功能添加剂及染料在提高纤维或织物染色性能中的应用

摘要

印染行业的生产方式“高消耗、低产出、重污染、低安全”，其经济增长以巨大的资源能源耗损和生态环境破坏作为代价，已成为我国资源能源耗费和环境污染的大户。因此，改进传统工艺、开发新的功能型染化料显得尤为重要。本论文中我们设计并合成了几种新的染化料，将它们应用于纤维或织物染色，并对染色后的纤维或织物的性能进行了测试和评价。主要工作描述如下。
　　 聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)为一种新型聚酯，具有PET的高性能和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的优良成型加工性。PTT纤维可实现常压可染，且上染率较高，本文对PTT纤维的酸性可染性进行了研究。将三胺与二元酯通过酯交换及缩聚等一系列反应，合成了一系列共聚酰胺，对所合成的共聚酰胺的结构性能进行了表征和研究，挑选出适合与聚酯PTT熔融纺丝的5号和6号共聚酰胺作为酸性可染添加剂。PTT/添加剂简单共混体系相容性较差，添加离聚物增容剂Surlyn后，改善了相容性，添加剂分布趋向均匀，共混物PTT/添加剂/Surlyn为95/5/2.0时，增容效果最佳。将共混物在一定的工艺下纺丝拉伸，得到含有酸性可染添加剂的纤维。采用酸性染料对纤维进行常压沸染，表明：未加入添加剂时，因为没有可以吸收酸性染料的基团，纤维不上染，当纤维中二己烯三胺的百分含量达到3％时，红、黄、灰三种染料的上染率达到65.2％、79.3％、45.4％，有了明显的改善。随着共聚酰胺添加剂的加入，耐摩擦牢度和耐洗色牢度都有了一定的提高，均不低于四级，纤维的染色深度增强，K/S值变大。
　　 以钛酸酯偶联剂进行表面修饰的Sm2O3、苯乙烯等为原料，以过氧化二苯甲酰为引发剂，采用原位悬浮聚合制备了Rs-PS(Sm2O3)杂化材料。SEM及电子能谱扫描表征结果显示，经表面修饰的Sm2O3粒子较均匀地分散在Sm2O3-PS杂化材料中。PS/PP、Rs-PS(Sm2O3)/PP共混体系性能研究表明，PS及Rs-PS的加入影响了PP的结晶形态，使共混体系结晶速率增加。PS/PP和Rs-PS/PP相同比例的共混体系Rs-PS/PP对于PS/PP体系，其熔融峰位置向低温偏移，体系熔点略低，其结晶峰位置向高温偏移，结晶温度有较明显的提高。Rs-PS/PP共混体系纤维成形研究表明，在相同牵伸倍数下，PS/PP纤维和Rs-PS/PP纤维的结晶度比纯PP的结晶度低，PS/PP和Rs-PS/PP改性共混纤维的断裂强度较纯PP略有降低，但降低的范围仍能满足纺织后加工的要求。改性共混纤维染色性能研究表明，由于Rs-PS(Sm2O3)/PP共混纤维表面中所含有的纳米杂化Sm2O3在冰醋酸的作用下形成了Sm离子，该离子与分散染料能形成络合物，使得染料能够更好的吸附在共混纤维表面，不容易脱落。在相同的染色条件下，相近规格(纤度、取向度、结晶度相近)的共混纤维，Rs-PS(Sm2O3)/PP体系的上染率、染色深度K/S值、颜色饱和度C*值都较PP/PS体系有着进一步的提高。耐摩擦牢度、皂洗牢度和耐汗渍牢度试验表明，改性共混纤维的染色牢度都比较好，均在四级以上，完全满足服用要求。
　　 活性染料染色最突出的问题是上染率和固色率低，染料的利用率不高，在传统的染色工艺中，为了提高染料上染率和固色率，需要加入大量无机盐促染，从生态角度讲，高含盐量的废水排放直接改变了江湖的水质，破坏了生态环境，同时增加了加工成本。以1，4-二氨基葸醌、2-氯乙胺盐酸盐、吡啶和氰尿酰氯等为原料，通过一系列反应合成了一种阳离子活性染料，将其应用到棉织物染色，并与常规染料C.I.碱蓝22染色织物作对比。实验表明：所合成的阳离子活性染料在增溶基团上与传统活性染料有所不同，此类型染料在无盐条件下上染棉纤维，吡啶基团作为增溶性基团并且通过脂肪烷烃间隔基与染料发色团结合，并且在随后的处理过程中容易除去而不会引起显著的色光变化；在无盐条件下用此染料染棉上染百分率和固色率都很高，染色水洗牢度也很好，更为重要的是，这种类型的染料在光牢度上比其他传统染纤维素的碱性染料有显著的改善，不仅可以简化染色工艺，而且比传统的活性染料更有利于环境保护。
　　 根据稀土在羊毛或丝绸染色工艺中具有增艳减少媒染工艺中铬使用量的优点和铬在媒介染料染色中有增加染色牢度的良好性质借鉴传统金属络合染料的合成方法，以氯化铬、氧化钇、氧化镧、氧化钕、浓盐酸，无水乙酸钠，茜素红为原料，合成了一系列稀土络合染料和稀土-铬络合染料。将所合成的染料对丝绸织物进行染色，对染色效果进行评价。实验表明：三种茜素红稀土络合染料染色丝绸耐洗牢度与摩擦牢度很好，耐洗牢度的原样褪色、丝沾色都达到4，而棉沾色更是达到4-5，与茜素红铬络合染料相同，比茜素红好，特别是在耐洗牢度的原样褪色上有很大提高。三种茜素红稀土络合染料染色丝绸的汗渍牢度的原样褪色、丝沾色不如茜素红铬络合染料，但略好于茜素红；茜素红稀土-铬络合染料各项牢度中的摩擦牢度、原样褪色牢度和棉沾色都在3级以上，但由于络合染料比较容易与丝蛋白质分子作用，丝沾色比较严重；稀土不能完全取代Cr，但可以减少Cr的用量以减轻Cr对环境污染。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 染色改性添加剂必须具备的条件

1.2 常见聚酯染色改性添加剂

1.2 丙纶染色改性添加剂分类

1.2.1 按纤维适用染料分

1.2.2 按添加剂分子量的大小分

1.3 添加剂对聚合物材料可染改性方法

1.3.1 共聚改性

1.3.2 共混改性

1.3.3 表面改性

1.4 染料的结构改性及功能化

1.4.1 活性染料的结构改性及进展

1.4.2 分散染料的结构改性及进展

1.4.3 染料改性中的重要反应

1.4.4 染料改性后具有的功能

1.5 染色性能评价

1.5.1 纤维或织物得色深度评价

1.5.2 颜色牢度评价

1.6 本课题的研究方向

参考文献

第二章 酸性可染聚酯添加剂的合成及其应用

2.1 引言

2.2 酸性可染聚酯添加剂的设计思路

2.3 实验部分

2.3.1 主要试剂及仪器设备

2.3.2 酸性可染添加剂的合成

2.3.3 添加剂特性粘度的测定

2.3.4 共混物及试样制备

2.3.5 纤维试样的制备

2.3.6 纤维的染色

2.3.7 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 红外光谱

2.4.2 添加剂的核磁谱

2.4.3 添加剂的重均分子量及DSC曲线

2.4.4 共混PTT切片的相容性

2.4.5 共混纤维的机械性能及超分子结构

2.4.6 共混纤维的染色性能

2.5 本章小结

参考文献

第三章 稀土杂化体的制备及其在丙纶染色中的应用

3.1 引言

3.2 稀土杂化体系的设计思路

3.3 实验部分

3.3.1 主要试剂及仪器设备

3.3.2 原位悬浮聚合制备聚苯乙烯稀土杂化材料(Rs-PS)

3.3.3 Rs-PS杂化材料/PP共混

3.3.4 Rs-PS/PP共混纤维的制备

3.3.5 改性共混纤维的染色

3.3.6 测试和表征

3.4 结果与讨论

3.4.1 氧化钐粒子粒径尺寸及分布分析

3.4.2 红外光谱分析

3.4.3 Sm2O3微纳粒子在Sm2O3-PS杂化材料中的分散性

3.4.4 Rs-PS(Sm2O3)/PP共混体系的结晶形态

3.4.5 PS/PP及Rs-PS(Sm2O3)/PP共混体系热性能

3.4.6 共混纤维的物理机械性能

3.4.7 添加剂对共混体系晶态结构的影响

3.4.8 共混纤维的表面形态结构

2.4.9 共混改性纤维的染色性能

3.5 本章小结

参考文献

第四章 阳离子活性染料的合成及其染色性能

4.1 引言

4.2 阳离子活性染料的的设计思路

4.3 实验部分

4.3.1 主要试剂及仪器设备

4.3.2 氯化N-(2-乙胺基)-吡啶(3)及阳离子活性染料(5)的合成

4.3.3 染色

4.3.4 中间体及阳离子染料的结构表征

4.3.5 上染百分率测定

4.3.6 染色织物色牢度评价

4.4 结果与讨论

4.4.1 反应过程分析

4.4.2 合成染料的结构表征

4.4.3 染料(5)在无电解质存在下的染色

4.4.4 牢度性能

4.4.5 吡啶阳离子基团稳定性探讨

4.5 本章小结

参考文献

第五章 茜素红稀土络合染料的合成及其染色性能

5.1 引言

5.2 茜素红稀土络合染料的设计思路

5.3 实验部分

5.3.1 主要试剂及仪器设备

5.3.2 稀土络合染料的合成

5.3.3 稀土-铬络合染料制备

5.3.4 铬络合染料制备

5.3.5 合成染料分析

5.3.6 染色实验

5.4 结果与讨论

5.4.1 茜素红金属络合染料的组成分析

5.4.2 茜素红金属络合染料的红外光谱表征

5.4.2 茜素红金属络合染料的紫外-可见光谱表征

5.4.3 茜素红络合染料染色性能

5.4.4 茜素红金属络合染料的上染率和固色率

5.4.5 pH值对茜素红金属络合染料上染率的影响

5.4.6 温度时间对茜素红金属络合染料上染率的影响

5.5 本章小结

参考文献

第六章 结论

致谢

附录A 攻读博士学位期间发表的论文

附录B 攻读博士学位期间参加的项目