不對稱咪唑類離子液體對腈綸緩染性能的影響

盛杰偵， 閆 新， 秦俊霞， 曹機良

(1. 河南工程學院 紡織新產品開發(fā)河南省工程實驗室， 河南 鄭州 450007；2. 河南工程學院 材料與化學工程學院， 河南 鄭州 450007)

不對稱咪唑類離子液體對腈綸緩染性能的影響

盛杰偵1， 閆 新1， 秦俊霞2， 曹機良2

(1. 河南工程學院 紡織新產品開發(fā)河南省工程實驗室， 河南 鄭州 450007；2. 河南工程學院 材料與化學工程學院， 河南 鄭州 450007)

為開發(fā)腈綸染色用環(huán)保型緩染劑，采用3只咪唑類離子液體作為亞甲基藍上染腈綸纖維的緩染劑，并與常規(guī)緩染劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作比較，探究上述離子液體對亞甲基藍上染腈綸纖維的影響。通過對緩染劑用量、染色溫度和升溫上染曲線的研究，以及染色轉變溫度的比較，探究出不同結構離子液體的緩染性能規(guī)律。結果表明，不對稱烷基咪唑類離子液體對腈綸亞甲基藍染色具有一定的緩染作用，隨離子液體烷基碳鏈的增長，緩染作用不斷增加，離子液體對染料最終上染率有一定的影響，但影響程度與常規(guī)緩染劑CTAB相近，可作為腈綸染色時優(yōu)良的緩染劑。

腈綸織物; 離子液體; 緩染劑; 染色; 陽離子染料

腈綸蓬松性、彈性回復、保暖性優(yōu)良，染色織物色澤鮮艷，是一種較為常用的紡織原料[1-2]。由于普通腈綸第3單體帶負電性，通常用陽離子染料對其進行染色，染料和纖維之間主要以離子鍵結合。腈綸纖維染色時，染色溫度低于玻璃化溫度時染料基本不上染纖維，但當染色溫度超過玻璃化溫度，染料的上染對溫度很敏感，不易控制其染色均勻性[3-4]，且由于染料和纖維之間結合力較強，難以發(fā)生移染。為提高腈綸染色的均勻性，一般需要嚴格控制染色工藝條件，如控制升溫速度、調節(jié)染液pH值、加入緩染劑等[5-6]。在染色體系中加入緩染劑是較為常用的方法，腈綸染色用緩染劑有無機電解質類、陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑等，陽離子型表面活性劑是腈綸染色最為常用的緩染劑，其代表性品種是十二烷基二甲基芐基氯化銨(1227)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)[7]，但1227因含有苯扎氯銨而存在環(huán)保問題[8]，CTAB在使用過程中易產生魚腥味，因此開發(fā)新型的腈綸緩染劑成為當前研究的熱點之一[9-10]。

本文合成了3只不對稱結構的咪唑類離子液體，將其作為腈綸纖維染色緩染劑，研究不同烷基碳鏈長度的咪唑類離子液體對腈綸亞甲基藍染色的影響，并與常規(guī)的緩染劑CTAB做對比，以期為腈綸染色新型緩染劑的開發(fā)提供一定的借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

織物：腈綸標準貼襯織物(上海市紡織工業(yè)技術監(jiān)督所)。

化學品：亞甲基藍(生化試劑)，十六烷基三甲基溴化銨(分析純，CTAB)、溴代1-十四烷基-3-甲基(己基或癸基)咪唑類離子液體(1-14、6-14或10-14)，以上3只咪唑類離子液體均為自制，結構如圖1所示。

1.2 實驗方法

染色方法為：亞甲基藍1%(o.w.f)，加入適量緩染劑，pH=5，浴比1∶100，40 ℃入染，以1 ℃/min升溫至80 ℃，再以0.5 ℃/min升溫至98 ℃，保溫60 min，最后以3 ℃/min的速度降溫至60 ℃，取出織物，水洗，烘干，測定染色殘液的吸光度。

1.3 測試方法

上染百分率的測定：按上述不同染色工藝染色后將染色殘液在稀釋合適倍數后測定吸光度，由染色前染液的吸光度及殘液吸光度可計算出染料的上染百分率E，計算式為

式中，A0和A1分別為染色前后染液的吸光度。

2 結果與討論

2.1 離子液體濃度對腈綸染色性能的影響

圖2示出緩染劑CTAB、1-14、6-14、10-14濃度對腈綸亞甲基藍上染百分率的影響。由圖可知：不加緩染劑時，腈綸亞甲基藍染色的上染百分率達到98%以上；在較低的緩染劑濃度范圍內(0～0.2 mmol/L)隨著緩染劑用量的增加，亞甲基藍染色腈綸的上染百分率稍有降低；但緩染劑用量超過0.2 mmol/L后，隨著緩染劑用量的增加，腈綸的上染百分率顯著降低，當緩染劑用量達到0.6 mmol/L時，1-14作為緩染劑的上染百分率低于40%，其他3只緩染劑的上染百分率低于20%。這說明使用上述緩染劑時，需嚴格控制其用量，過量緩染劑的加入將大大降低染料的最終上染率。對比不同類型的緩染劑可看出，4只緩染劑的緩染能力的大小順序為10-14>CTAB>6-14>1-14，這與4只緩染劑的疏水性強弱和本身所帶正電荷的強弱有直接關系。對自制的3只緩染劑而言，隨著烷基碳鏈長度的增加，上染百分率下降得越多，這是因為隨著碳鏈長度的增加，離子液體疏水性增強，分子質量越大，表面活性越強，與腈綸纖維的結合力更強，最終被亞甲基藍取代也越困難，所以緩染能力越強。由此可見，4只緩染劑用量控制在0.2 mmol/L左右為宜。

2.2 溫度對腈綸染色性能的影響

圖3示出緩染劑濃度為0.2 mmol/L時，不同溫度條件下各緩染劑對腈綸亞甲基藍染色上染百分率的影響見圖3所示。由圖可知：不論加和不加緩染劑，隨染色溫度的升高，亞甲基藍染色腈綸的上染百分率均不斷增大；不加緩染劑時，在90 ℃的染色溫度條件下即可達到染色平衡，再升高染色溫度其上染百分率幾乎不再增加；加入緩染劑后，染料的上染百分率明顯降低，即使在高溫染色條件(95 ℃、98 ℃)下染料的上染百分率也會有所降低，但高溫條件下緩染劑對上染百分率的影響低于低溫染色條件。這是因為相對于低溫染色條件，高溫有利于吸附于纖維“染座”上的緩染劑被染料取代。再看不同緩染劑結構的影響，緩染劑對上染百分率的影響規(guī)律與2.1一致。由此可見，采用離子液體作為緩染劑時，應在95 ℃以上的高溫條件下進行染色。

2.3 腈綸的升溫上染速率特征曲線

2.3.1 緩染劑種類的影響

圖4示出在不同緩染劑作用下的亞甲基藍上染腈綸纖維的升溫上染速率曲線，其中染色時間40、50、60、70、80 min對應的溫度分別為80、85、90、95、100 ℃，80 min后的染色溫度均為100 ℃。

由圖可知，不加緩染劑時，染料的上染量隨時間延長不斷增加，當染色溫度升至95 ℃時，上染百分率達到60%以上，在100 ℃保溫染色20 min后即可達到染色平衡，說明不加緩染劑時，亞甲基藍上染腈綸纖維的速率非常快，在升溫上染階段，大部分染料已經上染纖維，易導致腈綸纖維的染色不勻。當在染色體系中加入0.2 mmol/L的緩染劑后，腈綸的初始染色速率明顯降低，升溫至95 ℃時，腈綸的上染百分率由59.91%降低至20.91%(CTAB)、34.14%(1-14)、23.47%(6-14)、9.21%(10-14)，在100 ℃保溫染色20 min后也達到了染色平衡。由此說明，緩染劑的加入大大降低了腈綸纖維亞甲基藍染色的初始染色速率，但并沒有降低染料達到染色平衡的時間。由圖還可看出，加入緩染劑后染料的最終上染率下降約10%，這與加入的緩染劑的量有直接的關系。與2.1和2.2的結構類似，隨著不對稱烷基碳鏈長度的增加，分子質量增加，初始染色速率的降低程度增加，緩染作用增強。

2.3.2 緩染劑濃度的影響

由2.3.1的結果可知，加入緩染劑后染料的最終上染百分率下降，故本文實驗探究了緩染劑10-14濃度對腈綸亞甲基藍升溫上染速率曲線的影響，其中染色時間40、50、60、70、80 min對應的溫度分別為80、85、90、95、100 ℃，80 min后的染色溫度均為100 ℃，結果如圖5所示。

由圖5可知，不同濃度的10-14離子液體作用于腈綸染色的緩染作用有所不同。通過與不加緩染劑時和加入常規(guī)的緩染劑CTAB時的升溫上染速率曲線比較，隨著離子液體10-14濃度的增加，染色速率不斷降低，染料上染百分率有所降低，緩染性增強，但當10-14濃度過大時，雖然緩染性較好，對最終上染百分率影響較大。0.2 mmol/L的緩染劑10-14相對于相同濃度CTAB具有更好的緩染性，且對上染百分率影響較小，但10-14濃度增加為0.3 mmol/L時，雖然起到緩染作用，但嚴重影響上染百分率，一般不宜采用。出現上述現象是由于緩染劑用量增加會使其吸附纖維“染座”的機會增加，從而起到較好的緩染作用，但當用量超過一定值時，造成過多緩染劑占據“染座”后，染料難以將緩染劑從“染座”上取代下來，使緩染劑永久占據“染座”，影響染料的最終上染量，所以實際過程中，緩染劑用量不宜過大。

2.3.3 染色轉變溫度

根據2.3.1和2.3.2的實驗數據，取上染百分率急劇增加的實驗點，通過線性擬合求得該時間對應的溫度即為染色轉變溫度(Td)[3]。

表1示出由上述方法得到的不同條件下亞甲基藍上染腈綸纖維的染色轉變溫度。由表可知，腈綸在不加緩染劑時的染色轉變溫度為84.3 ℃，加入各類緩染劑后，腈綸的染色轉變溫度會有所升高。在緩染劑濃度為0.2 mmol/L的條件下，常規(guī)緩染劑CTAB使溫度升高了6.8 ℃，不對稱烷基咪唑類離子液體作用也使染色轉變溫度有了一定的上升，隨著烷基碳鏈長度的增加，分子質量增加，染色轉變溫度上升程度不斷增加，其中1-14上升量(4.9 ℃)最少，其次為6-14(5.7 ℃)，10-14上升了12.5 ℃。

表1 腈綸的染色轉變溫度Tab.1 Dyeing transition temperature of acrylic

由表1還可看出，在相同的緩染劑作用下，隨著離子液體10-14濃度的增加，染色轉變溫度也不斷增加。染色轉變溫度一般比玻璃化溫度高10 ℃左右，只有染色溫度達到此轉變溫度，纖維分子才能劇烈運動，并產生瞬間空穴，染料才可擴散到纖維內部，從而完成對纖維的上染。所以染色轉變溫度越高，染料上染纖維越困難，染色速率就會越小，離子液體緩染劑正是通過提高染色轉變溫度來達到緩染的目的。在不同離子液體作用下，腈綸纖維染色轉變溫度不斷增加，使得染料不易上染纖維，染色速率下降，緩染性增加，所以可看到離子液體緩染性大小為10-14>6-14>1-14，即隨著烷基碳鏈長度增加，相對分子質量增大，緩染作用不斷增加。由表1還可知，離子液體10-14在一定濃度范圍內隨其濃度的增加，緩染性能也不斷提高，但緩染劑用量不宜過多，否則會影響染料的上染百分率。

3 結 論

1)不對稱烷基咪唑類離子液體n-14作為腈綸纖維染色用緩染劑，隨其烷基碳鏈長度n值增加，緩染作用增強，與常規(guī)緩染劑CTAB相比緩染作用強弱順序為10-14>CTAB>6-14>1-14。

2)3只離子液體1-14、6-14、10-14和常規(guī)緩染劑CTAB的濃度為0.2 mmol/L左右較為適宜，用量過高會影響染料最終上染百分率。

3)3只離子液體加入到腈綸亞甲基藍染色體系中，明顯提高了腈綸纖維的染色轉變溫度，降低了染料的初始染色速率。

FZXB

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2017年《山東紡織科技》征訂啟事

《山東紡織科技》是山東省紡織工業(yè)的綜合性科技期刊(國內統(tǒng)一刊號 CN37-1127/TS,國際標準刊號ISSN1009-3028)，大16開本、雙月刊、公開發(fā)行。主要刊登紡織、印染及相關專業(yè)的紡織新產品、新技術、新工藝、新設備的研究報告、學術論文、生產實踐及管理經驗等文章，并介紹國外紡織科技信息。主要欄目有經緯論壇、研究探討、產品開發(fā)、生產實踐、革新改造、儀器與檢測、服裝服飾、計算機應用、企業(yè)縱橫、綜述、科技博覽等。本刊已被《中國學術期刊(光盤版)》和《中國萬方數字化期刊群》數據庫收入，是《CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊。

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Influence of asymmetric imidazolium-based ionic liquids onretarding dyeing performance of acrylic fiber

SHENG Jiezhen1， YAN Xin1， QIN Junxia2， CAO Jiliang2

(1.HenanEngineeringLaboratoryofNewTextilesDevelopment,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China; 2.CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In order to development environment-friendly retarding agent for acrylic fiber dyeing, three imidazolium-based ionic liquids were used as retarding agent for methylene blue dyeing of acrylic fabrics. And the dyeing performance was compared with conventional retarding agent cetyltrimethy-lammonium bromide (CTAB). The retarding dyeing laws of were explored by dosage of retarding agent, dyeing temperature and dyeing rate curves. It was found that the retarding dyeing performance was increased with the increasing of alkyl carbon chain. The addition were decreased the final dyeing uptake of acrylic fabrics, but the same effect obtained by CTAB. Imidazolium-based ionic liquids imidazolium tased inonic liquids can be used as a excellent retarding agent for dyeing of acrylic fabrics.

acrylic fabric; ionic liquid; retarding agent; dyeing; cationic dye

2015-11-06

2016-06-20

河南省科技廳2012年科技攻關項目(122102210145)

盛杰偵(1968—)，女，副教授，碩士。研究方向為新型紡織材料。E-mail：sjzshy@163.com。

10.13475/j.fzxb.20151101805

TS 156

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