【正文】 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）電化學(xué)在染色工藝中的應(yīng)用研究 畢業(yè)論文目錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 課題背景 1 電化學(xué)發(fā)展概況 1 蠶絲的結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)良性能 2 蠶絲分類及組成 2 絲綢的護(hù)膚保健作用 4 本課題研究內(nèi)容 5第2章 實(shí)驗(yàn)部分 6 實(shí)驗(yàn)材料及儀器 6 實(shí)驗(yàn)原理 6 7 7 勻染劑 8 平衡上染百分率 8 擴(kuò)散系數(shù)D 9 試驗(yàn)裝置 9 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 9 工藝處方及流程 9 染色具體步驟 10第3章 數(shù)據(jù)處理 12 最大吸收波長 12 吸光度A0、At 12 上染率Ct﹪ 16 平衡上染濃度C∞ 18 60℃時新石墨電極不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 18 70℃時新石墨電極不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 20 80℃時新石墨電極在不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 22 90℃時新石墨電極在不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 24 60℃時石墨電極在不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 26 90℃時石墨電極在不同電壓及時間的1/ Ct及1/ C∞ 28 60℃、 70℃、80℃、90℃時新石墨電極與60℃、90℃石墨電極在不同電壓及時間的C∞ 30 擴(kuò)散系數(shù)D 31 不同溫度、電壓下的Ct/ C∞ 3電壓、時間下的擴(kuò)散系數(shù)D 33 平均擴(kuò)散系數(shù) 36 數(shù)據(jù)處理舉例 37第4章 結(jié)果與討論 38 不同電極溫度對上染百分率的影響 38 不同電極溫度對擴(kuò)散系數(shù)D的影響 40 影響電化學(xué)染色效果的因素 41第5章 電化學(xué)染色新研究設(shè)想 43 研究設(shè)想 43 研究方法與技術(shù)路線構(gòu)想 43 應(yīng)用前景設(shè)想 44結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46附錄1:Mt/M∞與Dｔ/ a2 的關(guān)系表 47謝詞 4847第1章 緒 論 課題背景21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時代，學(xué)科之間的相互交叉、相互滲透越來越頻繁，單一的發(fā)展某種工業(yè)技術(shù)早已不能滿足當(dāng)今社會在各個方面的要求，特別是在能源、環(huán)境方面，我國的傳統(tǒng)工業(yè)紡織業(yè)面臨很大的挑戰(zhàn)。在紡織品染色整理工藝中，采用的仍然是比較落后的作坊式加工業(yè)，在技術(shù)層面仍然是粗獷型加工。為了與國際市場接軌，確保紡織品的整個染整加工環(huán)節(jié)的“綠色性”，為更好的提高紡織品的質(zhì)量，增強(qiáng)紡織品的“綠色性”，大量的新技術(shù)被應(yīng)用于染整加工中，生態(tài)染整加工技術(shù)不斷產(chǎn)生。其中，綠色環(huán)保，易于自動化控制的電化學(xué)技術(shù)對纖維進(jìn)行染色和前處理是生態(tài)染整工藝應(yīng)時代而產(chǎn)生[1]。絕大多數(shù)染料在溶液中可以電離成陰陽離子，將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥饺玖想娊庖褐校谕怆妶鲎饔孟?，染料陰陽離子會向相反電荷的電極方向移動，不需高溫條件就能使染料和纖維緊密結(jié)合，增加染料向纖維表面的擴(kuò)散系數(shù)[2]，染料的上染時間縮短，染料用量減少，上染百分率大幅度提高，染色殘液排放量降低，環(huán)境污染程度變小，工人生產(chǎn)環(huán)境得到了改善；同時由于電壓控制染料分子的遷移，易于實(shí)現(xiàn)染整工藝的智能化、自動化、人性化、生態(tài)化，并可以達(dá)到國際上綠色染整的標(biāo)準(zhǔn)：“原料經(jīng)濟(jì)化”和“污染零排放”?？椢锏碾娀瘜W(xué)染色具有以下特點(diǎn)：（1）有助于提高上染率，降低染化料用量。（2）簡化工藝過程，降低能量消耗。（3）廢水廢氣排放量降低，減少環(huán)境污染。 電化學(xué)發(fā)展概況電化學(xué)是一門重要學(xué)科, 主要研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化, 以及與這個過程相關(guān)的定律和規(guī)則。它與電子學(xué)、固體物理學(xué)、生物學(xué), 以及化學(xué)領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科有密切關(guān)聯(lián)。電化學(xué)體系主要由電極、隔膜、電解質(zhì)溶液、電解池構(gòu)成 ,借助電極實(shí)現(xiàn)電能輸入、輸出。在電極上發(fā)生電極反應(yīng)。隔膜一般采用玻璃濾板隔膜、鹽橋和離子交換膜等,導(dǎo)電離子可順利通過隔膜。電解質(zhì)溶液是電化學(xué)池中電極間電子傳遞的媒介, 它是由高濃電解質(zhì)鹽、溶劑、電活性物種（也可能含有絡(luò)合劑、緩沖劑）等組成, 電解質(zhì)溶液可以分為水溶液體系、有機(jī)溶劑體系、熔融鹽體系[3]。電化學(xué)染整工藝研究仍然處于起步階段，研究人員初步探討了電化學(xué)染色的熱力學(xué)和動力學(xué)機(jī)理，據(jù)統(tǒng)計：直接染料上染亞麻布和酸性染料染絲綢的電化學(xué)染色實(shí)驗(yàn)，與常規(guī)染色溫度為90～110℃比較，電化學(xué)染色工藝采用60℃就可以達(dá)到相同的染色效果，并且使上染百分率增加15．6％，達(dá)到相同染色率的上染時間比常規(guī)染色少50min，電壓為1．5V，可降低能耗42．8％～46．2％，充分證明了電化學(xué)染色的優(yōu)勢；但對制約電化學(xué)染整工藝發(fā)展的兩個關(guān)鍵點(diǎn)未作任何研究，第一：怎樣根據(jù)纖維性質(zhì)和染料特性，合理的選擇重要的電化學(xué)參數(shù)(如：電極間電壓、極板間距、纖維和電極的位置關(guān)系以及包裹方式、電極的材料)；第二：如何將電化學(xué)染整工藝應(yīng)用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)中，并能保證纖維染色質(zhì)量和工廠設(shè)備要求，既實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動控制，又使生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)趨合理，這些都值得進(jìn)一步的研究[3]。 蠶絲的結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)良性能 蠶絲分類及組成蠶絲是成熟的蠶結(jié)繭時分泌的絲液，凝固后形成的連續(xù)長纖維，也稱“天然絲”。是人們最早利用的動物纖維之一。根據(jù)蠶的食物不同，分為桑蠶絲、柞蠶絲、木薯蠶絲、樟蠶絲、柳蠶絲和天蠶絲等。（一）桑蠶絲 桑蠶絲纖維是由兩根呈三角形或半橢圓形的絲素外包絲膠組成的，橫截面為呈橢圓形。蠶絲纖維是蛋白質(zhì)纖維，絲膠和絲素是其主要組成成分，絲素約占3/4，絲膠約占1/4。絲膠和絲素均由18種氨基酸組成，約含97%純蛋白質(zhì)。絲膠是水溶性良好的球狀蛋白質(zhì)，將蠶絲溶解于熱水脫膠精練，就是利用了這一特性。由于絲膠、絲素氨基酸組成不同，絲素為纖蛋白，絲膠為球蛋白。桑蠶所吐的絲全長可達(dá)1000米以上?！∫陨ＰQ絲為原料，將若干根繭絲抱合膠著繅制而成的長絲為真絲。機(jī)器繅制而成的絲稱為廠絲，白繭繅制的絲稱為白廠絲。用簡易機(jī)械和工藝，以次繭為原料繅制而成的絲稱為土絲。經(jīng)精練、脫膠之后的絲稱為熟絲。而未精練的絲為作生絲。桑蠶絲可以用于絲綢織造，此外還可用于人造血管的制作。人體角質(zhì)和蠶絲的膠原本質(zhì)上都是蛋白質(zhì)，因此蠶絲與人體的相容性非常好。制造出的人造血管在人體內(nèi)不會發(fā)生過敏、致癌反應(yīng)。我國在1957年就開始研制這種以蠶絲為原料的人造血管，并用于臨床。目前已能生產(chǎn)出各種類型的人造血管。此外桑蠶絲還可被研制成很多高科技產(chǎn)品。如：將桑蠶絲進(jìn)行脫膠、溶解、透析、提純等操作，制成純凈的絲素溶液，將絲素溶液置于塑料模具中，經(jīng)烘干制成薄膜，最后再經(jīng)輻射消毒形成“絲素膜”?！敖z素膜”可用作燒傷創(chuàng)面覆面，有助于創(chuàng)面愈合，也被稱作“人工皮膚”。（二）野蠶絲常見的有柞蠶絲，蓖麻蠶絲，樗蠶絲，樟蠶絲，天蠶絲等。柞蠶絲為主要產(chǎn)品，也是在中國利用最早的蠶絲。它的強(qiáng)伸度，耐腐蝕性，耐光性，吸濕性等方面比桑蠶絲好，但它的細(xì)度差異大，絲上有天然色，繅絲困難，雜質(zhì)較多，適用于中厚絲織物，質(zhì)量好的絲可作薄型絲織物。以柞蠶吐的絲為原料繅制而成的長絲，稱為柞蠶絲。按煮漂繭和所使化學(xué)藥品不同，被分為藥水絲和灰絲。藥水絲是用過氧化物漂繭的，絲色淡黃；灰絲用堿性物質(zhì)漂繭，繭色灰褐。按繅絲方式不同，分為水繅絲和干繅絲。水繅絲是在立繅機(jī)溫湯中進(jìn)行繅絲的，絲色淡黃；干繅絲是在干繅機(jī)臺面上進(jìn)行繅絲的。機(jī)制和手工制的各種柞蠶絲，多用于織制綢面粗獷、富麗、挺括、具有自然疙瘩花紋的柞絲綢。柞蠶絲是我國特有的天然紡織原料，其絲有珠寶光澤、天然華貴、滑爽舒適；柞蠶繭絲是由兩根平行的扁平單絲并列組成，主要成分為絲素和絲膠。強(qiáng)力、絕緣、伸度、抗脆化、耐酸、耐堿等性能均優(yōu)于桑蠶絲。絲素呈白色半透明狀，絲膠呈淡褐色，耐濕性能強(qiáng)，約占 13％；灰分和色素約占2％。絲膠附著于絲素的外圍，具有保護(hù)的作用，能溶解于沸水、堿性溶液、熱皂液中；絲素不溶解，其由18種不同的氨基酸組成，主要為甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸；絲膠由15種氨基酸組成，主要為絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸和精氨酸?？壗z時，將柞蠶繭絲抽出來用絲膠粘合而成柞蠶絲。柞蠶絲手感柔軟而具彈性、耐熱性能良好，絲膠分層附著于絲素外圍，溫度達(dá)140℃時強(qiáng)力開始減弱。但柞蠶絲織物的縮水率很大，生絲不易于染色。（三）綠色鉆石天蠶絲用物以稀為貴來形容天蠶絲是最恰當(dāng)不過的了。天蠶絲非常珍稀，價格昂貴，國際市場上每公斤售價高達(dá)3000～5000美元，高于桑蠶絲、柞蠶絲近百倍，經(jīng)濟(jì)效益令人咋舌。 天蠶絲是不需染色就能保持天然綠色的野蠶絲。具有淡綠色寶石般的光澤和高強(qiáng)度的耐拉性和韌性，被人們譽(yù)為纖維鉆石、綠色金子和纖維皇后。具有非常高的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價值。其纖度比桑蠶絲稍粗，和柞蠶絲差不多。由于其產(chǎn)量極低，所以僅在桑蠶絲織品中加入部分作為點(diǎn)綴，來制作服裝面料，高雅莊重飾品和繡品，是日本和東南亞市場的緊俏商品。天蠶絲絲膠的含量要比桑蠶絲和柞蠶絲多出30%，絲素含量約為70%。國外采用馬賽皂15%、純堿2%、%,浴比1：45，100℃，可練出閃爍著令人喜愛的果綠色寶石光的天蠶絲織物。染色時，用部分經(jīng)篩選的金屬絡(luò)合染料、鹽基染料和活性染料，長時間染色可使其上染。 　天蠶絲纖維纖細(xì)（）,但是粗細(xì)差異很大。纖維橫截面呈扁平多棱三角形，如同鉆石的結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的折光性，其光猶如熠熠的寶石輝光。天蠶一旦成熟，蠶體就會呈現(xiàn)出亮麗的綠光，故被譽(yù)為綠色鉆石。 天蠶絲長度為90～600m，出絲率為50％～60％，1000粒繭的產(chǎn)生絲量大約為250g。,伸長率在40%左右，是一種珍貴的蠶絲資源。 絲綢的護(hù)膚保健作用 真絲織物素有織物皇后的美稱，其主要原因是絲綢制品對人體有獨(dú)特的護(hù)膚保健功能。 蠶絲是一種天然高級蛋白質(zhì)纖維，含18種與人體皮膚相類似的氨基酸成份，真絲綢附著皮膚上并通過接觸磨擦，對人體皮膚有保護(hù)滋潤、延緩衰老的作用，還有增加上皮細(xì)胞活力、防止血管硬化、促進(jìn)傷口愈合、使白血球下降等特殊功能。真絲綢質(zhì)地高雅，穿著柔軟舒適，其透氣、透濕性都很好，具有良好的吸污和殺菌力。據(jù)日本美容學(xué)家研究分析，放濕性超過棉制品二成以上。絲綢織物能使皮膚順利地進(jìn)行排汗，同時能吸收代謝出的二氧化碳，保持皮膚的清潔，從而減少微生物在皮膚上孳生的機(jī)會有益于人體的健康。經(jīng)專家學(xué)者研究，蠶絲中的乙氨酸有防日光輻射能力，利用真絲纖維對紫外線的吸收性，可以防御過剩的紫外線對人體皮膚的危害；蠶絲中所含的氮元素能抑制纖維迅速燃燒，所以遇火不易燙傷人的皮膚。具體作用介紹如下：一：綠色環(huán)保：比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品采用100％純天然桑蠶絲精制而成，無污染，正真的綠色環(huán)保產(chǎn)品。二：美膚養(yǎng)膚：比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品中的桑蠶絲由含人體所需的十八種氨基酸組成的天然蛋白纖維，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與人體皮膚相似，有著很好的相容性。幫助皮膚維持表面脂膜的新陳代謝,防止皮膚的老化，促進(jìn)血液循環(huán)、延緩衰老、使皮膚滋潤光滑，對過敏性皮膚和皮膚瘙癢癥有明顯的功效。三：輕柔滑爽：蠶絲手感天然柔順滑爽，貼身親膚是任何纖維無法與其媲美，被稱為“纖維皇后”人體的第二肌膚，能真正使人體心身得到最佳的關(guān)愛和享受。四：貼身舒適：蠶絲系列產(chǎn)品的表面光滑并且柔順，其對人體的摩擦刺激系數(shù)在所有纖維中最低。其特有的柔順質(zhì)感，給我們的肌膚帶來舒適感。五：冬暖夏涼：比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品中的蠶絲含有纖維中最高的絲容積空隙，能起雙向調(diào)節(jié)作用，天冷時降底熱傳導(dǎo)，保暖性勝過棉和毛。天熱時又能排出多佘的熱量，使身體溫度保特恒定，起到冬暖夏涼的作用。六：吸濕透氣：比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品中的絲蛋白纖維里含有一種親水側(cè)鏈氨基酸的物質(zhì)，它能在空氣中吸收水分和散發(fā)水分，并保特一定的水分。在正常氣溫下它可以幫助皮膚保持一定的水分，不至于使皮膚過于干燥。天氣炎熱時又可將人體排出的汗水和熱量迅速散發(fā)出去，使人感到?jīng)鏊孢m。七：安神養(yǎng)顏 促進(jìn)睡眠：比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品中的蠶絲蛋白，其化學(xué)構(gòu)造為18種天然氨基酸，這些氨基酸中含有一種細(xì)微分子，叫“睡眠因子”具有安定神經(jīng)消除疲勞的作用，它可以有效的改善睡眠，提高睡眠深度，消除白天的疲勞。八：抗菌、抗霉、防螨：蠶絲具有極佳的抗菌、抗霉、防螨的天然特性。其蠶絲成份中的SERCIN，具有防止螨蟲和病菌的滋生能力。而比亞喬蠶絲系列產(chǎn)品所采用的是100%的天然特級桑蠶絲，符合嚴(yán)格的衛(wèi)生和健康要求，在制作過程中不添加任何有損人體健康的化學(xué)藥劑。九：、抗紫外：絲蛋白中的色氨酸、酪氨酸、能有效吸收和屏幕紫外線，具有較好的抗紫外線功能。能有效的預(yù)防紫外線對人體皮膚的傷害，保持皮膚的細(xì)嫩、光滑和彈性。 本課題研究內(nèi)容本文根據(jù)蠶絲纖維的性質(zhì)，選用弱酸性染料對蠶絲纖維進(jìn)行電化學(xué)染色研究，其中電化學(xué)染色通過采用兩種電極對比染色，以尋求電化學(xué)染色在電極材料選擇方面的改進(jìn)。在外加電場的作用下，染料離子和纖維之間的結(jié)合除氫鍵、離子鍵、共價鍵、范德華力、配位鍵之外，又增加了電場引力，從而增加了染料與纖維之間的結(jié)合力和親和力。具體研究內(nèi)容如下：設(shè)計一個電解池裝置并且選擇以染液作為電解質(zhì)溶液，采用兩種電極材料，制定出具體的蠶絲纖維電化學(xué)染色的最佳工藝條件。研究在不同電極下的電化學(xué)染色過程中，電壓（v）、時間（t）、溫度（T）對染色效果影響的規(guī)律。研究上染速率、擴(kuò)散系數(shù)隨電壓變化的規(guī)律。 第2章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)材料及儀器織物：蠶絲織物 藥品：依利尼爾黃（弱酸性染料） 無水硫酸鈉 天津市耀華化工廠 冰乙酸（%） 天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心 設(shè)備：721 型可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司 SS1792 型直流穩(wěn)定電源 石家莊市無線電四廠 C31V 電壓表 上海良標(biāo)智能終端股份有限公司 C31A電流表 上海良標(biāo)智能終端股份有限公司 BS223S 型電子分析天平