用于棉纺织品染色的助剂、制备方法及染色方法

摘要

本发明公开的一种用于棉纺织品染色的助剂，见结构式(I)，还公开了该助剂的制备方法：称取7.0％-8.0％的3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵，1.0％-2.0％的氢氧化钠，1.0％-4.0％的多元胺，3.0％-4.0％的三聚氯氰，0％-2.0％的苯胺，0.5％-1.0％的碳酸钠，11％-12％的常温去离子水a，4.0％-5.0％的常温去离子水b，65.5％-67.5％的1℃-2℃的去离子水c，将碳酸钠溶于去离子水b得到碳酸钠水溶液；在反应釜中加入去离子水a、3-氯-2-羟基丙级三甲基氯化铵和氢氧化钠搅拌；加入多元胺升温至85℃-90℃反应3h-5h；加入去离子水c及三聚氯氰反应2h-4h，滴加碳酸钠水溶液使pH值为4-6，得到助剂。该助剂可用于棉纺织品轧染染色和浸染染色。本发明助剂、制备方法及染色方法，提高了棉用活性染料的上染百分率和固色百分率，减少了废弃染料的排放量。

说明书

技术领域

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种用于棉纺织品染色的助剂，本发明还涉及该助剂的制备方法及利用该助剂进行棉纺织品染色的方法。

背景技术

棉用活性染料是棉纤维纺织品染色用最主要的染料。棉用活性染料具有色谱宽广、色泽鲜艳、性能优异以及适用性强的特点，在染色行业得到了广泛的应用。全世界棉用活性染料的年产量约为25万吨，占染料总产量的20％左右。我国目前棉用活性染料的年产量约为19万吨，占世界染料总产量的25％。

棉用活性染料是能够与被染纤维通过共价交联而发生结合的染料品种，染品的湿牢度很好。但是，活性染料不但能够与纤维发生共价交联反应，在染色过程中(尤其是在固色所需的碱性环境下)易于与水发生水解反应。此外，为了提高棉用活性染料的匀染性能，此类染料的分子量相对较小，其对棉纤维的上染百分率相对较低。水解染料、未上染染料以及未与纤维发生反应的染料就形成了染色结束后的废弃染料。因此，活性染料的利用率不高，一般在50-80％左右。废弃染料的形成可产生大量的有色废水，对环境构成威胁。在传统的染色过程中，为了提高棉用活性染料的上染百分率，在染色时必须使用大量的无机盐进行促染。棉用活性染料染色加工可能造成环境危害的主要原因为废弃染料、无机盐以及染色助剂的排放。为了降低染色加工成本并减少染色加工对环境的危害，就必须提高棉用活性染料的上染百分率和固色百分率。近年来针对上述两个问题的比较突出的研究就是采用反应型的季铵化合物通过浸染及轧染方式对棉织物进行预处理，即对棉纤维进行阳离子改性《多活性基阳离子交联剂改性棉的无盐染色》(孙燕、谢孔良，浙江印染信息与技术，2006，11-12：22～25)《棉的阳离子改性及其染色工艺研究》(贾维妮、李景川、周俊峰、王雪燕，印染助剂，2003，20(3)：23～26)。经过改性的棉纤维呈现阳性电荷，可通过静电引力吸附呈阴性电荷的染料离子，从而使染料对纤维的上染百分率和固色百分率提高。

在棉纤维阳离子改性研究中采用的阳离子改性剂主要为具有反应性基团的季胺或胺类化合物，常见的反应性基团为环氧氯丙烷及一氯均三嗪等。此类化合物渗透性好，利于匀染，但存在分子量小、直接性差、用量大及应用成本高等缺点。近年来，研究人员还开发出了氮杂环丁烷阳离子化合物、N-羟甲基丙烯酰胺和阳离子丙烯基共聚物、羟烷基铵盐类化合物以及生物质阳离子化试剂。实践证明，上述化合物均对提高棉用活性染料的上染百分率和固色百分率能够起到比较显著的作用。但是，采用棉纤维阳离子改性技术的一个根本前提是必须通过专门的预处理环节来完成纤维改性，即必须增加企业的染整加工环节。众所周知，由于各种因素的影响，纺织品染整加工企业是一个利润相对较低的传统加工行业，增加染整加工环节必然会导致加工成本的提高。据初步估算，在许多情况下，通过采用棉纤维阳离子改性技术提高活性染料利用率所获得经济效益难以弥补由于加工环节的增加所损失的经济效益。此外，在研究中发现，棉纤维的阳离子改性还往往导致染色过程中织物的色变。因此，尽管研发人员对棉阳离子改性技术进行了深入的研究，至今并未发现该技术在棉染整企业形成规模性的应用。

所以，开发一种助剂，其用量少且无需专门增加棉纺织品改性预处理环节而提高棉用活性染料固色率，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于棉纺织品染色的助剂，解决了现有的棉用活性染料上染百分率较低，产生的有色废水污染环境的问题。

本发明的另一目的是提供上述助剂的制备方法。

本发明还有一个目的是提供利用上述助剂进行棉纺织品染色的方法，在轧染染色时不对棉纤维进行阳离子化预处理，与棉用活性染料同浴存在；在浸染染色前，在棉纺织品前处理的最后水洗阶段采用该助剂对棉纺织品进行阳离子改性，之后按照传统浸染染色方法进行加工；采用上述方法染色可以提高染料对棉纤维的上染百分率和固色百分率，在染制同等色泽深度时可以减少染料的用量，同时可减少废弃染料的排放量，解决了现有的采用棉纤维阳离子改性技术成本高且易导致染色过程中织物产生色变的问题。

本发明所采用的第一个技术方案是，一种用于棉纺织品染色的助剂，其分子式为：

本发明所采用的第二个技术方案是，一种制备用于棉纺织品染色的助剂的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按照质量百分比，称取7.0％-8.0％的3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵，1.0％-2.0％的氢氧化钠，1.0％-4.0％的多元胺，3.0％-4.0％的三聚氯氰，0％-2.0％的苯胺，0.5％-1.0％的碳酸钠，11％-12％的常温去离子水a，4.0％-5.0％的常温去离子水b，65.5％-67.5％的1℃-2℃的去离子水c，上述各组份的总量为100％，将碳酸钠溶于去离子水b，得到碳酸钠水溶液；

步骤2：在搅拌条件下，在反应釜中加入步骤1称取的去离子水a，将步骤1称取的3-氯-2-羟基丙级三甲基氯化铵和氢氧化钠加入反应釜，在室温下搅拌30分钟至60分钟；

步骤3：在搅拌条件下，在步骤2得到的混合溶液中加入步骤1称取的多元胺，升温至85℃-90℃反应3h-5h；

步骤4：在搅拌条件下，在步骤3得到的混合溶液中加入步骤1称取的去离子水c控制混合溶液温度在5℃以下，加入步骤1称取的三聚氯氰反应2h-4h，在反应过程中滴加步骤1得到的碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为4-6。

步骤5：在搅拌条件下，在步骤4得到的混合溶液中加入步骤1称取的苯胺，升温至35℃-45℃反应2h-3h，在反应过程中滴加步骤1得到的碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为4-6，反应结束后继续滴加碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为7，即得到本发明用于棉纺织品染色的助剂。

本发明所采用的第三个技术方案是，一种利用助剂对棉纺织品进行轧染染色的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：采用软水将棉用活性染料溶解，得到浓度为0.001g/l-120g/l的染料溶液；将1.0g/l-5.0g/l的助剂和0.3g/l-1.5g/l的烷基聚氧乙烯类非离子表面活性剂加入得到的染料溶液中，搅拌均匀得到染料浸轧液；将3.0g/l-6.0g/l氢氧化钠、15g/l-25g/l碳酸钠、150g/l-250g/l氯化钠及2.0g/l-5.0g/l防染盐S以软水溶解，得到固色液；

步骤2：轧染染色，具体按照以下步骤实施：浸轧染液，红外线预烘，热风烘燥箱烘干，烘筒烘干，浸轧固色液，汽蒸箱汽蒸，流动水洗，50℃水洗，50℃水洗，80℃水洗，皂蒸箱汽蒸，90℃水洗，70-80℃水洗，40℃水洗，烘筒烘干，落布，即完成棉织物的轧染染色。

本发明所采用的第四个技术方案是，一种利用助剂对棉纺织品进行浸染染色方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：对棉纺织品进行阳离子改性，

对棉纺织品进行前处理，在水洗阶段加入5％-30％owf的助剂和0.1％-3.0％owf的烷基聚氧乙烯类非离子表面活性剂，在温度为30℃-50℃条件下循环运行5-15分钟，待升温至80℃-90℃时加入烧碱，使处理浴pH值达到10.5-11.5，再保温15-25分钟后进行冷水洗；

步骤2：对棉纺织品进行浸染染色，具体按照以下步骤实施：将阳离子改性后的棉纺织品置入染色设备，加入软水，使浴比为6∶1-50∶1，开启染色设备，使水循环；在循环条件下，用软水将适量棉用活性染料溶解，形成染浴；在30℃-50℃条件下循环5-10分钟；以0.5℃/分钟-2.0℃/分钟的升温速率将染浴升温至60℃-90℃，在保持染浴循环的条件下保温3-6分钟，加入25％-45％owf的无水硫酸钠，循环3-6分钟，再加入25％-45％owf的无水硫酸钠，在循环条件下保温15-30分钟，加入15％-25％owf的碳酸钠，保温40-70分钟，排放掉染液；

步骤3：对步骤2得到的染色后的棉纺织品进行皂洗和水洗，即完成棉纺织品的浸染染色。

本发明的有益效果是：

1.采用助剂进行棉纺织品的轧染和浸染，提高棉用活性染料对纯棉织物的上染百分率和固色百分率，解决了棉用活性染料因上染百分率低及水解率高而导致的固色率低的问题，并减少了废弃染料的排放量。染色后的棉纺织品各项色牢度及理化性能均可达到国家相关标准。

2.无需专门设置棉纺织品阳离子改性环节，实现了一步法轧染和无需专门增加阳离子改性预处理的浸染加工，使生产加工便捷经济。

3.采用上述染色助剂和染色方法，可以减少染料用量15％-35％，减少废弃染料排放15％-30％，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例3中利用助剂进行浸染染色前阳离子改性预处理的升温曲线，其中A为助剂和烷基聚氧乙烯类非离子表面活性剂，B为氢氧化钠；

图2是本发明实施例3中利用助剂进行浸染染色的升温曲线，其中A为活性染料，B为总量1/2的Na₂SO₄，C为总量1/2的Na₂SO₄，D为Na₂CO₃。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于棉纺织品染色的助剂，其分子式为：

本发明用于棉纺织品染色的助剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按照质量百分比，称取7.0％-8.0％的3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵，1.0％-2.0％的氢氧化钠，1.0％-4.0％的多元胺，3.0％-4.0％的三聚氯氰，0％-2.0％的苯胺，0.5％-1.0％的碳酸钠，11％-12％的去离子水a(室温)，4.0％-5.0％的去离子水b(室温)，65.5％-67.5％的去离子水c(1℃-2℃)，上述各组份的总量为100％，其中的多元胺选用乙二胺、二乙烯三胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺等中的一种。将碳酸钠溶于去离子水b，得到碳酸钠水溶液。

步骤2：在搅拌条件下，在反应釜中加入步骤1称取的去离子水a，将步骤1称取的3-氯-2-羟基丙级三甲基氯化铵和氢氧化钠加入反应釜，在室温下搅拌30分钟至60分钟。

步骤3：在搅拌条件下，在步骤2得到的混合溶液中加入步骤1称取的多元胺，升温至85℃-90℃反应3h-5h。

步骤4：在搅拌条件下，在步骤3得到的混合溶液中加入步骤1称取的去离子水c控制混合溶液温度在5℃以下，加入步骤1称取的三聚氯氰反应2h-4h，在反应过程中滴加步骤1得到的碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为4-6。

步骤5：在搅拌条件下，在步骤4得到的混合溶液中加入步骤1称取的苯胺，升温至35℃-45℃反应2h-3h，在反应过程中滴加步骤1得到的碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为4-6，反应结束后继续滴加碳酸钠水溶液，使得反应溶液的pH值为7，即得到本发明用于棉纺织品染色的助剂。

本发明利用上述助剂对棉纺织品进行染色的方法，分为轧染染色方法和浸染染色方法，

轧染染色方法具体按照以下步骤实施：

步骤1：配制染料溶液，采用软水将棉用活性染料溶解，得到浓度为0.001g/l-120g/l的染料溶液；配制染料浸轧液，将1.0-5.0g/l的助剂和0.3-1.5g/l的烷基聚氧乙烯类非离子表面活性剂加入得到的0.001-120g/l染料溶液中，搅拌均匀，得到染料浸轧液；配制固色液，将3.0-6.0g/l氢氧化钠、15-25g/l碳酸钠、150-250g/l氯化钠及2.0-5.0g/l防染盐S以软水溶解，得到固色液；

步骤2：轧染染色，轧染染色加工在普通轧染联合机上进行，具体按照以下与传统轧染工艺一致的步骤实施：浸轧染液(轧余率为60％-70％)，红外线预烘，热风烘燥箱烘干(99℃，1-1.5分钟)，烘筒烘干(烘筒内部蒸汽压力为0.2MPa，烘筒表面温度为110-115℃，烘干时间为3分钟)，浸轧固色液(轧余率为60％-70％)，汽蒸箱汽蒸(蒸汽温度为100-102℃，汽蒸时间为1.5-2min)，流动水洗，50℃水洗，50℃水洗，80℃水洗，皂蒸箱汽蒸(汽蒸箱内部温度为90℃)，90℃水洗，70-80℃水洗，40℃水洗，烘筒烘干，落布，即完成棉织物的轧染染色。

采用本发明染色助剂对纯棉织物进行轧染染色，可以通过染色助剂的作用使轧染浴中的染料产生聚集作用，形成极其细小且稳定分散的染料颗粒，由于染料颗粒的表面张力与棉纤维的表面张力接近，其较普通染料分子对棉纤维表面具有更为充分的吸附。在之后的预烘和烘干过程中，随着织物上水分的挥发，染料微悬浮体颗粒对纤维表面的吸附进一步加强。在后续的轧碱固色时，由于有相当数量的染料分子被“包埋”在染料颗粒之中，这些染料分子基本不与固色液中的碱剂接触。在之后的汽蒸初期，被“包埋”的染料分子与固色液中碱剂的接触仍然有限。随着织物体系温度的继续升高，染料颗粒在分子热运动作用下发生解体，所释放出的染料分子在无机盐的“盐析”作用及其与纤维固有引力作用下可就地进入纤维内部，在纤维内部发生扩散并通过与纤维大分子链中葡萄糖环上的伯羟基形成醚键而固着。基于上述轧染染色机理，活性染料在固色阶段的水解程度降低，染料固色率得以提高。

浸染染色方法具体按照以下步骤实施：

步骤1：对棉纺织品(纯棉纱或纯棉织物)进行阳离子改性

对棉纺织品进行前处理，在最后的水洗阶段加入助剂(5％-30％，owf)和烷基聚氧乙烯类非离子表面活性剂(0.1％-3.0％，owf)，在温度为30℃-50℃条件下循环运行5-15分钟，待升温至80-90℃时加入烧碱，使处理浴pH值达到10.5-11.5，再保温15-25分钟后进行冷水洗；owf指的是染料重量与面料重量的比。

步骤2：对棉纺织品进行浸染染色

将步骤1得到的阳离子改性后的棉纺织品置入染色设备，加入软水，使浴比为6∶1-50∶1，开启染色设备，使水循环；在循环条件下，用软水将适量棉用活性染料溶解，加入上述浴中，形成染浴；在30℃-50℃条件下循环5-10分钟；以0.5-2.0℃/分钟的升温速率将染浴升温至60℃-90℃，在保持染浴循环的条件下保温3-6分钟，加入25％-45％(owf)无水硫酸钠，循环3-6分钟，再加入25％-45％(owf)无水硫酸钠，在循环条件下保温15-30分钟，加入15％-25％(owf)碳酸钠，保温40-70分钟，排放掉染液；

步骤3：对步骤2得到的染色后的棉纺织品进行皂洗和水洗，即完成棉纺织品的浸染染色。

采用本发明染色助剂对棉纺织品进行的阳离子改性预处理实际上是在棉纺织品前处理工序中的最后一道高温水洗过程中完成的。利用该工序采用本发明染色助剂对棉纺织品进行预处理，并按照传统染色工艺对预处理后的棉纺织品进行浸染染色，并不增加棉纺织品的实际加工流程和工序。本发明染色助剂分子中含有丰富的羟基和氨基及阳离子基团，棉纤维经过其预处理后，提高了染色时活性染料对棉纤维的上染能力，在加碱固色前染料的上染百分率比传统工艺高10％-20％，这减少了固色阶段染料在染浴中的水解，提高了染料固色率，降低了废弃染料的排放，可产生显著的经济效益和社会效益。

实施例1

步骤1：将18.8公斤3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化胺和4公斤氢氧化钠溶解于30公斤去离子水中，在30℃条件下搅拌30分钟，之后加入3.05公斤乙二胺，在搅拌条件下将体系温度升至90℃，保温4小时；在上述体系中加入9.2公斤三聚氯氰，溶解之后再加入温度为1℃-2℃的177.75公斤冰水，使体系温度保持在5℃以下，随过程进行，缓缓加入碳酸钠水溶液(将2.25公斤碳酸钠溶解于12.75公斤去离子水中制成)7公斤，调节体系pH值至5.0左右；待体系的pH值基本恒定不变化时，加入4.7公斤的苯胺，使体系温度保持在40℃左右，随反应进行，缓缓加入8公斤上述碳酸钠水溶液，使体系pH值保持在5.0左右，待反应物的pH值基本恒定不变化时，整个合成反应结束，即制得染色助剂。

步骤2：按照表1和表2配制轧染浴和固色浴：

表1轧染浴的组成

表2固色浴的组成

在普通轧染联合机上分别采用上述两种轧染浴和固色浴对规格为14W纯棉灯芯绒织物进行轧染染色，具体染色工艺流程为：浸轧染液(轧余率为60％-70％)，红外线预烘，热风烘燥箱烘干(99℃，1-1.5分钟)，烘筒烘干(烘筒内部蒸汽压力为0.2MPa，烘筒表面温度为110-115℃，烘干时间为3分钟)，浸轧固色液(轧余率为60％-70％)，汽蒸箱汽蒸(蒸汽温度为100-102℃，汽蒸时间为1.5-2min)，流动水洗，50℃水洗，50℃水洗，80℃水洗，皂蒸箱汽蒸(汽蒸箱内部温度为90℃)，90℃水洗，70-80℃水洗，40℃水洗，烘筒烘干，落布，即完成棉纺织品的染色。

表3是分别采用传统轧染染色工艺和本发明轧染染色工艺染制的纯棉灯芯绒织物的色差测试结果。

表3色差测试结果

从表3可以看出，即使减少染料用量15％，采用本发明轧染染色工艺也能够染得色泽与采用传统轧染染色工艺一致的织物。

表4是分别采用传统轧染染色工艺和本发明轧染染色工艺染制的纯棉灯芯绒织物的色牢度及理化指标的测试结果。

表4被染织物样品色牢度及理化指标测试结果

从表4可以看出，采用两种轧染染色工艺所得织物的色牢度及理化指标基本一致。

实施例2

步骤1：将18.8公斤3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化胺和4公斤氢氧化钠溶解于30公斤去离子水中，在30℃条件下搅拌30分钟，之后加入3.05公斤乙二胺，在搅拌条件下将体系温度升至90℃，保温4小时；在上述体系中加入9.2公斤三聚氯氰，溶解之后再加入温度为1℃-2℃的177.75公斤冰水，使体系温度保持在5℃以下，随过程进行，缓缓加入碳酸钠水溶液(将2.25公斤碳酸钠溶解于12.75公斤去离子水中制成)7公斤，调节体系pH值至5.0左右；待体系的pH值基本恒定不变化时，加入4.7公斤的苯胺，使体系温度保持在40℃左右，随反应进行，缓缓加入8公斤上述碳酸钠水溶液，使体系pH值保持在5.0左右，待反应物的pH值基本恒定不变化时，整个合成反应结束，即制得染色助剂。

步骤2：按照表5和表6配制轧染浴和固色浴：

表5轧染浴的组成

表6固色浴的组成

在普通轧染联合机上分别采用上述两种轧染浴和固色浴对规格为21W纯棉灯芯绒织物进行轧染染色，具体染色工艺流程为：浸轧染液(轧余率为60％-70％)，红外线预烘，热风烘燥箱烘干(99℃，1-1.5分钟)，烘筒烘干(烘筒内部蒸汽压力为0.2MPa，烘筒表面温度为110-115℃，烘干时间为3分钟)，浸轧固色液(轧余率为60％-70％)，汽蒸箱汽蒸(蒸汽温度为100-102℃，汽蒸时间为1.5-2min)，流动水洗，50℃水洗，50℃水洗，80℃水洗，皂蒸箱汽蒸(汽蒸箱内部温度为90℃)，90℃水洗，70-80℃水洗，40℃水洗，烘筒烘干，落布，即完成棉纺织品的染色。

表7是分别采用传统轧染染色工艺和本发明轧染染色工艺染制的纯棉灯芯绒织物的色差测试结果。

表7色差测试结果

从表7可以看出，即使减少染料用量25％，采用本发明轧染染色工艺也能够染得色泽与采用传统轧染染色工艺一致的织物。

表8是分别采用传统轧染染色工艺和本发明轧染染色工艺染制的纯棉灯芯绒织物的色牢度及理化指标的测试结果。

表8被染织物样品色牢度及理化指标测试结果

从表8可以看出，采用两种轧染染色工艺所得织物的色牢度及理化指标基本一致。

实施例3

步骤1：按照如图2所示的曲线对纯棉筒子纱进行阳离子改性预处理：在100公斤纯棉筒子纱前处理的最后水洗阶段加入按照实施例1中步骤1合成的3％(owf)助剂，浴比为7∶1，起始温度为40℃，循环10分钟后，按2℃/分钟的速率使处理浴升温至85℃，加入氢氧化钠，使处理浴的pH值达到11，保温20分钟后排放掉处理液，结束预处理；

步骤2：按照如图3所示的曲线对按步骤1阳离子改性后的纯棉筒子纱进行浸染染色：染浴的浴比为7∶1，起始染色温度为40℃，在染浴中加入2％(owf)申新M系列棉用活性染料(为申新红M-2B、申新黄M-5R及申新蓝M-2GE的任何一种)，保温10分钟后加入25g/l的无水硫酸钠，保温10分钟后开始以1℃/分钟的速率使染浴升温至60℃，加入25g/l的无水硫酸钠，保温20分钟后加入20g/l的碳酸钠，保温30分钟，放掉残余染液，通过皂洗水洗结束染色。

表9为采用不同染色工艺所得到的样品的染料固色率及色泽深度(以K/S值表示)

表9不同染色工艺所得到的样品的染料固色率及样品K/S值

从表9可以看出，采用助剂对纯棉筒子纱进行阳离子改性处理后可以使在浸染染色过程中棉用活性染料的固色百分率有显著的提高，染品的色泽深度也有显著的提高。