阳离子改性亚麻织物的酸性染料染色性能研究

1、阳离子改性亚麻织物的酸性染料染色性能研究第一章 绪论1.1 本课题研究的意义亚麻具有高的吸湿性，快速温度传递，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，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改性，以改善亚麻的可染性。阳离子改性剂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

2、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最早是由英国的化学工作者于1960年提出的，到了80年代末对纤维尤其是棉纤维的阳离子改性的研究进入了一个新的阶段，并于末期达到了高潮。在这一时期，许多人在做纤维素纤维的改性研究，法国的societe protex公司生产的glytax改性剂，改性棉纤维，使染料阴离子对棉纤维的直接性增加，从而改善了棉纤维对阴离子染料的染色性能。1989年，曾有人研究用聚氨-环氧氯丙烷树脂做阳离子改性剂改性棉纤维，改性纤维的上染率和固色性都有显著提高。到了

3、90年代，wu.ts对对棉纤维的改性做了进一步的 研究，利用二甲胺和环氧氯丙烷生成聚环氧氯丙烷-二甲胺（pech-a）用来做新的阳离子改性剂。国内80年代末，上海色织物研究所报道的阳离子化棉的 研究应用技术，而后，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色技术也做了报告，对苎麻织物的阳离子化改性及其染色理论和实践进行系统的深入的研究。中国纺织大学也对苎麻的阳离子化改性做了大量研究，因此对亚麻织物阳离子改性解决其可染性差的研究工作在国民经济中具有很高的应用价值和理论意义。1.3 本课题研究的内容利用二甲胺与环氧氯丙烷合成阳离子改性剂dmac-a，利用轧车经过二浸二轧把阳离子改性剂浸轧到

4、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。用强酸性染料和弱酸性染料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和若酸性染料对阳离子改性剂改性后的亚麻织物染色的最佳工艺。对染色布进行了颜色强度和皂洗牢度测定。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）和弱酸性染料（依利尼尔红）对改性后的亚麻织

5、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，有利于环保。第二章 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，而纤维素有许多葡萄糖剩基联结起来的大分子，线性的大分子互相平行，按一定距离相应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。由微原纤基本平行地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

6、多结合体结构，基本结晶区，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。亚麻纤维和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。结晶度高，说明大分子排列整齐，密实，分子之间各个基本的结合力相互饱和，染色时染料渗透困难，因尔上染率低。取向度高则说明大分子的排列方向与纤维轴向间的平行度高，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小，渗透困难，因此染色性能差。亚麻纤维的化学组成极为复杂，总的来说分为纤维素纤维和非纤维素纤维两类。而纤维素是构成亚麻纤维的主要部分，其含量为70%-80%。非纤维素部分包括半纤维

7、素（12%-15%），果胶物质（1.4%-5.7%），木质素（2.5%-5%），蜡质（1.2%-1.8%），灰分（0.81%-1.3%），含n物质（0.3%-0.6%），存在于亚麻的单纤维细胞间，将单纤维粘接在一起，亚麻中伴生物的存在制约了纤维的关泽，柔软性，弹性，可纺性和印染的着色性能。果胶对亚麻纺织的影响很大，果胶是亚麻码单纤维成束的必要物质，脱胶量控制好，如果去除过多，纤维系被破坏，强力会大大下降，果胶含量多，手感粗硬毛效差，影响染料上染的牢度。木质素的存在影响染料和纤维素的结合，影响染料的上染率，牢度和 色泽，蜡质含量高，亚麻的吸湿性不好，毛效低，染色时蜡质阻碍染料向亚麻纤维的扩散。亚

8、麻纤维大分子之间各个因素的结合力饱和，大分子排列方向与纤维取向度高，纤维吸湿困难，基于亚麻的各种物理性质使得亚麻织物难于染色。从化学反应来看，亚麻粗纱化学脱胶中强氧化工艺降低了染料与纤维的结合条件，而强氧化剂-亚氯酸钠的使用使亚麻纤维的染色性能进一步降低。麻纤维的水解cell-oh-cello-+h+纤维电离后带负电，然而染纤维素纤维的染料一般为阴离子染料，它在水溶液中电离也显负电性。由于纤维和染料之间存在着电荷的排斥，因而导致了 亚麻纤维的染色性差。d-so3na+h2o-d-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

9、基部分电离分析可知，由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：

10、dmac-a与亚麻纤维形成二甲胺羟基氯丙烷：(ch2)2-n-ch2-ch（oh）-ch2-o-cell阳离子改性剂-dmac-a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 改性剂的选择原则利用二甲胺和环氧氯丙烷自己合成阳离子改性剂dmac-a，它存在着一下优点：改性剂的合成成本比较低而且合

11、成所需的原料比较容易得到；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，且染色的匀染性好。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，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

12、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。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

13、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；30min内升温至沸；继续沸染30min；弱酸性染料染色一般工艺：染浴中加入30%醋酸3%-5%（对织物重）元明粉10%-15%（对织物重）；初染温度为50；45min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。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

14、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染率。第三章 实验内容3.1实验材料及药品 织物：经前处理的亚麻布，齐齐哈尔金亚集团； 药品：酸性染料：强酸性染料（酸性大红），弱酸性染料（依利尼尔红）；氯化钠（分析纯），化学式：，长春化学试剂厂；无水碳酸钠（分析纯），化学式：，洗安

15、化学试剂厂；碳酸氢钠（分析纯），化学式：，精制；氢氧化钠（粒状）（分析纯），化学式：，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：，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：，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：101-2型，最高工作温度：300度，产地：上海市实验仪器总厂；电子恒温水浴锅：温度范围：37度-100度，温度波动度：+1度，产地：天津泰斯特仪器有限公司；电子天平：bs223s，最大载荷：220克，分度值：0.001克，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

16、：jj-2100w，产地：江苏省金坛市医疗仪器厂；电脑测色配色仪：，产地：台湾瑞化公司；耐洗色实验机：sw-12a型，产地：温州大荣纺织标准仪器厂制造。3.3 实验步骤3.3.1dma-ac的制备将二甲胺放置到三颈瓶中，冷却至0-5度（用冰水混合物），并在60min内缓慢滴入与二甲胺等摩尔量的环氧氯丙烷，并保持0-5度条件下搅拌2h，然后加热水浴锅到20度，把三颈瓶放置到20度水浴锅中保温16h，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：2.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度条件下烘干，在200度条件下焙烘45s，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.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，固对对这两种染料进行探索性实验，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：60分钟 ph值：2.5（强酸性染料）