叔胺型催化劑在纖維素纖維低鹽低堿染色中的應(yīng)用

權(quán) 衡，劉俊琦，萬 龍，萬光鳳

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叔胺型催化劑在纖維素纖維低鹽低堿染色中的應(yīng)用

權(quán) 衡1,2，劉俊琦3，萬 龍2，萬光鳳2

（1. 陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710021；2. 高寶化工國際有限公司，廣東 東莞 523556；3. 武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430073）

以叔胺化合物為活性染料的固色催化劑，以達(dá)到活性染料對纖維素纖維的低鹽、低堿染色目的。研究催化劑的用量、催化劑對染料的改性工藝、染色工藝條件等因素對棉織物染色深度的影響。研究結(jié)果表明：叔胺型催化劑對活性染色具有較明顯的催化作用，催化劑對染料的改性工藝及其用量對織物的得色深度影響較大；催化染色能明顯降低染色用鹽、用堿量。染料經(jīng)7%（o.m.d.）的固色催化劑在50℃×20min的條件下改性后，可減少鹽、堿用量30%且染色織物的得色深度不降低。

叔胺；活性染料；催化固色；低鹽低堿

活性染料廣泛被應(yīng)用于棉織物染色中[1]。然而，為獲得較高的固色率，在其對棉織物染色的過程中需要使用大量的鹽堿，給環(huán)境帶來極大危害[2]。叔胺化合物是一類強(qiáng)親核性物質(zhì)，將其與均三嗪活性染料作用，可得到活性基團(tuán)被季銨化的活性染料，極大地提升了離去基的吸電子性。因此，改性后的染料可以在較弱的堿性環(huán)境中與纖維素羥基發(fā)生親核取代反應(yīng)[3,4]。

本文課題探索以叔胺化合物為活性染料的固色催化劑，以實現(xiàn)活性染料的低鹽、低堿和低溫染色，該技術(shù)具有顯著的低污染性且能耗明顯較小[5,6]。

1 實驗部分

1.1 試劑、織物及儀器

1.1.1 織物

純棉針織半漂布（羅紋）32S/1，15g×34”，186×44×29。

1.1.2 主要藥品

無水碳酸鈉、無水硫酸鈉均為化學(xué)純試劑，叔胺化合物為自制；染料為深藍(lán)色中溫型活性染料Deep Night S-R（工業(yè)品）。

1.1.3 主要儀器設(shè)備

Datecolor 400電腦測色配色儀、Y571N摩擦刷洗色牢度儀。

1.2 推薦染色工藝

表1 推薦染色處方

60℃恒溫染色，起染10分鐘后加1/2食鹽，10分鐘后再加入另外1/2食鹽；染色30分鐘后加堿，固色60分鐘；染色結(jié)束后進(jìn)行水洗、皂煮（皂片3g/L、純堿3g/L、95℃×15min、浴比1:50）、水洗、烘干。

圖1 推薦染色工藝曲線

1.3 測試方法

1.3.1 染色織物的得色深度

織物得色深度（K/S）值在電腦測色配色儀上測得，測試試樣折疊四層，測四個點并取其平均值。

1.3.2 染色牢度

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921-1997《紡織品皂洗色牢度測試方法》和GB3920-1997《紡織品耐摩擦色牢度測試方法》進(jìn)行。

1.3.3 染色勻染性

在染色織物上任選一點為標(biāo)準(zhǔn)點，在電腦測色配色儀上測其與任取的10個點之間的色差△Ei。采用如下公式計算樣本標(biāo)準(zhǔn)方差S，以此評價染色均勻性。

式中：S表示樣本標(biāo)準(zhǔn)方差。S值越小，表示織物勻染性越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化固色染色工藝條件的確定

以催化劑在全浴條件下對染料進(jìn)行預(yù)處理，處理溫度為40-60℃，處理時間5-30min；之后在減少鹽、堿推薦用量30%的條件下對棉織物進(jìn)行染色。

溫度對叔胺化合物與染料反應(yīng)的作用是多方面的，隨著染料改性溫度的上升，一方面叔胺化合物與染料反應(yīng)速度較快，在一定程度上提升叔胺化合物對活性染料的改性效率；但另一方面，也可能使得太多的活性染料的結(jié)構(gòu)變得較大或染料上不止一個的離去基被季銨化，反而不利于其對纖維的擴(kuò)散和吸附。

當(dāng)然，不容忽視的是：由于改性后的活性染料具有明顯較高的化學(xué)活性，在較高溫度下，染料水解嚴(yán)重，也會導(dǎo)致上染率降低。這一猜測能夠從圖2中的數(shù)據(jù)變化得到驗證，即：隨叔胺化合物對活性染料改性時間的延長和改性溫度的提高，紡織品得色深度均呈現(xiàn)先增后降的趨勢。

圖2 染料預(yù)處理條件對染織物得色深度的影響

對比圖2中低鹽低堿條件下的染色效果，我們選擇叔胺化合物預(yù)處理染料的工藝為如圖3所示：即，叔胺化合物于50℃下對活性染料預(yù)處理20min。

圖3 催化固色染色工藝曲線

2.2 叔胺催化劑用量的確定

由圖4可以看出：與推薦的染色工藝相比，在催化固色染色工藝中盡管減少了30%的鹽、堿使用量，但其染色深度卻明顯較高，且織物的得色深度表現(xiàn)為隨催化劑用量的提高而先升后降的趨勢，當(dāng)催化劑用量為7%（）時，織物的得色深度最高。

圖4 固色催化劑用量對織物得色的影響

對這一現(xiàn)象的解釋同樣是基于染料的固色和水解，固色催化劑在染液中的濃度越高，固色反應(yīng)和水解反應(yīng)的速率同時顯著增加，尤其是叔胺類催化劑用量較大時，染料的水解反應(yīng)將占據(jù)優(yōu)勢，使其固色率下降。

以上研究結(jié)果表明：活性染料的固色催化染色技術(shù)若不配以溫度、鹽堿量及其加入方式等染色工藝的調(diào)整，染料的水解反應(yīng)將更加難以控制。

2.3 活性染料低鹽染色工藝溫度的確定

理論上，當(dāng)活性染料的活性較高時其染色溫度理應(yīng)較低，以抑制其水解反應(yīng)。為此，在催化染色工藝減少鹽、堿用量30%的前提下，我們研究了不同染色溫度下織物的得色深度及其變化規(guī)律。

對于叔胺活化改性的活性染料，升溫一方面加快了染料對織物的擴(kuò)散能力和固色速率，但也會導(dǎo)致染料對纖維的直接性降低。同時，隨染色溫度的升高，染料水解速率的提高也將會明顯高于其固色速率的增加。由于催化后的活性染料活性很高，染色溫度過高，染料水解嚴(yán)重，導(dǎo)致上染率降低。因此，隨著染色溫度的提高，織物得色深度呈現(xiàn)先增后降的趨勢（圖5）。很明顯，50℃條件下預(yù)處理染色效果明顯較好。

圖5 染色溫度對織物得色的影響

綜合以上結(jié)論，我們把催化染色工藝曲線優(yōu)化為圖6所示：

圖6 催化固色染色工藝曲線優(yōu)化

2.4 催化固色染色工藝與推薦染色工藝對比

表2 標(biāo)準(zhǔn)工藝與催化工藝染色效果對比

從表2可以看出，在低鹽低堿染色環(huán)境下，催化固色染色技術(shù)染得的樣品具有與傳統(tǒng)染色技術(shù)相同的染色效果，織物的得色深度甚至稍有提高。

3 結(jié) 論

（1）隨著叔胺化合物對活性染料改性時間的延長和改性溫度的提高，染色紡織品得色深度均呈現(xiàn)先增后降的趨勢。

（2）活性染料催化固色染色工藝在減少30%的鹽、堿用量后，其染色深度依然明顯較高，且織物的得色深度表現(xiàn)為隨催化劑用量的提高而先升后降的趨勢。

（3）以7%（）的叔胺化合物在50℃下對活性染料改性20min，織物得色最深；在最佳催化染色工藝下，鹽、堿用量為0.7倍標(biāo)準(zhǔn)鹽、堿量時，織物染色深度高于傳統(tǒng)推薦工藝染色。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李紅霞，吳贊敏．提高活性染料濕摩擦牢度的新探討[J]．針織業(yè)，2005，(6)：37-39．

[2] 邵夏蘭．棉纖維活性染色中無機(jī)鹽代用品研究[D]．上海：東華大學(xué)，2012．

[3] 章杰．纖維素纖維用活性染料技術(shù)進(jìn)展(續(xù))[J]．染料與染色，2007，44(5)：1-5．

[4] 沈志平．纖維素纖維活性染料低鹽染色工藝[D]．上海：東華大學(xué)，2004．

[5] 張永金，張波蘭．棉纖維活性染料無鹽染色理論研究進(jìn)展[J]．印染，2001，27(8)：47-49．

[6] 宋心遠(yuǎn)，沈煜如．活性染料染色的理論和實踐[M]．紡織工業(yè)出版社，北京：1991．

Application of Tertiary Amine to the Low-salt & Low-soda Dyeing Process of Reactive Dyes for Cellulose Fiber

QUANHeng1,2, LIU Jun-qi3, WAN Long2, WAN Guang-feng2

(1. School of Resource and Environment, Shaanxi University of Science and Technology, XiAn Shanxi 710021, China; 2. Global Chemicals International Ltd, DongguanGuangdong 523556, China;3. College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

A tertiary amine compound is employed as fixation catalyst of reactive dyes for the low-salt & low-soda dyeing purpose of cellulose fiber. The effects that the processing factors on the depth of dyed fabric are studied, which include the dosage of catalyst, the catalytic modification conditions and dyeing process. The research results show that tertiary amine catalyst has obvious catalytic effects for reactive dyeing. Catalytic modification process and the dosage have significant influences on the depth of dyed fabric. Fixation catalyst dyeing can reduce the dosage of salt and soda by 30% when reactive dyes are modified under the conditions of 50℃×20min with 7% (o.m.d) catalyst, and the depth of the dyed fabric will not be reduced.

Tertiary amine; reactive dyes; catalytic fixation; low-salt & low-soda

TS193.632

A

2095－414X(2015)03－0001－04

權(quán)衡（1971-），男，教授，博士后，研究方向：紡織品染整新技術(shù)及紡織品印染理論與工藝.