阳离子改性棉织物活性染料染色研究

阳离子改性棉织物活性染料染色研究
2011-07-05 来源: 朱清,张光先,贺文娟,高素华(互联网) 点击次数：660
关键字：棉;接枝;活性染料;染色
棉纤维是世界产量最大的天然纺织纤维,目前一般用活性染料染色以保证棉织物的染色色牢度.但是,由于活性染料在设计时,为了没有与织物发生化学的活性染料形成的浮色在煮浮色工艺中易于被洗脱,在活性染料的分子设计中,活性染料被引入了较多的电荷,同时发色基团小,因此水溶性较高,导致染色时染料的上染率和固色率低,需要高浓度的盐进行促染,产生大量的印染废水.因此,研究棉织物接枝阳离子改性染色的研究报道较多.棉纤维阳离子化试剂按试剂与棉纤维的结合方式分为反应型和非反应型,近年来,棉纤维阳离子化试剂的合成与应用绝大部分都是反应型,反应型阳离子化试剂分子结构中既包含可与棉纤维反应的活性基团,又含有可以促染的阳离子基团或氨基.目前,阳离子化试剂有环氧类、季铵盐类以及壳聚糖以及变性淀粉类等等,改性后的染色性能有所提高,但上染率和固色率还不尽如人意,研究用环氧丙基三甲胺改性丝绸织物,提高丝织物的染色性能的基础上,本文研究用2,3环氧丙基三甲基氯化铵对棉织物进行改性,拟大幅度提高棉织物的固色率、色牢度和开发高效缓染剂.
1材料与方法
1.1.仪器与药品
药品:棉织物(市售),硫酸钠(Na2SO4),碳酸钠(Na2CO3),平平加O(PPJO),三甲胺(化学纯,上海试剂三厂),环氧氯丙烷(分析纯,成都市科龙化工厂试剂厂),四丁基溴化铵(分析纯,上海化学试剂公司),活性B2RLN橙,活性X3B100%艳红,活性KR100%艳橙,活性KNG翠蓝(浙江温岭市染料化厂).
仪器:数显恒温水浴锅HH4(国华电器有限公司),DHG9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司),TU一1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司),SW12型A耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂),CTA评定变色用灰卡(中国纺织科学研究院纺织工业标准化研究所).
1.2试验方法
1.2.1.环氧丙基三甲基氯化铵的合成
在100mL的烧瓶中加入50mL33%三甲胺和0.5g四丁基溴化胺,放在盛有冰水混合液的恒温水浴.里,用恒温水浴自带的磁力搅拌器进行搅拌,同时缓慢滴加环氧氯丙烷,滴加速度12mL/min,共加入环氧氯丙烷15mL(过量),滴加完之后继续保温30~40min,然后加热恒温至35,再搅拌反应6h.反应结束后静置1h,待过量的环氧氯丙烷分层后,用分液漏斗分离环氧氯丙烷.
1.2.2.棉织物接枝阳离子方法
用稀硫酸调节合成的环氧丙基三甲基氯化铵水溶液至pH=7左右,调节时,用酸度计测定pH值.加入硫酸后,摇匀10min 平衡后再观察pH值.然后用蒸馏水稀释10倍.常温下将棉织物浸渍在环氧丙基三甲基氯化铵水溶液中,浸渍时间20min,
浴比1!20,用摇床摇动混合均匀.浸渍结束后取出轧干,带液率100%左右.然后在烘箱中50烘干,再用100烘焙50min 之后取出,用蒸馏水洗涤、晾干.
1.2.3棉织物染色及上染率测试方法
普通棉织物染色:活性橙B2RLN,活性艳红X3B100%,活性艳橙KR100%,活性翠蓝KNG共4种染料对织物重为2%.染色时用硫酸钠试验各种染料对棉织物染色的直接性,硫酸钠在染液中的质量浓度0,10~60g/L,上染时间50min,浴比1：50,染色温度分别为60,30,80,60,上染率=(染液原始浓度[1]残液浓度)/染液原始浓度*100%,其中残液浓度计算方法:用紫外可见分光光度计进行光度测量,将得到的吸收值代入标准方程,所得到的数值就是残液浓度.
改性阳离子棉织物染色:均为无盐染色,其余染色条件与普通棉织物染色条件相同.同时加入浓度分别为
0.05,0.1,0.15,0.2g/L的十二烷基硫酸钠作为缓染剂,降低上染速度.
1.2.4固色
上染完成后,在染液中加入碳酸钠进行固色,碳酸钠终浓度为10g/L,时间30min.活性橙B2RLN,活性艳红X[1]3B100%,活性艳橙KR100%,活性翠蓝KNG的固色温度分别为60,45,90,60
1.2.5棉织物染色后的皂洗牢度测试方法
温度60℃、浴比1：50条件下皂洗30min(0.1%碳酸钠,0.1%肥皂),用CTA评定变色用灰卡确定色牢度等级.
1.2.6棉织物染色后的棉沾和丝沾牢度测试方法
60℃、浴比1：50条件下皂洗30min(0.1%碳酸钠,0.1%肥皂),用棉、丝作为标样,然后用CTA评定沾色用灰卡确定色牢度等级.
1.2.7改性阳离子棉织物染色后的干摩擦与湿摩擦牢度测试
在Y571B型摩擦色牢度仪上摩擦60次,然后用CTA评定沾色用灰卡确定色牢度等级.
2.结果与讨论
2.1活性橙B[1]2RLN等4支活性染料在棉织物的上染直接性
图1~图4是活性橙B2RLN等4支活性染料在普通棉织物的上染率和固色率与硫酸钠浓度的关系从图中可以看到,活性橙B2RLN的上染率和固色率随硫酸钠浓度的升高而迅速升高.并很快出现饱和现象.固色率达到90%以上,具有良好的直接性.
活性艳红X3B100%等其它3支活性染料,上染率和固色率随硫酸钠浓度的升高基本上线性升高,没有出现饱和现象.最终上染率和固色率不及活性橙B2RLN,但固色率都在60%以上,上染直接性还是比较好.
2.2.阳离子改性棉织物的上染曲线
棉织物接枝2,3环氧丙基三甲基氯化铵的接枝增重率为0.67±0.04%.图5是接枝阳离子棉织物用4种活性染料在无盐促染条件下的上染曲线.从图中可以看到,4种染料的上染速率都很快,上染过程在10min内可达90%以上,上染率分别为99.85%,99.89%,98.81%,99.98%.肉眼观察染色残液无色透明,.无残留染料.需要说明的是:在分光光度计上测定染
色残液中染料吸光度时,一般用蒸馏水作对照,如果改用在60℃恒温40min的普通棉织物浸泡水溶液作对照进行测定,染色残液的吸光度就为0,计算出的
上染率达到100.0%,即表明该染料在无盐条件下对改性阳离子棉织物的上染率很可能已经达到100.0%,只是棉织物在染色过程中有极少量的杂质溶于水中,使得染液中染料吸尽后如果用蒸馏水作对照,仍然能够测到染色残液有很低的吸光度,所以计算显示的上染率略小于100%.随后在固色、煮浮色过程中,上染的染料完全不会褪入溶液中,溶液中观察不到有颜色褪下来.
改性阳离子棉织物具有如此高的上染率,是棉织物上带有的大量阳离子对阴离子染料的电性吸附作用力所致.同时改性阳离子棉织物固色率与上染率一致,表明接枝在棉织物上的阳离子对阴离子极强的相互作用不仅能使染料竭染,同时还起着固色的作用.因为染料即使在棉织物上上染率达到100%,但染料与织物的化学反应效率也不可能达到100%,必然有部分染料被水解成为浮色,这些浮色在煮浮色工艺中应该会褪入溶液中,没有出现这种现象是因为接枝在棉织物上的阳离子对阴离子染料产生了强的吸引作用,这种作用与通常采用阳离子固色剂进行固色的原理类似.不同之处在于:普通固色时阳离子固色剂是吸附在织物上的;而接枝阳离子棉织物的阳离子是以共价键的形式接在织物上的,不会在皂洗时溶入水中,所以
其固色率要高得多.
2.3十二烷基硫酸钠(SDS)对阳离子改性棉的缓染作用
接枝阳离子棉织物活性染料的上染速度非常快,在10min内可达到90%以上,容易引起染色不匀,所以,用十二烷基硫酸钠做缓染剂,研究了阴离子表面活性剂的缓染作用.图6~图9是4支活性染料在不同SDS浓度下的缓染效果。

从图中可以看到,改性阳离子棉织物的染色,随着染液中加入的十二烷基硫酸钠浓度的增加,其上染率会有所降低,上染时间延长至50min左右,起到了缓染的作用,并且最终上染率有所降低.阴离子表面活性剂的缓染原理是:十二烷基硫酸钠带负电荷,接枝阳离子棉织物带正电荷.由于十二烷基硫酸钠相比染料分子要小得多,在溶液中泳动速度就要比染料分子快得多,因此十二烷基硫酸钠优先与接枝阳离子棉织物上的正电荷结合.但是,由于染料分子比表面活性剂分子相对要大,在棉织物上结合的直接性比表面活性剂要高,因此染料分子与接枝阳离子之间的相互作用比十二烷基硫酸钠与棉织物的相互作用要强,所以,结合在棉织物表面的十二烷基硫酸钠会被染料分子置换下来.十二烷基硫酸钠的这种优先与接枝阳离子棉织物结合,然后被阴离子染料分子置换下来的现象就是十二烷基硫酸钠的缓染作用.当然,如果十二烷基硫酸钠这种阴离子表面活性剂浓度很高,与棉织物阳离子的结合趋势增大,一部分阴离子表面活性剂会吸附在棉织物上,不能被染料分子置换下来,继续占据阳离子结合位点,染料的分子就不能与棉织物上的阳离子结合,这就是染料的上染率会有所下降的原因.
2.4色牢度
用活性染料染色的普通棉织物在60皂洗条件下,通过表中可以看出其皂洗色牢度为4级.而用活性染料染色的接枝阳离子棉织物,在60℃皂洗条件下,其皂洗牢度都达到5级,皂洗液也观察不到洗脱染料的颜色.从表中可以看出其棉沾和丝沾牢度为4级或4-5级.而用活性染料染色的接枝阳离子棉织物,其棉沾和丝沾牢度都达到5级,皂洗液也观察不到洗脱染料的颜色.另外,可以看出其干摩擦为4级,湿摩擦牢度为3-4级.而用活性染料染色的接枝阳离子棉织物,在进行60次摩擦后,其摩擦牢度都有所提高.
3.结论
棉织物用2,3环氧丙基三甲基氯化铵进行接枝阳离子改性,可以大幅度提高活性染料的上染率和固色率,并且不需要用盐做促染剂,实现无盐染色.阳离子改性棉织物的染色后各种色牢度都得到提高,接枝在棉织物上的阳离子对阴离子染料具有固色作用.
阳离子改性棉织物的上染过程十分迅速,容易造成染色不均.用阴离子表面活性剂在很低浓度条件下就可以有效的降低阳
离子改性棉织物的上染速率,实现缓染.因此在普通棉织物上接枝阳离子是提高棉织物上染率和固色率的非常有效的方法,具有良好的应用前景.
1．2 阳离子改性剂CHPTMAC的合成
在装有电动搅拌器、滴液漏斗和温度计的500 mL三口烧瓶中，加入70 g质量分数为37％的浓盐酸，边搅拌边滴加110 g质量分数为33％的三甲胺水溶液，控制反应温度不超过3O℃。

反应完毕，调节溶液pH值至3—4，结晶抽滤，干燥。

取62 g结晶物于500 mL三口烧瓶中，加入200 g无水乙醇溶解。

水浴加热至40℃，边搅拌边滴加57 g环氧氯丙烷。

滴加完毕，继续反应1．5 h，冷却至室温，抽滤。

用乙醇洗涤，干燥，得到最终产物3一氯-2-羟丙基一三甲基氯化铵(CHPTMAC)。