织物功能整理试卷参考答案

柯鹏同学整理，仅供参考。

一、试述酶的基本性能及其在纺织领域中的应用？（15分）酶是一种特殊的催化剂，具有如下特点: (1)高催化效率——在可比的情况下,相对于其它非生物酶催化剂,酶的催化效率高达107~1012倍,某些酶甚至可加快反应速率高达1014倍。

酶的这种高催化效率是因为酶能够显著降低反应过渡态能量。

(2)高度的专一性——酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。

催化反应的专一性是酶最重要的特性之一,是酶与其它非酶催化剂最主要的不同之处。

(3)反应条件温和——酶来自生物体,因而一般酶催化反应均为非极端条件,除个别酶种外,均可在常温常压条件下进行,有利于生产控制,并可节约能源,降低设备成本。

另外,酶催化反应都在弱酸、弱碱或中性条件下进行,对环境污染小,对设备的腐蚀轻,生产安全性高。

纺织领域中的应用：（1）退浆——传统的工业退浆剂为碱、酸或氧化剂等，操作不当，易使织物强力受到严重损失，而且碱、酸和氧化剂对环境有污染。

利用生物酶退浆，既可减轻对环境的污染，又不损伤纤维。

（2）煮练——最早的生物煮练是用纤维素酶。

虽然煮练后织物的润湿性和吸水性得到提高，但是织物强力和重量损失较大，因此可以认为纤维素酶有助于生物抛光，但不是前处理的合适选择。

后来日本坂井拓夫发现原果胶酶可用于棉织物精练。

处理后棉的润湿性和果胶质的游离与化学精练相同。

（3）漂白——棉织物酶漂白可采用如下两种方法：①直接破坏天然素进行漂白，如在H2O2和O2存在下过氧化酶与虫漆酶对染料脱色有效。

②将淀粉变为葡萄糖后产生H2O2，再利用其间接氧化漂白，所用酶为葡萄糖淀粉酶及葡萄糖氧化酶。

其作用机理是，淀粉在葡萄糖淀粉酶的作用下转化为β-D葡萄糖，β-D葡萄糖再在葡萄糖氧化酶的作用下产生H2O2和葡萄糖酸，一方面H202对织物漂白，另一方面葡萄糖酸能和金属离子螯合，使漂白浴稳定，防止纤维脆化。

用此方法漂白(95℃，120min)的织物白度达到88．9，虽比常规相同浓度H202碱性漂白(白度为92．1)稍差，但织物手感柔软且厚实。

（4）染色——染色方面主要研究织物经过酶前处理或整理后染色性能的改变。

一般纤维毒酶处理棉后，织物变得多孔疏松，提高了染色速率，但又溶解了无定形区。

造成染料对基质物的亲和性降低，对染料分子吸附的有效体积降低，使平衡上染率下降。

（5）整理——生物酶在织物整理上的应用非常广，如牛仔布砂洗、生物抛光、羊毛的防毡缩处理等。

其目的主要是改善织物的表面性能及手感、增进织物的吸水性、改善织物与染料的亲和力，给色率和色光。

（6）废液与废物处理——对于棉、毛、蚕丝等天然纤维，因容易生物降解，可作为肥料或土壤调节剂。

合成纤维可利用尼纶酶、聚酯酶、烯烃酶等分解菌使其降解。

二、分析棉织物含醛树脂防皱整理后释放甲醛的原因？如何降低或避免释放甲醛？（15分）其产生主要在织物的防皱整理过程。

防皱整理剂的种类很多，其中工业上普遍应用的以N-羟甲基作为活性基团的酰胺甲醛类，或称之为N-羟甲基酰胺类。

酰胺与甲醛的加成反应常称为初步缩合，也就是初缩反应。

因此常将加成产物称为初缩体。

现以三聚氰胺和二羟基环次乙基脲为例，他们与甲醛的初缩反应分别表示如下：显然初缩体中羟甲基的数量随着甲醛的用量而定，甲醛的用量基本上决定于要求酰胺获得的羟甲基化程度，但有时比理论用量的多一些，这是因为应考虑到基化因素，再加上初缩反应时可逆反应，所以初缩体中含大量的游离甲醛。

在纤维对酰胺-甲醛整理剂的吸附过程中，多采用酸性催化剂。

近代将酸催化理论为路易斯酸催化理论，也就是说金属盐起路易斯酸，即电子对接受体（金属离子M+）的催化作用，以上可以说明酰胺-甲醛化合物与纤维之间的为可逆反应。

整理剂与纤维素结合在日常使用过程中会与纤维素脱离，再由初缩反应的可逆反应，甲醛从而从织物中释放出来。

三.现有两个阻燃整理织物样品，它们的某些测试数据如下表：极限氧指数 LOI% 热重分析（TGA ） 残渣量/mg 阻燃整理样品1未阻燃样品138 19.3 12.2 2.1 阻燃整理样品2未阻燃样品236 18.6 1.2 1.0 试分析两个阻燃整理的样品，各自遵循的阻燃机理有何不同？为什么？（15分）缩合相与气相阻燃的特征：缩合相阻燃机理1.炭生成量增加2.阻燃剂对气相无影响3.阻燃剂保留在被阻燃物中，残渣中含阻燃剂量大4.阻燃剂的作用受高聚物结构影响5.燃烧时对氧化剂相（如N2O ）不敏感6.在阻燃剂存在下，高聚物的热裂解挥发物组分发生变化气相阻燃机理1.燃烧后，高聚物残渣中阻燃剂含量较低2.燃烧性能与高聚物结构无关3.热分解过程和未加阻燃剂相比，基本上无变化4.阻燃剂的作用对氧化剂相敏感样品1符合缩合相阻燃机理——在阻燃剂作用下，改变材料的热裂解历程，减少热裂解产生可燃性气体的量，而更多的生成炭，二氧化碳和水。

即，随着阻燃剂的加入，使图1中的△H2减小，而△H1/△H2不变，△H1也减小，使提供给基质热量减少，如此循环，基质最终熄灭。

缩合相机理主要适用于纤维素材料的阻燃，对其他聚合物也有一定的适应性。

缩合相机理的两种反应模式：（1）脱水dehydration阻燃剂（如含磷阻燃剂）在高温下分解成酸性物质，对纤维素具有强烈的催化脱水作用，使纤维炭化，并生成水，而不使纤维分解成可燃性气体，另外生成的水蒸发还有吸热作用。

（2）交联Crosslinking对于纤维素纤维，交联有利于C-C网状结构形成，阻止了由于分子链的断裂而生成的可燃性气体，促使其形成焦碳，达到阻燃的目的。

一般认为交联能降低聚合物的可燃性，如：交联后的酚醛树酯，其LOI能由24增至36。

但也有例外。

样品2符合气相阻燃机理——气相机理的实质是阻燃剂改变了燃烧方式。

阻燃剂作用于燃烧过程，燃烧方式发生变化，使燃烧后产生的热量△H1降低，△H1/△H2也随之降低。

因此，随着阻燃剂用量的增加，△H1降低，但△H2不变，△H1/△H2随阻燃剂用量的增加而降低。

这样回到高聚物表面的热量也减少，由于聚合物表面温度降低，从而降低或停止了高聚物热裂解作用，直到聚合物表面温度降到燃烧点以下，燃烧停止。

高聚物在热分解时能与空气中的O2反应，产生H2－O2反应程序，通过支化反应使燃烧蔓延。

（１）•Ｈ＋O2 →•ＯＨ＋•Ｏ、（２）•O ＋Ｈ 2 →•ＯＨ＋Ｈ•，在火焰中主要的放热反应是：（３）•OＨ＋ＣO→ＣO 2 ＋Ｈ• 。

反应（3）提供了保持燃烧的大部分热量。

由此可见，若支化反应（１）和（２）被抑制，则可以减慢或中止燃烧作用,也就是说，如果能设法捕捉到促进气相燃烧的游离基•OＨ，使反应（3）受到控制，就可控制燃烧，从而达到阻燃的目的。

含有卤素的有机阻燃剂（通常是Cl和Br），被认为是通过气相机理而起阻燃作用的。

阻燃剂对燃烧过程的干扰作用可用下式表示：不含氢的阻燃剂首先释放卤原子ＭＸ→Ｍ’＋•Ｘ（４）、含氢阻燃剂释放卤化氢ＭＸ→ＨＸ＋Ｍ’（５）Ｍ’---分解后阻燃剂分子的残余部分。

卤原子与可燃气体反应生成卤化氢ＲＨ＋•Ｘ→ＨＸ＋Ｒ•（６）、卤化氢抑制支化反应起阻燃作用•Ｈ＋ＨＸ→Ｈ2＋Ｘ•（７）、•OＨ＋ＨＸ→Ｈ2O＋Ｘ•（８）。

（7）（8）卤化氢是火焰抑制剂，阻止（1）２Ｒ•→Ｒ2２Ｘ•→Ｘ2四、设计一款登山服面料，列举该面料必备的性能并陈述获得相应性能的途径及理由。

（15分）登山运动过程中发热量大、汗液蒸发多，要求服装散热和透气性能良好；攀登山峰难免遇到风雨雪雾，服装就要有一定的防水性能；野外风大、高山寒冷，防风保暖性能要高；户外长时间阳光照射，服装应该具有一定的抗紫外线性能；登山运动应尽量减轻负重，服装要尽量轻便；户外洗涤条件有限，服装的抗菌防臭和防粘污性要求高；野外作业、攀岩穿林，服装要求有良好的抗拉伸和抗撕破性。

五、分析比较织物涂层加工与层压加工的优缺点。

（15分）涂层织物：使用刮浆刀或刮刀的锋利金属长条把粘稠的液体或者浆状物直接涂敷在织物上。

层压织物：一些高聚物材料难以形成树脂或者浆料，与织物复合需分布进行，首先制备高聚物薄膜，然后与织物层压。

六、分析荷叶具有拒水性能的原理？如何根据荷叶效应开发具有防污自洁功能的纺织品？（15分）具有自清洁性的荷叶其水接触角（water contact angle ，WCA）约为161°，滑动角约为2°。

荷叶表面上的雨滴几乎是球形的并容易脱落，这是所谓的“荷叶效应”。

在1997年，Barthlott和Neinhuis首先发现荷叶的超疏水性。

研究表明，这种独特的性能是由表面微米级乳突所引起尺寸大小的乳突和凹谷，而这些又被70-100nm大的（图1）。

荷叶的表面均匀分布着3-10m小的类似疏水性蜡质的颗粒所装饰着。

这些特殊的微米、纳米级分层的表面结构和疏水性蜡质材料的结合，被认为是引起超疏水性的原因。

研究荷叶的拒水原理可知：具有防污自洁共能的织物需具备①纤维需具备基本的拒水性能（表面接触角大于90°）②织Hyeon Yoon，Jong Ha Park等将聚已酸内酯（PCL）溶液溶于MC和DMF得到纺丝液，使用静电纺制备纳米纤维和串珠纤维结构，并用水浴法将二者进行复合形成仿生超疏水PCL表面，该表面呈现出由液滴和纳米纤维组成的微米级金字塔结构。

七、简述织物功能整理的发展趋势。

（10分）1.纳米技术的应用新兴的纳米材料具有一系列奇异的功能，无疑是当前新功能性整理技术开发前沿一个亮点，国内不少院校和研究单位着重研究以具有半导体结构性能的金属氧化物如TiO2、ZnO、Si02：等纳米材料，介绍了它们在抗紫外线、抑菌等方面的效果。

香港理工大学开发出具有自清洁功能的纺织品。

他们利用溶胶一凝胶技术，将钛溶胶施加在织物上形成凝胶，属锐钛结构的Ti02：，在紫外线照射下，能产生氧化性能很强的氢氧自由基(•OH)、过氧离子(•O2-)和过氢氧自由基(•OOH)等，可分解织物上的污垢，从而使织物保持清洁。

该文未提及对织物(基质)是否同时造成损伤，以及在处理的低温条件下如何能形成锐钛结构的。

我国的纳米技术在功能性整理上的应用还只是起步，但其发展前途极为诱人。

但是，纳米材料的制备和应用还不够成熟，还有许多亟待解决的问题。

如纳米颗粒进入环境，通过呼吸和接触对生物(包括人类)生命的影响，尚缺乏可靠的数据。

这既是国际科学的前沿，也是与人类健康活动密切相关的社会安全问题。

2.包裹技术的应用运用包裹技术是传统整理无法替代、具有一定持续功能效果的化学品包裹起来，是近年来开发一批新功能性整理的方法之一。

常用的包裹方法有两种：一是缓释微胶囊；二是环糊精。

前者是一次性的封闭型包裹方法，后者是可以重复或中途更换其他包裹材料的开放型包裹方法。

包裹好的胶囊可以藉黏合剂使之固着在纤维上，其中环糊精还可落实外层具有亲水性羟基用交联剂与纤维表面可反应基团形成化学结合。