分散染料染色機(jī)理及非水溶劑染色研究.pdf

1、傳統(tǒng)的分散染料染色消耗大量的水和化學(xué)品，排放的廢水中含有各種難以去除的表面活性劑和未使用的染料，增加了污水處理成本。為了減少化學(xué)品的使用，克服水資源緊張等問題，本課題探索了一種新的非水溶劑染色方法，希望可以減輕傳統(tǒng)水相染色工藝對環(huán)境的影響。本課題通過系統(tǒng)深入的研究，篩選出了非水溶劑染色介質(zhì)，確立了基本的染色工藝條件，探索了非水溶劑染色相關(guān)的理論問題，實現(xiàn)了聚乳酸和滌綸纖維的無水染色。此外，本課題還研究了分散染料水相染色吸附過程，旨在加深

2、對傳統(tǒng)染色工藝的理解，為改善傳統(tǒng)染色工藝對環(huán)境的影響提供一些參考。
　　非水溶劑染色的關(guān)鍵就是要選擇合適的溶劑作為染色介質(zhì)，之前研究較多的鹵代烴類溶劑對環(huán)境和人體健康有一定的影響。本文利用溶劑的溶解度參數(shù)和環(huán)境-健康-安全數(shù)據(jù)，從110種有機(jī)溶劑中篩選出了液體石蠟作為染色介質(zhì)?？疾炝艘后w石蠟對聚乳酸纖維和分散染料的影響，結(jié)果表明液體石蠟對纖維和染料沒有不良的影響，可以作為非水溶劑染色介質(zhì)。
　　聚乳酸纖維是一種新型的生物基纖

3、維，在傳統(tǒng)的水染色過程中會發(fā)生水解，水解問題嚴(yán)重限制了聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應(yīng)用。本文以液體石蠟作為染色介質(zhì)，建立了聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝，徹底解決了聚乳酸纖維的水解問題。研究結(jié)果表明聚乳酸纖維在130℃染色10 min即可達(dá)到染色平衡，染色織物的牢度與水相染色牢度相當(dāng)，但是上染率太低，不到10％。研究還發(fā)現(xiàn)聚乳酸纖維在染色過程中會發(fā)生因分子鏈段解取向?qū)е碌膹?qiáng)力損失，斷裂強(qiáng)力與纖維取向度之間存在明顯的線性關(guān)系（R2=0.97）。染

4、色后對織物進(jìn)行張力熱定型可提高取向度，恢復(fù)部分強(qiáng)力，在90℃定型45 s可使強(qiáng)力損失從59.1%下降到16.7%。本文通過補(bǔ)充染料和溶劑，實現(xiàn)了聚乳酸纖維染色殘液的循環(huán)使用。對實驗室范圍內(nèi)聚乳酸纖維的染色工藝進(jìn)行了量化評估，評估采用的指標(biāo)為物耗、能耗、潛在的化學(xué)風(fēng)險、潛在的生態(tài)風(fēng)險以及COD/BOD5比值，結(jié)果表明非水溶劑染色工藝比水染色更具有可持續(xù)性。本文建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝，也許可以為聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應(yīng)用提供一些

5、參考。
　　滌綸是消耗分散染料最多的纖維，傳統(tǒng)的染色過程又消耗大量的水和化學(xué)品，因此非常有必要發(fā)展一種環(huán)境友好的染色方法以節(jié)約水資源，保護(hù)環(huán)境。本文利用已經(jīng)建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色方法，實現(xiàn)了滌綸纖維的無水染色。研究結(jié)果表明液體石蠟對滌綸纖維也沒有不良的影響，可以作為滌綸纖維無水染色的介質(zhì)。在染料濃度為5%owf，染色溫度130℃，浴比15:1的條件下，染料在滌綸纖維中的上染率較大，約為43%；染色織物牢度可以滿足應(yīng)用要求。本

6、文還測定了滌綸纖維表面的低聚物含量，發(fā)現(xiàn)非水溶劑染色可以有效減少表面低聚物含量，染色后表面低聚物含量由0.21%降到0.02%。研究結(jié)果還表明在一定的使用次數(shù)內(nèi)，因染浴回用造成的低聚物累積不會影響染色織物質(zhì)量。而且滌綸纖維溶劑染色工藝與水染色相比，可以節(jié)約大量的水和化學(xué)助劑，回收的低聚物還可以再次用于聚合物的合成。因此，本文建立的滌綸纖維非水溶劑染色工藝節(jié)約了大量的化學(xué)品和水資源，有利于環(huán)境保護(hù)。
　　為了充分理解分散染料非水溶劑

7、染色過程，本文研究了液體石蠟中分散染料上染聚乳酸纖維的熱力學(xué)和動力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)在非水溶劑染色中，染料聚集體可能會對染料吸附造成一定的影響，導(dǎo)致吸附等溫線偏離Nernst型。研究還發(fā)現(xiàn)焓變和擴(kuò)散活化能與染料分子表面積之間存在良好的線性關(guān)系，因此，本文結(jié)合熱力學(xué)與動力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)，建立了以染料分子表面積為基礎(chǔ)的預(yù)測親和力與擴(kuò)散系數(shù)的模型。研究結(jié)果表明該模型非常簡單有效，只需要染料分子表面積和溫度就可以做出準(zhǔn)確的預(yù)測。這種結(jié)構(gòu)與性能之間的定量關(guān)

8、系為理解非水溶劑介質(zhì)中分散染料的吸附和擴(kuò)散提供了一個新的視角。
　　為了進(jìn)一步考察分散染料非水溶劑染色技術(shù)的適用性，本文采用已經(jīng)建立的擴(kuò)散系數(shù)模型，結(jié)合反演設(shè)計方法篩選出了適合聚乳酸纖維染色的配伍性分散染料，并進(jìn)行了實驗驗證。本文首先收集了132種分散染料，依據(jù)經(jīng)驗公式計算了不同溫度下各個染料的擴(kuò)散系數(shù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行了聚類分析，依據(jù)聚類分析結(jié)果和染料的使用狀況，最終篩選出了一組三原色染料：分散橙30、分散紅54與分散藍(lán)165:1。測

9、定了三只染料各自的上染速率曲線、半染時間和擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果表明三只染料的上染速率曲線、擴(kuò)散系數(shù)和半染時間都非常相近，初步認(rèn)為三只染料具有很好的相容性。隨后對三只染料進(jìn)行配色實驗，測定了混合染料染色織物的色相角和色度圖，結(jié)果表明染色織物的色相角基本不變，色度圖曲線重疊程度很高，因此認(rèn)為三只染料具有很好的相容性，可以作為聚乳酸纖維在非水溶劑染色中的三原色染料進(jìn)行使用。
　　為了加深對傳統(tǒng)染色過程的理解，進(jìn)一步減輕傳統(tǒng)染色工藝對環(huán)境的影響

10、，本文還考察了水相染色中分散染料在滌綸纖維表面的吸附。本文從實驗和分子動力學(xué)模擬兩方面研究了染料分子及染料聚集體對吸附的影響。首先測量了130℃時純分散藍(lán)56在滌綸上的吸附等溫線，結(jié)果表明分散藍(lán)56在滌綸上的吸附等溫線基本符合Nernst型，當(dāng)染料濃度較高時等溫線稍有偏差。這可能是因為染料濃度較高時，染料聚集體參與了吸附。染料聚集體對滌綸纖維的親和力小于單分子狀態(tài)，這種較小的親和力可能導(dǎo)致吸附等溫線發(fā)生了稍許偏差。
　　為了進(jìn)一步

11、考察染料聚集體對吸附的影響，本文進(jìn)行了分子動力學(xué)模擬，從分子層面上研究染料聚集體在滌綸表面的吸附。通過分子模擬看到了染料在染浴中的聚集以及聚集態(tài)染料在滌綸表面的吸附。模擬結(jié)果表明研究體系中有7-14%的二聚體染料，吸附的染料中有4-5%為二聚體染料，聚集態(tài)染料對吸附的影響較小但不可忽略。本文結(jié)合實驗和分子動力學(xué)模擬研究了染料聚集體對吸附的影響，這也許可以為加深對傳統(tǒng)染色過程的理解提供一個新的視角。
　　本課題建立了聚乳酸與滌綸纖維