胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维及其染色性能的研究

胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维及其染色性能的研究 :? : : :: : : :: : : 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: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。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以 明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体 己经发’ ‘ 或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 指导教师签名: 尘 嗽炻也 矽/,年/胡矽日 \ 学篡为 加【年沙如日 河北科技大学学位论文版权使用授权 本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,允许论文被查阅和借 阅。本 人授权河北科技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。 口保密,在』解密后适用本授权书。 本学位论文属于 请在以上方框内打“?” 。 指导教师签名: 求南生 ?一签妊生、 矽,/年胗月确 ‖锄瑚摘要 摘 要 聚丙烯腈纤维是化学合成纤维的一种,外观蓬松、柔软,有良好的弹性与保暖性。 但由于它是疏水性纤维,吸湿性差、易起静电,其穿着舒适性远远不及羊毛,传统 的聚丙烯腈纤维难以适应人们的服用要求,因此需要对传统聚丙烯腈纤维进行改性, ‘ 出现了许多性能不同的改性聚丙烯腈纤维。 本论文提出采用胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维:首先通过实验分别研究了酸法和碱 法水解聚丙烯腈纤维,得到最佳水解聚丙烯腈纤维工艺条件为水解温度?,水解 反应时间,氢氧化钠浓度%。 在水解聚丙烯腈纤维的基础上用胶原蛋白进行表面改性,本论文分别通过实验研 究了焙烘法和汽蒸法改性聚丙烯腈纤维,最后得出最佳胶原蛋白改性水解聚丙烯腈 工艺为:胶原蛋白浓度%,焙烘温度?,焙烘时间。 本论文用阳离子染料,酸性染料,直接染料上染胶原蛋白改性后的聚丙烯腈纤维 纤维并研究了其可染性,并通过实验做出了阳离子染料上染改性聚丙烯腈纤维的吸 附等温线和上染速率曲线,研究了阳离子染料上染胶原蛋白表面改性聚丙烯 腈纤维 的染色热力学与染色动力学并计算了亲和力、半染时间等相关参数。为胶原 蛋白改 性聚丙烯腈纤维的染色工艺奠定了理论基础。 关键词聚丙烯腈纤维:水解;胶原蛋白:表面改性;最佳工艺;染色性能河北科 技大学硕士学位论文,, , . ,., :, , %. ,, :. ?, %, , ,, ,.;;;; ?目 录 目 录 摘 要?”? 目 录??:? 第章绪论一.聚丙烯腈纤维的概述 .蛋白质改性聚丙烯腈纤维的研究现状 ..物理改性方法? ..化学改性方法? .本课题的研究意义及研究内容..水解聚丙烯腈纤维工艺的研究 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维工艺的研究 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色性能的研究 第章理论部分? .聚丙烯腈纤维的水解原理? .胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维的原理“ .聚丙烯腈纤维水解效果测试原理” .胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维效果测试原理 .染色热力学理论? ..吸附等温线的概念及其分类? ..染色热力学参数 .染色动力学理论? ..菲克扩散定律? ..染料的上染速率曲线? ..平衡上染百分率??” ..半染时间??:? .阳离子染料上染聚丙烯腈纤维的染色机理.. 蛋白质纤维染色机理和扩散 模型.本章小结第章聚丙烯腈纤维的水解.实验仪器及药品..实验材料??” ?河北科技大学硕士学位论文 ..实验药品 ..实验仪器和设备“ .氢氧化钠水解聚丙烯腈纤维实验数据及结果? ..氢氧化钠的浓度对水解聚丙烯腈纤维效果的影响? ..水解时间对氢氧化钠溶液水解聚丙烯腈纤维效果的影响? .水解温度对氢氧化钠溶液水解聚丙烯腈纤维效果的影响 ..氢氧化钠水解聚丙烯腈纤维正交试验. .硫酸水解聚丙烯腈纤维实验数据及结果? ..硫酸水解聚丙烯腈纤维硫酸浓度对水解效果的影响? ..硫酸水解聚丙烯腈纤维水解时间对水解效果的影响??” ..硫酸溶液水解聚丙烯腈纤维温度对水解效果的影响 ..酸法水解的正交实验的最佳工艺的确定?“. .本章小结??一 第章胶原蛋白改性水解聚丙烯腈纤维 .实验仪器及药品? ..实验材料和药品 ..实验仪器... .焙烘法胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维实验 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维的实验流程?”: ..胶原蛋白溶解性的测试? ..胶原蛋白浓度对水解聚丙烯腈纤维改性效果的影响??” ..焙烘法改性聚丙烯腈纤维焙烘时间和焙烘温度对改性的影响??... ..焙烘法胶原蛋白改性水解聚丙烯腈纤维正交试验? .汽蒸法胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维实验? ..汽蒸时间对胶原蛋白改性水解聚丙烯腈实验效果的影响? ..汽蒸法胶原蛋白浓度对改性水解聚丙烯腈纤维实验效果的影响? ..汽蒸法改性聚丙烯腈纤维实验效果影响的正交实验 .焙烘法和汽蒸法胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维效果的比较 . 关于聚丙烯腈纤维、水解聚丙烯腈纤维和胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维在电 镜 下的效果对比.本章小结? 第章。傲原蛋白改性聚丙烯腈纤维的染色性能 . 实验仪器以及药品? ..实验仪器??? 目录 .胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色性能的实验数据与结果??” ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维可染性实验数据与结果??” .胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色热力学与染色动力学数据与结果? ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色热力学的实验数据与结果 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色动力学的实验数据与结果 .本章小结?‘ 第章与讨论??。 .聚丙烯腈纤维的水解理论基础?” .碱法水解聚丙烯腈纤维水解温度对水解效果的影响 ..碱法水解聚丙烯腈纤维水解时间对水解效果的影响??” .碱法水解聚丙烯腈纤维碱浓度对水解效果的影响“ ..酸法水解聚丙烯腈纤维水解时间对水解效果的影响 .. 酸法水解聚丙烯腈纤维和碱法水解聚丙烯腈纤维效果的比较.胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维? .. 焙烘法焙烘时间对胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维效果的影响? ..焙烘法焙烘温度对胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维效果的影响? ..汽蒸法胶原蛋白浓度对胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维效果的影响..汽蒸法汽蒸时间对胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维效果的影响? ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维改性机理的探讨?“” .阳离子染料上染胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维热力学与动力学实验结果与探讨 参考文献攻读硕士学位期间发表的论文?” 墅贮谢? 第章绪论 第章 绪论 .聚丙烯腈纤维的概述 是世界上三大化学合成纤维之一, 聚丙烯腈纤维英文 在国内聚丙烯腈纤维俗称腈纶。聚丙烯腈纤维是经过聚丙烯腈,简 称为或者%以上的丙烯腈,缩写为以及其他的第二和第 三单体的共聚物共聚制成的纤维。 聚丙烯腈纤维以它良好的强度、膨松的表面、明亮的色泽得到了广大消费者的 喜爱,因此这种纤维成为了世界上化学合成纤维的三大重要品种其中之一。聚丙烯 腈纤维的许多功能与羊毛很相似,甚至可以说超过了羊毛,所以聚丙烯腈纤维经常 被称为“合成羊毛”或者也被称为“人造羊毛”,但是因为聚丙烯腈纤维表面仅仅 有极性相当强的氰基,缺少自由的其他亲水性基团,因此使得聚丙烯腈纤维就是一 种疏水性的纤维,这种纤维的吸湿性比较差、容易起静电,而且聚丙烯腈纤维织物 的穿着舒适性也远远比不上羊毛,这些因素在一定程度上制约了聚丙烯腈纤维在服 装领域的应用。 正式投放市场的聚丙烯腈纤维新品种多达余种,远超其他合成纤维,近年 来,聚丙烯腈纤维新品种相继问世,如远红外聚丙烯腈纤维、超短聚丙烯腈纤维、 抗紫外聚丙烯腈纤维、超松捻聚丙烯腈纤维、发泡聚丙烯腈纤维、热可熔聚丙烯腈 纤维等等,还出现了一些多功能的复合化聚丙烯腈纤维。这些新品种由于含有独特 的性能,因此与常规聚丙烯腈纤维相比,具有很高的附加值。尽管各类聚丙烯腈纤 维新品种的产量总和仅占世界聚丙烯腈纤维总产量的三分之一左右,但是这些新型 聚丙烯腈纤维的商业利润在世界聚丙烯腈纤维工业中占有相当显耀的地位【卜。聚丙 烯腈纤维发展成熟以后,面临化工原料和商品经济环境下的激烈竞争,全世界生产 聚丙烯腈纤维的速度增长明显变得日趋缓慢。在这种激烈竞争的大环境下,各个生 产聚丙烯腈纤维的公司和企业都重视开发研制聚丙烯腈纤维新品种,使新型聚丙烯 腈纤维的种类向着差别化,多功能化和高性能化等方面发展【堋。 时光进入世纪以后,随着化学化工合成聚丙烯腈纤维的改性生产技术的不断 进步,聚丙烯腈纤维产业面对着同能量损耗、生产成本和产生污染更低的涤纶、丙 纶等改性品种之间的激烈竞争。继续研究开发具有聚丙烯腈纤维特点的不容易被代 替的新型改性聚丙烯腈纤维纤维,进一步发展和开发聚丙烯腈纤维应用领域已成为 聚丙烯腈纤维行业可持续发展的重要内容。 总而言之,为了适应国际市场上对化学纤维的多功能化需求,聚丙烯腈纤维正 向着直接改性,使其成为有高附加值纤维的方向发展。因此,开发研究聚丙烯 腈纤河北科技大学硕士学位论文 维直接改性的最新手段和工艺,就成为了全世界化学纤维和染色整理研发人员研究 的重要目的之一睁。 .蛋白质改性聚丙烯腈纤维的研究现状 国内聚丙烯腈纤维产业从六十年代后期开始发展起步,到九十年代中期进入快速 的发展时代,至今为止国内聚丙烯腈纤维产业已经走过了四十多年的历程,目前国 内已形成由、、、、等五种工业用溶剂,而且聚丙 烯腈纤维生产工艺的路线也有八条之多,因此我国聚丙烯腈纤维的工艺特点是几种 工艺并存且各种工艺都已经比较完善。据有关部门的统计数字表明,年我国得 聚丙烯腈纤维的产出数量可达到.万吨/年,这个产出数量在全球范围内已经达到 了领先水平,同比年增长了.%。年我国具备一定规模的聚丙烯腈纤维的 生产厂家生产的聚丙烯腈纤维的总产量为.万吨,跟年比较又增加了.%。 国内聚丙烯腈纤维到年的生产总量已经有了万吨之多,这个生产总量占全 球聚丙烯腈纤维总生产数量的%。年国内市场上聚丙烯腈纤维表面观测需求量 达.万吨,而且从年开始这个数字每年都将以百分之三到百分之五的速度题 赠,这说明我过发展聚丙烯腈纤维产业具有重要的市场前景。 尽管国内聚丙烯腈纤维产业发展速度很迅猛,但是因为国内生产聚丙烯腈纤维的 工艺大部分引进自国外的企业,对于市场需求产业结构的变化,国内企业的产品种 类的调整,新型纤维的生产不能满足,所以国内聚丙烯腈纤维生产状况对市场的适 应性很差,产品结构也如国外的一些规模比较大的企业。另外,我国的企业都是生 产最常规的聚丙烯腈纤维品种,虽然生产总量已经达到世界第一,但是这些产品的 科技含量比较低,即改性程度都比较低。 经过我国科研工工程师们的不懈努力,我国在新型聚丙烯腈纤维开发研究方面已 经有了一定的成果,有一大批新型的聚丙烯腈纤维已经在实验室里证明了其良好的 性能并通过了中试的鉴定。例如我国先后成批量生产了有色聚丙烯腈纤维、复合聚 丙烯腈纤维、具有高吸湿性能新型聚丙烯腈纤维、具有高收缩性能的新型聚丙烯腈 纤维、碳纤维原丝、聚丙烯腈预氧化纤维等产品,国内的企业利用引进外国企业的 的工艺和技术设备业已实现了工业化大生产具有阻燃性能的新型聚丙烯腈纤维,只 是总体上规模依然不是很大,国内这种阻燃纤维的工业发展速度也没有很高的速度, 依然没有达到稳定批量的生产和形成新型聚丙烯腈纤维产业的系列化,尤其是国内 才刚刚起步进行一些高档聚丙烯腈纤维改性品种的生产。国内和国外在新型改性聚 丙烯腈纤维的的生产工艺方面还存在较大的差距,不管是生产数量还是生产质量科 技含量都无法与国外相比,而且国外新型聚丙烯腈纤维已经在一定程度上实现了多 钟功能,高度仿真和高性能,在这些方面国内都无法与外国的企业相提并论,而国 内面临的另外一个问题是己自主开发的新型聚丙烯腈纤维不管是数量、品种还是性 第章绪论 能质量等方面都还远不能满足市场的大量需求。当前,国内市场对改性新型聚丙烯 腈纤维的需求总量占普通聚丙烯腈纤维的三分之一,表现在数量上为每年缺少达 ,随着目前服用以及其他纺织品向高档化和多功能化的发展,市场每年需求 的 新型聚丙烯腈纤维的数量都在增加。因此国内企业应该集中力量开发改性聚丙烯腈 纤维新品种,改良聚丙烯腈纤维产品的产业结构。唯有如此,才能使我国的聚丙烯 腈纤维的生产工业在全世界的激烈竞争的纤维生产大气候中生存发展。 世界范围内聚丙烯腈纤维产业正在调整着聚丙烯腈纤维的产品数量,产品质量, 聚丙烯腈纤维的品种和新型聚丙烯腈纤维的生产技术等一系列的结构。而且这些调 整的程度将会逐渐的加深,由于世界聚丙烯腈纤维产业结构调整的影响,很多发达 国家都慢慢的淡出了聚丙烯腈纤维的产业领域,聚丙烯腈纤维的产业逐渐转移从欧 洲和美洲转移到除了日韩等发达国家的亚洲范围和中美洲,我国已经慢慢形成了聚 丙烯腈纤维的产业中心和聚丙烯腈纤维产品的集散地。随着化学合成纤维的化工技 术和其他改性技术的进步,特别是最近国内外的大环境是信息革命的不能冲袭和全 球经济全体化,消费者的消费观念和一些企业的生产方式都在不断转变,我们要跟 上时代的步伐,我国的服用纤维的生产就要向新型纤维方向发展陋。 在二十世纪四十年代末期,石油工业和化学工业高速发展,因为这一原因和其他 一些因素的促进,化学合成高聚物取得了长足的发展,涤纶、锦纶、氨纶和聚丙烯 腈纤维都在二十世纪三十年代到五十年代相继问世,并在当时就实现了工业化大生 产。因为这些纤维生产成本比较低廉,原料较易得到而且这些纤维的性能优良,化 学合成纤维在服装,装饰以及其他领域得到了广泛的应用。这种来源于石油化学合 成的高聚物得到的纤维在很大范围内有了取代天然纤维的趋势。但是几年来石油来 源已经变得困难,全世界石油资源减少,因此利用天然资源和化学合成纤维为原谅 制备新型的纺织材料又得到了全球化学工作者和染整工作者的重视。 与此同时,科学技术也在日新月异的发展,人们随着生活水平的逐渐提高,对服 装的要求也不仅仅停留在保暖,消费者对服装的自然舒适还有美观等性能都提出了 很高的要求,另外有些职业的特殊性能也对纤维的服用性能提出了特殊的要求。化 学合成方法值得的纤维具有高强度和高模量的特点,合成纤维具有良好的回弹性, 热塑性能也由于一般的天然纤维,但是化学合成纤维也具有稀湿性能比较差的缺点, 吸湿性能差的纤维做成的服饰不容易排汗,因此人穿着这种服装就会感觉到不舒服。 还有些合成纤维特别容易带静电,容易起静电的衣服容易让人感觉不舒服,尤其是 贴身衣物;另外有些合成纤维带有一些对可以使穿着人皮肤过敏的化学集团,这些 都使得化学合成纤维和天然纤维比较起来具有一定的不足。 合成纤维的发展趋势是技能保持它的固有优势,抛弃或者攻克它的不足和缺陷。 与合成纤维相比,天然纤维具有吸适性能好、透气性能优良、不容易起静电、但是河北科技大学硕士学位论文 天然纤维也存在着物理性能不搞、稳定性能差等等一系列缺点,鉴于以上情况,科 研工作者提出了开发纤维的目标利用天然纤维的优点,改变合成纤维的缺点,即用 取长补短的方法,开放新型纤维的时候时一种纤维兼有两种纤维的优点才是未来纤 维工业发展的趋势,也符合消费者追求的消费观念。 用胶原蛋白来改性聚丙烯腈纤维,完全符合上文叙述的趋势,即利用胶原蛋白的 高吸湿性和透气性能以及不易起静电等优良性能来改善聚丙烯腈纤维自身带有的合 成纤维的缺点,使得改性后的聚丙烯腈纤维即具有本身化学合成纤维的优点,有穿 着舒适,这样就达到了使天然纤维合成化,使合成纤维天然化的目标 在聚丙烯腈纤维的改性工艺中,在聚丙烯腈分子中引入亲水性基团来改善聚丙烯 腈纤维亲水性己成为研究热点。有关聚丙烯腈纤维改性的研究主要分为物理改性方 法和化学改性方法【。..物理改性方法 物理改性方法主要是使纤维具有多孔结构,即为表面粗糙化及横截面异形化, 改善聚丙烯腈纤维的起毛起球性能以及静电性能。原理是在不改变纤维大分子链结 构的前提下对其表面进行处理,从而改善聚丙烯腈纤维的性能。这种方法不会使纤 维内大分子链的基团产生变化,只改变了纤维内大分子链的外部机构,原理比较简 单,操作方便,但是改性的效果不如化学方法明显。常用的实施方法有在强碱性溶 : 液中对聚丙烯腈纤维进行刻蚀等。 ..化学改性方法 目前常用的水解法改性聚丙烯腈纤维,主要的聚丙烯腈纤维主要的水解方法有 以下方法: 加压水解:采用这种方法水解的产物含固量很高,效果也较好,但设备要求高, 不利于广泛应用。 酸法水解:采用浓使聚丙烯腈纤维水解,此方法水解效果较好,是本实 验探讨的聚丙烯腈纤维水解工艺之一。 酶水解:即用睛转化酶改性聚丙烯腈纤维表面,使聚丙烯腈纤维上的氰基部分 转化为酞胺和梭酸,其缺点是预处理聚丙烯腈纤维比较麻烦,对酶纯度的要求也较 高,提高了改性成本。 碱法水解:在浓度为%%水的溶液中,聚丙烯腈纤维可以在 ?下进行常压水解数分钟。工艺中反应温度、反应时间、的浓度是影 响聚丙烯腈纤维水解程度的主要因素。此法条件温和,对设备无特殊要求,安全可 靠。 碱法水解一胶原蛋白法:胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维即通过水解和胶原 蛋 第章绪论 白改性等方式改变纤维的第一或者第二单体的分子结构。改性,即将水解后的聚丙 烯腈纤维与天然蛋白在一定条件下反应,本课题即利用水解后的聚丙烯腈纤维与胶 原蛋白进行改性,这种方法操作过程比较复杂,改性效果较前几种方法要好,缺点 是最佳的工艺条件选择比较困难,这也是本课题研究的重点【?。 用胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维纤维可以改善聚丙烯腈纤维的性能,改性后的聚 丙烯腈纤维在吸湿性、染色性能、不容易起静电性等方面都有所提高,而且用这种 纤维制成的衣服穿着起来也更加舒适,改性后的聚丙烯腈纤维比天然纤维又有高强 度、高模量,成本比较低等优点。 .本课题的研究意义及研究内容 纵观聚丙烯腈纤维的改性研究进程,可以看出,聚丙烯腈纤维主要用两种办法进 行改性:一是用胶原蛋白与聚丙烯腈纤维分子通过分子间作用力进行结合:二是将 胶原蛋白与高聚聚丙烯腈进行共混纺丝。到目前为止,本课题的方法即将胶 原蛋白 分子直接在聚丙烯腈纤维表面进行改性的方法未见报道。 化学键和其他的化学作用可以把一些不同的分子联系在一起,本论文实现了在聚 丙烯腈纤维大分子上直接涂覆胶原蛋白天然大分子,本论文通过利用胶原蛋白对水 解后的聚丙烯腈纤维表面覆盖来改性聚丙烯腈纤维,这样聚丙烯腈纤维表面就有了 一层胶原蛋白的覆盖层,即这种化学合成纤维拥有了天然蛋白质胶原蛋白,从而改 善聚丙烯腈纤维固有的吸湿性能不好,亲水性能不好等缺点,而且众所周知胶原蛋 白具有保健功能,因此改性后的聚丙烯腈纤维制成的服装的服用性能也得到了显著 的提升,穿着起来必然更加舒服。 本论文通过研究用胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维的工业工程,提出了一个改性聚丙 烯腈纤维的优良工艺,操作简单,成本低廉,且改性后的聚丙烯腈纤维成本的附加 值明显提高,这不管是对于国内比较艰苦的聚丙烯腈纤维产业还是改性化学合成纤 维的方法都提出了一个优良可行的方法,本论文系统阐述了改性聚丙烯腈纤 维的工 艺,具体研究内容分为以下几个方面: ..水解聚丙烯腈纤维工艺的研究 碱法水解聚丙烯腈纤维最佳工艺的研究。 酸法水解聚丙烯腈纤维最佳工艺的研究。 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维工艺的研究 焙烘法胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维最佳工艺的研究。 汽蒸法胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维最佳工艺的研究。 河北科技大学硕士学位论文 ..胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色性能的研究 胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维可染性的研究。 阳离子染料上染胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色动力学的研究。 阳离子染料上染胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维染色热力学的研究。 本课题通过胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维工艺的研究,确定胶原蛋白改性聚丙烯腈 最优工艺,为进一步研制开发这种新型纤维的研究提供了理论依据进而为这种新型 纤维的生产提供了技术支持;通过胶原蛋白改性聚丙烯腈染色性能的研究,确定胶 原蛋白改性聚丙烯腈纤维的最佳染色工艺,为这种新型纤维的纺织产品的开发提供 染色方面的技术支持;同时课题的研究成果还将补充纤维化学和染色的理 论。 第章理论部分 第章理论部分 胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维纤维主要是胶原蛋白和水解后的聚丙烯腈纤维 上的小分子单体通过化学键结合,胶原蛋白大分子与水解后的聚丙烯腈纤维的分子 链通过大分子链间的作用力粘合两条途径。到目前为止,作者通过对国内外文献检 ‘ 索,尚未发现将胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维上的报道。 胶原蛋白大分子和聚丙烯腈大分子可以通过化学键结合在一起,本论文对在聚丙 烯腈纤维大分子上用胶原蛋白直接进行表面改性做了探索和研究工作,提出了聚丙 烯腈水解和胶原蛋白改性的原理以及工艺:首先通过用酸或者碱对聚丙烯腈纤维进 行水解然后再一定工艺条件下用胶原蛋白表面改性水解后的聚丙烯腈纤维【.。 聚丙烯腈纤维的改性分为水解和胶原蛋白改性两个过程,通过此工艺,聚丙烯腈 表面覆盖了一层致密的胶原蛋白,使得聚丙烯腈纤维拥有了~个天然蛋白外 衣,赋 予了聚丙烯腈纤维一些天然蛋白的性质,后文将本课题胶原蛋白表面改性聚丙烯腈 纤维的几个原理介绍如下。 .聚丙烯腈纤维的水解原理 胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维,经过纤维表面水解,胶原蛋白表面改性反应等 过程。水解是改性的第一个工序,水解的目的主要是首先将聚丙烯腈纤维大分子的 ?三极性基团水解转化为?基团,使其与胶原蛋白中氨基反应生成酰胺键 来实现改性反应阳。 聚丙烯腈纤维水解反应方程式如下: 一一?可一等一一啦一三二『 点: 矗: ?二?? 一一???. 一 』。 』。 、 本课题中聚丙烯腈纤维的水解发生在聚丙烯腈纤维表面,并没有完全水解,因 此纤维内层结构不发生变化,使用适当的实验条件,不会破坏聚丙烯腈纤维 的强度。 聚丙烯腈水解反应的粘度变化特点:反应初期粘度增加很快,体系成红色,随 着反应的进行,体系粘度迅速降低,颜色逐渐变为淡黄色。 河北科技大学硕士学位论文 .胶原蛋白表面改性聚丙烯腈纤维的原理 服装穿着是否舒适的一个重要的因素就是它的材料所用纤维是否具有良好的舒 适性能。天然纤维的吸湿性能好是因为纤维含有大量的缝隙,还因为它含有大量的 亲水基团,天然纤维织物穿起来很舒适,一般的聚丙烯腈纤维由于其自身的结构限 制,吸湿性能很差,标态下的回潮率特别低,因此,设法提高聚丙烯腈纤维的回潮 率才能进一步改善它的服用性能。聚丙烯腈纤维的疏水性有着两个含义:一是表面 能低纤维与水的接触角比较大,难以湿润,即吸水性能差;二是纤维基质内部含有 大量的疏水基团,水分难以在聚丙烯腈纤维内部迅速输导和储存,即吸湿性差。纤 维的吸水性在于水滴如何很好地润湿纤维表面并扩展开去,是纤维表面的问题,而 吸湿性却在于水分完全浸透到纤维基质中,是关系到基质内部的问题。我们 所说的 提高纤维的亲水性,就是提高聚丙烯腈纤维的吸湿性和吸水性。 近年来关于怎么提高聚丙烯腈纤维的舒适性的研发工作已经有很多,水解聚甭 烯腈纤维就是其中一种比较成熟的工艺,水解聚丙烯腈纤维可以提高纤维的吸湿性, 而且对纤维的力学性能损伤不大,只需要在水解的工艺中,适当的控制水解条件使 得聚丙烯腈纤维的水解反应紧紧发生在纤维的表面,如果聚丙烯腈纤维大分子的化 学结构中有亲水基团存在,这些亲水基团能与水分子形成水合物,纤维就具有一定 的吸湿性。可见,聚丙烯腈纤维大分子存在亲水基团是纤维具有吸湿能力的主要原 因。纤维中亲水基团常见的有羟基、氨基、酰胺基、羧基等,这些基团对水分子有 较强的亲和力,它们能偶与水蒸气分子缔合形成氢键,使水蒸气分子失去热运动能 力,而在纤维内依存下来。纤维中游离的亲水基团愈多,基团的极性愈强,纤维的 . 吸湿能力愈高。. 。聚丙烯腈纤维的氰基可水解为羧基,而胶原蛋白含有大量的氨基,在一定的条 件下利用氨基和羧基的缩合反应可以使胶原蛋白涂覆在聚丙烯腈纤维表面上【”。 一般来说有机化合物中碳原子、氮原子、氧原子或者硫原子连接的氢被酰基所 取代的反应我们称其为酰化反应,如果取代的是氨基上的氢被取代,就叫.酰化反 应,生成的产物叫做酰胺搿】。 胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维工艺为,在条件下反应小时,胶原蛋白只是 吸附在水解纤维表面,并没有发生化学反应,预烘过程是为了让胶原蛋白均匀分布 在纤维上,在焙烘过程中,高温下羧基活化,与胶原蛋白上的氨基发生脱水反应, 生成酰胺基和水,水分不断蒸发,根据勒夏特列平衡原理,反应不断向右进行,直 到羧基与氨基完全反应】。 胶原蛋白与水解后的聚丙烯腈纤维的反应如下: 胶原蛋白上的氨基与水解后的聚丙烯腈纤维带有的羧基反应,生成酰胺键,从 第章理论部分 而使胶原蛋白对聚丙烯腈纤维起到改性的作用。 .聚丙烯腈纤维水解效果测试原理 本课题采用铬黄吸光度法测定聚丙烯腈纤维的水解程度,其原理如下: 聚丙烯腈纤维水解后,在碱性条件下,聚丙烯腈纤维中的.基团可水解转化成 酰胺基团.和羧酸钠.,获得的纤维是多元嵌段共聚物。由此可以 根据水解后聚丙烯腈纤维上羧基增加的多少来定性判断水解效果本实验利用铬黄法 及分光光度计的使用来定性判断水解效果。铬黄法使用的试剂是醋酸铅和铬酸钾铬 黄法的基本原理是基于水解聚丙烯腈纤维中的羧基能与某些重金属如铁、铝等 生成盐类,通过复分解反应使沉淀在纤维上的金属盐呈现不同色泽,而未经水解的 纤维无此反应。利用上述现象可用以鉴定羧基的存在及其含量的多少。铬黄法使用 的试剂是醋酸铅和铬酸钾,反应如下: ? ?’ 铬黄法实验原理为通过先测定铬酸钾溶液的吸光度,与醋酸铅反应后的纤维再 与铬酸钾反应,铬酸钾残液的吸光度会减少,其差值即能反应羧基含量的多少,差 ‘ 值越大羧基含量越大,聚丙烯腈纤维的水解效果越好。 分光光度计上测定铬酸钾溶液的最大吸收波长,将待测样品反应后的铬酸钾溶 液稀释到不同倍数,用:型分光光度计分别测量吸光值,其吸光度曲线见表., 由表.中的数据作图见图.。. 表.不同浓度的铬酸钾溶液的吸光度 铬酸钾溶液浓度 . . . . . . 吸光度 . . . . . . 由表可知铬酸钾溶液的浓度越大,其吸光度越大。因此本课题采用铬黄法表 征聚丙烯腈纤维的水解效果,铬酸钾残液与原液吸光度差值越大,水解效果越好。 反之反应前后吸光度的差值越小,水解效果越差。 .胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维效果测试原理 本课题采用酸性染料上染百分率即酸性染料染色法来表征胶原蛋白改性聚丙烯 腈纤维程度,具体原理如下 酸性染料在弱酸性和中性浴染色上染聚丙烯腈纤维,酸性染料阴离子靠范德华 力和氢键上染纤维,上染后与纤维中.发生离子键结合,也能以范德华力和氢键 固着。 基于此原理,可以用酸性染料对胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维和水解聚丙烯腈 纤维 河北科技大学硕士学位论文 进行染色比较,以其染色结果染百分率的差异来表征胶原蛋白改性过的聚丙 烯腈纤维中胶原蛋白含量多少。随着酸性染料哈曼纳红上染百分率的提高, 胶原蛋白改性聚丙烯腈纤维的效果很好;反之,则改性效果差。 . 巢. 螫吆 . . . ????????????.?????????.??.????????????。?????????.??.???????????? 。??????一 . .? . . . .? 铭厘静种艘 图 不同浓度的铬酸钾溶液的吸光度曲线 .染色热力学理论 ..吸附等温线的概念及其分类 吸附等温线即在一定的温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到 平衡 时它们在两相中浓度之间的关系曲线。在染料上染纤维的过程中,恒定温度 条件下 染料上染纤维达到平衡,染液中的染料浓度和纤维上染料浓度的相关曲线。也就是 在特定的温度下,上染达到平衡,纤维上染料的浓度和染料在染液中的浓度的相关 关系,我们把关于这个关系的式子叫做染色吸附等温式;在直角坐标系中画出个公 式对于的曲线就叫染色吸附等温线.。染料对纤维的吸附等温线主要有三种类型, 如图.所示。 制 嵌 蕊 目 叫 鳃 姗 染濠幸粢斟浓震 图.染料上染纤维的吸附等温线 第章理论部分 能斯特型吸附等温线在图.中等温线表示纤维上染料 浓度染液浓度【成直线关系。【,【, 式中为系数。假设活度系数为,以浓度代替活度,在此种状况下, , . 一?‖;午 ‘ ?土 纤维上染料浓度【以摩?千克纤维表示,染液中染料的浓度【以摩?升。 表示。等温线的特点是:染料上染纤维达到上染平衡时,【都是常数,纤 维上的染料浓度和溶液中的染料浓度是正比例关系,这两个值随着染液浓度的增加 而提高,直到染液浓度饱和为止。这种条件下的染色机理是:假定与染料在溶液中 溶解类似,染料在纤维中也成溶解状态,把染料比作溶质,纤维比作染液来处理, 即形成的是固体溶液,染料的吸附上染犹如一个溶质在两个互不混溶的溶剂那 样,服从能斯特分配定律,也就是固体溶液溶解机理【州。 图.是吸附等温线。其特征 朗格缪尔型吸附等温线 是曲线的斜率随着上染过程的加深而慢慢下降,最后达到恒定。在某一固定条件下 达到某固定数值,染液浓度的加大不能再加深染料的上染。这个时候纤维上 的染料 浓度就叫纤维的染色饱和值。这条线就叫朗格缪尔吸附等温线,它是由朗格缪尔命 名的。此方法可用来研究染料的吸附状态,假设纤维有许多吸附点,这些吸附点都 有相同的性质,它含有吸附点的数量为每千克纤维阎个位置,这些位置在和染料分 子反应的时候互相之间没有关系【’】。 根据质量作用定律的说法,吸附速率口跟染液中染料浓度【】,,纤维上未占据位 置数量阎一【的乘积成正比,解吸速率妇则和纤维上的染料浓度成正比: 【嘲一【】, 平衡时,? 让,。’ ?’ 得 ”。 赢面丽.面. 】,【】,阵】。【】 将恒温条件下平衡时的【】,以和【扩关系作图得一条直线,如图。横纵坐标 如图所示,斜率为/研司,延长图中线段和纵坐标相交于点。这时,/【, 从坐标上读得的/即 /司,计算出染色饱和值阁。 在实际操作中,应用朗格缪尔进行计算的很多假设不能成立。但是一般应以欧 诺个朗格缪尔公式计算出来的结果和实验结果一样【绷。例如在羊毛的酸性 染料染色 中就应用它来计算羊毛的染色饱和值,羊毛纤维的染色机理是:羊毛上吸附点是一河北科技大学硕士学位论文 定的,也就是说染座是一定的,染料上染就发生在这些吸附点上,而且所有染座互 相独立,染色达到饱和后,酸性染料不再上染羊毛【。 /吼 图 朗格缪尔吸附的/【】与】关系 弗莱因德利胥型吸附等温线 图.里等温线的一般 计算方程式为:【】,研】, 式中为常数,,称为弗莱因德利胥吸附等温线。即:: ? 和【成正比例关系,它的斜率是,。 弗莱因德利胥吸附等温线方程式是由实验得出。纤维素纤维被阴离子染料上染 的时候符合这个方程式。染料吸附在纤维素纤维表面。然后染料在纤维上均匀分布。 设每千克干纤维的吸附层容积为升,染料离解为和扫,分布在扩散吸 附层中,活度系数均为,则纤维上的染料活度为: 心. 盟盟 .了了 坷,肛 。亿, 却。稍?幽 】【。】对】。】。作图成直线关系,如图所示。式可写 成: 协, 獬斟圳圳一脚 .第章理论部分 / / 邑 / 叫 / / 川。【川 图.直接天蓝对棉纤维上染的【。川,对 ‘【】的关系 如果染液里加一定量的食盐使【恒定,纤维上除染料外,忽略不计,那 是常量。式就变成: ?矿矿,和一? .“叫’ 不常数 铞姒 这就是一个普通的弗莱因德利胥方程式。 ..染色热力学参数 染色亲和力染色亲和力的公式为:一卸。:;一‖:丁? “ ,这种亲和力是染液中 式中的一‖即为染料对纤维染色亲和力,简称亲和 染料的标准化学位和纤维上染料的标准化学位之差。它的 值随着温度变化 也不一 样。因此,可以说根据某一温度下上染达到平衡时候纤维 的染料的活度和染 液中 种关系是染料上染纤维 的染料活度的关系就能求出该温度下的染色亲和力。因此: 以表达染料从溶液中向 的一个特性指标,也就是说亲和力是一种尺度,这个尺度 纤维上移动的倾向。其单位为焦耳?摩~。 染都是常压下,所以认 亲和力由温度和压力等因素对其有影响。但是一般能 韧力的具体数值。因此, 为亲和力只是跟温度有关系。染料和纤维本身的性质决定; 因此若测定不同纤维染色的亲和力,就需要知道这种纤维。 杂料的性能例。 亲和力的计算符合能斯特型吸附机理的亲矛 一的计算见式?: ‘ .?,幽, 卜】, 符合朗格缪尔型吸附等温线的亲和力的计算见式?: 河北科技大学硕士学位论文 . 。 。 。 .?‖熟咄【, 一, 符合弗莱因德利胥型吸附的亲和力的计算见式.: 一?弘。。只 竺苎二霎曼;二土乙一尺丁?忆? ., 染色热和染色熵染色热是一种能量变化,它只是无限少量的染料由染 液向纤维上转移每摩尔吸收的热量,反应的是一种能量的变化。 染料上染纤维时,染色热和染色熵共同决定染色亲和力的大小。在恒压的条 件 下,由吉布斯.亥姆霍兹自由焓和温度关系的关系式,可以得出亲和力、温度 和标准 染色热,简称染色热/的关系为: 龃。 ?叫一 . 翌订 丁 因此.式又可推出: 因阶一专打, . 。? 罡四 垡 ,将对丁的关系作图,在一定温度下的斜率就是该温度下染料上染纤维的染 色热脯。 ?“ 如果温度变化的范围不大, 对成线性关系,盥。看做一耳光常量。这样 便可对式.进行积分可得: 业。垡。 . ?一?。 丁 式中为积分常数。设、时染色亲和力分别为一?、一?:,则可求得日。: 九四 删挣等一等 一般来说在上染过程中,染色亲和力刁‖。一般随着温度的上升而降低,染色 热第章理论部分 脚为负值。也就是说,上染就是一个放热的过程。 在染液状态里的染料做运动十分自由,处于一种成为高几率的状态,当染料一 旦在纤维表面衣服以后,高几率的状态就不存在了,此时染料的自由度是很低的也 就是说染料的熵比较低。因此,与在染料在染液中比较,染料在纤维内收到约束的 大小程度可以成为染色熵。如果我们同时用两种或者多钟染料对纤维进行染色,如 果其中一个染料自由度的变化比其他的都大,我们就说这个染料有比较高的配向, 也就是说不通染料在一种纤维上吸附的时候,染色熵变化比较大的纤维就更容易上 染,在上染过程中,自由度也就是熵增加的离子基本找不到,染色热也都是减小的, 有一个特例是丙纶染色的时候自由度是增加的,这也是唯一的一个熵增加的特例, 其他的我们测定到的上染过程,熵全是负的。 熵是一个表示体系混乱程度的状态函数。标准染色熵的计算式如下: ? ? . .染色动力学理论 ..菲克扩散定律 扩散的现象扩散就是一种物质的分子进行完全的不规则的运动引起 的,也就是说分子从系统一个位置向另一个位置移动的过程。染料上染纤维的时候, 染料首先跟溶液向扩散边界层扩散,这种扩散主要靠染料分子的自由运动,分子运 动到扩散边界层以后,就开始想纤维表面移动并吸附在纤维表面,最后再纤维内部 扩散。染料在纤维内部的扩散要比在染液中扩散慢的多。然而其绝对的作用确实染 料在纤维内部的扩散。染料和纤维的性质决定了染料在纤维重的扩散能力,与此同 时改性能又随着温度和浓度等外界条件的变化而变化,只有根据纤维和染料的特性 制定相应的上染工艺条件才能使得上染过程得到顺利的进行,染料扩散速率的研究 工作有两个重要意义:一是研究染色速率可以选定合适的染色工艺,提高生产能力, 节约原料节约资源,减少浪费,二是若染料的扩散速度控制不好,就会导致染花, 严重影响产品质量。 某一物质沿轴垂直地扩散通过这个 菲克第一定律设在平面上, 平面的扩散通量疋重量?面积小时间和轴向的浓度梯度缸,式中为重量?体 积~.浓度,为距离,扩散系数的关系为: . .. :一 河北科技大学硕士学位论文 .式是菲克第一定律扩散关系式。扩散通过面积的速率车,为重量, 为时间,为: 軎么 扩散系数的因次为长度?时间一。.式中负号的意思是指物质从浓度高向浓 度低的方向扩散。 卜?一 图扩散示意图 菲克第二定律 纤维上各个部分的染料的浓度在一般的上染过程中都是 在不断变化的,纤维上的染料随着时间的前进而慢慢增多,相应的浓度差也 就慢慢 的变少,当二者达到平衡的时候,纤维内外染料的浓度变得一样,浓度梯度就 不存 在了,也就数值为零,这种纤维上个点染料的浓度随时间不断变化的扩散过 程我们 称作非稳态扩散,对于这个过程,我们用菲克第二定律也就是非稳态方程来 计算。 把扩散介质中一个空间当做模型,如图所示。各个平面的面积均为×厘 米,在非稳态扩散条件下,扩散通量随轴距离而变化,扩散数量的变化率为 缸, 则通过平面的扩散通量工为: ?, 叫鲁卜 设出时间内上述长方形单元的体积厘米?工中染料增加的数量为,则,但按 式. /\缸/缸 第章理论部分 . 所以 图?通过单?体积扩散图 该体积中出时间内增加的浓度为 :/工? . 将.代入.得 仫, 一鲁产 。 或 ~ 一 , . 一;一堡 一一一 以 根据菲克扩散的第一定律方程式,。一? 戤 : 故 ~ ,, 沼, 一? ,一 以 缸\ 缸 詈一静詈 这是菲克第二定律的扩散方程式。如为常数则 ~一 . 一。堡 一.,~ 这是轴向的情况,而纤维是纤形物体,所以用于纤维时要把各个方向的扩散 包括在内,并将直角坐标转换成柱面坐标。但为了方便起见,可以用片状试样 进行 试验,研究轴向的扩散情况。 ..染料的上染速率曲线 上染百分率即是纤维上的染料量占染液中染料投入总量的百分比率,染料的上 染速率曲线就是以染色时间为横坐标,以染料的上染百分率为纵坐标绘制得到而成。 一种染料的上染速率表现的是染料上染纤维达到平衡的过程所耗费的时间长 度,即这个达到这个过程的速度快慢,染料上染纤维的过程包括染料在染液中向纤 维边界层慢慢流动扩散,染料扩散在扩散边界层,染料吸附在纤维表面,染料在纤 河北科技大学硕士学位论文 维内部扩散这样四个阶段,在染料上染的过程里,染料由染液开始向纤维移动,随 时间变化,纤维上染料数量逐步增多,染液中染料数量慢慢减少,染料的上染百分 率对描述一种染料的上染性质和一种染料对纤维的染色性能具有重要理论意义【。 ..平衡上染百分率 染料上染纤维达到上染平衡时的上染百分率叫平衡上染百分率。 ..半染时间 上染达到平衡吸附量一半。一.。所需的时间叫做半染时间,以幻,表示。 它是标志上染达到平衡的一个常用指标。 衡量染料对纤维的上染速度,一般地常常需要把半染时间和平衡上染百分率用 。来表示这两个数据一起加以考虑。决定,和。的方法比较简单,由染色速率 . 曲线求得,再由该曲线乏得上染量为以的时间,即偿。 . 阳离子染料上染聚丙烯腈纤维的染色机理 聚丙烯腈纤维是一种结晶度很高的纤维,这种纤维大分子间的化学键结合比较 强,不容易被染料上染,手惑不好,弹性也比较差,而且聚丙烯腈纤维的脆性很大, 所以一般在制备聚丙烯腈红准时要添加少量的第二和第三单体来改变它的性质,使 它的结构变的疏松,染料可以容易的在聚丙烯腈纤维内部扩散,这样就提高了聚丙 烯腈纤维的染色性能。聚丙希腈纤维的合成制备一般使用三种单体共同制备,三种 共聚最主要是丙烯腈,也就是聚丙烯腈纤维的第一单体,丙烯腈是聚丙烯腈纤维的 主体结构,它对聚丙烯腈纤维的物理化学性质起着主导作用,也是聚丙烯腈纤维最 重要的部分,聚丙烯腈纤维二勺第二部分成为结构单体,生产单位一般以丙烯酸甲酯、 醋酸乙烯酯甲基丙烯酸甲醛等来作为聚丙烯腈纤维的第二单体,这些物质作为聚丙 烯腈纤维的单体之一,是医为她们的基团极性没有氰基那么强,基团的所占的体积 也很小,因此这些基团可以有效的改善聚丙烯腈纤维大分子间作用力过强的缺点, 同时也有助于改善聚丙烯腈纤维的触手的感觉,也能改善聚丙烯腈纤维的弹性,聚 丙烯腈纤维的第三种加入成分又叫染色单体,如丙烯磺酸钠、衣康酸,或者对甲基 丙烯酰胺苯磺酸钠等,加入第三类单体的聚丙烯腈纤维为阳离子染料上染提供了染 座,第二单体和第三单体共同作用使得阳离子染料能更容易的上染聚丙烯腈纤维。 第三单体可以提供酸性基’.正好有利于阳离子染料。 阳离子染料对聚丙烯 .纤维纤维的染实质上是一个离子交换过程,如下式所示。 .??? ..:?? 阳离子染料上染聚丙烯腈纤维染色过程如下:以为在聚丙烯腈纤维上第三类 单 第章理论部分 体提供的酸性基团,聚丙烯腈纤维在阳离子染料的染浴中带负电荷,当将聚丙烯腈 纤维加入到染液中的时候,阳离子染料溶液中的阳离子移动向聚丙烯腈纤维的表面, 由于静电引力的作用阳离子染料吸附在聚丙烯腈纤维纤维表面,此时阳离子染料和 聚丙烯腈纤维的氢键和范德华力也有一定的作用。当阳离子染料染浴的温度慢慢的 升高,上升到聚丙烯腈纤维的玻璃化温度的时候,纤维的内部的聚丙烯腈大分子就 变的疏松不如温度低的时候那么紧密,有了一些孔洞,染料在纤维内部沿着这些空 洞扩散,从而让阳离子染料充分的上染了聚丙烯腈纤维。而且具有极好的上染效果。 ..蛋白质纤维染色机理和扩散模型 蛋白质纤维重的蛋白质分子结构里存在氨基和羧基缩合而形成的肽键,蛋白质 纤维就是由很多的氨基酸按照一定的排列组合而成的蛋白质制备而成的。由于蛋白 质分子中的多肽链上末端存在大量的氨基和羧基,在多肽链的侧面基团上还 存在着 很多具有酸性和碱性的基团,所以蛋白质纤维既有酸性又有碱性,它既能和酸反应 也能和碱反应,这是蛋白质纤维一个比较显著的特点。酸性染料上染蛋白质纤维 的时候,酸性染料和蛋白质大分子链以离子键的结合方式结合,它们结合的数量随 着酸性的增增加,当酸性增加到某一数值或者一定程度的时候,染料跟蛋白质 纤维的结合数量达到一个固定的数值,这个固定的数值就是蛋白质纤维的染色饱和 值。酸性染料吸附在蛋白质纤维上的最大吸附量与蛋白质纤维上与酸性染料结合的 氨基数量呈正比关系,然而,科研工作者在实际研究工作中发现,当酸性染料的数 量足够的多的时候,染料在蛋白质纤维上吸附的数量会超过前面所说的固定的数值 即最大吸附量。当酸性比较强的时候,因为氢离子在酰胺上吸附,使得酰胺基也成 为了一个可以提供染座的基团,当染浴的酸性强度达到一定程度以后,酰胺基会发 生水解,生成另外一种氨基,这种新的氨基也可以对氢离子形成吸附,这就是 蛋白 质纤维会对染料吸附超过恒定值也就是超过固定吸附量的原因。出了上面叙述的两 个原因会造成超过当量吸附,由于酸性染料和蛋白纤维的多肽大分子之间还存在这 分子间作用力,也就是范德华力和氢键,这两种结合方式也会导致超过当量吸附。 蛋白质纤维被酸性染料上染和聚丙烯腈纤维被阳离子染料上染的染色机理基本相 同,不同就是聚丙烯腈纤维被阳离子染料上染的染座是一。一或.一而改性聚丙烯 腈纤维被酸性染料上染时候的染座是一。 、 孔道模型是酸性染料上染蛋白质纤维的扩散模型,由于蛋白质纤维具有亲水性, 是一种亲水纤维,因此蛋白质纤维进入染料溶液中之后会吸水导致膨胀,吸水之后 的蛋白质纤维中也会有许多的孔道,这些孔道都是曲折而且联通的,水充满了这些 孔道,这些孔道就是染料分子扩散到纤维内部的通道。 .测定染液浓度的理论基础 吸光光度法就是以物质吸收光具有选择性为基础而引出的一个测定方法,包 括 河北科技大学硕士学位论文 比色法、紫外分光光度法以及可见分光光度法等。一般来说吸光光度法所能测试液 体的浓度下限可以达到‘?,吸光光度法的灵敏度很高,可以用于测 定微量组分。这种方法测定的相对误差大概为%~%,基本上可以满足对于一种 或者几种物质微量组成的测定。 吸光光度法是一种可以用来定量的方法,吸光光度法的原理是朗伯一比耳定律。 这个定理是由科研人员通过实验得到的。当一束平行单色光照射液层厚度是的有 色溶液的时侯,光能被溶液中的溶质吸收,有色的溶质就降低了光的强度。有色溶 液吸收的光能越多,说明照射的溶液层厚度就越厚,溶液的浓度也就越大或者说明 入射光也就越强,光能量的减弱也愈明显。表示这些因素之间互相的作用关系的定 律称为朗伯一比耳定律,即: . 。殳;口 , ‘ 式中: