前处理
阳离子固色剂PDMDAAC的合成及应用
网络
2012/12/4
浏览数:472 (统计时间:2018年5月起)

阳离子固色剂PDMDAAC的合成及应用

       阳离子固色剂PDMDAAC的合成及应用
                                       刘磊,陆必泰
                        (武汉纺织大学,湖北武汉430073)
    摘 要:合成了一种高效的阳离子固色剂,并进一步运用正交试验确定了该固色剂的最佳合成工艺。结果表明,固色剂PDMDAAC对织物湿摩擦牢度的提高明显优于 纯碱,而且在皂洗牢度和汗渍牢度上也有所提高。经过对织物固色后K/S值和色差值的分析,固色剂PDMDAAC对染物色光影响也很小。
    关键词:阳离子固色剂;合成;固色工艺;色牢度
    直 接染料和活性染料在棉布染色中占有很大的比重,但牢度不够理想,通常染后需经固色处理[1]。固色剂就是一种能改善和提高染色织物各项色牢度的助剂,是使 染料和纤维之间更有效固着的一类化合物。目前市场上销售和应用的固色剂可分为阳离子聚合物型固色剂、树脂型固色剂和交联反应型固色剂[2]。其中,阳离子 型固色剂能提高水溶性染料在纤维上的染色牢度,即利用固色剂分子中的季铵盐或叔胺盐等阳荷性基团与阴离子型染料结构中的阴离子基团以离子键结合,使染料与 固色剂形成不溶性的色淀在纤维上沉着,降低其水溶性而提高染物的皂洗和白布沾色牢度[3]。固色剂的阳离子性越强,其皂洗、白布沾色牢度越好。在诸多染料 中,活性染料为广泛使用的染料之一[4]。染色过程中,水洗时可能将未反应的染料完全洗净,使产品掉浮色而降低产品质量。尤其是在印染过程中,由于洗掉染 料多而污染素地或其他颜色部分,而造成印染物色彩不鲜艳,影响产品外观质量[5]。为了解决这些问题,大力开发高吸着率和高固着率、高牢度和低盐染色的新 型活性染料固然是最重要的途径,但还应同步发展新型活性染料用固色剂[6-10]。本文旨在合成的阳离子固色剂即属此类,这种新型固色剂应能固着未被洗除 的水解染料,减少浮色,不损害活性染料的鲜艳性,而且能经受洗涤、汗、氯、光等的单一作用和复合作用,有益于提高染色物的色牢度,并且符合生态纺织品加工 发展的趋势[11-12]。
    1·实验部分
    1.1实验试剂与材料
    二甲基二烯丙基氯化铵、亚甲基双丙烯酰胺、乙二胺四乙酸二钠、引发剂AIBI、引发剂AIBA、引发剂APS和氯化钠,均为武汉化学试剂厂提供,化学纯;碳酸钠,国药集团化学试剂有限公司提供,分析纯;活性炭、活性红K-2G、漂白丝光纯棉布,市售,工业品。
    1.2实验仪器
    电 热鼓风干燥箱,CS101-3E型,重庆四达试验设备有限公司;测色配色仪,SF-600plus,美国date color公司;染色摩擦牢度测试仪, 宁波纺织仪器厂;分析天平,AY220,Shimadzu;常温振荡染色机,Rapid;搅拌器,60 W,常州国华电器有限公司;可见分光光度 计,722 N,上海精科;水浴锅,单列两孔,北京科伟永兴仪器公司。
    1.3阳离子固色剂的合成
    1.3.1固色剂PDMDAAC的合成方案
    本实验选定二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBA)在引发剂作用下,聚合得到一种阳离子树脂型固色剂,命名为固色剂PDMDAAC。经对比实验及分析,得出如下合成工艺线路:
    (1)单体的精制
    在250 mL烧杯中依次加入150 g 60%的DMDAAC单体,3%(相对于单体质量)的活性炭,加热至60℃,搅拌0.5 h,抽滤,备用。
    (2)基本合成工艺
    在 带有搅拌器、温度计、滴液漏斗的100 mL三口烧瓶中添加30 g 60%的DMDAAC、9 g去离子水及0.6 mL 2%的亚甲基双丙烯酰胺(交 联剂)、0.6 mL 1%的EDTA二钠。升温至60℃,加入0.75 mL 5.4%的聚合引发剂过硫酸氨水溶液,控制搅拌速度,60℃保温聚合直至 达到规定的粘度。表1、表2分别为合成工艺的条件及其变量正交表。
            
    经成膜实验检测后得知:8号所得产物的成膜效果最好,最适宜做固色剂。故将8号合成实验工艺确定为固色剂PDMDAAC的最佳合成工艺。
    1.3.2固色剂PDMDAAC的合成
    (1)实验步骤
    ①安装实验装置,依次加入以下实验试剂,60%的DMDAAC 30 g,去离子水6 mL,2%的亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)0.6 mL及1%的EDTA二钠0.6 mL。
    ②升温至80℃,0.5 h内滴加5.4%的聚合引发剂APS水溶液0.8 mL,并控制搅拌速度。
    ③80℃保温聚合4.5 h。出料后,调节其含固量至30%左右。
    (2)产物性状
    固色剂PDMDAAC为无色透明粘稠液体,含固量在30%左右,可与水任意比例混合。
    1.4阳离子固色剂的应用
    1.4.1棉织物染色工艺处方
    为准确验证固色剂PDMDAAC对活性染料的固色效果,本实验所用染布均为市售纯棉漂白布在实验室染色得到。为提高染色效果,本实验采用高温型活性红K-2G。其染色具体工艺处方如表3所示。
            
    1.4.2 棉织物染色工艺在60℃入染,15 min后加入食盐,60℃续染15 min,升温至90℃后加入纯碱,在90℃固色30 min,染色完毕后降温冷 却,取出试样,用冷水洗、皂煮(皂片2 g/L,纯碱2 g/L,95℃,10 min,浴比1∶30)、水洗、烘干。
    1.5固色剂PDMDAAC的固色工艺
    确 定测试浸渍法固色最佳工艺时,优先测试固色温度和固色的pH值,2%(o.w.f)的染布固色剂用量为6%(o.w.f),时间为30 min;确定固色 温度和固色的pH值后,再设计实验测试最佳的固色剂用量和固色时间。测试浸轧法固色最佳工艺时,优先测试固色后焙烘的温度和焙烘的时间,pH值可先参照浸 渍固色最佳工艺,用量可先用浸渍固色最佳工艺十倍用量的固色剂,然后再测试浸轧固色最佳pH值和固色剂用量。试样固色处方,如表4所示。
            
    2·实验结果讨论与分析
    2.1吸尽率和固色率的测定
    (1)吸尽率的测定
    活性染料染色残液的最大吸收波长λmax及其在最大吸收波长处的吸光度A的测量结果,图1为活性染料染色残液吸光度与波长的关系曲线。
            
    由图1可知活性红K-2G的λm2=510 nm和λm3=515 nm,并记下在最大吸收波长处染色残液的吸光度,然后在最大吸收波长处测定其标准液的吸光度。所得结果如表5所示。
             
    (2)固色率的测定
    首先测出活性染料染色残液的最大吸收波长,在最大吸收波长处测定标准皂煮液的吸光度及染色织物水洗液和皂煮残液混合液的吸光度。测定结果如表6所示。
            
    (3)数据处理
    根据吸尽率和固色率的计算公式,可得如表7所示数据处理结果。
            
    图2为经固色剂PDMDAAC处理前后吸尽率与固色率的比较图。
           
    从 图2可以看出,在相同的染色条件下,两组对比试验的吸尽率相近,但二者的固色率相差较大。经固色剂PDMDAAC处理后的染色织物固色率有较大提高,色泽 较未经处理的鲜艳。在水洗和皂煮的过程中,经固色剂PDMDAAC处理过的试样水洗液和皂煮液中的染料浮色较少,这可能是由于该固色剂使染料与纤维在固色 过程中发生了交联作用,浮色得到降低,达到了固色作用。
    2.2干/湿摩擦牢度的测定
    本实验采用浸渍固色法对染后布样进行固色,然后用干/湿摩擦牢度测试仪来测定固色后试样的干/湿摩擦牢度。测定结果如表8所示。
            
    经固色剂PDMDAAC处理过的布样干/湿摩擦牢度都有一定的提高,尤其是湿摩擦牢度的提高较为明显。从湿摩擦牢度的提高效果来看,以二甲基二烯丙基氯化铵合成的固色剂PDM-DAAC的固色效果较好,在织物表面易覆盖成膜。
    2.3 K/S值的测定
    采用思维士电脑测色配色系统V.2000测试经浸渍固色法固色后所得布样的K/S值,其结果如表9所示。
            
    由表10可知,经固色剂PDMDAAC处理过的布样K/S值较大,布样得色较深。这一结果说明固色剂PDMDAAC具有较好的固色效果。
    3·结论
    (1) 固色剂PDMDAAC的合成工艺如下:依次向烧杯中加入60%的DMDAAC单体150 g,活性炭3%(相对于单体质量),共混加热至60℃,保温搅拌 0.5 h,后经抽滤得精致单体;然后依次向三口烧瓶中添加60%的DMDAAC30 g,去离子水6 mL,2%的亚甲基双丙烯酰胺(交联 剂)0.6 mL及1%的EDTA二钠0.6 mL。升温至80℃,采用半连续法滴加5.4%的聚合引发剂APS水溶液0.8 mL,0.5 h滴完;在 80℃条件下保温聚合4.5 h。出料后,调节其含固量在30%左右,即得固色剂PDMDAAC。
    (2)固色剂PDMDAAC具有较好的 干、湿摩擦牢度,干摩擦牢度一般有4~5级,湿摩擦牢度有3~4级或4级,相对未固色染物有一级甚至两级的提高;相对同类固色剂,对活性染料染物湿摩擦牢 度提高更明显,一般有半级或一级的提高。此外,对染物的K/S值也有一定的提高。
参考文献
[1]王春梅,胡啸林,李朝晖.反应性固色剂的研制及应用效果[J].纺织科技进展,2005(06):53-54.
[2]胡飞燕,吴东明,陈圣珍.活性染料用阳离子无醛固色剂的合成与应用[J].精细石油化工进展,2009(1):32-34.
[3]Blackburn R S,Burkinshaw S M,Collins G W.The application of 
cat-ionic fixing agents to cotton dyed with direct dyes under different
 pHconditions[J],J Soc Dyers Col,1998,114(11):317-320.
[4]袁慎峰,陈志荣.活性染料常用固色剂研究进展[J].纺织学报,2002(02):153-155.
[5]J J Lee,N K Han,W J Lee.One-bath dyeing of a polyester/
cottonblend with reactive dyes from 2-hydroxypyrid-6-one 
derivatives[J],Coloration Technology,2003,119(3):134-139.
[6]邢风兰,徐群,贾利华.印染助剂[M].北京:化学工业出版社,2002(8):10-12.
[7]余义开,张跃军.棉用聚合物型固色剂的研究进展[J].纺织学报,2010(11):140-150.
[8]杨静新,陈新华.聚阳离子无醛固色剂研制与应用[J].印染助剂,2009(03):23-26.
[9]高殿权.无醛固色剂及发展[J].纺织标准与质量,2003(1):40-40.
[10]谭佳,张婷,陈智晖,等.丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化钠共聚物的制备[J].精细石油化工进展,2005,6(9):50-52.
[11]马丹.无醛固色剂的合成及应用性能研究[D].湘潭大学,2010.
[12]杨华.无醛固色剂的开发与应用[J].精细化工原料及中间体,2007(06):15-18.