非水介质体系中活性染料的水解行为及键合反应性能研究

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活性染料因其色泽鲜艳、匀染性好、应用简便、染色色牢度高、色谱齐全和成本较低等特点已得到广泛的应用,目前是纺织品染色中应用最多的一类染料。然而活性染料在常规水浴棉纤维染色中存在上染率低、固色率低以及染料易水解导致的染料利用率低等问题,同时在染色过程中常常会添加大量电解质进行促染,使得废弃的染色残液中含有大量水解染料和电解质,这对环境造成了较大的污染。为解决上述问题,开发一种相对绿色环保的非水介质活性染料染色体系至关重要。活性染料与天然纤维染色过程中的上染率和固色率一方面取决于纤维对染料的吸附率,另一个重要的方面是取决于染料和纤维的反应活性以及染料和纤维上亲核基团的反应与其在染浴中水解反应的竞争速率比,也即反应效率。在目前非水介质染色实践中,应用的体系主要是非水介质-微水体系,活性染料在非水介质-微水体系中的染色性能与染料的反应和水解性能息息相关,本文研究了不同类型的活性染料在非水介质(十甲基环戊硅氧烷D5、液体石蜡LP)-微水溶液体系、非水介质-微水中模拟反应体系以及非水介质-微水染色体系中的染料水解反应及醇解反应,并与常规的水浴染色体系相比,探明染料在非水介质与水介质中水解行为的差异性原因,以期更深入地认识和理解活性染料在非水介质体系中的水解特性和与之相关的染色特性,进而通过理论研究进一步优化非水介质活性染料上染棉织物的染色工艺,促进新型非水介质体系染色技术的发展。在非水介质-微水溶液体系研究中,本文应用高效液相色谱(HPLC)分析方法,研究C.I.活性红24(一氯均三嗪型)、C.I.活性蓝19(乙烯砜型)和C.I.活性红195(异双活性基型)在不同非水介质-微水体系中的水解行为,并与水浴体系(常规浓度、高浓度)相比较,结果表明活性染料在非水介质-微水体系中的水解染料量与高浓度水浴相当,而远低于常规水浴,非水介质的存在对染料水解影响不大。一氯均三嗪型活性染料耐高温和耐碱性较好,所以在非水介质-微水体系中的水解率低于乙烯砜型染料。为了进一步探索活性染料与纤维素纤维的反应行为,本文设计了活性染料与醇羟基在非水介质-微水的模拟反应体系,即采用甲醇模拟纤维素纤维上的醇羟基,通过模拟化合物与活性染料在不同温度和p H条件下与一氯均三嗪型活性染料和乙烯砜型活性染料反应后,采用HPLC分离染料与模拟物反应过程中的初始染料、与模拟物的反应产物及水解染料,同时测定反应过程中这些组分的含量,比较了不同水介质(常规浓度、高浓度)和非水介质体系中醇羟基与活性染料的反应性能差异。结果表明:p H增加,醇羟基与一氯均三嗪型活性染料和乙烯砜型活性染料的反应速度和染料水解速度同时增加,但醇解反应明显占优势,醇解效率提高;而增加温度降低了两只活性染料中的醇解率与水解率的比值,促进了染料水解的反应;与常规水浴相比,在D5-微水、LP-微水模拟反应体系中染料与醇羟基会在短时间内快速键合反应,减少了体系中的染料量,进而降低了染料的水解量。为更好地探究活性染料在非水介质和常规水浴染色中的染色性能差异及其本质,本文通过对比研究了活性染料在非水介质-微水体系和常规水浴对棉纤维染色过程中染料的上染和水解行为。结果表明:在LP或D5非水介质染色体系中,无需借助于任何促染剂即可以快速地上染于纤维,在较低的染色温度和p H条件下即可达到很高的上染率;与常规水浴染色相比,减少了能源消耗,有利于纺织品清洁生产和绿色可持续发展。基于上述对不同体系中活性染料水解和醇解的研究,了解体系含水量、反应时间和碱性环境对染料水解和醇解有一定影响,进一步优化了非水介质中染色工艺中的关键因素,本文采用母液法,染前对织物进行充分预溶胀,控制体系中含水率,减少水解;后期分两次加碱,在确保染料移染均匀后才加入碱剂固着。D5/LP介质中的优化染色工艺为:织物带液率100%、体系总含水率为170%、碳酸钠用量7%(o.w.f)、固着时间60 min;在该优化的染色工艺条件下,D5/LP介质染色中的K/S值高于常规水浴染色,匀染性和色牢度与常规水浴染色的效果相当。
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