硅基非水介质染色体系中活性染料水解、键合机理及密度泛函理论研究

摘要

活性染料具有色泽鲜艳、色谱齐全、价格低廉等特点主要用于棉纺织品的染色。但是活性染料传统水浴对棉织物进行染色时，染色废水中含有大量的电解质、碱剂和未反应的染料，使得废水处理难度较大，加重了企业废水处理的成本。为了减少染色废水的排放实现染整行业的可持续发展，为此而发明了活性染料非水介质染色技术。在该体系下活性染料可以在无盐条件下实现100％的上染率和较高的固色率。 本文研究了活性染料结构在硅基非水介质体系中对固色速率的影响。首先需要对商品化的染料采用重结晶的方法进行提纯，通过提纯前后吸光度对比发现染料的有效量在84％以上。通过染色工艺的优选确定了几种活性染料在硅基非水介质中的最佳染色工艺条件:双一氯均三嗪染料（活性红120）固色温度为90℃;双乙烯染料（活性黑5）固色温度为65℃;单乙烯砜染料（活性蓝19）固色温度为80℃，碱剂浓度为30～35 g/L。并对比了不同结构的活性染料在硅基非水介质体系中固色速率的差异，发现活性染料在硅基非水介质体系中都具有优异的染色性能。 采用高效液相色谱(HPLC)的方法研究了染料结构对水解速率的影响。由于染料在硅基体系中难以发生水解从而提高了染料的利用率。均三嗪结构的活性染料耐碱性较好，所以其在硅基非水介质体系中的水解速率低于乙烯砜型染料;由于活性染料母体不直接参与反应，所以染料母体对活性染料的水解影响较小;另外探究了不同EO数目的非离子表面活性剂对染料水解的影响，随着EO数目的增加染料的水解速率也变大。在染色体系中加入一定量的织物，探究在织物存在下活性染料在硅基染色体系中的水解情况。将织物上洗下未反应的染料通过HPLC分析发现，染色时间的增加织物上水解染料的比例也逐渐增加至不在变化。对于具有双活性基的染料当织物上固色率达到最大时，洗下残液中80％左右发生了一次水解，极少数染料发生了完全水解，说明在硅基非水介质染色体系中洗下染料中大部分还具有反应活性。 采用Gauss09软件模拟计算了活性染料的最大可见吸收波长以及相关的光谱性质;模拟计算了染料水解过程中能量的变化以及在不同溶剂体系中能垒的差异，在水相体系中染料水解能垒较低更容易发生水解反应;在染色机理研究中，计算了乙烯砜染料分子和单分子纤维素发生键合反应过程中能量的变化，利用化学模拟的方法研究了染料固色反应中过渡态构型和能量变化过程。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．1．1活性染料及其发展

1．1．3新型活性染料

1．1．2活性染料的染色机理

1．2．1活性染料小浴比染色

1．2．2活性染料电化学染色

1．2．3泡沫染色

1．3活性染料无盐染色

1．3．1开发无盐染色活性染料

1．3．2棉纤维阳离子改性

1．3．3开发无盐染色助剂

1．4非水介质染色

1．4．1溶剂染色

1．4．1新型非水介质染色

1．5课题研究目的及主要研究内容

第二章硅基非水介质中活性染料键合速率研究

2．1引言

2．1实验部分

2．1．1材料、药品、仪器

2．2实验方法

2．2．1活性染料的提纯

2．2．2电导率昀测定方法

2．2．3标准工作曲线

2．2．4非水介质体系中的染色处方

2．2．5 K／S值的测定

2．2．6固色率的测定

2．2．7活性染料固色速率的测定

2．3结果与讨论

2．3．1活性染料提纯

2．3．2电导率昀测定

2．3．3标准工作曲线

2．3．4最佳染色工艺

2．3．5染料的固色速率

2．3本章小结

第三章活性染料分子结构对水解的影响

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1材料与仪器

3．2．2实验方法

3．3结果与讨论

3．3．1活性染料在硅基非水介质中的水解

3．3．2水解动力学分析

3．4本章小结

第四章理论计算

4．1染料的发色机理

4．2量子化学在染料中的应用

4．2．1最大可见吸收波长的预测

4．2．2染料吸收半峰宽的预测

4．2．3活性染料反应性的预测

4．3计算方法

4．4结果与讨论

4．4．1构型优化

4．4．2最大吸收波长计算

4．4．3染料分子所带电荷

4．4．4活性染料水解反应计算

4．4．5活性染料键合反应计算

4．4．6溶剂化效应

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

附录

致谢