1、1Chapter 4Mercerizing4-1 Introduction4-2 Principle of mercerization4-3 Mercerization range and process4-4 Analysis of processing conditions ofmercerization2 Mercerization（丝光）Cotton fabric are treated with concentratedsodium hydroxide under tension.Alkali shrinkage（碱缩）Cotton fabric are treated with c
2、oncentratedsodium hydroxide without tension(with slackmercerization).4-1 Introduction 丝光始于1844年，直至1900年丝光工艺才正式用于印染工业。最早发明此工艺的是Mercer,称为Mercerizing。麦塞处理可分为二种即：Definition of mercerization and alkali shrinkage3Process arrangement of mercerization Cotton materials may be mercerized in gray statewithout
3、any pretreatment,as well as afterpreliminary desizing,after scouring,aftersouring and bleaching,or after dying.In the case of piece of goods,mercerization caninvolve wet or dry fabrics.丝光是在张力条件下，用浓烧碱溶液处理纤维素纤维纺织品的加工工艺，分为：织物丝光和纱线丝光。6The mercerization process is carried out for thefollowing purposes:im
4、proving luster and obtaining a silky look;improving the tensile strength;obtaining improved dimensional stability;improving color yield(resulting in savings in thecost of dyestuff);improving elasticity and obtaining stretch material(with slack mercerization).丝光剂：烧碱：是目前印染厂丝光用的主要用剂，其膨化性能好，价廉，使用方便，丝光效果
5、也较理想，因此得到了广泛的应用。烧碱浓度一般控制在260280克升；液氨：在常压和330C的条件下，棉织物用液氨进行处理，可获得独特的效果，主要表现在以下几个方面：优点：1、织物手感柔软、耐磨性能好；2、织物弹性增加，尺寸稳定性好；3、对环境污染小（90%液氨可回收）；缺点：1、需要特殊的设备（回收系统、制冷系统）；2、一次性投资大，且生产成本也高；9Methods of Mercerizing Cold mercerization(15 to 20)Hot mercerization(60 to 70)丝光工艺按照浸碱时的温度划分：10Evaluation of the degree of
6、mercerization 光泽 luster是衡量丝光织物外观效应的主要指标之一目前多用目测评定（定性）吸附性能 adsorbancy：其吸附性能可用丝光钡值来判断钡值法（value of barium）：检验丝光效果的常用方法，钡值越大，丝光效果越好。尺寸稳定性（如：比较丝光前、后织物的缩水率等）丝光后吸附Ba(OH)2的量丝光前吸附Ba(OH)2的量钡值100钡值150表示充分丝光，一般为135150134-2 Principle of mercerization Treatment of cellulose with caustic soda formssoda cellulose.C
7、ell-OH+NaOH Cell-O-Na+H2OCell-OH+NaOH Cell-O-Na+H2O纤维素I（天然纤维素）浓NaOH纤维素（碱纤维素）H2O纤维素H2O（水合纤维素）纤维素II（丝光纤维素）H2O1-5 纤维在碱液中继续溶胀；6 溶胀后再转入水中发生收缩；7 完全干燥后。图4-5 棉纤维在丝光过程中截面的变化4.2.1 Influence of caustic soda on cotton17浓烧碱溶液对棉织物的处理是不可逆过程。高浓度烧碱处理后，棉纤维发生剧烈溶胀，使纤维素大分子的分子取向、结晶度、结晶尺寸和形态发生重大改变，从而增强纤维的吸附能力、拉伸强度、光泽和尺寸稳定
8、性，同时改善织物的手感和悬垂性。19 光泽棉纤维的截面由扁平的腰子形或耳形转变为圆形，胞腔也几乎缩为一点；纵向天然扭曲消失；在一定的张力作用下，纤维得到拉伸，表面皱纹消失，变成十分光洁的圆柱体，对光线产生规则的反射。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。20Mercerization treatment induces an increase inluster of cotton fibers caused only by themodification of their cross-section,whichbecomes circular under the
9、effect of swelling,butalso by the untwisting（解扭）of the fibers.The high luster of mercerized cotton results from increased specular reflectance of light from the smooth fiber surfaces.21 结晶度浓烧碱可以渗透到纤维的结晶区，并将部分晶区转变为无定形区；纤维的无定形区的含量增大，纤维的吸附性能和化学活泼性提高。Improvement of the Dyeing PropertiesMercerization inc
10、reases the dye absorption,the rateof dyeing,and also the visual color yield.Reason:Mercerization induce a decrease in the volume ofcrystalline region or an increase of the accessiblearea.22 尺寸稳定性 Dimensional Stability棉纤维在浓碱液中发生不可逆的溶胀，使纤维素大分子间的作用力遭到破坏，氢键断裂，织物中贮存的内应力得到释放。通过拉伸（外力作用），纤维中无定形区分子伸展得较为平直，排列
11、趋向于整齐，在新的位置上建立起新的分子间作用力，纤维的取向度获得提高。最后在张力条件下去碱，已取向排列的纤维间的作用力被固定下来（更自然、更稳定的状态），这时的纤维处于较低的能量状态，因此尺寸稳定。23 纤维强度浓碱液处理可以消除纤维中的弱的结合点，使纤维受力均匀，减少由于应力集中而造成的纤维断裂，从而提高纤维的强度。244.2.2 Explain of principle of mercerization4.2.2.1 水合理论钠离子是水化程度很强的离子，在钠离子周围的水分子，和它形成很厚的水化层。当它和纤维素大分子结合时，大量的水分子被带入纤维内部（无定形区和晶区）。因此，纤维分子链间的空
12、隙增大，纤维发生膨化，形成不可逆的溶胀。Cell-OH+NaOHCell-ONa+H2O25水合理论可以很好地解释当碱液浓度过高或碱液中带有食盐一类的电解质时，会导致纤维膨化程度降低的现象。随着碱液浓度的提高，与纤维素结合的碱量增多，纤维的溶胀相应增大；当碱液浓度达到一定程度后，若继续提高碱液浓度，对每一个钠离子来说，能结合到的水分子数量有减少的倾向，使钠离子的水化层变薄，纤维溶胀反而减小。在体系中加入食盐，将与烧碱中的钠离子争夺水分子，使水化层变薄，导致纤维膨化程度下降。4.2.2.2 Donnan膜平衡原理（渗透压理论）半透膜C1 C2把浓度不同的溶胶（C2 C1）用可移动的半透膜（面积为
13、A）分开溶剂溶剂分子将通过半透膜（semipermeablemembrane）从低浓度C1进入高浓度C2的一方。此时使溶剂分子从左向右移动的驱动力起源于渗透压力之差。如上述系统开始时不用半透膜，则溶质分子必将从右向左扩散（因为C2C1），直至浓度均匀为止。2627把纤维内部看作膜内体系，外部的碱液视为膜外体系 当纤维用含有食盐的烧碱溶液处理时，便有Cell-O-、Na+、OH-、Cl-离子存在，其中Cell-O-只能在膜内，不能扩散到膜外；而其它离子可在膜内外移动，并按一定条件在膜内外建立平衡。设：作用前：NaOH=C2，NaCl=C3平衡后膜内：Cell-O-=C1，Na+=x，OH-=y平
14、衡过程中膜内、外体积相等且不变基本观点：棉织物在NaOH溶液中的溶胀是渗透压作用的结果膜内(Inner)膜外(Outer)Na+OOH-OCl-OC3+C2-xC2-C1-yC3-x+y+C1Cell-O-INa+IOH-ICl-IC1xyx-y-C1（电性中和）Na+I=Cell-O-I+OH-I+Cl-ICl-I=Na+I-Cell-O-I-OH-INa+O=OH-O+Cl-OCl-O=Na+O-OH-O2829平衡后可移动的任何一价阳离子的膜内、外浓度比值应相等，且反比于阴离子浓度，即：Na+ONa+IOH-IOH-OCl-ICl-OyC2-C1-y1C3+C2-xx由（1）：Na+ON
15、a+I=分配系数（1）=x-y-C1=C3-x+y+C=（2）OH-I+Cl-I=OH-O+Cl-O=（3）C3+C2-xxx-C1C3+C2-x令：x=C3+C2-x则有：x2=x(x-C1)（5）必然：2x-C1 2x （6）2x-C1：膜内可移动离子总浓度2x：膜外离子总浓度由于可移动离子在膜内、外的浓度不同，产生渗透压。=（4）31渗透压的大小为：P=RT(2x-C1-2x)由（5）式可得：x2 C1x-x2=0（7）（8）C1+C12+4 x22（9）代入（7）：P=RT(-2 x+C12+4 x2 )X=（9）32平衡后，可移动的离子在膜内的总浓度大于在膜外的总浓度，导致水向纤维内
16、部渗透，使纤维发生溶胀。离子浓度差越大，产生的渗透压越大；盐存在时，不利于溶胀；过度提高碱液浓度，使纤维溶胀减小。334-3 Mercerization range and process Chain mercerizing range（布铗丝光机）Chainless mercerizing range（直辊丝光机）（弯辊丝光机）4.3.1 Chain mercerizing range（布铗丝光机布铗丝光机）布铗丝光机多用于冷丝光工艺 浸轧碱液（260280g/L，20）绷布（施加张力）伸幅和淋洗（张力下洗碱至烧碱含量70g/kg干织物）去碱蒸箱去碱（洗碱至烧碱含量5g/kg干织物）中和水洗
17、（50水洗，20加HAc中和水洗）洗涤（20水洗）轧水烘干布铗丝光机丝光工艺：2 2、主要组成部分及其作用、主要组成部分及其作用前轧碱槽前轧碱槽绷布辊绷布辊后轧碱槽后轧碱槽布铗伸幅装置布铗伸幅装置冲冲洗吸碱装置洗吸碱装置去碱蒸箱去碱蒸箱平洗机平洗机平幅出布装置平幅出布装置1 1）轧碱和绷布）轧碱和绷布织物进入丝光机后，首先经第一轧碱槽轧碱，为织物进入丝光机后，首先经第一轧碱槽轧碱，为了延长棉织物带碱时间以及防止棉织物发生收缩，出了延长棉织物带碱时间以及防止棉织物发生收缩，出前轧碱槽后便经绷布辊绷布，再进入后轧碱槽中轧碱前轧碱槽后便经绷布辊绷布，再进入后轧碱槽中轧碱。织物从进入前轧碱槽到出后轧碱
18、槽，历时约。织物从进入前轧碱槽到出后轧碱槽，历时约30304040秒；丝光机的两个轧碱槽是相互连通的，以便碱液的秒；丝光机的两个轧碱槽是相互连通的，以便碱液的流动。丝光时碱的浓度如下所示：流动。丝光时碱的浓度如下所示：38织物出后轧碱槽后，织物带碱量很高，织物的收缩倾向很大，此时必须借助布铗伸幅装置将织物拉伸至规定的宽度，并在这样的条件下将织物上的烧碱含量淋洗至规定值（70g/kg干织物）后再放松，才能控制织物的收缩，保证织物和烧碱有充分的作用时间，使织物具有稳定的门幅，提高产品的丝光效果。2 2）伸幅和淋洗）伸幅和淋洗39布铗伸幅装置的优点：较好地控制张力和伸幅程度缺点：织物的两边和中间所受
19、的伸幅拉力不同，不宜加工宽幅织物40淋洗当织物在布铗链上运行到布铗链总长度的1/3处时，织物与浓碱的作用时间已经比较充分（从前轧碱槽开始带碱时间为5060s），可以开始淋洗去碱。上方：稀热碱液（7080）冲淋下方：平板真空吸水器冲、吸配合，强化织物中的液体交换，有利于洗去织物上的烧碱41图4-6 去碱箱示意图3)去碱与平洗经过伸幅淋洗之后，织物进入洗碱效率较高的去碱箱进一步去碱（5g/kg干织物）蒸气在织物上冷凝成冷凝水，渗入织物内部，冲淡碱液，提高织物温度。fabric42Final Washing and Neutralising Section 水洗时加入HAc或稀H2SO4中和织物上残
20、留的烧碱；充分水洗，使织物呈中性；轧水烘干。43进布弯辊扩幅直辊渗透区（碱液浸轧槽）轧车直辊稳定区（冲洗去碱槽）去碱蒸箱平洗烘燥4.3.3 直辊丝光机44可用于热碱（60）和湿进布丝光、冷丝光（室温，20）和干进布丝光。借助针板扩幅装置可将织物纬向拉幅至所需宽度，消除布面褶皱，降低纬向缩水率。514-4 Analysis of processing conditions ofmercerization4.4.1 Cold Mercerizing冷丝光的工艺条件：一定张力，室温（1020），烧碱浓度260280g/L，带碱时间5060s，张力条件下去碱至70g/kg干织物以下，进一步去碱524.
21、4.1.1 Concentration of caustic soda图4-8 棉纤维用不同浓度的烧碱溶液处理后形状的变化53 烧碱浓度8%：直径随烧碱浓度提高而急剧增大；长度随烧碱浓度提高而急剧缩短。烧碱浓度为14.5%（170g/L）时达到最大值体积增大140%，直径增大比长度缩短的程度大5倍。54烧碱=0%，均匀的天然扭转，横截面呈腰子形，中间有胞腔;烧碱=7%，天然扭转大部分消失，横截面变为椭圆型;烧碱=7-11%，纤维溶胀明显，直径增大，胞腔缩小;烧碱=13.5%，纤维向外溶胀达到最大值;烧碱=37%，纤维无明显变化。56图4-9 不同浓度烧碱溶液处理后棉布的收缩与钡值（无张力作用，
22、10）NaOH 溶液浓度（）棉纱收缩率（）6.501081919.22422.52923.555长度收缩棉纱在烧碱溶液中的收缩（18处理 1 分钟）57烧碱=110 g/L收缩率和钡值随烧碱浓度的增大而急剧增加烧碱=270 g/L收缩率和钡值基本达到最大值烧碱=170 g/L钡值为150实际生产中 烧碱260280 g/L光泽最好处理条件断裂负荷（N）断裂延伸度（）a光泽未处理6.015.424.3无张力碱处理7.1616.120.4保持原长丝光7.475.555.8比原长拉伸 3丝光7.284.862.0比原长拉伸 6丝光7.374.368.8比原长拉伸 9丝光7.574.070.058表
23、4-2 张力对棉纱线丝光后性能的影响a.数字越大，表示光泽越好；b.烧碱浓度：30 oB（297g/L）。4.4.1.2 Stretching123有张力，钡值=230小张力，钡值=240无张力，钡值=260图4-10 棉纱丝光时的张力、碱液浓度和钡值间的关系59处理条件染料吸附量（g/100g 纤维）未处理1.5张力条件下处理2.9松弛处理3.560表 4-3 浓烧碱处理时张力对棉纤维吸附染料量的影响采用苯并红紫 4B 直接染料，在相同染色条件下染色。61施加张力（Stretching）提高光泽（表4-2）;提高强力（表4-2）;使断裂延伸度下降（表4-2）;提高上染率（张力过大则降低吸附性
24、能 表4-3）。62丝光时采用的经、纬向张力对棉布的经、纬向缩水率影响很大。布铗丝光机：纬向张力由布铗链之间的伸幅距离控制;经向张力由调节前后轧碱槽轧车的线速度控制。63Cell-OH+NaOH Cell-ONa+H2O放热反应图4-11 棉纤维与NaOH作用的反应热4.4.1.3 Temperature64图4-12 棉纱在各种碱液浓度和温度下的收缩情况6520-50 秒左右（根据温度和设备的不同）方法：加入适当的润湿剂（很少使用）加强前处理，提高织物的润湿性能 适当提高碱液温度 反复浸轧碱液4.4.1.4 Time66图4-13 润湿剂的影响674.4.2.1 IntroductionHi
25、gher temperature produces better wetting ofthe fabric by the caustic soda solution andimprove uniformity of mercerization.4.4.2 Hot Mercerizing68 Equilibrium Swelling4.4.2.2 Swelling Behavior of Cotton图4-14 烧碱浓度和处理温度对棉纤维平衡溶胀的影响69不同温度下，纤维的平衡溶胀（最大溶胀率）与浓度的关系：温度为5时的平衡溶胀值最大；随温度增高，平衡溶胀明显下降。70 烧碱=320 g/L温度
26、=5、20、50、60平衡溶胀分别为：145、110、80、80达到同一平衡溶胀时，低温所需的NaOH浓度低高温所需的NaOH浓度高 当烧碱=266 g/L（20%），各温度下的平衡溶胀不再随浓度上升而提高。71需要多长时间才能达到平衡溶胀是生产者极为关心的问题。Bechter博士（德国Stuttgart 纤维与纺织研究所）在烧碱=250 g/L 的条件下，对退浆布和漂白布在20和60下的溶胀行为分别进行研究，结果见图4-15：72图4-15 退浆和漂白棉布在20和60的总溶胀率73 20时退浆布的溶胀很慢，经过45min后才达到平衡溶胀（溶胀率最大）漂白布经过20min后达到平衡溶胀（溶胀率
27、第3）60时退浆布的溶胀很快，经过2min达到平衡溶胀（溶胀率第2）漂白布经过5min后达到平衡溶胀（溶胀率最小）74前处理影响纤维的溶胀行为：前处理越好，溶胀越快；但平衡溶胀越低。温度影响纤维到达平衡溶胀的速度：处理温度越高，溶胀速度越快，到达平衡溶胀的时间越短；但平衡溶胀越低。75在工业生产中，考虑经济和设备方面的原因，丝光浸碱溶胀（Diffusion Section&Stretch Zone）的时间一般限定在30-60秒（纤维的溶胀不可能达到最大溶胀），必须考虑纤维的溶胀速度。76图4-16烧碱处理时间对退浆棉布相对溶胀的影响 Swelling Speed0.90.1577在60s的时间
28、内：随温度升高，相对溶胀增大，溶胀速度提高；15时：棉布的溶胀达到其最大溶胀的15；60时：棉布的溶胀达到其最大溶胀的90。78图4-17 冷丝光和热丝光的浸碱渗透所需时间79如果要求织物上的烧碱浓度达到300 g/L：冷丝光（1520）：50s；热丝光（6070）：35s；高给液丝光（6070）：25s。浸碱渗透时间缩短，渗透区设备的长度缩短。80Hot MercerizingDiffusion Zone15 pairs of rollers81Cold MercerizingDiffusion Zone27 pairs of rollers82 Uniformity of Swelling
29、冷丝光时，纱线芯层丝光化程度比表面层低原因：浓烧碱首先吸附于纱线表层的纤维，由于纤维的剧烈溶胀，导致纱线表层密度增高，加上碱液的粘度很大，阻碍了浓烧碱从纱线表层向芯层扩散，使纱线芯层丝光化程度降低（表面丝光）。加入抗碱润湿剂会改善这一状况，但抗碱润湿剂价格昂贵，又造成环境负担。83热丝光时，烧碱粘度明显降低，浓烧碱从纱线表层向芯层扩散的阻力减小；同时由于纤维的溶胀较小，纱线表层密度较小；因此浓烧碱的扩散加快，溶胀所需时间缩短，纱线里外丝光化程度达到均匀。图4-2 冷丝光和热丝光时烧碱对棉纱的渗透84冷丝光（1020）热丝光（60）Bechter博士形象地把上述情况绘制成下图：85 Luster
30、4.4.2.3 Effects of Hot Mercerization图4-18 丝光处理温度与光泽的关系86漂白处理的不同品种纯棉府绸，经丝光处理后（60s,NaOH=250 g/L），其光泽与温度的关系曲线。随温度升高，织物的光泽随之提高原因：高温时，浓碱对棉纱表面层和芯层的渗透都很均匀，碱液均匀的渗透导致均匀的溶胀，使光泽的改善更为明显。87Dyeing Behavior热丝光与冷丝光都可以改善棉纤维的染色性能。Tension丝光使棉纱的断裂强度提高；冷丝光和热丝光的效果相差不大。Dimensional Stability冷丝光和热丝光都使棉织物的缩水率下降，织物的尺寸稳定性提高。88
31、 Handle图4-19 丝光浓度和处理温度对棉织物手感的影响89纯棉织物的手感是服用性能的一项指标手感用抗弯刚度指标来衡量；抗弯刚度越低，手感越柔软。60丝光织物手感比20丝光的柔软90丝光时：随温度下降棉织物的手感变硬随温度升高棉织物的手感变柔软冷丝光：丝光均匀性差（表面丝光），纱线表面层纤维排列紧密，使手感较硬。热丝光：丝光均匀性好，纤维在纱线中排列较疏松，手感变得柔软。91与冷丝光工艺相比，热丝光工艺具有以下优点：光泽更好（溶胀均匀）；手感柔软（溶胀小而均匀）；染色均匀性提高（溶胀均匀）；溶胀速度快；缩短设备单元。92This is end for chapter 4.Thank you for your attention!
