量较大，约为50000-2500000。图1-1结构式为：纤维素不溶于水，在酸性溶液里可以水解成葡萄糖或麦芽糖，汉麻中纤维的显色反应有较为常见的几种，如遇碘-硫酸溶液显绿色，遇铵溶液呈浅紫色。纤维素的含量直接影响汉麻纤维的品质，纤维素含量高则纤维比较柔软。 （2）半纤维素。半纤维素是含支链结构的无定形共聚物,半纤维素含有亲水基团羧基，因此可以部分溶于水，与纤维素不同的是，半纤维素是可以溶于烧碱溶液中，在一些其他的溶液里面溶解度可以很大，羧基是亲水官能团，因此半纤维素的含量会对汉麻纤维的吸湿性有所影响。半纤维素的含量还会影响纤维强力。 （3）木质素。木质素是细胞膜与细胞壁内部的组成成分，汉麻纤维中的酚类及汉麻纤维本身都能与木质素形成结合能较高的氢键。之所以能形成如此多的化学键，是因为木质素结构中有大量的CH3O、COOH、C=O、C=C等基团。 （4）果胶。果胶是一种复杂的稠状碳水化合物，是植物产生纤维素与半纤维素的营养物质。成熟后的麻植物果胶是钙镁果胶复合物，只有在1%的碱液或特定的果胶酶中溶解。分解果胶是汉麻脱胶的重要部分，一般经过酸溶液水解再用稀碱溶液煮练后去除率较高4。1.3汉麻纤维的电镜扫描束状汉麻纤维主要存在与汉麻植物的韧皮部，由电镜扫描纵向观测图1-2可知汉麻纤维基本上是没有卷曲的，由图1-3知纤维表面略粗糙且有横向上的枝节和纵向上的裂缝，这些裂缝和纤维中心扁长的空腔相通，正是这种多孔嵌套结构使得汉麻纤维具有较为优异的吸湿性。当纤维束呈网状时，说明脱胶不够彻底，而脱胶过于彻底则会产生短纤维。在由图片1-4可知汉麻单纤维截面类似于椭圆或多边形。由图片1-5可知纤维中段最粗，两端偏细，末尾呈锥状，但相对与尾端较为尖锐的苎麻、亚麻而言，其端部还是较为圆钝的，所以汉麻织物较为柔软且刺痒感较轻。汉麻单纤维是细长的单细胞形成的，长宽比约为800倍左右5。单根汉麻纤维容易受到外界环境如物理化学等因素的影响，使得构成纤维细胞壁的S2层（次生层中层）或S1层（次生层外层）或S2层中的微纤维易产生相对位移，导致细胞壁局部产生弯曲和皱褶等形变，从而形成纤维的错位。位错内的纤维结构松散且结晶度低，微纤维处有断裂，是单纤维上的最脆弱部分。位错作用可使得纤维素的氢键断裂，结晶度会降低，纤维的应变能下降，木质素大量脱离，打破了先前形成由胶质粘连的纤维网状结构，纤维强力受到微纤维剪切应力下降的影响而降低。图1-2 纵向观测图5000倍 图1-3 表面裂纹2000倍图1-4 横截面观测图10000倍 图 1-5 纵向光学显微镜观测图1000倍 1.4汉麻纤维的性能 （1）汉麻纤维的吸湿，透气，抑菌性能汉麻纤维本身属于纤维素纤维,纤维中含有大量的极性亲水基团,纤维的吸湿性非常好,并且从汉麻纤维的结构可以看出,由于巨原纤纵向分裂缝和孔洞的存在,表面形成的天然毛细通道和中腔连通,使汗液或湿气能及时疏导到织物表面,提高了服装穿着的舒适性。汉麻纤维的抑菌性能与其结构是不可分割的。汉麻具有多孔的结构和很强的吸附能力,在自然状态下,汉麻纤维内可以吸附较多的氧气,使厌氧菌的生存环境受到破坏,这是汉麻具有较强的抑菌性的原因之一。另外,汉麻植株中含有多种活性酚类物质(四氢大麻酚THC、大麻二酚CBD、大麻酚CBN)、有机酸(齐墩果酸、熊果酸、十六烷酸)和无机盐(NaCl)等,这些物质对多种细菌有明显的杀灭和抑制作用6。 （2）汉麻纤维的抗紫外线性能 汉麻纤维的横截面非常复杂,有三角形、四边形、五边形、六边形、扁圆形等,中腔形状与外截面形状不一,其巨原纤的排列取向不同,分成多层。由于汉麻纤维结构的特殊性,使汉麻织物无需特殊整理,即可屏蔽95%以上的紫外线。测试几种纤维织物的抗紫外线性能见表1-1。由表1-1可以更好地对比出汉麻纤维抗紫外线方面的优点。表 1-1 几种纤维的织物的抗紫外线性能项目UVA透射比紫外线防护系数UPF汉麻30苎麻530亚麻5CB,最佳工艺为A3B2C2，纤维的断裂强力损失最小。对纤维的初始模量的影响因素显著次序ACB，最佳工艺为A3B3C3。纤维的初始模量下降的最多。初始模量是衡量柔软处理效果的主要指标，所以初始模量小，同时断裂强力损失不多的试样即为柔软处理效果最好的，综合考虑有机硅对汉麻纤维柔软整理的最有工艺条件为A3B3C2。即柔软剂浓度为5，处理时间为50min，烘焙温度为140。在此工艺条件下整理的汉麻纤维，断裂强力降低5.69，初始模量降低38.6。纤维的柔软性能明显提高。 第 5 章汉麻纤维的抗菌性能试验5.1抗菌性能检测标准(1) 中华人民共和国纺织行业标准：GB/T20944.1-2007纺织物-抗菌性能评价；5.2抗菌性能的定性及定量检测抗菌性能试验方法主要分定性及定量两类检测22。定性检测可以了解不同抗菌纺织品抗菌性能的优劣,但不能确切知道抗菌性能达到什么程度。常用的定性检测法有:根据抑菌圈直径的大小来判断抗菌性能的抑菌圈法；琼脂平皿扩散法23。常用的定量检测法有:根据减菌率的大小来判断抗菌性能的振荡瓶法;根据发色程度来判断抗菌性能的修改AATCC90法;根据细菌减少率来判断抗菌性能的AATCC试验100法和细菌生长抑制法等多种方法24。本实验采用的是琼脂平皿扩散法。5.3抑菌环法测纺织品的抗菌性能抑菌环测量是微生物分析的经典方法25。它是利用抑菌物质在涂布特定试验菌的琼脂培养基内成球形立体状扩散，抑制试验菌的繁殖，在抑菌物质的周围形成透明圈，即抑菌环。抑菌环的大小代表抗菌剂抗菌能力的大小。在一定的浓度范围内，抗菌剂的浓度越高则抑菌环的直径越大。此法适合于测定单个菌的抗菌效果，因此本实验使用单一菌种大肠杆菌作为接种菌种26。5.4实验操作步骤（1）用接种环挑取大肠杆菌菌种于带玻璃珠的无菌水中，用振荡器振荡数分钟使孢子分散，制成混合孢子悬液27；（2）向各培养皿内注入1520ml的熔化状琼脂培养基（约45），待其冷却形成一定厚度的平板，待用；（3）用无菌针筒向各培养皿中注入一定浓度的混合孢子悬浮液0.5ml，并将大肠杆菌悬浮液均匀涂布于各培养基上28；（4）用镊子将后整理纤维圆片（d=14mm）置于带菌培养基平板的中央，加盖，设置两组，及未处理前的汉麻纤维和处理后的汉麻纤维，比较两组汉麻纤维抗菌能力的大小。（5）将培养皿倒置于恒温恒湿培养箱中培养72h，观察圆片周围抑菌圈的有无及大小29。5.5实验注意事项（1）所有的操作用具和材料都要事先做灭菌处理，操作必须在无菌室、无菌操作台内于火焰旁进行。（2）接种用细菌悬液的浓度应符合要求。浓度过低，接种菌量少，抑菌环常因之增大；浓度过高，接种量过多，抑菌环则会减小。 （3）测量抑菌环大小时，为减少测量误差，应多次测量取平均值。（4）应保持琼脂浓度的准确性，否则可影响抑菌环的大小30。5.6数据统计与分析经过72h恒温培养，结果如图所示： 图 5-1 未处理的纤维的培养基 图 5-2处理后的纤维的培养基 实验表明：由图 5-1和图 5-2 所示经过柔软处理后的汉麻纤维，可知，经过柔软处理后纤维的抑菌性能得到改善。 结论与展望结论根据设计的实验方案，正交试验法。实验结果表明：(1)实验选择的三因素，即柔软剂浓度、柔软处理时间和烘焙温度均对纤维柔软处理有影响。(2)影响汉麻纤维柔软处理的因素之中柔软剂的浓度是最主要的因素，烘焙温度是次主要因素，最后是柔软处理的时间。(3)纤维的柔软处理实验表明：有机硅对汉麻纤维柔软整理的最有工艺条件为A3B3C2。即柔软剂浓度为5，处理时间为50min，烘焙温度为140。在此工艺条件下整理的汉麻纤维，断裂强力降低5.69，初始模量降低38.6。纤维的柔软性能明显提高。(4)用有机硅对汉麻柔软整理后，汉麻纤维的抗菌性有所提高。展望通过本课题的研究，了解了汉麻纤维的形态和结构，了解了汉麻纤维优异性能且研究出了柔软处理的最佳工艺，为后续的加工提供了理论依据。由于时间、实验条件本人的知识能力有限，本课题仅对柔软整理最佳工艺等做出了浅显的研究。但这还不足于全面而系统的认识汉麻纤维，还需要做更多的工作，如对汉麻的微观结构作进一步的了解，以及柔软处理后汉麻纤维的各项物理机械性能的变化，如对汉麻纤维纺纱工艺、的抗紫外线性能、抗静电性能进行分析和研究31。本次实验虽然在实验前就已经查阅了大量的文献资料，制订了合理的实验方案，选择了合适的试验方法，正交试验法。在指导老师的精心指导和耐心的讲解下完成了此次毕业设计实验，由于时间仓促，加上实验条件的限制，在此次试验中仍然存在许多问题和缺陷,实验过程中受实验条件的影响，温度、湿度等方面并没有严格控制，每组的柔软整理液并不是在同一实验条件下配置的，实验结果略微受到影响。只是测量汉麻纤维的干态条件下的单纤维强力，并没有测量在湿态条件下的单纤维强力，没有设置多种对照组。及纤维在没有没有柔软剂的溶液中浸渍，然后再不同温度下烘焙，这样的实验结果才会更有说服力，才更加接近真实的实验结果。在评价纤维的柔软性能的指标中，只是用单一的初始模量来衡量纤维的柔软性，并没有利用多种物理性指标来衡量，使得实验结果存在一定程度的误差。在对汉麻纤维进行柔软处理后，纤维的可纺性等物理性能指标有没有改变，并没有进行实验和探讨，只是对抗菌性进行了实验。对汉麻纤维的各项研究仍然有很大的空间，汉麻纤维的研究潜力巨大，对汉麻进行深入的研究利于其优异性能的发掘，使汉麻纤维在工业、农业、军事、航天等领域得到更大范围的应用，为我国的纺织行业做出巨大贡献32。致 谢首先要感谢我的指导老师孙妍妍老师，在一个多月的时间里，指导我完成了实验，帮我准备了各种实验材料，以及指导我论文。在做实验期间孙老师时时刻刻鼓励及精心的指导，如果没有她的鼓励和帮助，很难顺利完成毕业设计及论文的撰写，孙老师的时刻鼓励和关怀使我感受到了无比的温暖，也是我动力的源泉，在未来的工作和学习中，我会更加努力，不忘孙老师的教诲。同时也感谢母校，在校园网站中为学生提供了大量有用的论文和参考文献。感谢所有答辩老师对我的指点和教诲，以及在平时学习、生活中对我的帮助和支持。在此，我还要感谢四年来传授我知识，教育我做人的各位老师：裘秀群辅导员、闫琳老师、宋远丁老师、李长龙老师、储长流老师、王旭老师、张朝辉老师等，谢谢你们对我的谆谆教诲！感谢那些在我心情低落时开导我的朋友们，真是因为有他们我才能全面、用心的投入实验中！感谢父母辛勤培育之恩，感谢所有关爱我的人！ 学生：张 龙 2013年6月15日参考文献1王越平，高绪珊，张晓丹.几种天然纤维素纤维的物理结构研究J.纤维素科学与技术，2006，(4)：31-362张建春.汉麻纤维的结构与性能M.北京：化学工业出版社，20093郑春玲.竹原纤维织物的抗皱整理研究J.新型纺织品的后整理研究.2005，14：8-124王磊磊.罗布麻纤维结构及成分初探J.青岛：青岛大学，20075姜凤琴，魏春艳，叶方.大麻织物有机硅柔软整理J.大连纺织科技，2007，（3)：3-46张金秋，张建春.精细化加工对大麻纤维理化性能的影响J.纺织学报，2009，(ll)：81-877姜怀，邬福麟，梁洁，韩丽云.纺织材料学M.北京：中国纺织出版社，19968余序芬，纺织材料技术M.北京：中国纺织出版社，20049魏玉娟纺织应用化学M.北京：中国纺织出版社，200710王莉，张健飞，巩继贤，孟繁杰.罗布麻纤维的微观结构及其力学性能研究J.上海毛麻科技，2012，(1)：2-511高志强，马会英.大麻纤维的性能及其应用研究.济南纺织化纤科技，2004，(2)：27-2912张华，张建春，汉麻纤维加工技术及其在针织行业的应用J.针织工业，2007，(3)：20-2413张金秋，张建春，王善元.柔软整理对汉麻纤维性能的影响J.纺织学报，2010年，31：99-10214储长流，张成，孙妍妍玉石纤维的形态结构及物理机械性能研究J.产业用纺织品.2010，21：20-2315钟智丽，张鸿杰，王立晶，王训该，崔宁.分梳对