阳离子改性亚麻纤维酸性染料染色性能的研究

1、 毕业设计（论文） 题 目 阳离子改性亚麻纤维酸性染料染色性能的研究 学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 2009 年 0 6 月 07 日 摘 要 本实验应用阳离子改性剂 dma-ac 对亚麻织物进行接枝改性，采用强酸性染料-酸 性大红 gr 和弱酸性染料-依利尼尔红上染改性后的亚麻织物，并计算出它们的 k/s 值， 介绍了亚麻纤维上染率低的原因；阳离子改性剂 dma-ac 的改性机理；酸性染料染色机 理。研究了两种酸性染料染色工艺条（其中包括温度、时间、盐量、和 ph 值对接枝改 性亚麻织物染色性能的影响） ，并通过正交实验得出接枝改性亚麻织物染色的最优方案， 即在低盐及少量染化

2、料的染色工艺条件下染色，且通过验证实验证实经此优方案染色 的亚麻织物的染色效果最好，证明了酸性染料染色接枝改性亚麻织物的工艺可实现提 高染料的利用率，节约染化料的用量，为工厂生产降低成本，并减少了染整加工过程 中对环境造成的污染，有效的实现了节能降耗，为经济环保型生产打下了良好的基础。 但强酸性染料-酸性大红 rg 的皂洗牢度不好，仅有 2-3 级；弱酸性染料-依利尼尔红的 皂洗牢度为 3-4 级。 关键词：阳离子改性剂 酸性染料 k/s 值 亚麻 abstract this experiment carries on the stem grafting modification applic

3、ating of cationic modifying agent dma-ac to linen textile, and uses on the strong acid dyes - acid scarlet gr and weak acid dye - red in accordance with linear to dye the modification and linen textile, compared with theirs k/s value, and introduced the couse of flax dyeing the reasons for the low r

4、ate ,the cationic modifying agent dma-ac action mechanism, mechanism of acid dyes and studies the condition of the dyeing progress to affected the stem grafting modified linen textile, including the temperature, time, salt, and ph value of the grafted linen fabric dyeing properties , and obtained th

5、e excellent project of the stem grafting modified linen textile through the orthogonal experiment, namely ,dyeing in the low salt or under the dyeing technological conditions with little dye and chemical agent, and proved that the superior can enhance the ultilties of dye, saved the using amount of

6、dye and chemical agent.this progress reduces the cost for the plant and reduced the pollution of dye in the entire process of dying and finishing which created to the environment,also realized the energy conservation and fallen consumes effectively.this excellent progress has built the good foundati

7、on for the economical environmental protection production. however, the soaping fastness of strong acid dyes - acid scarlet of the rg is bad ,only 2-3 class ,the soaping fastness of weak acid dyes - in accordance with linear red is 3-4 class. key word: cationic modifying agent reactive dyes k/s valu

8、e linen 目录 摘 要i abstractii 目录iii 第 1 章 绪论1 1.1 本课题的研究意义1 1.2 国内外研究现状1 1.3 本课题的研究内容3 1.4 本课题预期取得的成果3 第 2 章 实验原理 4 2.1 亚麻织物上染率低的原因4 2.2 亚麻织物阳离子改性机理5 2.3 改性剂的选择原则6 2.4 酸性染料的染色机理6 第 3 章 实验部分9 3.1 实验原料及药品9 3.2 实验仪器9 3.3 实验内容10 3.3.1 阳离子改性剂 dma-ac 的制备10 3.3.2 阳离子改性剂 dma-ac 施加到亚麻织物上10 3.3.3 探索实验10 3.3.4 单变

9、量因素实验12 3.3.5 正交实验13 3.5.6 验证实验:14 3.4 测试方法15 3.4.1.k/s 值的测定15 3.4.2.皂洗色牢度的测试15 第 4 章 结果与讨论16 4.1 阳离子改性后的亚麻织物的染色性能的变化16 4.1.1 染色温度对染色性能的影响16 4.1.2 染色时间对染色性能的影响18 4.1.3 染浴中盐量对染色性能的影响19 4.1.4 染浴的 ph 值对改性亚麻织物染色的 k/s 值的影响22 4.2 染色牢度23 4.3 正交实验与结果分析25 结论28 参考文献30 致谢31 第 1 章 绪论 1.1 本课题的研究意义 亚麻具有高的吸湿性，快速温度

10、传递，极好的透气性，静电少等特点，作为服饰 面料，深受人们的喜爱，而且还具有天然的抑菌性，护肤保洁，屏蔽紫外线辐射，耐 晒耐磨等特性，是其他纺织品所不能比拟的。但同时也存在着可染性差的缺点，也正 是这一缺陷的存在，制约了我们开发亚麻的高档产品1。所以解决亚麻可染性差这一问 题就具有很高的实际意义。其中利用亚麻纤维素的羟基来引入胺基或季氨基对亚麻织 物进行阳离子化改性，以改善亚麻的可染性。阳离子改性就是对亚麻纤维进行接枝， 使亚麻织物能够强有力地吸附阴离子染料，同时提高织物染色的固色率，减少废水污 染，达到节约染料和环境保护的效果，因此，我们进行阳离子改性剂改性亚麻织物的 染色性能研究对社会生活

11、和环境保护具有实际价值和深远意义。 1.2 国内外研究现状 纤维素的阳离子化概念首先是有英国的化学工作者于1960年提出来的。关于在纤 维素分子结构中导入阳离子基团以改善亚麻纤维的染色性能的研究早在1962年就有专 利介绍。由法国的societe protex公司于70年代实现工业化生产的改性剂glytax （它是 一种缩水甘油三甲基氯化铵）则是当时最著名的一种改性剂。而人们围绕着glytax这种 改性剂对棉纤维进行改性作了大量的研究工作。例如：gongyig .yulic.用glytax改性棉 纤维使其带上季铵盐正离子从而改善它的染色性能，因为季铵盐正离子的引入对棉纤 维的直接性有所增加，从

12、而改善阴离子染料对棉纤维的染色性能。他还对改性的和未 改性的棉纤维做了染色实验，以比较他们的上染速率和固色率的改变。 到了 80 年代末对纤维素纤维尤其是对棉纤维的阳离子化产品的研究进入了一个新 的阶段，并于末期达到了 高峰，在这一时期仍有许多人在纤维素纤维的改性研究方面 取得成果，例如：1989 年，曾有人研究用聚氨-环氧氯丙烷树脂做阳离子化改性剂改性 棉纤维。改性后的棉纤维表面由于含有活性位而易于阴离子染料结合，改善了棉纤维 对阴离子染料的直接性。 到了 90 年代，wu.ts 对棉纤维的改性做了进一步的研究。他用聚环氧氯丙烷 （pech） ，通常用作弹性体，它侧链上有氯甲基可与一些官能团

13、起反应而生成新的功 能性官能团。利用二甲胺和环氧氯丙烷生成聚环氧氯丙烷-二甲胺（pech-a）用来作 新的 阳离子改性剂。由于 pech-a 中含有阳离子，所以改性棉纤维对阴离子染料的直 接性增加。还研究了用 pech-a 改性棉织物后用活性染料染色，并分析了盐量对上染 率的影响。 国内对于纤维素纤维的阳离子化的研究始于 80 年代末期，如上海色织研究所报道 的阳离子化棉的染色应用技术。在这篇文章中，作者对棉纤维采用季铵盐进行阳离子 接枝变性的工艺条件进行了实验，确定了季铵盐的用量与活性染料上染速率的关系以 及碱、温度、时间、与上染率的关系。 四川省纺织工业研究所对苎麻织物的阳离子化改性及其染

14、色技术也做了报道。这 篇文章对苎麻织物的阳离子化改性及其染色的理论和实践进行了系统深入的 研究，并 论述了在印染厂的常规浸染、卷染和轧染设备上进行苎麻织物的阳离子改性和染色是 可行的，并给出了改性苎麻织物在不同上染时间的上染速率。 中国纺织大学也对苎麻织物的阳离子化改性做了大量的研究工作，胡逊，周翔等 人通过大量的实验，确定了吸尽法和浸轧法改性工艺的最佳改性工艺条件。 西北纺织工学院的闫宏强等对纯亚麻布接枝、染色一浴法进行了研究，实验采用 高锰酸钾和柠檬酸作为氧化-还原体系，用丙烯酰胺作为接枝试剂与活性染料采用一浴 法对亚麻进行处理 近年来改善亚麻染色性能的方法大致有：改变纤维的物理形态和微结

15、构，使其染 色性能发生变化。例如利用强碱对织物进行丝光，利用酶处理的方法，还包括用液氨、 铜按溶液、磷酸处理，均会改变亚麻纤维的微结构，甚至引起晶形变化，导致染色性 能有所改善2。另一种改性是对纤维表面进行改性，这包括物理、物理化学、以及化学 方法，例如低温等离子体处理、表面化学接枝等，纤维表面改性后也会引起染色性能 发生改变。还有一种方法就是对整个纤维包括表面和内部进行化学改性。例如亚麻的 胺化改性、氨基聚合物改性、活化改性等，这种改性一般会引起亚麻染色性能的更大 改善。目前，染整行业的发展正趋向于经济环保型，况且亚麻纺织品的发展前景广阔， 因此探索适用于亚麻的染色工艺对提高亚麻染色性能有着

16、重要意义。 亚麻的阳离子化技术可以大幅度地提高亚麻上染率。为开发亚麻高档产品开辟了 一条新的途径，这一技术将给纺织工业带来新的活力，并具有广阔的前景。 1.3 本课题的研究内容 利用二甲胺与环氧氯丙烷合成阳离子改性剂 dma-ac，利用轧车经过二浸二轧法 把阳离子改性剂浸轧到煮漂后的亚麻织物上，然后在 100条件下烘干，200条件下 焙烘 45 秒，再用 10%的稀醋酸中和亚麻织物布面至中性或弱酸性。用强酸性染料-酸 性大红 gr 和弱酸性染料-依利尼尔红分别对经过阳离子改性后的亚麻织物进行染色， 并通过单变量（时间，温度，盐量，ph 值）因素和正交实验来分别确定强酸性染料- 酸性大红 gr

17、和弱酸性染料-依利尼尔红对阳离子改性剂改性后的亚麻织物染色的最佳 工艺。对染色布进行了皂洗牢度测定。 1.4 本课题预期取得的成果 未经改性的亚麻织物手感较差，颜色不鲜艳，染色性能较差，酸性染料等阴离子 染料难于染色，本课题通过对亚麻织物阳离子改性剂-dma-ac 的改性即接枝改性，采 用强酸性染料（酸性大红 gr）和弱酸性染料（依利尼尔红）对改性后的亚麻织物进行 染色，通过单变量实验和正交实验分析，探讨亚麻织物经接枝改性后的染色性能，并 确定其最佳染色工艺，而且改性后的亚麻织物不仅改善了其染色性能，使其固色温度 降低，减少了染料耗用量和盐量，节约能耗，减少染整加工过程中对环境的污染，有 利于

18、环保。 第 2 章 实验原理 2.1 亚麻织物上染率低的原因 亚麻纤维的基本组成为纤维素，而纤维素是有许多葡萄糖剩基联接起来的大分子， 线性的大分子相互平行，按一定距离相位形状比较稳定地结合在一起，成为大分子束- 基原纤。而若干根基原纤平行排列结合在一起，其中粗一点的结晶态的大分子形成微 原纤，由微原纤基本平行的堆砌成更粗的大分子束为巨原纤。最后由巨原纤堆砌成纤 维，在每根纤维中存在着许多结合体结构，其中结晶区，非结晶区及纤维的取向度倾 角是影响亚麻纤维染色的主要原因。亚麻纤维与棉纤维虽然都是纤维素纤维，但是亚 麻纤维的结晶度和取向度均比棉纤维高很多，因此，亚麻纤维比棉纤维难于染色3。结 晶度

19、高，说明大分子排列整齐、密实、分子之间各个基团的结合力相互饱和，染色时 染料渗透困难，因而上染率低。取向度高则说明大分子的排列方向与纤维轴间的平行 程度高，因此，纤维的拉伸强度高，伸长能力小，弹性差，染色时染料可占据的空间 少，渗透困难，因而染色性能差。 亚麻纤维是由纤维素、半纤维素、果胶、木质素、脂蜡质、含氮物质等组成的， 其化学成分虽然与棉纤维相似，但含量不同，经分析测试，亚麻纤维与棉纤维的化学 成分不同，亚麻纤维中非纤维成分的含量占 30%左右，而棉纤维只占有 6%特别是亚麻 纤维中含有较高数量的木质素，脂腊质和果胶，使得亚麻纤维的染色性能受到影响。 亚麻采用束纤维纺纱，在纺部的中间环节

20、对粗纱进行半脱胶化学加工，果胶去除 率只有 35%左右，脱胶后纤维中残存的 果胶将纤维粘结在一起，染色时染料渗透困难， 不宜染色均匀，容易产生白芯纱和白花纱。木质素的存在是亚麻纤维难于染色的另一 个原因，在亚麻粗纱化学脱胶工艺和坯布练漂工艺中去除木质素有两种办法，一种是 高温硫化法，一种是低温氯化法，而无论哪种方法对木质素的去除率都不到 40%，而 剩余的木质素则影响着亚麻的染色性能。 从原料到细纱到成品布，亚麻纤维所接受的强化学加工将对亚麻纤维的染色机理 产生以下不利影响： 亚麻粗纱化学脱胶中的 强氧化工艺降低了染料与纤维的结合条件，亚麻纤维的基 本组成是纤维素，他的化学反应发生在分子结构中

21、连接葡萄糖的苷键和三个自由羟基 及大分子末端潜在的醛基。葡萄糖剩基多发生对强无机酸碱的反应，三个自由羟基和 醛基主要为染料和水分的吸收，氧化，酯化，醚化和接枝等反应。而亚麻粗纱化学脱 胶工艺的强氧化作用严重地破坏了纤维素分子结构中的三个自由羟基和大分子末端潜 在的醛基。形成大量种类繁多的氧化纤维素。从而使染料和纤维素形成共价结合的条 件降低，数量减少。 强氧化剂-亚氯酸钠的使用使亚麻纤维的染色性能进一步降低。亚麻纤维是由纤维 二糖基本结构单元构成的，我们以 cell-oh 表示每个葡萄糖分子中至少含有三个羟基， 其中的仲羟基在水中表现出明显的离解性质：cell-ohcell- +h+电离后使纤

22、 维带有负电荷。使纤维素表面带负电荷的另一种说法是：纤维材料具有很大的比表面， 当它与水，水溶液或非水溶液接触时，其表面获得的电荷，由于纤维素分子中都含有 若干数量的糖醛酸或强酸，它们在水中电离成 co-和 h+，致使纤维素的表面带有负电 荷，不论哪种更准确，纤维素表面带有负电荷是一个不争的事实。而染纤维素的染料 一般为阴离子染料，它在水溶液中电离也显负电性，由于纤维与染料之间存在着电荷 排斥，因而导致了亚麻纤维的染色性差。d-so3na+h2od-so3-+ na+（其中 d-so3na 代表阴离子染料）总之，我们通过对亚麻的微观结构，化学成分 和化学反应性能以及所含羟基部分电离分析可知，由

23、于亚麻纤维的结晶度高，取向度 高，结构紧密，非纤维素成分含量高，化学脱胶工艺及练漂工艺中强氧化剂的破环和 亚麻纤维在水中的电离使亚麻纤维带负电荷等各种因素是导致亚麻纤维可染性差，染 料上染率低的主要原因。 2.2 亚麻织物阳离子改性机理 亚麻接枝是通过化学反应将一类高分子单体接枝到另一类高分子链上，在接枝点 上生成新的化学键，接枝高分子具有接枝主链（母体）高分子及接枝连高分子的综合 性能，纤维大分子上接枝聚物的数量越多，接枝改性的效果越好。因此改善了亚麻织 物的染色性能。本实验合成的阳离子改性剂 dmac-a 这一化合物完全溶于水在中性条 件下。 亚麻织物经接枝处理的作用机理是：阳离子改性剂：

24、dmac-a 与亚麻纤形成二甲 胺羟基氯丙烷：阳离子改性剂-dmac-a ch3 ch3 nch2ch(oh)ch2 o cell 自身形成中等分子量的齐聚物，该齐聚物仍能渗透入纤维。二甲胺羟基氯丙烷溶于水 后叔胺基带上正电荷与水溶液中带负电荷产生引力，增加了纤维素分子链与染料分子 之间的亲和力，使其易于上染，而水溶液中羟基带负电荷，类似于活性染料这样的负 电荷的染料分子，这样就与纤维素分子间产生了电荷排斥力，在理论上和实际中都必 须在染浴中加大量的盐，来屏蔽电荷斥力，增进上染。 2.3 改性剂的选择原则 前面我们分析了亚麻织物的可染性差的原因。主要是亚麻纤维的结晶度高、取向 度高和在染浴中纤

25、维表面带负电荷造成对阴离子染料的静电排斥作用。为了改善亚麻 的染色性能，人们从许多方面做了尝试。例如使用高固色的活性染料、采用化学改性 以降低亚麻纤维的结晶度等方法，但这些方法都不很理想，并且有些方法还伴有亚麻 织物固有风格的降低，后来人们对于纤维素纤维的阳离子化接枝技术的研究达到了高 潮，所谓纤维素阳离子化技术就是用一种阳离子改性剂对织物进行整理使纤维素纤维 带有正电荷，从而改善织物的染色性。阳离子改性剂是一类分子中带有一个或多个阳 离子基团，并具有能与纤维素发生共价结合的反应性基团的有机化合物。纤维素纤维 的阳离子改性剂的种类很多，按反应类型基团可分为环氧已基型、均三嗪及二氟一氯 嘧啶型，

26、按阳离子基团又分为季铵盐和叔铵盐。季铵盐又分为环氧类季铵盐和三聚氰 胺类季铵盐。上述所说的众多类型的改性剂在对织物进行改性的过程中都存在着这样 那样的缺点。例如：有的改性剂在改性过程中有难闻的气味产生，有的改性剂利用率 低，改性均匀性差等等，而通过我们自己实验合成的这种改性剂它存在着如下的优点： 改性剂的合成成本比较低而且所需原料比较容易得到；这种改性剂在室温下存放性质 比较稳定；合成这种改性剂所需的设备要求不高；通过大量的实验证明，这种改性剂 对亚麻织物整理后，能使亚麻织物的上染率大幅度提高，而且染色的均匀性好。 2.4 酸性染料的染色机理 酸性染料的分子量较低大多数在 400-800 之间

27、，而且大多数以磺酸基为水溶性基 团。但与其他染料一样，在上染纤维时也存在一个上染过程，其染色基本理论与其他 的染料相似。酸性染料的上染过程也符合一般的上染过程：染料随着染液的流动到达 纤维表面的边界扩散层。此阶段易进行，只需保持染液适当流动（或搅动） ，染料分子 就会不断的向纤维界面移动，在此染液层中，染料已很难靠染液的流动来接近纤维表 面，而主要靠自身的扩散去靠近纤维表面；染料通过扩散边界层被纤维表面进行吸附： 染料在扩散边界层中靠近纤维到一定距离后，染料分子迅速被纤维表面吸附，染料分 子和纤维表面的负电荷也存在库伦引力，只有当染料分子吸引力大于斥力时，才可以 接近纤维表面；染料从纤维表面扩

28、散到定型区的内部：染料吸附到纤维表面扩散直到 纤维和溶液间的染料浓度达到平衡，纤维内外染料浓度相等即透染为止，此阶段时决 定上染速率的主要步骤。 下面就用酸性染料染羊毛的染色过程，来说明三种类型的酸性染料的染色机理： 强酸性浴染色的酸性染料上染羊毛的过程，该类染料染色时的 ph 值为 24。染液中染 料 nad 离解成 na+ 和 d离子，染液中还有 h+及无机酸的酸根离子 c1(或 so2 ) 离子。质子对羊毛的吸附速率最快，很快达到平衡。为了维持纤维内电性中和，c1 和 d离子也随之吸附进入纤维，对羊毛的一 nh3+发生吸附。由于对羊毛的亲和力和 扩散速率不同，氯离子虽然先于染料离子吸附上

29、纤维，但染料离子与纤维之间除了静 电引力外，还有范德华力和形成氢键的能力，另外，染料分子中的疏水组成部分在溶 液中会增加水的“类冰”结构，从而增高了染料离子在染液中的化学位，使得染料离 子对纤维的亲和力比氯离子高，所以能将大部分氯离子取代下来。中性电解质的作用： 酸性染料在羊毛纤维等电点以下染色时，羊毛纤维带有正电荷，染液中加入中性电解 质，增加无机阴离子（c1 或 so2）浓度，必然会延迟染料离子的交换，起缓染作 用，并能促进染料的移染，而不是象对直接染料染色那样起促染作用。氯离子对纤维 的亲和力很低(常看作为零)，硫酸根离子的亲和力比氯离子大一些，所以元明粉的缓染 作用要比食盐强。通过这种

30、缓染作用，可增进染料的移染性，据高匀染效果。 强酸性染料由于分子结构简单，与纤维之间的范德华力和氢键力较小，它与纤维 的结合主要是离子键结合。在酸性较弱时，纤维中的nh3+少，上染速率和上染百分 率均较低，随着酸的用量增加，上染速率显著提高。强酸性浴酸性染料对纤维的吸附 符合朗格缪尔型吸附等温线。染色饱和值与羊毛中氨基含量计算所得的数值相当。由 于羊毛中氨基含量高，所以染色饱和值是比较高的。强酸性浴酸性染料与纤维之间的 范德华力、氢键等键能较小，离子键也有一定的离解性，故移染性较好，而染物的湿 处理牢度则相应较低。 弱酸性染色的酸性染料分子量比较大，磺酸基在分子中占的比 例较低，对羊毛的亲和力

31、较高，与羊毛纤维的结合，离子键已不处于主要地位，纤维 和染料之间有较大的范德华力和氢键，所以除了离子键以外，染料主要以范德华力和 氢键固着在纤维中。 染色时的 ph 值一般为 46，在羊毛等电点附近或略高于羊毛的 等电点。当染液的 ph 为等电点时，纤维呈电中性，电解质起缓染作用。在羊毛等电点 以上染色时，羊毛呈电负性，电解质起促染作用。 弱酸性浴酸性染料对纤维的吸附等 温线为朗格缪尔型和弗莱因德利胥型的混合型。在羊毛吸酸达到饱和的 ph 值条件下染 色，其上染数量会大大超过纤维中的氨基含量计算的饱和值，说明染料与纤维之间离 子键已不处于主要地位，主要通过范德华力和氢键结合。该染料的匀染、透染

32、性较差， 但染色物的湿处理牢度较高。 在染浴中加入中性电解质，会使纤维表面 电位的绝对值降低，降低染料对纤维 上染时的静电斥力，提高吸附速率，起到促染作用。同时，由于中性电解质离解的 cl 或 so42 使染料阴离子和一 nh3+ 的结合速度降低，使扩散性和移染性提高。 中性浴染色的酸性染料在中性或近中性的条件下染色，染料的上染已不再是羊毛 吸附质子所产生的结果。此时酸性染料上染羊毛的情况与直接染料上染纤维素纤维相 似，染料阴离子必须克服较大的静电斥力才能上染纤维。染料靠范德华力和氢键上染 纤维，并以此固着在纤维中。 吸附等温线符合弗氏吸附等温线。 在染液中加入中性 电解质起促染作用，能提高上

33、染速率和上染百分率，在染液中加入酸，显然也提高上 染速率和上染百分率。 酸性染料上染的影响因素除染料自身结构的影响外，还有染料的直接性，扩散性 能，染液的 ph 值、温度、电解质、助剂以及浴比等因素。其中 ph 值因素的影响对酸 性染料的上染影响时很大的：染浴的 ph 值在 2.5 左右时为强酸性酸性染料上染率较高， 而在 ph 值在 6.5 时为弱酸性酸性染料上染率较高。强酸性染料染色时一般染色工艺为： 染浴中加入比重 1.84 的硫酸 3%-5%（对织物重） ；元明粉 10%-20%（对织物重） ；初染 温度为 50；30 分钟内升温至沸；继续沸染 30 分钟；弱酸性染料染色一般工艺：染

34、浴中加入 30%醋酸 3%-5%（对织物重）元明粉 10%-15%（对织物重） ；初染温度为 50；45 分钟内升温至沸；继续沸染 30min 左右，必要时可再加 1%-2%的硫酸促染。 因此在不同的 ph 值条件下选择适合的染料才能达到较高的上染率。酸性染料阴离子对 纤维的亲和力不同，上染所需染液的 ph 值也不一样。染料亲和力越高，达到相同平衡 吸附量所需的染液 ph 值也越高。匀染性酸性染料亲和力低，移染性较好，染色 ph 也 较低。弱酸性浴染色的酸性染料的亲和力较高，移染性比较差。如果在比较强的酸性 染浴中上染，它们在纤维表面很快被吸附，甚至在纤维表面造成超当量上染，染料分 子发生聚集

35、，难染进纤维内部。中性浴染色的酸性染料对纤维的亲和力更高，移染性 更差，一般在加有硫酸铵或醋酸铵的染液中染色。 此外提高温度会使染料的水解以及染料和纤维的反应速率都有提高，但是对染料 的水解速率的影响比染料和纤维的反应速率的影响更为显著。加入盐可以提高染料的 直接性，纤维素纤维在 碱性条件下加盐促染比较显著，但在酸性条件下，不太明显， 因此为起到促染作用必须加入较多的盐，反而对固色不利，所以要加盐的量适当。 酸性染料对纤维素纤维染色时，应根据染浴的 ph 值来选择什么类型的染料，一般 情况下强酸性条件选择强酸浴染料，中性条件选择中性浴染料，弱酸性条件选择弱酸 浴染料，同时加入适量的盐可以提高上

36、染率。 第 3 章 实验部分 3.1 实验原料及药品 织物：经前处理的纯亚麻布，齐齐哈尔金亚基团；药品：酸性染料：强酸性染料-酸性 大红 gr， 结构式如下： nnnn ho so3nanao3s 弱酸性染料-依利尼尔兰，结构式如下： ； so3na o onh nh2 nho2s nao3s 氯化钠（分析纯） ，化学式： nacl，长春化学试剂厂； 无水碳酸钠（分析纯） ，化学式： na2co3,，西安化学试剂厂； 碳酸氢钠（分析纯） ，化学式：nahco3，精制； 氢氧化钠（粒状） （分析纯） ，化学式： naoh，天津市科密欧化学试剂开发中心； 环氧氯丙烷（分析纯） ，化学式：c3h5c

37、lo，分子量：92.52，天津市科密欧化学试剂开 发中心； 二甲胺（化学纯） ，化学式：c2h7n，分子量：45.08，沈阳市东兴试剂厂。 3.2 实验仪器 轧车（实验室用轧车） ； 干燥箱：1012 型，最高工作温度：300，产地：上海市实验仪器总厂； 电子恒温水浴锅：温度范围：37100，温度波动度：1，产地：天津泰斯特 仪器有限公司；电子天平：bs223s：最大载荷：220g，分度值：0.001g，产地：北京 塞多利斯仪器系统有限公司； 搅拌器：jj-2 增力电动搅拌器：jj-2100w，产地：江苏省金坛市医疗仪器厂； 电脑测色配色仪：gretagmacbethtm coloreyer2

38、180uv，产地：台湾瑞比公司； 耐洗色牢度实验机： sw-12a型，产地：温州大荣纺织标准仪器厂制造。 3.3 实验内容 3.3.1 阳离子改性剂 dma-ac 的制备 将二甲胺放置到三颈瓶中，冷却至 0-5（用冰水混合物） ，并在 60 分钟内缓慢 滴入与二甲胺等摩尔量的环氧氯丙烷，并保持 0-5条件下搅拌 2 小时，然后加热水 浴锅到 20，把三颈瓶放置到 20水浴锅中保温 16 小时，就可以生成液状溶于水的 产物-阳离子改性剂 dma-ac，其反应过程如下： ch3 ch2 clch2chch2 o cl n oh nh ch3 ch3 + (dma-ac) 二甲胺 表氯醇 3.3.2

39、 阳离子改性剂 dma-ac 施加到亚麻织物上 利用轧-烘-焙法：将轧车的轧余率调到 80%，亚麻织物经二浸二轧阳离子改性剂后， 在烘箱中 100条件下烘干，在 200条件下焙烘 45 秒，取出后用 10%醋酸中和亚麻 织物布面至中性或弱酸性，烘干留作染色用。 3.3.3 探索实验 本实验采用两种酸性染料：强酸性染料（强酸性大红 gr）和弱酸性染料（依利尼 尔红）来染色改性后的亚麻织物。但是其染色性能未知，染色最佳条件未知，固对这 两种酸性染料染色进行探索性实验，找出其各自的最佳染色条件。 工艺处方：染料(对织物重)：2% nacl（对织物重）：10% 浴比：1：80 染色温度：95 染色时间

40、：50 分钟（强酸性染料） 染色时间：50 分钟（强酸性染料） ph 值：2.5（强酸性染料） ph 值：6.5（弱酸性染料） 工艺曲线： 强酸浴： 100 沸煮 60 分钟 ph 值：2-41/min后处理 （注 1） 50起染 中性浴： 100 沸煮 30 分钟 ph 值：5-7 1/min 后处理 （注 1） 60起染 弱酸浴： 100 沸煮 60 分钟 ph 值：4-5 1/min 后处理 50起染 （注 1） 使用强酸性染料-酸性大红 gr 和弱酸性染料-依利尼尔红对改性后的亚麻织物染色 工艺曲线： 强酸性染料-酸性大红 gr： 100 60 分钟 15 分钟 15 分钟 ph：2.

41、5 40 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 弱酸性染料-依利尼尔红 95 60min 15 分钟 15 分钟 ph：6.5 30 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 改性后亚麻织物的染色工艺流程： 经前处理的阳离子改性亚麻布染色热水洗、冷水洗、烘干 经探索性实验证实强酸性染料-酸性大红 gr 和弱酸性染料-依利尼尔红的最佳染色 工艺条件： 强酸性染料-酸性大红 gr： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：100 染色时间：50min ph 值：2.5 工艺曲线： 100 6

42、0 分钟 15 分钟 15 分钟 ph：2.5 40 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 弱酸性染料-依利尼尔红： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：95 染色时间：60min ph 值：6.5 工艺曲线： 95 60min 15 分钟 15 分钟 ph：6.5 30 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 注 1：后处理：热水洗（70） 、冷水洗、干燥 3.3.4 单变量因素实验 强酸性染料-酸性大红 gr： (1)染色温度对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 染色

43、温度：50、60、70、80、90、100 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色时间：50min ph 值：2.5 (2)染浴的盐量对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 盐量(o.w.f.)：5%、10%、15%、20%、25% 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% 染色温度：100 浴比：1：80 染色时间：50min ph 值：2.5 (3)染色时间对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 染色时间：30 min、 40 min、 50 min 、60 min 、70 min 、80 min 其他工艺条

44、件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：100 ph 值：2.5 (4)染浴的 ph 值对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 ph 值：2、3、4、5、6、7 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：100 染色时间：50min 弱酸性染料-依利尼尔红： (1)染色温度对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 染色温度：50、60、70、80、90、100 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色时

45、间：60min ph 值：6.5 (2)染浴的盐量对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 盐量(o.w.f.)：5%、10%、15%、20%、25% 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% 染色温度：95 浴比：1：80 染色时间：60min ph 值：6.5 (3)染色时间对改性后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 染色时间：30 min、 40 min、 50 min 、60 min 、70 min 、80 min 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：95 ph 值：6.5 (4)染浴的 ph 值对改性

46、后的亚麻织物染色性能（k/s 值）的影响 ph 值：2、3、4、5、6、7 其他工艺条件不变：染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：95 染色时间：60min 3.3.5 正交实验 染色工艺的制定首先要进行小样试验，但要优选出最佳染色工艺,还必须进行若干 次试验。试验安排得好,不仅试验次数少且效果好；,反之，次数既多结果还不理想。 尤其是染色工艺的试验，其工艺条件,助剂用量等因素很多，试验结果考虑的指标又多， 合理安排试验方案，优选出最佳染色工艺,达到成本低,效果好的目的4。 表 2-1 强酸性染料-酸性大红 gr 单因素水平表 水平因素 a(

47、温度)/c(时间)/minb(盐量)% （o.w.f. ） d(ph 值) 1 2 3 80 90 100 40 50 60 5 10 15 1 2 3 表 2-2 弱酸性染料-依利尼尔红单因素水平表 水平因素 a(温度)/c(时间)/minb(盐量)% （o.w.f. ） d(ph 值) 1 2 3 80 90 100 40 50 60 5 10 15 5 6 7 表 2-3 正交实验表 l9（34） 实验序号 abcd 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 2 2 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 3 3 1 2 2 8 9 3 3 2 3 1 2

48、3 1 3.5.6 验证实验: 强酸性染料-酸性大红 gr 和弱酸性染料-依利尼尔红对改性后的亚麻织物染色工艺曲线： 强酸性染料-酸性大红 gr： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：100 染色时间：50min ph 值：2.5 工艺曲线： 100 60 分钟 15 分钟 15 分钟 ph：2.5 40 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 弱酸性染料-依利尼尔红： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：95 染色时间：60min ph 值：6.5 工艺曲线：

49、 95 60min 15 分钟 15 分钟 ph：6.5 30 1/min 后处理 起染 1/2nacl 1/2nacl （注 1） 注 1：后处理：热水洗（70） 、冷水洗、干燥 3.4 测试方法 3.4.1.k/s 值的测定 准备好标准样（未经染色的亚麻原布）和染样，通过电脑测色配色仪在不同角度 测定标准样和染样的反射率的值，并取平均值，记录数据，再按下式计算： （式 3-1） 0 2 0 2 2 )1 ( 2 )1 ( / r r r r sk 式中 r光没有透色时的反射率（取下的值） ； r0标准样的反射率11。 3.4.2.皂洗色牢度的测试 将接枝改性亚麻经染色及未接枝亚麻染色进行织

50、物的皂洗牢度的测试。然后按照 gb 251-1995评定沾色灰色样卡评定这两种亚麻织物的皂洗牢度。 第 4 章 结果与讨论 4.1 阳离子改性后的亚麻织物的染色性能的变化 4.1.1 染色温度对染色性能的影响 改变染色温度，其他染色条件不变： 强酸性染料-酸性大红 gr： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色时间：50min ph 值：2.5 弱酸性染料-依利尼尔红： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色时间：60min ph 值：6.5 表 4-1 亚麻织物染色的 k/s 值随染色温度的变化 k/s

51、值染色温度（） 酸性大红 gr 依利尼尔红 50 60 70 80 90 100 2.44 2.00 2.83 3.12 3.35 4.50 4.05 5.45 5.06 5.75 7.83 4.05 从表 4-1 可以看出强酸性染料-酸性大红 gr 在 50时，改性亚麻织物染色的 k/s 值是 2.44，而后就随染色温度的不断升高而增大，到染色温度为 100时达到最大值 7.83，从 50到 100这一过程改性亚麻织物染色的 k/s 值增加了 2.21 倍而弱酸性染 料-依利尼尔红在 50时，改性亚麻织物染色的 k/s 值是 2.00，它的增长趋势是有峰值 的曲线，在染色温度达到 90时改性

52、亚麻织物染色的 k/s 值达到最大 5.75，在 50- 90之间随染色温度的升高而不断增大，90以后就开始下降。 从图 4-1 可以很清晰的看出阳离子改性亚麻染色的 k/s 值随染色温度的变化情况。 强酸性染料-酸性大红 gr：改性亚麻织物染色的 k/s 值随染色温度的不断升高而不断 增加，到染色温度最高 100时达到最大值 7.83，是一个不断增加的趋势。而弱酸性染 料-依利尼尔红：它染色的改性亚麻织物的 k/s 值也随染色温度的升高而增大，但是在 染色温度达到 90以后就开始下降了，到达 100时就比 90时下降了 29.57%，这就 说明改性亚麻织物染色的 k/s 值不会一直不断的增大

53、，是有峰值的，达到峰值后就会 随染色温度的升高而不断减小。这一现象可以解释为：当染色温度较低时，染料在容 易聚集，只有单分子染料才能通过吸附和扩散过程进入亚麻织物纤维，聚集必然会降 低染料与亚麻织物纤维的亲和力，染料上染率降低，改性亚麻织物染色的 k/s 值就会 下降。其次，可能是低温不能使阳离子改性剂到达织物改性的活化能，从而导致染色 温度低时 k/s 值也小。在达到峰值温度以前时，改性亚麻织物染色的 k/s 值随染色温 度的升高而增大，是因应为：随着染色温度的不断升高，酸性染料水解的速率大于酸 性染料和亚麻纤维的反应速率，染料分子上染到亚麻纤维上的数量也就越多，上染率 就增大，改性亚麻织物

54、染色的 k/s 值也就越大。但在高温情况下阳离子改性剂会分解 或结构被破坏，基于上述原因才会出现图示达到峰值后亚麻织物染色的 k/s 值随染色 温度的升高反而随之下降。 染色温度对改性亚麻织物染色的k/s值的影响 0 2 4 6 8 10 050100150 温度/ k/s值 酸性大红gr 依利尼尔红 图 4-1 另一方面，酸性染料自身的原因也会造成图示现象，一般情况下，酸性大红 gr 在 100时与亚麻纤维的反应活性最高，从图中可以看出在染色温度达到 100时亚麻 织物染色的 k/s 值为最大。而低温时由于酸性染料上染速率慢，从而导致染料上染亚 麻纤维的量少，不利于染色。随着时间的不断增加，

55、ph 值的变化（增大）也会不利于 染料的上染。而染色温度高时，上染速率较快，可能造成染色不匀及白心现象，染料 的直接性也会降低，所以出现温度升高到一定值后 k/s 值减小的现象。弱酸性染料-依 利尼尔红也是如此，温度低时染料的活性低，染料与纤维的直接性小，不易上染亚麻 纤维，随着染色温度的升高，染料的上染率也会随之增大，但达到最大值 90时达到 峰值，亚麻织物染色的 k/s 值达到最大 5.75，染色温度再升高，亚麻织物染色的 k/s 值将会明显减小。 比较强酸性染料-酸性大红gr在染色温度到50时的改性亚麻织物织物的k/s值 和70时的改性亚麻织物织物染色的k/s值提高了2.21倍，这是由于

56、染料扩散速率是随 温度而改变的，低温时染料扩散速度较低，染料与纤维、改性剂的的反应速度都较低， 同时改性后，为亚麻纤维提供了更多的染座，加快染料的上染。在亚麻纤维中，只有 那些具有足以克服这种能阻的分子才能从一处向另一处扩散，这种具有足以克服扩散 能阻的活化分子的数量随着温度的升高而增加，因此，温度升高有利于染料的扩散和 上染，但当温度升高到一定程度后染料水解程度增加，使上染率下降，而改性后织物 与染料的反应性增加，即使在低温时染料对纤维的上染提高程度也很明显。 所以对染色温度：强酸性染料-酸性大红gr控制在100；弱酸性染料-依利尼尔 红控制在90为最佳。 4.1.2 染色时间对染色性能的影

57、响 改变染色时间，其他染色条件不变： 强酸性染料-酸性大红 gr： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：100 ph 值：2.5 弱酸性染料-依利尼尔红： 染料(o.w.f.):2% nacl(o.w.f.):10% 浴比：1：80 染色温度：95 ph 值：6.5 表 4-2 染色时间对亚麻织物染色的 k/s 值的影响 从表 4-2 可知强酸性染料-酸性大红 gr：改性亚麻织物的 k/s 值随染色时间的增 加而增大，到染色时间为 50 分钟时达到峰值 4.05，随后就随染色时间的增加而减小， 并在一个很小的范围内作微小波动。弱酸性染料-依利

58、尼尔红：改性亚麻织物的 k/s 值 也随染色时间的增加而增大，到染色时间为 60 分钟时达到峰值 4.05，随后就随染色时 间的增加而减小，并在一个很小的范围内作微小波动。 从图 4-2 中的曲线可知改性亚麻织物染色的 k/s 值随染色时间的增加而增大，对 于强酸性染料-酸性大红 gr：当染色时间达到 50 分钟时，亚麻纤维对阴离子染料的吸 附最好，改性亚麻织物染色的 k/s 值达峰值 4.05，随后开始随时间逐渐的增加而不断 减小，这是因为纤维对染料分子的吸附性也逐渐降低，最后在小范围内波动，甚至不 再变化。而弱酸性染料-依利尼尔红则是在染色时间为 60 分钟时，亚麻纤维对阴离子 染料的吸附

59、最好，改性亚麻织物染色的 k/s 值达到峰值 4.05，随后纤维的吸附性也逐 渐降低，改性亚麻织物染色的 k/s 值开始下降，最后也在一个小范围内波动。 k/s 值染色时间 （min）酸性大红 gr 依利尼尔 红 30 40 50 60 70 80 3.23 2.91 3.60 3.23 4.05 3.60 3.63 4.05 3.23 3.11 3.23 2.95 染色时间对改性亚麻织物染色的k/s值的影响 0 1 2 3 4 5 020406080100 染色时间/min k/s值 酸性大红gr 依利尼尔红 图 4-2 产生这种现象的原因一方面可能是由于染色时间过长，织物上的阳离子改性剂受

60、 到外界因素的影响而导致分解或结构被破坏，另一方面是由于长时间的高温破环改性 亚麻纤维的溶胀，造成纤维溶胀大为降低，从而不利于染料阴离子进入亚麻纤维的内 部。此外，由于酸性染料对亚麻织物的可染性较差，时间过长不利于染料与亚麻纤维 的结合，从而导致其上染率下降，而改性亚麻织物染色的 k/s 值也就随之减小，染色 性能随之下降。 所以对染色时间：强酸性染料-酸性大红gr控制在50分钟；弱酸性染料-依利尼 尔红控制在60分钟为最佳。 4.1.3 染浴中盐量对染色性能的影响 改变染浴中盐量，其他染色条件不变： 强酸性染料-酸性大红 gr： 染料(o.w.f.):2% 染色时间：50min 浴比：1：8