乙醇—水體系中棉織物的活性染料染色及其相關(guān)理論研究.pdf

1、活性染料自問世以來，憑借卓越的染色性能迅速發(fā)展成為當今纖維素纖維印染的首選染料。然而，在以水為介質(zhì)的傳統(tǒng)棉織物染色體系中，因活性染料在堿性固色時導(dǎo)致染料水解副反應(yīng)，失去了與纖維素纖維發(fā)生共價結(jié)合的能力，大大降低了活性染料的利用率，活性染料的固色率不高，約為40～85％之間。同時，染色結(jié)束后，為了獲得所要求的染色濕處理牢度，必須通過充分的洗滌去除分布在纖維內(nèi)部、纖維表面以及纖維間毛細網(wǎng)絡(luò)孔道中的水解染料。因此，活性染料高固色率染色和高效節(jié)

2、水凈洗一直是染整工作者長期研究的課題。純有機溶劑染色雖然提高了染料利用率，但受到染料品種、溶劑安全性和染色工藝可行性限制;小浴比染色受染料溶解性、設(shè)備專用性、染色勻染性和織物表面易擦傷的影響未能普及。此外，傳統(tǒng)以水為介質(zhì)的凈洗工藝水耗和能耗大，污水排放多。針對這一系列問題，本文嘗試以乙醇-水體系作為活性染料染色和凈洗介質(zhì)，分別研究相關(guān)的染色和凈洗技術(shù)。
　　首先根據(jù)活性染料的特性及其在溶劑中溶解度參數(shù)，研究了RY84、RR120、

3、RB171和RB71四只活性染料在不同溶劑中溶解性能。根據(jù)溶劑的物理特性和使用安全性，確定了以乙醇-水體系代替?zhèn)鹘y(tǒng)水體系，作為活性染料染色和凈洗的介質(zhì);分析了乙醇-水體系中活性染料溶解度隨乙醇體積分數(shù)增加的變化規(guī)律，以及乙醇-水體系中活性染料對纖維素纖維上染率影響。研究結(jié)果表明，染料在乙醇-水體系中隨乙醇體積分數(shù)的增加，其溶解度逐漸降低，對纖維素纖維的上染率顯著提高，這與傳統(tǒng)水體系染色中染料隨浴比減小上染率提高的規(guī)律一致;在乙醇-水體系

4、（乙醇體積分數(shù)為90％）中無需添加電解質(zhì)，RY84、RR120、RB171三只染料的上染率即可達到99％，RB71染料的上染率也大于82％，當加入Na2CO3濃度達到5g/L時，染料的上染率達到最大值。棉織物經(jīng)Na2CO3預(yù)處理后，在乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為90％）中活性染料無鹽染色的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)水體系中有鹽染色的性能，染料濃度為1％，RY84、RR120、RB171和RB71上染率分別提高了13.74％、17.59％、11.8

5、7％、39.77％，固色率分別提高了19.67％、23.62％、8.90％、39.26％。由此初步可見，乙醇-水體系作為活性染料染色介質(zhì)不僅可以實現(xiàn)無鹽染色，而且能夠提高染料利用率。
　　論文研究了乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為90％）中活性染料染色動力學(xué)，包括上染速率曲線、擴散系數(shù)、半染時間、染色速率常數(shù)、固色速率曲線等。研究結(jié)果表明，乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為90％）中染料的擴散系數(shù)隨著染色時間的延長而減小;升高溫度有助于提高

6、擴散系數(shù)和比染色速率常數(shù)，縮短半染時間;棉織物經(jīng)過堿預(yù)溶脹后纖維直徑比水預(yù)溶脹后纖維直徑大，染料在堿處理棉織物上的擴散系數(shù)比在水處理棉織物上的擴散系數(shù)大;在乙醇-水體系中，染色初期染料在NaOH預(yù)處理棉織物上的固色率高于Na2CO3預(yù)處理棉織物的固色率，但隨著染色時間的延長，由于體系中NaOH濃度偏高，染料與纖維間的共價鍵發(fā)生水解，固色率下降。
　　基于乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為90％）中活性染料染色動力學(xué)分析，論文還對乙醇-水

7、體系中活性染料染色工藝進行了深入研究，包括棉織物堿預(yù)處理全料恒溫染色工藝、兩步加料升溫染色工藝和三步加料升溫染色工藝。研究結(jié)果表明，最佳染色工藝為:加入染液和1/4乙醇（染液與乙醇體積比為1∶1）40℃運行10min后，再加入3/4乙醇（乙醇體積分數(shù)達到80％）并升溫至60℃續(xù)染30min后，加入堿劑并升溫至80℃固色30～60min。優(yōu)化后的乙醇-水體系活性染料染色工藝，無需加鹽促染，染料的上染率和固色率不僅均高于傳統(tǒng)水體系染色工藝，

8、染料利用率提高4.87～23.41％，而且染色殘液中乙醇通過回收并循環(huán)使用，可減少水耗和污水排放;杜絕了鹽對生態(tài)環(huán)境的破壞，簡化了生產(chǎn)操作，實現(xiàn)了印染工業(yè)污染防治由“末端治理”向“源頭預(yù)防”的轉(zhuǎn)變，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
　　此外，論文還研究了乙醇-水體系作為活性染料染色織物凈洗介質(zhì)時，織物上水解染料的解吸動力學(xué)以及乙醇-水體系中乙醇體積分數(shù)、溫度、時間和pH值等工藝參數(shù)對水解染料解吸率的影響。研究結(jié)果表明，棉織物上水解染料的解

9、吸率隨乙醇-水體系中乙醇體積分數(shù)增加先提高后下降，當乙醇體積分數(shù)達到40％時，解吸率達到最大值;升高溫度和延長時間，可以提高棉織物上水解染料的解吸率;提高凈洗浴的pH值有利于水解染料的解吸，且最佳的凈洗液pH值應(yīng)根據(jù)活性染料品種而定，一般宜在弱堿性或中性條件下進行。水解染料解吸動力學(xué)研究結(jié)果表明，乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為40％）中棉織物上水解染料的解吸過程可以分為快反應(yīng)與慢反應(yīng)兩個階段，快反應(yīng)階段速率常數(shù)kd，1是慢反應(yīng)速率常數(shù)kd

10、,2的10倍之多;一級指數(shù)衰減方程能很好擬合棉織物上水解染料的解吸過程;當棉織物上水解染料在乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為40％）中和傳統(tǒng)凈洗溶液中解吸都達到平衡時，水解染料在60℃乙醇-水體系中解吸率可以達到甚至超過95℃?zhèn)鹘y(tǒng)凈洗液中解吸率，說明乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為40％）用于棉織物活性染料染色后的凈洗，不僅具有潛在的節(jié)能節(jié)水效果，而且可以減少廢水排放。
　　為了提高乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為40％）中凈洗效率，論文還研

11、究了乙醇-水體系中分別添加凈洗劑AST、XC-W與乙醇的協(xié)同增效作用及其對色牢度的影響。研究結(jié)果表明，在乙醇-水體系（乙醇體積分數(shù)為40％）體系中加入凈洗劑XC-W，可有效地抑制水解染料再吸附并提高染色織物色牢度;提高凈洗溫度，可抑制水解染料返沾色并提升凈洗效果;延長凈洗時間，可以提高凈洗效率，但對抑制水解染料再吸附不利。因此，凈洗時間不宜太長，以防止水解染料二次沾染。
　　在對乙醇-水體系中添加凈洗劑對凈洗效果影響因素的分析基礎(chǔ)