基于天然染料为母体的染料开发与应用

摘要

合成染料以其色谱齐全、色泽鲜艳、耐洗耐晒、价格便宜等诸多优点成为当今纺织品染色的主要着色物质，但由于其基本合成原料来源于不可再生的煤及石油，且染色废水导致诸多环境问题，故生物相容性好、生物可降解、可再生的生物质天然染料又重新引起人们的极大关注。然而天然染料存在色牢度差、稳定性差及需使用非环境友好媒染剂的突出问题，故有必要对其进行改性，在不破坏原染料发色母体的前提下对其结构进行简单改性，改善其对织物的亲和力，提高染色性能，同时也可能改变原有发色母体的吸收波长，拓宽其色谱范围。
　　 本文对二酮类的姜黄素进行酯化和醚化改性，对蒽醌类的茜素进行酯化和硝化改性，从中筛选适合改性的染料母体和改性方法；并对筛选出的改性方法进行条件最优化，通过熔点仪、FT-IR、HPLC-MS、1H NMR等测试仪器对改性结构进行表征；分别用改性前后的天然染料对织物进行染色，并对染料提升性能、染色织物的颜色参数(亮度L*、红绿轴a*、黄蓝轴b*、彩度C*、色相角h)、表观色深K/S值、匀染性及染色牢度(耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度)进行测试，并作比较。
　　 所得结论如下：
　　 (1)姜黄素经酯化反应后，酯化产物的转化率低，且产物较杂，不易分离和提纯；经碱法醚化后的产物中基本没有发现醚化姜黄素。
　　 (2)可采用两种方法对茜素进行双酯化改性。方法一的最优条件为乙酸酐用量为60 mL/g茜素，浓硫酸用量为0.1 mL/0.03 mol茜素，60℃反应2 h；方法二的最优条件为乙酸酐用量为60 mL/g茜素，无水乙酸钠用量为3.5 mol/mol茜素，60℃反应1.5 h。这两种方法均可制得纯度98％以上的双酯化茜素，熔点为181℃-183℃。乙酸酐用量对双酯化茜素的产率影响较大，用量过大会降低产率。
　　 (3)对茜素进行3-硝基化改性的最优条件为冰醋酸用量为10mL/g茜素，浓硝酸用量为1.5 mol/mol茜素，40℃保温6h，可获得纯度97%以上的3-硝基茜素，熔点为244℃-245℃。冰醋酸用量对3-硝基茜素的产率影响较大，用量过大会降低产率。
　　 (4)茜素、双酯化茜素、3-硝基茜素均较适合上染毛、锦纶和醋酯纤维，可上染涤纶纤维。双酯化茜素、茜素、3-硝基茜素染色织物的颜色中红色色调依次增大。
　　 (5)双酯化茜素上染涤纶织物的染色性能较茜素上染涤纶织物的染色性能略好，涤沾、湿摩、匀染性均提高半级；3-硝基茜素上染锦纶织物的染色性能较茜素上染锦纶织物的染色性能略好，湿摩和匀染性均提高半级。