棉纤维接枝共聚物的制备及染色性能研究

摘要

本文针对传统染色过程中无机盐用量大和染色废水色度高等问题，采用接枝共聚合的方法，硝酸铈铵(CAN)引发下，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)作为为阳离子单体对棉纤维进行改性，成功制备了棉纤维/季铵盐接枝共聚物。在活性染料染色过程中有效地避免了无机盐的使用，并提高了染料的利用率。本研究主要内容包括：
　　⑴以改性棉纤维的阳离子化度和改性棉与3％活性艳蓝KN-R无盐染色的固色率为依据，研究了引发剂浓度、单体与棉纤维的质量比、反应时间和硝酸浓度等不同参数对反应的影响，并确定出最佳改性条件:引发剂浓度为15 mmol L-1，m(DMC)/m（棉）=0.5，pH=1.0，30℃反应180 min。此时改性棉纤维的氮含量为0.16％，阳离子化度为0.114mmol L-1，与3％活性艳蓝KN-R无盐染色的固色率为93.5％。采用ATR-IR证实了棉纤维接枝共聚物的合成，XRD、SEM和TGA、DSC等手段对改性棉纤维的物理性质和热稳定性进行研究。
　　⑵研究了活性染料在改性棉纤维上的吸附过程，在50℃和30℃下选择活性艳蓝KN-R、活性艳红M-3BE和活性黄M-3RE三支活性染料与改性棉进行等温吸附研究，结果发现曲线符合Langmuir吸附模型，该过程吸热。另外，两支M型染料的最大吸附量比理论吸附量高，说明染料与纤维之间生成了共价键。将改性棉纤维应用到活性染料无盐染色的应用研究中，与活性艳蓝KN-R、活性艳红M-3BE和活性黄M-3RE三支活性染料无盐染色的固色率分别为93.5％、98.9％和99.8％，比有盐染色时高27.7％，26.2％和22.3％，反应活性分别为95.7％，99.7％和100％。对比传统有盐染色，改性后染色布样色深(K/S值)明显增加，并具有良好的色牢度和染料渗透性。改性布样进行甲醛含量和pH测定发现满足B类纺织品要求;对染色废水各指标进行分析，改性棉纤维无盐染色残液的COD达到Ⅰ级排放标准，皂洗液达到Ⅱ级排放标准。
　　⑶基于吸附结果，研究了在中性或弱碱性条件下改性棉纤维与含有不同反应活性基团的活性染料进行无盐染色。结果表明改性棉与含有一氯均三嗪活性基的M型和K型染料可以实现无盐无碱染色，与含有乙烯砜硫酸酯基的KN型染料可以实现无盐低碱染色。对棉纤维接枝共聚反应过程中引发剂和单体进行重复使用研究，其中单体能进行三次以上重复利用。针对引发剂用量大这一问题，选用价格低廉的过硫酸盐，初步实现Ce4+-Ce3+-Ce4+的循环，缓解了引发剂用量大、价格昂贵的问题，具有一定的应用前景。