新型代用堿的制備及應(yīng)用性能研究

劉　群，宋欣榮，陳　偉，黃智群

(1. 湖南工程學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湘潭 411104； 2. 德永佳紡織制衣有限公司，東莞 523000)

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新型代用堿的制備及應(yīng)用性能研究

劉群1，2，宋欣榮1，陳偉2，黃智群2

(1. 湖南工程學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，湘潭 411104； 2. 德永佳紡織制衣有限公司，東莞 523000)

將自制的有機(jī)堿與碳酸鉀等制備了一種新型的代用堿，并將其用于棉織物在活性染料染色后的固色過程中，考察了染色、固色后棉織物的K/S值及耐摩擦牢度等性能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自制的新型代用堿能明顯提高染色棉織物的耐濕摩擦牢度值，其它性能均達(dá)到純堿和其他商品代用堿的固色性能；且不含Oeko-TexStandard100規(guī)定禁用的化學(xué)組分，具有使用方便，對環(huán)境友好等特點(diǎn).

代用堿；固色；活性染料；棉織物

活性染料是含有活性基團(tuán)的水溶性染料，是目前用于纖維素纖維染色最重要的一類染料，它能在堿性條件下與纖維素分子上的羥基發(fā)生共價(jià)交聯(lián)而達(dá)到固色的目的[1-2].傳統(tǒng)工藝中使用的固色堿劑主要有純堿、燒堿、磷酸三鈉、硅酸鈉等.實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)使用純堿具有對染色織物重現(xiàn)性好、染液的pH值穩(wěn)定等特性.但純堿使用過程中存在易產(chǎn)生粉塵、水溶性差、易結(jié)塊堵塞設(shè)備濾網(wǎng)等缺陷，科學(xué)家們著手研究用于活性染料固色的代用堿[3-4]，以其解決純堿等使用過程中存在的諸多缺陷.研究發(fā)現(xiàn)代用堿[5-10]可明顯地解決純堿在使用過程中存在的一些問題，對提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、減少廢水排放等具有良好的效果.一般來說，代用堿主要由供堿組份、緩沖劑組份和添加劑組份等組成.設(shè)計(jì)代用堿配方的首要原則是選擇合適的堿來獲得足夠高的總堿度，并保證特定的固色反應(yīng)所需的緩沖能力.但已有代用堿在使用過程中仍存在某些染料上染率欠穩(wěn)定、染色織物色光與純堿固色的織物色光有偏離等問題.針對上述問題，本文擬制備一種新型代用堿，測試其對染、固色棉織物的K/S值，耐摩擦牢度等性能的影響.

1　 試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料與儀器

織物：40s/1精棉雙面半漂布.

染料：活性藍(lán)SPR、活性深藍(lán)SGE、活性紅SPB.

藥品：有機(jī)堿(自制)，碳酸鉀、純堿、元明粉等為工業(yè)級，商品代用堿A、B.

儀器：HJ-4多頭磁力加熱攪拌器，PH1500精密顯酸度計(jì)，datacolorSPECTRUM測色配色儀，

Y571B耐摩擦色牢度儀，IR-24N紅外高溫染色機(jī).

1.2代用堿的制備方法

將自制有機(jī)堿與碳酸鉀、緩沖劑和添加劑等按一定比例加入到三頸瓶中，在室溫下攪拌1h，然后加水到一定濃度攪拌均勻、靜置，得到一種澄清液體混合物，即自制代用堿.

1.3染色試驗(yàn)方法

1.3.1染色方法

先將染料按需要濃度配制好，取計(jì)量好的染液、元明粉和堿劑加入到染液杯中，室溫下加入潤濕后的棉織物，攪拌升溫至60 ℃，染、固色60min后取出水洗；然后加入到皂液中并緩慢升溫到95 ℃，皂洗10min后取出水洗，以備其進(jìn)行相關(guān)性能測試.

1.3.2工藝配方

染料2%(owf)，元明粉50g/L，堿劑Xg/L，浴比1∶20.

1.4自制代用堿應(yīng)用效果測試方法

將染色、固色后的棉織物采用以下方法測試其K/S值和耐摩擦牢度值.

K/S值測試方法：織物的K/S值采用datacolorSPECTRUM測色配色儀進(jìn)行測試.

耐摩擦牢度的測試方法：參照GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》試驗(yàn)方法，在Y571B型摩擦牢度儀上進(jìn)行測試.

2　結(jié)果與討論

2.1不同組份用量對自制代用堿應(yīng)用性能的影響

為了獲得一種性能較優(yōu)的自制代用堿，我們分別考察了自制的有機(jī)堿與碳酸鉀、緩沖劑和添加劑用量對棉織物染色、固色性能的影響.

2.1.1有機(jī)堿用量對自制代用堿應(yīng)用性能的影響

有機(jī)堿的組份是自制代用堿能否應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的關(guān)鍵指標(biāo).在其它條件固定時(shí)，同時(shí)固定總堿量僅改變自制代用堿體系中有機(jī)堿與碳酸鉀用量的比例，考察了經(jīng)活性藍(lán)SPR染料染色、固色后棉織物的耐摩擦牢度及K/S值等，結(jié)果如表1所示.

表1　有機(jī)堿用量對染液總堿度和染、固色后棉織物性能的影響

由表1可知，在緩沖劑和其它添加劑組份保持不變時(shí)，隨著總堿量中有機(jī)堿組分占有量的增加，染液的總堿度、染色織物的K/S值和耐摩擦牢度值隨之提高；當(dāng)代用堿中碳酸鉀與有機(jī)堿的質(zhì)量比為20∶80時(shí)，其各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)達(dá)到較佳值，特別是耐濕摩擦牢度值達(dá)到4級；當(dāng)有機(jī)堿用量繼續(xù)增加時(shí)，染液的總堿度雖繼續(xù)增大，但染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明顯增加.這是因?yàn)樗苽涞挠袡C(jī)堿的堿性在理論上就明顯的強(qiáng)于無機(jī)堿，加上有機(jī)堿分子結(jié)構(gòu)的特殊性，能促使染料與纖維分子之間形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵或氫鍵，增強(qiáng)染料在纖維上的上染率，提高耐濕摩擦牢度值等，且分子中含有的鏈烷基具有改善棉織物手感的功能.因此隨著代用堿中有機(jī)堿占有量的增大而其溶液的總堿度增加，有利于活性染料中的連接基-NH-與纖維素分子中的羥基結(jié)合，使染、固色后棉織物的耐濕摩擦牢度值增加.綜合各項(xiàng)指標(biāo)，代用堿中選擇碳酸鉀與有機(jī)堿的質(zhì)量比為20∶80.

2.1.2緩沖劑用量對自制代用堿應(yīng)用性能的影響

一般認(rèn)為，緩沖能力是評價(jià)自制代用堿性能的一個(gè)重要指標(biāo).在其它條件固定時(shí)，改變自制代用堿中緩沖劑用量，考察了經(jīng)活性藍(lán)SPR染料染、固色后棉織物的耐摩擦牢度及K/S值等，結(jié)果如表2所示.

表2　緩沖劑用量對染液總堿度和染、固色后棉織物性能的影響

由表2結(jié)果可知，緩沖劑用量對染液總堿度影響不大；但染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值均隨緩沖劑用量的增加而增大，當(dāng)緩沖劑用量為15%時(shí)，染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值均達(dá)到較佳，當(dāng)緩沖劑用量繼續(xù)加大時(shí)，染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明顯增加.這是因?yàn)榫彌_劑的緩沖能力與緩沖劑的濃度有關(guān)，緩沖劑的濃度越大其緩沖能力相應(yīng)越強(qiáng)，當(dāng)緩沖劑的用量為15%時(shí)能滿足染料在此pH值范圍內(nèi)有效的上染到棉纖維上而染料不會(huì)發(fā)生水解現(xiàn)象.當(dāng)緩沖劑用量繼續(xù)增大時(shí)，染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明顯增加.因此，實(shí)驗(yàn)選擇自制代用堿中緩沖劑用量為15%.

2.1.3添加劑用量對自制代用堿應(yīng)用性能的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在自制代用堿中加入合適的添加劑能使其具有良好的滲透力、穩(wěn)定性等.在其它條件固定時(shí)，改變自制代用堿中添加劑用量，考察了經(jīng)活性藍(lán)SPR染料染、固色后棉織物的耐摩擦牢度及K/S值等，結(jié)果如表3所示.

表3　添加劑用量對染液總堿度和染、固色后棉織物性能的影響

由表3結(jié)果可知，添加劑用量對染液總堿度影響很?。蛔灾拼脡A中隨著添加劑用量的增加，染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值也略有增大；當(dāng)自制代用堿中添加劑用量為8%時(shí)，染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值均達(dá)到較佳值，當(dāng)添加劑用量繼續(xù)增大時(shí)，染色織物的K/S值、耐摩擦牢度值沒有明顯增加.這是因?yàn)樽灾拼脡A中的添加劑分子有利于染料在纖維分子中的滲透，增強(qiáng)染料在纖維上的上染率，使染色棉織物的耐摩擦牢度值升高.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)自制代用堿的配方為：碳酸鉀∶有機(jī)堿=20∶80，緩沖劑用量為15%，添加劑用量為8%時(shí)，自制代用堿溶液體系穩(wěn)定性好；并能使染色棉織物的K/S值、耐摩擦牢度值均達(dá)到較佳值.

2.2自制代用堿與商品代用堿及純堿的應(yīng)用效果比較

2.2.1不同堿劑的緩沖能力范圍

在總堿量相同條件下，測試了添加濃度為5g/L時(shí)的自制代用堿、商品代用堿A、B和20g/L純堿前、后階段和固色過程后階段的pH值，結(jié)果如表4所示.

表4　不同堿劑在染色、固色過程中三個(gè)階段的pH值

由表4結(jié)果可以看出，各種堿劑在pH2與pH3之間的差值約為0.05～0.09，波動(dòng)范圍很小，說明自制代用堿的緩沖性能完全達(dá)到了商品代用堿及純堿的要求，能滿足其對棉織物染、固色重現(xiàn)性的要求.

2.2.2不同堿劑對不同染料染色、固色后棉織物的K/S值、耐摩擦牢度等性能的影響

分別用自制代用堿，純堿和商品代用堿A、B作為固色堿劑，對使用三種不同活性染料染色后織物進(jìn)行K/S值、耐摩擦牢度等性能測試，結(jié)果如表5所示.

表5　不同堿劑、不同染料對染色、固色織物K/S值及耐摩擦牢度的影響

由表5可知，在相同條件下，經(jīng)不同染料染色、不同代用堿固色后棉織物的K/S值基本接近，棉織物的耐干摩擦牢度值基本相同，都達(dá)到了4-5級；而棉織物的耐濕摩擦牢度值則有差異，自制代用堿和純堿的耐濕摩擦牢度值接近，且自制代用堿用于活性深藍(lán)SGE、活性藍(lán)SPR染料染色、固色后棉織物的耐濕摩擦牢度值均達(dá)到4級，優(yōu)于商品代用堿A、B固色后棉織物的耐濕摩擦牢度值.由此結(jié)果說明，自制代用堿中的有機(jī)堿有利于活性染料中的活性基與纖維素分子中的羥基結(jié)合，使染、固色后棉織物的耐濕摩擦牢度值增加，導(dǎo)致自制代用堿的性能達(dá)到或優(yōu)于商品代用堿和純堿的固色性能.這是因?yàn)樗苽涞挠袡C(jī)堿分子結(jié)構(gòu)的特殊性，一是相同摩爾量的有機(jī)堿的堿性強(qiáng)于無機(jī)堿；二是有機(jī)堿分子在促進(jìn)染料與棉織物纖維分子之間成鍵時(shí)也附帶形成氫鍵，增強(qiáng)染料在纖維上的上染率；三是有機(jī)堿分子中含有大量的鏈烷基，當(dāng)其與棉織物結(jié)合時(shí)還具有改善棉織物手感的功能.因此，自制代用堿在使用時(shí)具有較好的社會(huì)和環(huán)境價(jià)值.

3　結(jié)　論

通過將有機(jī)堿、碳酸鉀、緩沖劑組份和添加劑等組分按一定比例制備了一種新型的自制代用堿，其中不含Oeko-TexStandard100規(guī)定禁用的化學(xué)組分，且使用方便，具有對環(huán)境友好性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明自制代用堿與商品代用堿A、B和純堿的緩沖能力相近，染液的總堿度相同；在相同條件下，經(jīng)不同染料染色、不同代用堿固色后棉織物的K/S值基本接近，棉織物的耐干摩擦牢度值基本相同，都達(dá)到了4-5級；而棉織物的耐濕摩擦牢度值則有差異，自制代用堿和純堿的耐濕摩擦牢度值接近，且自制代用堿用于活性深藍(lán)SGE、活性藍(lán)SPR染料染色、固色后棉織物的耐濕摩擦牢度值能達(dá)到4級，達(dá)到或優(yōu)于商品代用堿A、B及純堿的固色性能.

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PreparationandApplicationofaNewSubstitutionAlkali

LIUQun1,2,SONGXin-rong1,CHENWei2,HUANGZhi-qun2

(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，HunanInstituteofEngineering，Xiangtan411104,China;2.TexwincaTextile&GarmentCo.,Ltd.,Dongguan523000,China)

Anewsubstitutionalkaliispreparedbyhomemadeorganicalkaliandpotassiumcarbonateandisappliedinthefixationofreactivedyes.Resultsshowthatthenewsubstitutealkalicanobviouslyimprovewetrubbingfastnessofdyedcottonfabric.Comparedwithsodiumcarbonateandothercommercialperformanceofsubstitutionalkali,itnotonlycanachievebetterrubbingfastnesspropertiesbutalsohasthecharacteristicofhightheK/Svalue.Anditdoesn'tcontainprovisionsOeko-TesStandard100bannedchemicalcomponents,withthefeaturesofeasyuseandfriendlyenvironment.

substitutionalkali;fixation;reactivedyes;cottonfabric

2015-09-06

湖南工程學(xué)院紡織化學(xué)與染整工程重點(diǎn)學(xué)科資助.

劉群(1990- )，女，碩士研究生，研究方向：印染功能助劑的研究和應(yīng)用.

O622.6

A

1671-119X(2016)01-0058-04