双链小分子阳离子对活性染料在蚕丝上的促染

【摘要】蚕丝是一种天然蛋白质纤维,素有“纤维皇后”之称。长期以来,蚕丝主要用直接染料、酸性染料和中性染料进行染色,染料在蚕丝上的上染率较高,但染色蚕丝织物的摩擦牢度和皂洗牢度较低。活性染料也称为反应性染料,染料分子中具有活性基团,能与蚕丝纤维以共价键结合,活性染料染色的蚕丝织物拥有较高的摩擦牢度和皂洗牢度。但是,活性染料在蚕丝上的固色率较低,且染色过程中需要加入大量的中性盐进行促染,会产生大量高色度、高盐度的染色废水,废水处理负荷较大。为了提高活性染料染色蚕丝的固色率和降低中性盐的用量,本文设计并合成了双链小分子阳离子,并以双链小分子阳离子作为促染剂研究了活性染料对蚕丝的染色。具体研究内容包括设计并合成双链小分子阳离子辛基丁基二甲基溴化铵、辛基己基二甲基溴化铵及双辛基二甲基溴化铵,并利用’HNMR表征小分子阳离子的结构；以双链小分子阳离子作促染剂,研究了它们对六只活性染料在蚕丝上的促染效果及染色蚕丝的色牢度；以双链小分子阳离子作促染剂,分析了活性染料在蚕丝上的吸附速率曲线,利用准一级动力学方程、准二级动力学方程、Arrhenius公式及Eyring公式拟合相关数据分析活性染料上染蚕丝过程中的吸附动力学和热力学；利用紫外可见分光光度计、纳米粒度仪及微电泳仪分析双链小分子阳离子与活性染料、双链小分子阳离子与蚕丝蛋白之间的相互作用,探讨了双链小分子阳离子对活性染料的促染机理。研究结果表明：(1)设计并合成的三种双链小分子阳离子经过1HNMR表征,证实三种双链小分子阳离子的结构与理论设计的一致。(2)双链小分子阳离子对活性染料在蚕丝上的促染效果与双链小分子阳离子所具有的碳氢链长度有关。双链小分子阳离子中最长碳氢链均含8个碳原子的情况下,随着次长碳氢链所含碳原子数目的增加,促染剂对活性染料在蚕丝上的促染效果增强。(3)与传统硫酸钠促染相比,双链小分子阳离子浓度在3-6g/L时可以达到硫酸钠浓度60g/L的促染效果,促染剂用量降低了10-20倍。双链小分子阳离子浓度在2-6g/L时,多数活性染料在蚕丝上的上染率高达95%-99%,固色率高达90%-98%。双链小分子阳离子是一种高效促染剂。(4)双链小分子阳离子辛基丁基二甲基澳化铵、辛基己基二甲基溴化铵、双辛基二甲基溴化铵作促染剂,活性染料染色蚕丝的摩擦牢度与皂洗牢度均在4级甚至4-5级,与硫酸钠作促染剂染色蚕丝色牢度相当,达到≥4级的欧盟标准。(5)传统硫酸钠和双链小分子阳离子作促染剂,活性染料在蚕丝上的初始吸附速率均随着温度的提高而增加。相同温度条件下,双链小分子阳离子促染与硫酸促染相比,活性染料在蚕丝上的初始吸附速率更高,能够更早达到吸附平衡,且染料在蚕丝上的吸附平衡量更高。分次添加双链小分子阳离子可以降低染料在蚕丝上的吸附速率,实现匀染。(6)双链小分子阳离子和硫酸钠作促染剂,活性染料在蚕丝上的上染过程均符合准二级动力学方程。染料在上染蚕丝的吸附过程中,硫酸钠、辛基丁基二甲基溴化铵、辛基己基二甲基溴化铵、双辛基二甲基溴化铵的浓度分别为60g/L、1.8-2g/L、1.2-1.8g/L、0.6-1.2g/L时,三种双链小分子阳离子促染的吉布斯自由能低于硫酸钠促染,提高了活性染料的上染直接性。(7)双链小分子阳离子对活性染料在蚕丝上的促染机理：双链小分子阳离子能够部分中和染料分子的电荷,使染料分子发生一定程度的聚集,从而降低染料分子的水溶性,促进染料在蚕丝上的吸附；双链小分子阳离子能够有效中和蚕丝表面的羧基负电荷,提高蚕丝表面的zeta电位,降低蚕丝与活性染料之间的相互排斥,从而促进染料在蚕丝上的吸附；双链小分子阳离子浓度较高时,蚕丝表面大部分负电荷被中和,蚕丝的氨基阳离子使蚕丝表面的zeta电位变为正,有效吸附带负电荷的活性染料分子,实现双链小分子阳离子的高效促染。双链小分子阳离子对活性染料在蚕丝上的促染固色率高、用量低,能大幅度地降低染料废水的处理负荷,具有良好的应用前景。
【作者】陈程；
【导师】张光先；
【作者基本信息】西南大学，资源纤维学，2014，硕士
【关键词】双链小分子阳离子；蚕丝；活性染料；染色；

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