色媒体改性.doc

染整助剂综合实验论文 论文题目：棉织物色媒体改性工艺优化 及其对织物染色性能的影响 作 者： smile 学 号： 指导老师： 完成日期： 摘要棉织物染色常用的染料有活性染料、直接染料、还原染料、不溶性偶氮染料等，活性染料以其色泽鲜艳、色谱齐全、染色工艺简单、色牢度优异而被广泛应用于棉织物的染色【1】。但是活性染料在染色时需要高盐染色，对环保不利。针对活性染料需高盐染色的问题，本文通过使用一种含有阳离子改性基团的预聚体改性助剂色媒体（Color Media）【2】对棉织物进行改性，实现活性染料的无盐或低盐染色。通过对棉织物改性条件的优化，得出棉织物色媒体在60条件下改性的最佳工艺条件为：在改性时间为70min下，色媒体用量为6%（owf）、改性后织物进行烘干 。同时通过与未改性织物在不同盐用量下进行染色对比，发现改性棉织物的上染百分率和固色率显著提高。关键字：棉织物 改性 色媒体 活性染料 无盐染色目录1 前言12 理论知识22.1活性染料基本概述22.2色媒体22.3棉织物阳离子化改性的方法23 实验部分33.1实验药品、材料及仪器33.1.1实验材料33.1.2实验药品33.1.3实验仪器33.2实验过程33.2.1棉织物色媒体改性工艺33.2.2改性棉织物染色性能的测定53.2.3活性染料传统染色工艺53.2.4活性染料无盐染色工艺63.3棉织物上染百分率的测定63.3.1测试指标原理步骤63.3.1.1分光光度计测吸光度原理63.3.1.2测吸光度步骤73.3.1.3上染百分率的计算原理74 结果与讨论94.1最大吸收波长的测定94.2棉织物改性工艺的探究94.2.1棉织物改性色媒体用量的确定94.2.2棉织物改性时间的确定104.2.3棉织物是否烘干与水洗的确定124.3改性棉织物的效果评定135 结论156 参考文献1621. 前言在棉织物的染色中，活性染料因其色泽鲜艳、使用方便、色牢度较好而被广泛应用于棉织物的染色。但是活性染料尚存在固色率低、需高盐染色、染色时间较长、染料和化学品的耗用量大，染色时加入大量的中性电解质促染等问题。加盐促染使得印染废水废水中盐含量过高，将直接改变河水水质，破坏水的生态环境，同时，水中盐分过高将导致土质盐碱化。针对盐水对人类的危害问题，国内外作了大量研究，在染料上合成了很多低盐染色的活性染料；其次将纤维素阳离子改性制造出一系列改性纤维；最后使用无盐染色助剂降低染色过程中的盐用量。本文通过使用色媒体对棉织物进行阳离子改性处理，得到了其最佳改性工艺条件。同时通过对在最佳改性条件的改性织物与未改性织物进行染色性能的对比，发现经改性的织物在染色过程中不需要加盐都有高的上染百分率。2. 理论知识2.1活性染料基本概述活性染料是其分子或离子中含有一个或一个以上的反应性基团（俗称活性基团），在适当的条件下，能和纤维素纤维上的羟基、蛋白质纤维及聚酰胺纤维上的氨基等发生键合反应，在染料和纤维之间生成共价键结合的一类染料。按照染料索引分类，该类染料称为反应性染料，我国称为活性染料。【3】活性染料按照其活性基的不同，可分为K型、X型、KN型、M型等几种类型。不同类型的活性染料的反应性不同，所需的染色条件也不相同。一般来说，活性染料的活性越强，所需要的染色温度和固色温度也就越低。活性染料和纤维反应的同时，还能与水发生水解反应，水解产物一般不能再与纤维发生反应，从而降低染料的利用率，残液中染料含量可高达30%40%。此外，活性染料染色时间较长，染料和化学品的耗用量大，染色时需要加入大量的中性电解质促染。活性染料的染色一般包括吸附、扩散、固着几个阶段，在固着阶段活性染料与纤维素纤维发生键合反应，习称固色，而把固色阶段以前的过程称为染色。2.2色媒体【2】色媒体(广东德美精细化工股份有限公司)是一种含有阳离子改性基团的预聚体，能改变各种纤维材料对染料的吸附性及反应性的新型纺织染整助剂。色媒体是一种染座剂，一种反应型功能团的阳离子预聚体，呈阳离子性，能改变各种纤维材料对染料的吸附以及反应功能。色媒体可以先将织物阳离子化，染座剂起到相当于桥键的作用，色媒体首先吸附上纤维，然后染料再与色媒体反应以离子键结合而不直接与纤维结合。2.3棉织物阳离子化改性的方法为了增强纤维素纤维对活性染料的结合能力，对纤维素纤维进行阳离子化改性，不但可以提高活性染料的上染百分率及固色率，而且还可以在中性和无盐条件下进行染色。目前常用的纤维素纤维的改性方法有：季铵基改性、氨基或胺烷基改性、羟甲基丙烯酰胺及胺化改性。【4】3. 实验部分3.1实验药品、材料及仪器3.1.1实验材料漂白纯棉织物3.1.2实验药品实验所用到的药品如下表所示：表3-1 实验中主要用到的药品药品名称规格生产厂家色媒体 工业品广东德美精细化工有限公司活性艳红KD-8B工业品-食盐分析纯郑州派尼化学试剂厂纯碱分析纯天津市光复科技发展有限公司3.1.3实验仪器实验所用到的仪器如下表所示：表3-2 实验中的主要仪器仪器名称型号生产厂家恒温水浴锅HH-2型北京科伟永兴仪器有限公司可见分光光度计722s上海精密科学仪器有限公司电热鼓风干燥箱101型北京科伟永兴仪器有限公司架盘天平HC-TP11-1上海精密科学仪器有限公司3.2实验过程3.2.1棉织物色媒体改性工艺（1） 色媒体最佳用量的优化色媒体用量的优化的工艺处方如下表所示：表3-3 不同色媒体用量下的棉织物改性工艺处方：样 品123456色媒体用量（owf）0%36%9%12%15%改性时间（min）50温 度（）60浴 比50:1棉织物改性完成之后，按照3.2.4的染色工艺对改性棉织物进行染色，并测定其上染百分率。（2） 最佳改性时间的优化棉织物改性时间的优化的工艺处方如下表所示：表3-4 不同改性时间处理下的棉织物改性工艺处方：样 品123456改性时间（min）304050607080色媒体用量（owf）6%温 度（）60浴 比50:1棉织物改性完成之后，按照3.2.4的染色工艺对改性棉织物进行染色，并测定其上染百分率。（3） 棉织物是否烘干与水洗的优化棉织物改性后是否烘干与水洗的工艺处方如下表所示：表3-5 改性后棉织物是否需要水洗与烘干工艺处方：样品1234改性后处理方式不水洗不烘干只水洗只烘干即水洗也烘干色媒体浓度（owf）6%改性时间（min）70改性温度（）60浴比50：1烘干温度90摄氏度，时间3min。棉织物改性完成之后，按照3.2.4的染色工艺对改性棉织物进行染色，并测定其上染百分率。3.2.2改性棉织物染色性能的测定分别在下表所示的工艺处方处理6块改性与6块未改性棉织物。表3-6 改性与未改性棉织物染色工艺处方样 品123456食盐（g/L）01020304050色媒体用量（owf）6%改性时间（min）60纯碱（g/L）10浴 比50:1其他染色条件参照3.2.3，染色完成后测定其上染百分率。3.2.3活性染料传统染色工艺实验处方：活性艳红KD-8B 2%（owf）染色温度 60染色时间 30min固色温度 90固色时间 30min纯碱染色工艺曲线：90，30min 入染 食盐 1/min60 15min 15min 水洗、皂洗、水洗 3.2.4活性染料无盐染色工艺实验处方：活性艳红KD-8B 2%（owf）纯碱 10g/L染色温度 60染色时间 30min固色温度 90固色时间 30min纯碱染色工艺曲线：90，30min 入染 1/min60 30min 水洗、皂洗、水洗3.3棉织物上染百分率的测定3.3.1测试指标原理步骤：3.3.1.1分光光度计测吸光度原理： 分光光度法测量的理论依据是伯郎比耳定律：当溶液中的物质在光的照射和激发下，强烈的、选择性的吸收可见光中某一波段的光波，不同的物质都有其各自的吸收光谱。所以根据定律当一束单色光通过一定浓度范围的稀有色溶液时，溶液对光的吸收程度（吸光度）A与溶液的浓度c（mol/L）成正比。定律表达式：A=Lc：摩尔吸光系数（L/（molcm） A：吸光度 L：比色皿的厚度（cm) c：溶液的浓度（mol/L）3.3.1.2测吸光度步骤：【5】（1）检查仪器的连接及各调节旋钮的起始位置，确认无误后接通电源。（2）开启电源，指示灯亮，选择开关置于T，波长调至测试用波长，并选择合适灵敏度（一般选第一档），仪器预热20min。（3）打开试样室盖（光门自动关闭），调节0旋钮，使数字显示为00.0，盖上样品室盖。（4）用蒸馏水清洗比色皿若干次后，在比色皿中装入蒸馏水，将参比溶液比色皿置于光路，调节透过率100%旋钮，使数字显示为100.0，重复几次调好为止。（5）进行样品的测量，用样品溶液清洗比色皿数次，然后将被测溶液置于光路中，数字表上直接读出被测溶液的吸光度值。（6）记录数据，根据公式计算出结果。（7）测定完成后关上试样室盖，清洗比色皿，关闭开关和电源。3.3.1.3上染百分率的计算原理： A0=Lc0 A未=LC未 A未/A0=LC未/LC0 =C未/C0 E=（C0V0-C未V未）/C0V0100% =1-C未V未/C0v0100% =1-(A未V未/A0V0)100% =1-(A未/A0)100% 注意：当0.2A0.8时，吸光度A与染液浓度c呈线性关系，故一般情况下需将染液稀释适当的倍数（n倍），使得吸光度在0.2到0.8的范围，这样测得的吸光度才有意义,故稀释不同倍数后的上染率：E=1-(n1A未/n0A0)100%A0：起始染液的吸光度 A未：未知染液的吸光度 ：摩尔吸光系数（L/（molcm） V0：起始染液的体积 (L) V未：未知染液的体积(L) L：比色皿的厚度（cm) C0 ：起始染液的浓度（mol/L） C未 ：未知染液的浓度（mol/L） E：上染率n1:未知染液的稀释倍数 n0：起始染液的稀释倍数4. 结果与讨论4.1最大吸收波长的测定活性艳红KD-8B的最大波长的测定数据如下表所示：表4-1 最大吸收波长的确定波长（mm）520522524526528530532534536538吸光度0.7840.7920.7970.8000.8000.7970.7950.7870.7810.770从上表可以看出活性艳红KD-8B的最大吸收波长为526mm。4.2棉织物改性工艺的探究4.2.1棉织物改性色媒体用量的确定在改性过程中，色媒体的用量对棉织物的影响很大，不同浓度的色媒体用量会影响棉纤维与色媒体的静电力。在水溶液中，棉纤维带负电荷与活性染料色素阴离子之间存在着静电斥力，因此染料难以上染纤维。通过色媒体对纤维进行阳离子改性，改变了棉纤维上所带的电荷性质，降低了棉纤维与染料之间的电荷斥力，使得染料容易上染纤维。色媒体的浓度对棉纤维上染百分率的影响如图4-1所示。从图中可以看出在色媒体用量小于6%（owf）时，随着色媒体浓度的增加，棉纤维的上染百分率增加。这是因为在这一阶段，色媒体结合到棉纤维上使得棉纤维表面的负电荷量减低甚至变为零，染料色素阴离子与棉纤维之间的静电斥力降低甚至变成静电引力，因此上染百分率增高。而当色媒体用量大于6%（owf）时，随着色媒体浓度的增加，棉纤维的上染百分率降低。这是因为在这一阶段，由于色媒体浓度太大，在工作液中发生聚集而无法与棉纤维结合，因此棉纤维与染料色素阴离子之间的静电斥力并没有降低，所以上染百分率不会升高。通过图4-1可知，棉织物改性时色媒体的最佳用量为6%(owf)，同时，在改性过程中，要严格控制色媒体的用量。处理后织物试样如表4-2所示表4-2 不同用量色媒体改性织物染色试样1号2号3号4号5号6号4.2.2棉织物改性时间的确定当使用色媒体对棉织物进行改性时，不同的改性时间对棉织物的改性结果也不同，从而造成棉织物的上染百分率不同。色媒体与棉纤维结合时，不同时间内结合到棉纤维上的色媒体的量不同，因此棉织物的改性效果也就不同。改性时间对棉织物上染百分率的影响见图4-2.从图4-2可以看出随着改性时间的增加，棉织物的上染百分率增加，最终趋于平衡。但是在改性时间为60min时，其上染百分率却下降，分析原因可能为在该组实验具有误差。在改性时间为70min到80min时，上染百分率的增加不是很明显，在考虑节能的前提下，棉织物改性时间为70min。染色后织物试样如下表所示：表4-3 不同改性时间织物染色试样1号2号3号4号5号6号4.2.3棉织物是否烘干与水洗的确定改性后织物在染色前是否烘干与水洗会影响到色媒体在棉织物的交联状况，从而进一步影响到棉织物染色是的上染百分率。改性后棉织物是否水洗与烘干对棉织物上染百分率的影响如表4-4所示。试样编号1号2号3号4号改性后处理方法不水洗不烘干水洗烘干即水洗也烘干上染百分率（%)54.8356.5058.6057.25A0.4860.4680.4460.460表4-4 改性后织物是否水洗与烘干对上染百分率的影响从表4-4可以看出，织物在改性完成之后，对其进行烘干有利于上染百分率的提高。因此，棉织物在改性之后应适当进行烘干。改性处理后织物染色试样如下表所示：表4-5 改性后织物是否水洗与烘干染色试样1号2号3号4号4.3改性棉织物的效果评定由于棉织物使用色媒体改性主要目的是为了实现活性染料的无盐或者低盐染色，因此，本文通告探讨改性与未改性棉织物在不同盐的用量下染色的上染百分率对改性棉织物效果进行评定。不同盐用量对改性与未改性棉织物的上染百分率如下图所示。从图4-3可以看出，对于未改性棉织物，食盐对促染作用明显。当不加食盐时，其上染百分率很低，当加入食盐时，其上染百分率增大很快。对于改性棉织物，随着食盐用量的增加，其上染百分率减低，这可能是由于食盐对其存在着缓染作用。在不加食盐时，其上染百分率与未改性棉织物相比很高。当加入少量食盐时，改性棉织物的上染百分率有一定程度的提高，随着食盐