硕士学位论文-涤棉织物的分散染料微胶囊-活性染料一浴法染色工艺初探.pdf

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常规涤棉混纺织物分散 活性染色的主要工艺是分散 活性两浴法和 分散 活性一浴两步法染色以及分散 活性一浴一步法染色工艺,这些 工艺染色耗时较长,造成生产效率低,水 、电、汽消耗大,且需要还 原清洗,更为关键的是还原清洗会伤及活性染料,而且大量助剂的使 用,使得染色废水色度值高,污水处理困难 。 将纯分散染料微胶囊化,开发涤纶的高温高压无助剂染色技术 。 利用其优 良的缓释功能,对染色速度控制,达到匀染的目的利用其 隔离功能,防止染料对纤维的沾染而形成斑渍 。 微胶囊的有效隔离性 能和控制释放性能,替代了分散染料染色中必不可少的匀染剂和分散 剂,不仅省去了助剂,更重要的还是从根本上消除了由于助剂而带来 的色度污染以及、负荷,使染色废水中仅含有微胶囊,只要 简单过滤就可以回收再利用 。 文中采用原位聚合法对分散染料进行双层造壁,通过改变系统调 节剂的用量和乳化时间,制备不同粒径的分散染料微胶囊用激 光粒度仪测试微胶囊粒径大小及分布 通过扫描电镜来观测其表面形 缈黑 煮 缭 态用红外线高温高压染色机对涤纶进行高温高压染色通过测色配 色仪 、 皂洗牢度机 、 耐磨擦牢度测试仪测试不同条件制备的分散染料 微胶囊对涤纶的染色效果 并选择效果较好的分散染料微胶囊进行涤 棉的分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色工艺的探索 。结果表明 用量占分散染料的质量百分含量一制备的分散染料微胶 囊易抽滤,烘干后呈粉末状,粒径平均值和中值在一 林 范围内, 粒径分布受乳化时间影响较小 。其中用量为,乳化制 备的分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色效果较好 。 此外,文中结合现行涤棉织物染色工艺分散 活性染料一浴法浸 染染色工艺与分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色工艺的 优点,将分散染料微胶囊与雅格素活性染料配合使用,通过改变 浴比、染色温度 、保温时间等工艺参数,研究分散染料微胶囊 活性 染料涤棉织物的一浴法染色新工艺,并得出最佳染色工艺条件 。 结果 表明 新型一浴法染色工艺在浴 比为时,染色织物值较大, 且匀染性 良好染色升温曲线于 时适当保温,并降低升温速度, 以控制活性染料的上染速率,实现均匀上染于 时保温 后,隔离分散染料微胶囊续染,即可获得高品质色牢度的染色 织物 。 最后,文中对新型涤棉一浴法染色工艺与常规一浴法染色工艺进 行比较,结果表明新工艺在无需使用分散剂和匀染剂,并且在免除 还原清洗的前提下,比常规使用还原清洗工序的染色织物得色更深 干 湿摩擦牢度及 下的沾色牢度和变褪色级别更高,且牢度在 缈 然 嘿 夕 级以上过滤掉微胶囊后染色残液的色度值明显减小,吸光度值只有 常规一浴法的一半 。 文中所探索的新型涤棉分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色工 艺可在不需增添专用设备且保证产品质量的前提下,大大降低涤棉混 纺织物的染色难度和成本,且节水 、 节能在染色废水处理方面,可 从源头上基本控制大量染色废水的产生 。 关键词分散染料微胶囊,制备,活性染料,涤棉,一浴法,染色 工艺 缈 弟 寻大晋 摘要 万 , 一,一一一一一一 , , 一 缈黔 嘿 覃 摘要 一 即, , , ,一 勿一 , 林, 舔 单 寻大誉 摘要 , 了 一办 , 一 , , , , , , , 缈 单 手天普 摘要 ,住 勿一 , 厄 、 乞 , , 目录 第一章 前言 涤棉织物的染色工艺简介 涤棉织物染色工艺现状 传统涤棉织物染色工艺 现行涤棉织物染色工艺 传统与现行涤棉织物染色工艺存在的问题 微胶囊概述 、 微胶囊技术简介 使用微胶囊技术的目的 , 微胶囊按用途分类 微胶囊化方法 化学法 物理化学法 , 物理法 微胶囊在纺织上的应用, 微胶囊在纺织品印花工艺中的应用, 微胶囊在纺织品染色中的应用 染料微胶囊概况 , 染料微胶囊简介 、 染料微胶囊的特点 染料微胶囊的制备方法 分散染料微胶囊的应用 分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色 分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色效果 本论文的设计思路 、研究 目的和主要研究内容 本论文的设计思路及研究 目的 本论文的主要研究内容 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 弓言 理论部分, 分散染料微胶囊的制备方法及系统调节剂的作用 原位聚合法制备分散染料微胶囊 系统调节剂的作用机理 巧 染料微胶囊造壁机理 染料微胶囊成囊过程 实验部分 实验仪器及药品 实验仪器 , 实验药品 织物 实验 内容及步骤 分散染料微胶囊的制备 ,分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色 测试方法, 分散染料微胶囊粒径的测定 扫描电子显微镜观测染料微胶囊的表面形态 、 玲值的测定 色牢度测定, 结果与讨论 , 分散染料微胶囊的制备 分散染料微胶囊的粒径分布 分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色 扫描电镜观测分散染料微胶囊的表面形态 结论 , 第三章 分散染料微胶囊 活性染料涤棉一浴法染色工艺初探 引言 理论部分 分散 活性染料一浴法染色的影响因素 涤棉的分散 活性染料一浴法对染料和助剂的要求 对分散染料的要求 对活性染料的要求 对染色助剂的要求 分散染料微胶囊的选择 犯 分散染料微胶囊的染色机理 犯 分散染料微胶囊的染色优点及其在一浴法中的适应性 活性染料的选择 实验部分 实验仪器及药品 实验仪器 实验药品 织物 实验内容及步骤 染色升温 曲线及配方 净洗配方 , 测试方法 ,幻值的测定 , 色牢度测定 染色残液色度及其染料含量的测定 结果与讨论, 分散染料微胶囊高温高压染涤纶的常规与改进工艺比较 分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色条件对染色效果的影响 浴 比对染色织物 玲值和染色残液中染料含量的影响 温度对染色效果的影响, 保温时间对染色效果的影响, 皂洗温度对色牢度的影响 涤棉分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色工艺的确定 涤棉混纺织物染色工艺对比 不同涤棉混纺织物染色工艺对比及优缺点 新型分散染料微胶囊 活性染料与常规分散 活性一浴法染色 比较 不同工艺的净洗工序比较 结论 第四章 结论与展望, 结论 展望, 参考文献 弟 寻 天 誉 第一章 前言 第一章 前言 涤棉织物的染色工艺简介 涤棉织物染色工艺现状 涤棉混纺织物既具有纤维素纤维吸湿透气的功能,同时又具有聚醋纤维 良好 的保型性和染色牢度,所以深受广大消费者的青睐,在各类服装面料中占有重要 地位 。 涤纶一般采用分散染料染色,而棉纤维可以用活性染料 、 直接染料 、 还原 染料染色,因此,涤棉混纺织物的染色一般采用分散 活性染料 、 分散 直接染料 、 分散 还原染料等染色工艺 。为了使成品具有较好的染色牢度 、染色鲜艳度以及 较简单的染色工艺,通常采用分散 活性染料对涤棉织物进行染色,川。 现存的涤棉混纺织物分散 活性染色的主要工艺是分散 活性两浴法,它采用 分散染料在高温高压条件下染聚醋纤维,经过中间还原清洗后交染活性染料 。 此 工艺的优点在于两种染料均能在最佳条件下染色,因而可获得各 自最高的固色率 和牢度水平 。 而且由于活性染料是在分散染料后,不用担心分散染料高温弱酸性 染色条件对活性染料断键牢度的影响 。 这种工艺有充分选择分散染料和活性染料 的余地,最后的染色效果可由活性染料来调节们 。 长期以来,国内外涤棉针织物 主要采取这种两浴染色法,即先染涤,再套染棉 。由于湿加工时间长,易使布面 起毛和影响织物的手感,使产品质量和企业经济效益下降 。 八十年代后,随着人们对能源问题和环保问题的日益重视,对涤棉混纺织物 分散 活性染料染色工艺的简化成了染整工作者的一个重要课题 。开发低污染 、 节能 、低耗 、省水 、省时的涤棉织物分散 活性染料一浴法浸染染色工艺,一直 是印染工作者努力的方向。 过去,由于受染料 、 助剂局限性的影响,该工艺的开 发一直没有进展 。 近年来,由于精细化工技术的发展,染料 、 助剂稳定性的提高, 使一浴法工艺的开发成为可能 。采用分散 活性染料一步法染色,具有缩短染色 周期 、降低耗能 、节水等优点卜 。但在分散 活性染料一步法染色过程 中,仍然 需要使用大量染色助剂来配合染色,这样就会排放大量染色废水,给环境保护增 加负担 。 然 嫉 萝 第一章 前言 因此,如何在保证产品 降低成本,提高染料利用率 决的问题 。 履丽薪几 能 缩 短 产 品 彻 工 时 间,并 能 明 显 ,使其成为环境友好型工艺是我们面前的一个急需解 传统涤棉织物染色工艺 国 内 外 传 统 的 涤 棉 织 物 浸 染 工 艺 一 般 “ 分 散 活 性 二 浴 法,即 先 些,患 色 染 棉 。 此 工 艺 的 优 点 在 于 两 种 染 料 均 能 在 最 佳 条 件 下 染 色,甲 而 可 获 得 贡 里 景 星 的 固 色 率 和 牢 度 水 平 。 而 且 由 于 活 性 染 料 是 在 分 散 染 料 后,不 用 担 空 书 罄 李 望 温弱酸性染色条件对活性染料断键牢度的影响 。 这种工艺有充分选择分散染料和 活性染料的余地,最后的染色效果可由活性染料来调节 。 但是,二浴法工艺的缺 点是整个湿加工过程耗时较长 。 而且一般情况下只有等分散染料将涤纶组分染色 完毕取样看是否合色,再调整确定活性染料染色的处方 。图 一就是传统二冶估 二浴二段,一染色工艺曲线司 的 减 枷 文 物 叻 ,加 的枷 件 加,。 加 。 洗净 唯,牙 麟确渊抖 片 保 喊 性 粉 分公皿沐潇料冰自 分胜匀染俐汽 图 一 传统涤棉二浴法染色工艺曲线 这种二浴染色法,整个染色工艺时间要达到多个小时,生产效率低,水 、 为了缩短染色工艺流程,降低染色成本,减轻染色废水处理的困难,几十年 来染色工作者一直致力于涤棉混纺织物分散染料一浴法染色的研究 。 初期,人们 试图利用苯甲酸醉等酞化试剂对天然纤维改性,使其成为分散染料可染纤维,然 而这种改性方法处理条件苛刻,污染严重,改性后天然纤维易丧失 自身的优 良特 缈然 嘿 夕 第一章 前言 性 。 使用分散 、 活性染料或某些新型偶氮型分散染料染涤棉混纺织物效果虽然好, 但存在着色谱不全或成本较高等缺点 。 现行涤棉织物染色工艺,一, 为了简化传统的涤棉染色工艺,八十年代以后,人们先后开发了分散 活性 一浴两步法染色,分散 活性一浴一步法染色新工艺 。现行国内外涤棉织物染色 工艺是分散 活性染料一浴法浸染染色工艺,新工艺突破常规的涤棉两浴染色方 法,使分散 、 活性染料染色一浴一步完成 。 缩短了染色周期,设备利用率及工人 生产效率也得到了提高 。 这种新工艺与传统工艺相比,新工艺缩短了染色周期,降低了耗能,节省 了水资源,提高了设备利用率及工人生产效率 。 大生产结果证明,分散活性同 浴染色工艺不仅节约时间,而且色光比二浴法稳定,缸差较小一 级,减 少了以往因色差而返修的次数 。 现行涤棉织物分散 活性染料一浴两步法染色工艺曲线如图 一所示 加 月 么 的减 七 八 加 ,。个。 哗 冲 尸件 今 鬓“ ” 一净洗 匆朋一 训 为 耐 了了 知水洗 刁伪曲 下 呀 活性匀染书叫 分旅经料冰曲分依匀典舰旅 图 一 现行涤棉分散 活性染料一浴两步法染色工艺曲线 传统与现行涤棉织物染色工艺存在的问题 涤棉织物的染色工艺从传统的二浴法发展到现行的分散 活性染料一浴法, 不论在生产工序,还是在产品质量方面都有了重大突破,但是仍然存在一些问题 亚待解决 。 传统的二浴染色法整个染色工艺时间要达到多个小时,生产效率低,水 、 电、 汽消耗大,污水排放量大 。 而且由于湿加工时间长,易使布面起毛和影响织 黔 热 梦 第一章 前言 物的手感,使产品质量和企业经济效益下降,一,。 而现行的分散活性染料一浴法染色,虽然缩短了染色周期,降低了耗能, 节约了水资源,提高了设备利用率及工人生产效率 。 但由于活性染料和分散染料 的染色性能差异很大,分散 活性一浴法染色仍然存在一些问题 。 因为分散 活性 一浴染色过程中,主要是通过加入大量电解质和提高染色温度来使得活性染料在 弱碱性或近中性浴中有足够的固色速率和固色率,而电解质的加入对分散染料染 色非常不利,不仅会降低它的分散稳定性,还会降低它的固色率和移染性以及匀 染性,增加它对纤维素纤维的吸附沉积,降低染色牢度,一“,。因为,对大多数分 散染料来说,电解质在溶液中产生电荷屏蔽效应,降低了分散染料晶粒间的负电 荷斥力分散剂一般为阴离子型化合物,吸附在分散染料晶粒表面使晶粒具有负 电荷,同时也降低了分散剂的水化能力,使晶粒外水化层减薄,分散染料晶粒 容易产生聚集,甚至发生沉淀,故固色率降低,匀染性也变差 。 在有电解质和棉 纤维存在时,大部分分散染料在上染聚酷纤维之前都已从溶液中吸附沉积在棉纤 维上,染液中的染料实际上已很少,这和纯聚酷纤维在少量电解质存在时染色不 一样,后者分散染料主要分散在染液中,只是当温度高于时迅速溶解并上 染到聚醋纤维上 。 当有电解质和棉纤维存在时,分散染料大量吸附沉淀在纤维表 面,移染性较差 。 一浴法染色中大量电解质的加入不仅对分散染料染色不利,而 且会产生大量染色废水,给环境保护增加负担,漆 。 微胶囊概述 微胶囊技术简介 六十年前微胶囊 已经作为一门技术发展起来 。 微胶囊 技术是微观概念上的一种包囊技术,即是一种用成膜材料把固体或液体包覆使之 形成微小粒子的技术,得到的微小粒子叫做微胶囊,一般粒子在微米或毫米范围 。 形成微胶囊时,囊心被包覆而与外界隔离,就可以使它的性能受到保护,免 受外界湿度 、氧气 、紫外线等因素的影响 。如果选用的壁材对芯材具有半透性, 则囊心可以通过溶解 、 渗透 、 扩散等过程,透过膜壁释放出来 。 用原位聚合法进 行胶囊化,就是把单体与引发剂全部加入在分散相或连续相中。 由于单体在某一 相中是可溶的,而生成的聚合物在整个体系中是不可溶的 。 所 以聚合物一旦生成 草 季 大 誉 加峭 翻胜 口,粗肥红竹 第一章 前言 就会沉积在芯材液滴表面,使聚合反应主要在界面上进行,形成聚合物壁膜 。由 于交链及聚合的不断进行,最终形成有足够强度的固体胶囊外壳 。 近年来,微胶囊技术越来越受到人们的重视,并很快地深入到人们生活的各 个领域,如医学 、 农业 、 化妆品、 造纸 、 食品、 纺织等行业 。 将微胶囊用于纺织 方面,在年代中期日本首次尝试,欧美的各种专利也不断地出现,我国尚处于 开发初期阶段。年,美国公司成功地采用微胶囊技术研制了无碳复写 纸 也称纸或压敏复写纸,将压敏染料包覆成微胶囊,使世界上在使用有碳 复写纸方面发生了根本性的变化 。化学公司开发出的微胶囊化染料,应 用于聚酷 、 涤棉 、 睛纶 、 聚酞胺和羊毛,得到多色效应 。日本林化学工业公司将 反应性染料以水为溶剂进行胶囊化,制得一 型微胶囊染料洲。 但是仅仅是近 年来才应用于纺织品斑点染色 、 斑点印花和功能后整理上,最近几年才见有微 胶囊用于匀染染色报道 。 可见微胶囊技术,已经得到较为广泛的实际应用并展现 出良好的发展前景 。 使用微胶囊技术的目的 保护 目的物组分免受气候和环境的影响和外界的损坏,以延长储存期 保护微胶囊周围环境免受 目的物组分的影响 将液态 或者气态 目的物组分转变为干燥的 “ 固态 ” 体系 分隔不相容的两种组分 掩盖 目的物组分的不 良性质,如掩盖气味等 对活性成分进行控制释放,用以推迟释放时间,或长时间持续释放而达 到 “ 长效 ” 减少有毒物质对环境污染 微胶囊按用途分类, 压敏型微胶囊 此种微胶囊包裹了一些待反应的芯材物质,当压力作用于微胶囊超过一定极 限后,胶囊破裂而流出芯材物质 。 由于环境的变化,芯材物质产生化学反应而显出 颜色或者发生别的现象 。 缓释型微胶囊 该微胶囊的壁相当于一个半透膜,在一定的条件下可允许芯材物质透过,以 弟 寻 天 普 第一章 前言 延长芯材物质的作用时间 。 根据壁材的来源不同,可分为天然高分子材料 明胶和 阿拉伯胶等 及合成高分子材料 。 而对于合成高分子材料,按其生物降解性能的不 同,又可分为生物降解型和非生物降解型 。 光敏型微胶囊 芯材中的光敏物质选择性吸收特定波长的光,发生感光或分子能量跃迁而产 生相应的反应或变化 。 热敏型微胶囊 由于温度升高使壁材软化或破裂释放出芯材物质,有时是芯材物质由于温度 的改变而发生分子重排或几何异构而产生颜色的变化 。 膨胀型微胶囊 壁材为热塑性的高气密性物质,而芯材为易挥发的低沸点溶剂,随着温度升 高,溶剂蒸发使胶囊膨胀,冷却后胶囊依旧能维持膨胀的状态 。 微胶囊化方法 微胶囊的制备方法主要有三大类机械法 、 相分离法和聚合反应法 。 许多研 究者则把胶囊化过程分为物理的、物理化学和化学的等类型 。 化学法 化学法包括界面聚合法 、 界面定位聚合法和有限凝集聚合法等,其中界面聚 合法和界面定位聚合法通称为原位聚合法 。 界面聚合法 此方法是将两种发生聚合反应的单体分别溶于水和有机溶剂中,并把囊芯溶 于分散相中 。 然后,把两种不相混溶的液体混入乳化剂以形成水包油或油包水体 系 。 两种聚合反应单体分别从两相内部向乳化液滴的界面扩散,并迅速在相界面 上反应生成聚合物将囊芯包覆形成微胶囊 。 界面定位聚合法 此方法就是将芯材 、 系统调节剂通过均化处理后,以均匀的小液滴或颗粒分 散在介质里,在系统调节剂的特殊作用下,使来 自介质相外相的聚合单体在 液滴表面集中、聚合,形成囊壁 。 有限凝聚聚合法 一 有限凝聚聚合是一种和界面聚合不同的胶囊化技术 。 在有限凝聚聚合胶囊化 单 手 大 誉 第一章 前言 的过程中,单体与引发剂全部加入分散相或连续相中,由于单体在单一相中是可 溶的,而聚合物在整个体系中是不可溶的,所以聚合反应在某一相中发生,聚合 体生成后,不在原来的相中溶解而是沉积在芯材物质的表面和连续相的界面之 间,由于聚合的不断进行,最终形成足够厚的固体胶囊外壳 。 物理化学法 物理化学法包括水相分离法 、油相分离法和锐孔一 凝固浴法等 。 水相分离法 这种方法可以分为单凝聚法和复凝聚法 。 单凝聚法是指单一的一种聚合材料 进行凝聚复凝聚法是指两种以上带有相反电荷的聚合物材料进行凝聚,如明胶 与阿拉伯胶相作用 。 油相分离法 把壁材聚合物溶解于溶剂中,芯材与它们不互溶,把芯材乳化在其中,以颗 粒状存在,然后加入可混溶液使得聚合物沉淀,包围住芯材,形成囊壁 。 锐孔一 凝固浴法 与界面聚合法和原位聚合法所依据的化学反应不同,锐孔一 凝固浴法不是以 单体为原料通过聚合反应生成膜材料的,而是以可溶性高聚物作原料包覆囊芯, 再经固化形成有一定强度的微胶囊 。采用锐孔一 凝固浴法可把成膜材料包覆囊芯 的过程与壁材的固化过程分开进行,有利于控制微胶囊的大小,壁膜的厚度 。 物理法 离心 、 挤出、 共挤压和喷射是机械方法制备微胶囊的基本手段,它是采用物 理过程机械地将壁材包裹在芯材物上而形成微胶囊 。常用的物理机械方法有 喷射干燥法 喷射干燥胶囊化是把芯材乳化分散到壁材的溶液中,芯材通常不溶于水,乳 化形成微小的颗粒,壁材通常是一种可溶于水的高聚物 。 芯材分散到壁材的溶液 后,该乳液被送入喷射干燥器的热箱体中,产生干燥胶囊 。 干燥浴法 用作微胶囊化的介质是水,或者是挥发性油 。 将壁材和芯材的混和物以微滴 的状态分散到介质中,随后,挥发性的分散介质急剧从液滴中蒸发或者被萃取, 形成囊壁 。采用溶剂蒸发或溶剂萃取技术制备微胶囊可 以在水相中或者油相进 弟 寻 大 普 第一章 前言 行 。 微胶囊在纺织上的应用 微胶囊技术在纺织上的应用起步较晚,八十年代后期日本首先采用微胶囊技 术,研制出各功能纤维及织物,将带有香味 、 抗菌消毒等功能的微胶囊用于纺织 中。 近几年,国内也相继开始了这方面的研究工作,随着人们对微胶囊具有的 独特的、 无可比拟的缓释性及隔离性功能的进一步了解,对此的研究也越来越深 入 。 微胶囊在纺织品印花工艺中的应用 在纺织品生产中为了开发新产品,在传统的印花工艺基础上已经开发出多种 使用微胶囊技术的印花工艺,如热敏变色印花 、 多色多点印花 、 转移印花 、 物理 发泡印花 、 静电印花 、香味印花 、 驱虫印花等 。 下面介绍一下转移印花 、香味印 花以及物理发泡印花 转移印花,一 川 纺织品加工中使用的转移印花,通常是用于有明确玻璃化温度的合成纤维织 物上,如涤纶 。 将染料微胶囊构成的图案印在转移纸上,再将纸放在织物上施以 压力使微胶囊破裂释放出染料,附着在织物上 。 这种方法与传统的热转移印花相 比,最大的优点在于扩大染料的选择范围,不再限于升华牢度低的染料,同时也 提高了热转移印花的升华牢度 。 香味印花 在印花色浆中加入香精印制出有香味的织物,不仅使人在视觉上获得美的 享受,而且在嗅觉上得到愉快的满足 。 因香精中含有的有机物成分为易挥发性物 质,所以在使用和存储期间,会挥发散失 。 为保护香精免受外界环境因素的影响, 并延长其释香时间,最好把香精胶囊化 。 将香精微胶囊加入到涂料印花色浆中一 起使用,使微胶囊直接渗透到织物内部,加上粘合剂的作用,可以使微胶囊固着 在纤维表面,提高其耐久性 。 物理发泡印花 物理发泡微胶囊是一种具有热塑性致密外壳,内含低沸点溶剂的微胶囊,其 平均粒径为一 娜 。 将其混入涂料印花浆中,印花后再适当高温处理一 单 手 大 誉 第一章 前言 ,胶囊内部溶剂气化,产生足够的压力,促使塑性化的壁壳膨胀,使其直径 扩大到原来的 一倍,并在冷却至室温后仍然保持发泡后的状态,可获得立体感 强并具有美学效果的印花制品。 ,微胶囊在纺织品染色中的应用 染料微胶囊的非水系染色法,目前仍处于试验阶段,尚未大规模推广 。 但作 为非水系染色的一种改进工艺,它的发展前景是广阔的。 采用不以水为介质的非 水系染色法,既可以减少染色加工中的耗水量,也可以减轻染色废水处理的负担 。 使用染料微胶囊的非水系染色法是在气相染色法 、 磁力作用染色法及静电染色法 基础上发展起来的。下面介绍两种非水系染色法 利用磁场作用的染料微胶囊非水系染色法 这是一种 日本公布的专利技术,首先利用磁场对含有铁磁性微粒的染料微胶 囊的吸引作用,将微胶囊吸附在织物表面,然后在高温作用下使染料受热升华气 化,并从微胶囊中逸出扩散和深入到织物纤维内部,最后在外磁场作用下,把含 有铁磁性粒子的微胶囊壳体残留物从织物表面去除 。 利用静电场作用的染料微胶囊非水系染色法 如果染料微胶囊中不含有铁磁性粉末,而是含有高介电常数溶剂,或设法使 染料微胶囊表面带有电荷,则可以靠静电场的作用使染料微胶囊吸附到织物上, 微胶囊受热后,染料即可升华逸出微胶囊而上染 。 染料微胶囊概况 染料微胶囊是指芯材为染料的微胶囊,即目的物为染料的微胶囊就是染料微 胶囊 。 上世纪年代初,日本化学公司发现,分散染料最适合微 胶囊化,因为它们不溶于水,较容易分散在水中用水溶性壁材包裹 。 分散染料 微胶囊就是利用微胶囊技术,将分散染料包裹起来,达到芯材与外界环境隔开, 使其免受外界的温度 、 氧气 、 紫外线等因素影响,加热到一定温度后,囊壁破裂 达到热敏释放的目的 。 其就是利用了微胶囊的目标选择性 、 缓释性及保护活性物 质等特性 。 采用染料微胶囊技术可以有效地解决纺织印染存在的很多问题,可以 降低成本,提高染料利用率,还有利于废水净化 。 微胶囊化的染料还具有改进染 料表面性能和极性,增加颜料粒子的表面光泽和分散性的性质,提高染料耐光 、 然 热 夕 第一章 前言 耐气候牢度,使染料具有防尘性 。 使用未胶囊化的染料进行染色,染料在使用过 程中流失,会产生大量有色废水 。 染色废水是一种色度较高,浓度较大的有机废 水,对环境的污染十分严重,排放量又很大,属于较难处理的工业废水 。 如果将 染料微胶囊化不仅可以提高染料利用率,而且残留的染料微胶囊比染料更易分 离,有利于废水净化 。 对于纺织工业中严重危害生态环境的印染行业来说,染料 微胶囊极具吸引力 。 染料微胶囊简介 染料微胶囊的颗粒一般在 一林 之间,有单芯 、多芯和复合型三种,它的 壁膜厚薄因工艺要求而异 。内芯可以只含一种染料,也可以含不同的染料,如分 散 、 酸性 、 阳离子染料等,能对各种不同的纤维进行选择上色 。内芯仅含一种染 料和一层囊膜的为单芯型由多种染料包在一个囊体中,每种染料各被囊膜包覆 构成一个小囊体的称为多芯型 由多层囊膜构成的复合微胶囊为复合型 。 如图 一 所示 吸鱼 逐沙曝夔如 单芯型多芯型夏合型 图 一 染料微胶囊的结构示意图 染料微胶囊的特点, 目前,纺织印染行业仍面临着各种问题,微胶囊技术可以有效地克服和解决 其中的某些问题 。 纺织工业中危害生态环境最严重的就是印染生产工业,大量的染色废水 将会对水质和环境造成严重的危害 。将染料微胶囊化不仅可以提高染料利用率, 而且残留的染料微胶囊比染料更易分离,有利于废水净化 。 将染料制成微胶囊可以克服所用染料必须在织物熔点之下即能升华这 一困难,同时可 以扩大染色印花的花型范围。 在染色方面应用微胶囊技术还可以 解决令人头痛的泳移现象 。 用常规方法对织物进行染色,由于染料颗粒的凝聚,在染色织物上形成 单 李 尺 誉 第一章 前言 色斑,这在很大程度上影响了产品的价值 。 将染料微胶囊后与印花浆隔开,避免 了相互作用 。 染料微胶囊的制备方法阶 一般来说,液体芯材胶囊化后呈球形,固体芯材胶囊化后呈不规则形状 。 染 料微固体结晶,胶囊化后呈不规则形状,在某些情况下其应用受到限制,因为不 规则的微胶囊的缓释性较难控制 。 染料微胶囊生产工艺中,胶囊壁材和合成路线 的选择很重要 。 通常选用的壁材有明胶 、 果胶 、 琼脂 、甲基纤维素 、 聚丙烯酸 、马来酸等高 分子物质 。适用于染料微胶囊的制备方法有界面聚合法 、相分离法 、干燥浴法 、 喷雾干燥法 、囊心交换法 、空气悬浮法 、真空蒸发沉积法等 。 界面聚合法 利用水溶性和油溶性两种多官能度的单体在界面发生缩聚 反应而得 。 可制得含水性微胶囊和含油性微胶囊 。 如制作含油性微胶囊,先把油 溶性单体 溶解于油性溶剂中,最后分散于水相中,使之成为非常细小的液滴 。 在将水溶性单体 加到水相中。单体和单体在界面发生聚合反应,形成微胶囊 。 水相分离法这种方法包括单凝聚和复凝聚 。 用得最多的复相凝聚法是 采用两种带不同电荷的胶体水溶液混合时产生相分离而制得微胶囊 。 常用的有阿 拉伯胶和明胶 。 油相分离法把壁材聚合物溶解于溶剂中,芯材与它们不互溶,把芯材 乳化在其中,以颗粒状存在,然后加入可混溶的聚合物沉淀,包围住芯材,形成 囊壁 。 干燥浴法将壁材与芯材的混合物以液滴状态分散到介质中,然后急速 除去挥发性分散介质,形成了壁囊,再通过加热 、 减压 、 搅拌 、 溶剂萃取或冷却 的手段将壁材中的溶剂除去 。 空气悬浮成膜法此法可对固体物质微胶囊化,将分散的固体颗粒囊心 物质悬浮在空气流中,用聚合物水溶液进行喷雾,囊心物质流动方向是被控制的, 产生循环模式 。 聚合物溶液喷雾到移动的颗粒上,一直到所希望的包囊水平被达 到为止 。 喷雾法首先将 目的物分散于作为微胶囊壁的粘合剂成分中,然后配成 原液,接着将此原液部分输送至喷雾器顶部,再在热风下用喷雾法烘燥而取得微 缈然 赚 夕 第一章 前言 胶囊 。 分散染料微胶囊的应用 对物质进行微胶囊化,不仅可以改善物质的使用性能,还可以提高物质的使 用效率,获得常规工艺所不能达到的特殊效果。 将分散染料微胶囊化,利用其 优 良的缓释性对涤纶织物进行高温高压无助剂染色 。 使用这种染色技术时无需使 用分散剂和匀染剂等助剂,就能达到匀染的 目的,是一种无废水染色工艺 。 近年 来由于涤纶短纤维和涤纶长丝生产的高速增长,使采用微胶囊化分散染料染涤纶 的发展前景变得非常广阔 。 分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色“,”, 将纯分散染料微胶囊化,利用其优 良的缓释性开发了高温高压无助剂染色技 术 。 即染色时无需使用分散剂和匀染剂等助剂,就能达到较好的染色效果 。 微胶 囊的隔离性能有效地防止染料对织物的沾污,从而不会产生色斑,实现均匀染色 分散染料微胶囊染色后通过沉淀或过滤使胶囊分离,就可净化染色废水,不会对 环境造成污染,是一种环境友好的染色工艺 。 分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色效果 ” ” 分散染料微胶囊的缓释和隔离性能,代替了分散染料染色中必不可少的 分散剂和匀染剂,实现了无助剂均匀上染 。 使用分散染料微胶囊对涤纶进行高温高压染色,织物的摩擦牢度及 下的沾色牢度好于未胶囊化分散染料染色的织物,其牢度在 级以上 。 不同粒径分布的分散染料微胶囊对织物进行高温高压染色,所得的 值几乎一样不同粒径的分散染料微胶囊混合染色,值不受影响 。 分散染料微胶囊染色后通过沉淀或过滤使胶囊分离,就可净化染色废 水,实现零排放 。 本论文的设计思路 、研究目的和主要研究内容 本论文的设计思路及研究目的 涤棉混纺织物既具有纤维素纤维吸湿透气的功能,同时又具有聚醋纤维 良好 的保型性和染色牢度,所 以深受广大消费者的青睐,在各类服装面料中占有重要 地位 。而传统和现行涤棉混纺织物的染色工艺染色时间较长,都需要还原清洗, 弟 寻 大 普 第一章 前言 会伤及活性染料,生产效率低 、 水 、电、 汽消耗大 、 污水排放量大,急需进一步 改进完善,研究开发新型的涤棉染色工艺,以提高生产效率的同时,节水 、 节能、 减少环境污染 。 本文设计思路是结合现行涤棉分散 活性一浴法染色工艺与分散染料微胶囊 对涤纶的高温高压无助剂染色的优点,将分散染料微胶囊的无助剂高温高压染色 技术与活性染料配合使用,目的是研究开发出节水 、 节能、 环境友好的新型涤棉 分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色工艺 。 本论文的主要研究内容 采用原位聚合法对分散染料进行双层造壁,制得分散染料微胶囊 。 其制备技 术已基本完善,但在系统调节剂用量和乳化时间对分散染料微胶囊制备的影 响方面还有可研究开发的空间,本文就对不同系统调节剂用量和乳化时间条 件下制备的分散染料微胶囊对涤纶进行染色效果的讨论和分析,研究系统调节剂 用量和乳化时间对分散染料微胶囊制备的影响。并将对涤纶染色效果较好的 分散染料微胶囊用于涤棉混纺织物的分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色新工 艺的探索研究中。结合现行涤棉分散 活性一浴法染色工艺与分散染料微胶囊对 涤纶的高温高压无助剂染色工艺的优点,将分散染料微胶囊的无助剂高温高压染 色技术与活性染料配合使用,通过反复试验 、 分析 、 总结,探索最佳浴比、 温度 、 保温时间 、升温速率等染色工艺条件,完成对涤棉分散染料微胶囊 活性染料一 浴法染色最佳工艺的确定,实现对涤棉织物的环境友好染色工艺的开发 。 具体如 下 合成不同系统调节剂用量和乳化时间下制备的分散染料微胶囊,并 分析讨论不同条件下制备的分散染料微胶囊对涤纶的高温高压无助剂染色效果, 挑选对涤纶染色效果最佳的分散染料微胶囊进行涤棉染色新工艺的探索 。 通过试验研究染色工艺参数浴比,温度,保温时间,升温速率等对 涤棉织物分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色效果的影响 。 涤棉织物分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色最佳工艺的确定 。 涤棉织物分散染料微胶囊 活性染料一浴法染色新工艺与常规涤棉分散 活性一浴法染色工艺的对比实验 。 然 嘿 夕 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 第二章 分散染料微胶囊制备过程中 系统调节剂的相关研究 引言 文中通过改变系统调节剂用量和乳化时间制备不同的分散染料微胶囊, 测定其粒径分布,并进行涤纶的分散染料微胶囊高温高压无助剂染色 。 通过 值和色牢度的测定以评估染色效果的好坏 分析系统调节剂用量和乳化时间 对分散染料微胶囊制备的影响 并使用染色效果较好的分散染料微胶囊来进行涤 棉混纺织物一浴法染色工艺的探索试验 。 理论部分 分散染料微胶囊的制备方法及系统调节剂的作用 原位聚合法制备分散染料微胶囊汇, 本章中分散染料微胶囊的制备方法采用原位聚合法,此法是将芯材分散染 料 、系统调节剂通过均化处理后,以均匀的小液滴或颗粒分散在介质中,在系 统调节剂的特殊作用下,使来 自介质相外相的聚合单体在液滴表面集中、 聚 合,形成囊壁 。由于单体在单一相中是可溶的,而聚合物在整个体系中是不可溶 的,所以随着聚合反应的不断进行,聚合体不在原来的相中溶解而是沉积在芯材 物质的表面和连续相的界面之间,最终形成一定厚度的固体微胶囊外壳,聚合过 程如图一 所示 。 进行原位聚合法的必要条件是单体可溶,而聚合物不可溶 。 可用于该法的 单体很多,如气溶胶 、 水溶性或油溶性的单体或单体的混合物 、 低分子量的聚合 物或预聚物等 。 原位聚合法是建立在单体或预聚体聚合反应形成不溶性聚合物壁材的基础 上,但是如何将形成的聚合物沉淀包覆在芯材表面是该方法的关键 。 弟 寻 大 誉 仪 口超队翩 纽 粗工 竹 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 二 二,旦二 珑。 二 二 一 图 一 原位聚合法成囊示意图 一 芯材分散染料一 壁材单体蜜胺一 甲醛预聚体 系统调节剂的作用机理 分散染料微胶囊的制备在高分子系统调节剂的水溶液中进行,促使壁材 在芯材周围凝聚 、沉积和固化,系统调节剂具体有如下几个作用 乳化及稳定作用 系统调节剂是一种阴离子型大分子表面活性剂,具有疏水性线性主干, 以及分布于主链两侧的亲水性基团梭酸盐和梭基和疏水性基团芳环。它 们趋向于在油性界面做定向排列,其亲水基团伸向水相,而疏水基团向油相靠拢 。 这样,当系统调节剂和芯材在水介质中混合后,在高速机械搅拌下,水介质 中的调节剂分子在芯材疏水性物质的表面做定向排列,形成梭酸盐基向外, 芳基向内的吸附层,类似于表面活性剂的乳化作用,如图一 所示 口卜 芳环 。带负电荷的竣酸报 图 一 系统调节剂在芯材表面的吸附排列 系统调节剂大分子 自发地在芯材表面吸附,其推动力是化学位的差异, 它在水介质中因大量芳环的存在而具有很高的化学位,但在芯材表面定向排列 后,化学位大大降低 。 缈然 热 梦 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 设系统调节剂在水溶液中的化学位为,其在芯材表面吸附后的化学位为 电荷效应,则有 。,、。 其中,。,。 分 别 为 标 准 化学 位,分 别为 系 统 调节剂 在 溶 液 和界 面上的活度 。当系统调节剂的吸附和解析达到平衡时,即时,有 。,。, 所以一。 一。 上式即为系统调节剂在芯材表面的吸附力或亲和力 。 大的化学位差异亲和 力导致在界面强烈吸附。 电荷效应 系统调节剂在芯材表面的吸附致使亲水性基团和疏水性基团做定向排 列,结果在芯材表面形成了一个较强的负电场 。 一方面,负电场可以防止芯材之 间的合并起到稳定作用 另一方面,对溶液中带有正电荷的物质会产生富集作用, 使它们 自发的向负电场周围靠拢,吸附在芯材周围,形成一个高浓度区 。 若这种 带正电荷的物质之间能够互相反应,那么它们的反应就主要发生在这高浓度区一 芯材周围。 而且,负电场可能造成这种正电荷物质的分子结构扭曲,使得它们之 间反应更容易进行 。 富集作用和分子结构扭 曲表现为胶束催化作用 。 生成产物若 是不溶性的,它即会沉积在芯材的表面 。 因此,系统调节剂起到了定位反应 的作用 。 水溶液中残存的系统调节剂大分子,虽其分子结构中也有带负电荷的梭 酸根,但 由于这些分子在溶液中浓度很低,不可能形成足够强度的负电场,其负 电性的影响要弱的多 。 所 以,带正电荷的反应性单体在这些 自由态的电解质分子 周围聚集而反应的倾 向相对而言较小 。 染料微胶囊造壁机理 文中染料微胶囊采用的壁材是蜜胺一 甲醛预聚体,采用的单体是醚化的三经 甲基三聚氰胺和六轻 甲基三聚氰胺,结构分别如 图一,一 所示 单 寻 大 普 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 , 比曰日 洲 二二二二。二 八。 二日 日、 门 图 一 部分醚化的三经甲基三聚氰胺图 一 部分醚化的六经 甲基三聚氰胺 造壁时,由于系统调节剂结构中部分游离的梭基存在,使得其在水溶 液中呈酸性 。和为多官能度的化合物,最终会形成网状结构的大分子, 使得胶囊表面的囊壁具有一定的强度,成为芯材与水溶液之间的隔层 。 该缩聚反应的历程为酸催化下的亲电取代反应川,如下所示 一日日 一 一, 日 日一日 一一 、 一氏 一 日 、一 一一一、 一 一一洋 分子结构中卜氏基团在一定条件下水解成那 而 参与缩合 。醚化后的基团一 卜那 其反应活性变刁 、 。 另外,由于最初造成富集缩聚的是芯材表面的负电场,一旦表面被缩聚物 覆盖后,表面的性质改变了,此后的表面吸附动力就主要归因于己形成壁壳的疏 水性物质和反应物分子结构的相似性,从而形成一定厚度和强度的壁壳 。 染料微胶囊成囊过程 在不断搅拌的条件下,纯分散染料粉末在调节剂的乳化 、稳定及电荷 黔 嘿 夕,二,分 散 染 料 微 胶 囊程 中 系剂 。 的 相 效应作用下均匀的分散在水相中,低温滴加预聚单体的水溶液,进行第一层造壁 。 由于预聚单体在水相中是可溶的,而聚合物在整个体系中是不可溶的,所以聚合 反应在分散染料颗粒表面发生,在颗粒表面相对低分子量的预聚体,进一步缩聚 成分子量更大的网状体,沉积在芯材表面,由于交联及聚合的不断进行,最终形 成固体的胶囊外壳,此后,再次低温滴加不同规格的预聚体,进行二次造壁,即 得分散染料微胶囊 。 实验部分 实验仪器及药品 实验仪器 表一 实验仪器 仪器名称型号产地 、来源 高剪切混合乳化机上海威宇机 电制造有限公司 激光粒度仪美国贝克曼库尔特公司 红外线高温高压染色机 一 佛山科伦机电设备有限公司 皂洗牢度机 一英国 测色配色仪 美国 耐磨擦牢度测试仪 一美国 电子天平上海精科大平 电热恒温鼓风干燥箱 一上海精宏实验设备有限公司 超声波清洗器 一昆山超声仪器有限公司 恒温玻璃水浴槽 一 型 上海标本模型厂 扫描电子显微镜一日本电子株式会社 草 寻 大 誉 第二章 分散染料微胶囊制备过程中系统调节剂的相关研究 实验药品 表