CN104514158B - 一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用，涉及染色技术领域，壳聚糖季铵盐是以壳聚糖、二甲氨基氯乙烷盐酸盐、氢氧化钠为原料先进行烷基化反应，然后加入硫酸二甲酯进行季铵化反应制得。本发明得到的壳聚糖季铵盐可生物降解，用于活性染料无盐染色可降低无机盐的用量，提高活性染料的上染率。

Description

一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用
技术领域
本发明涉及染色技术领域，具体涉及一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用。
背景技术
活性染料是棉织物染色最重要的染料，但由于活性染料结构中含有阴离子基团，与在水中也呈电负性的棉织物产生排斥作用，使得活性染料的上染率普遍较低。为了提高活性染料的上染率，往往要加入大量的无机盐起到促染作用，盐的用量范围约为30-150g/L。大量无机盐残留在染色废水中，会造成严重的环境污染。因此，开发活性染料无盐染色助剂和工艺成为印染行业的研究热点。
棉织物的阳离子改性是解决活性染料染色盐污染问题的有效途径，阳离子化的棉织物对活性染料的排斥作用大为减弱，即使不加入无机盐，活性染料的上染率也能大幅提高。已经开发的阳离子改性剂有：环氧类含氮化合物、氮杂环丁烷氯化物、氯三嗪型季铵化合物等。但现有改性剂大多是疏水的，对棉织物本身的亲水性能有较大的影响；有的改性剂对活性染料上染率提高幅度有限，为了提高上染率，改性剂的用量很大；大多改性剂都有一定的毒副作用，不容易生物降解。
壳聚糖是一种天然聚阳离子化合物，与纤维素纤维具有相似的结构，很容易被纤维素吸附。在酸性条件下，壳聚糖的氨基能结合H+而带正电荷，能减少纤维表面对染料阴离子的排斥作用。
申请号201110230522.7，名称为“一种用壳聚糖提高纤维素纤维织物染色深度的方法”的中国发明专利申请，公开了以多元羧酸溶液作为壳聚糖的溶剂和交联剂，环氧氯丙烷作为交联剂，通过浸轧、预烘、高温焙烘，将壳聚糖共价接枝到纤维素纤维织物表面，提高织物的颜色深度。不过这种方法得到的壳聚糖改性棉织物，由于活性染料染色过程是在碱性条件下进行，壳聚糖不能结合H+而带正电荷，不能有效降低棉织物对活性染料的排斥作用，因此，对活性染料上染率的提高幅度有限。
申请号201110333645.3，名称为“一种纯棉阳离子化复合改性方法”的中国发明专利申请，公开了将纯棉织物先经过壳聚糖改性处理，然后再经季铵盐改性处理；或者：将纯棉织物先经过季铵盐改性处理，然后再经壳聚糖改性处理。采用这种复合型阳离子改性处理的棉织物，在不用促染盐或较低浓度盐促染条件下就可以获得优于传统染色工艺的染色效果。但是这种方法在对棉织物进行阳离子化改性时，要经过两个预处理步骤，工艺较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，提供一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用。壳聚糖季铵盐对棉织物亲水性能影响小，在碱性条件下，也能减少棉织物表面的负电荷，降低棉织物对活性染料的排斥作用，进而可大幅可提高活性染料的上染率；并且，应用这种改性剂对棉织物进行阳离子改性，只要经过一步预处理即可，工艺较简单。
一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用。
作为优选，以壳聚糖、二甲氨基氯乙烷盐酸盐、氢氧化钠为原料先进行烷基化反应，然后再上述产物中加入硫酸二甲酯进行季铵化反应得到壳聚糖季铵盐，壳聚糖、二甲氨基氯乙烷盐酸盐、氢氧化钠、硫酸二甲酯的质量比为0.25～1∶7∶2∶6。
作为优选，壳聚糖原料分子量为5～20万。
作为优选，烷基化反应温度为80～100℃，季铵化反应温度为80～100℃。
作为优选，烷基化反应时间为25～35小时。
用于活性染料无盐染色的壳聚糖季铵盐，具体合成反应的化学方程式如下：
(1)烷基化反应
(2)季铵化反应
本发明提供的壳聚糖季铵盐为黄色至浅黄色固体。本发明的优点是：所制备的壳聚糖季铵盐是一种阳离子高分子化合物，壳聚糖是一种可降解的高分子聚合物，具有与纤维素纤维相似的化学结构，易与纤维形成氢键和范德华力，固着在纤维表面；并且，该季铵盐具有许多正电荷中心，可中和纤维表面部分负电荷，促进带负电荷染料(如活性染料)的吸附，并能与带负电荷染料形成离子键，从而固定织物上的染料。因此，所制备的壳聚糖季铵盐是一种生物可降解的染色助剂，可用于活性染料无盐染色，降低无机盐用量，提供活性染料上染率。
具体实施方式
下面结合实例本发明作进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实例表示的范围。
一种用于活性染料无盐染色的壳聚糖季铵盐及其制备方法，具体实施方式如下：
实施例1
将1g壳聚糖(分子量5万)、7.0g二甲氨基氯乙烷盐酸盐、10ml氢氧化钠溶液(200g/L)加入装有磁力搅拌子、冷凝管的100ml圆底烧瓶中，用水浴加热逐步升温，搅拌速度90转/min，水流速度300ml/min，升温至80℃保温25小时，然后，在产物中加入6.0g硫酸二甲酯，保温3小时，反应结束，取出样品在真空干燥箱干燥，即得到壳聚糖季铵盐样品A1。
实施例2
将二甲氨基氯乙烷盐酸盐的用量提高到14.0g，烷基化保温时间延长至35小时，季铵化反应温度提高到100℃，其他试剂及用量和合成工艺不变，重复实施例1，即可得到壳聚糖季铵盐样品A2。
实施例3
用0.25g壳聚糖(分子量20万)代替1g壳聚糖(分子量5万)，反应温度提高到100℃，其他试剂及用量和合成工艺不变，重复实施例1，即可得到壳聚糖季铵盐样品A3。
上述样品采用下述方法测试其用于活性染料无盐染色效果：
1)用壳聚糖季铵盐对棉织物进行改性处理
将所制备的壳聚糖季铵盐(A1、A2、A3)分别根据下述工艺处理棉织物：壳聚糖季铵盐浓度为2g/L，温度60℃，时间60min，浴比20∶1。
2)改性棉织物染色实验(不加入无机盐)
将改性后的棉织物根据下述工艺进行染色实验：染料浓度为1％owf，纯碱20g/L，温度60℃，时间60min，浴比30∶1。
实验中所用染料为Huntsman公司生产的Novacron Black W-NN染料。
3)上染率的测定
根据Novacron Black W-NN染料的标准曲线，计算出染色前后染料的浓度，通过下式计算染料的上染率E％：
式中：C0为染色前染料浓度，C1为染色后残液的浓度。
4)未改性棉织物染色实验(加入无机盐)
为了比较棉织物经壳聚糖季铵盐改性前后的上染率变化情况，将未改性棉织物根据下述传统染色工艺进行染色实验：染料浓度为1％owf，食盐30g/L，纯碱20g/L，温度60℃，时间60min，浴比30∶1。
本发明实施例中样品在活性染料无盐染色中的上染率测试结果如表1。
表1经过壳聚糖季铵盐处理棉织物的上染率
由表中可以看出，所合成的壳聚糖季铵盐均能显著降低无机盐的用量，提高活性染料的上染率。

Claims (4)

1.一种壳聚糖季铵盐在活性染料无盐染色中的应用，其特征在于，该壳聚糖季铵盐是以壳聚糖、二甲氨基氯乙烷盐酸盐、氢氧化钠为原料先进行烷基化反应，然后再上述产物中加入硫酸二甲酯进行季铵化反应制得，所述壳聚糖、二甲氨基氯乙烷盐酸盐、氢氧化钠、硫酸二甲酯的质量比为0.25～1∶7∶2∶6。
2.根据权利要求1所述应用，其特征在于，壳聚糖原料分子量为5～20万。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，烷基化反应温度为80～100℃，季铵化反应温度为80～100℃。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，烷基化反应时间为25～35小时。
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