CN106192467A - 阳离子单体在无盐染色上的应用及改性棉纤维的染色方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供阳离子单体在无盐染色上的应用，为采用阳离子单体对棉纤维改性，然后将改性棉纤维用于无盐染色；还提供改性棉纤维的染色方法，对改性棉纤维进行染色的方法包括先将改性棉纤维浸入染料中进行染色，再向染料中加入无水硫酸钠对改性棉纤维继续浸染，最后采用无水碳酸钠对染料进行固色。采用阳离子单体对棉纤维改性，使单体在聚合条件下在棉纤维上进行自聚合反应，优化阳离子单体在纤维上发生聚合反应的条件，进而大幅提高棉纤维对染料的利用率，达到90%以上。染后的棉纤维色泽饱满，无论是摩擦或者水洗都不容易使颜色脱落，相比传统无盐染色纤维具有更加优异的各项牢度性能。

Description

阳离子单体在无盐染色上的应用及改性棉纤维的染色方法

技术领域

本发明属于印染技术领域，具体涉及阳离子单体在无盐染色上的应用及改性棉纤维的染色方法。

背景技术

棉制品主要含天然纤维素纤维，具有良好的吸水性、吸湿性、易染色性，且具有手感柔软、强度适度、穿着舒适等优点，越来越受到人们青睐。应用在棉纤维染色方面最重要、最受欢迎的染料是活性染料。由于棉纤维在水溶液中呈负电性，Zeta电位约为-38mv，而活性染料分子中含有阴离子水溶性基团，同性相斥，使染料上染率和固色率较低，在传统染色工艺中需要应用大量的无机盐提高染料上染率，染色废水难以降解，造成严重的环境污染。虽然目前已提出了一些超滤和渗透膜技术用于污水的深度处理，来去除污水中的无机盐，但投入和运行成本较高，印染企业还难以接受。

为了解决活性染料利用率低以及在染色中的无机盐污染问题，首先要从提高棉纤维与活性染料之间的亲和力出发，染料化学工作者对此进行了大量的研究，发现棉纤维阳离子化改性是一种比较直接有效解决活性染料染色问题的途径之一。棉纤维阳离子化是通过物理或化学方法使阳离子化合物固着在棉纤维上，提高染料与纤维之间亲和力，使活性染料的竭染率和固色率提高，并在染色过程中少用甚至不用无机盐，大大地降低染色废水的处理难度。现有已报道的阳离子化棉纤维助剂有很多种，如环氧化合物、一氯均三嗪季铵盐化合物、氮杂环阳离子化合物、N-羟甲基丙烯酰胺胺盐化合物、羟烷基铵盐化合物等等，这些阳离子助剂可以与棉纤维发生化学反应使纤维阳离子化改性，并在少盐或无盐的情况下用活性染料进行染色，具有较高的染料利用率。但是，这些助剂阳离子聚合物作为无盐染色助剂处理棉纤维的过程中，当助剂分子量较高(达到105g/mol)时，助剂在纤维上分布不匀，影响染色纤维的匀染和透染；且存在用量大、稳定性差等缺点，并且处理后染色纤维强度也会降低。

还有一些已见报道的阳离子助剂是以物理作用力吸附在纤维上使纤维暂时带有正电性，用于活性染料无盐染色，如壳聚糖衍生物、阳离子淀粉、阳离子聚合物等等。经这类助剂处理后的染色纤维色深增加，一些助剂还赋予染色纤维抗菌或抗皱整理功能，但是由于部分阳离子助剂分子量难以控制，导致助剂处理后的染色纤维匀染性和透染性差；并且，一些助剂分子结构中含有可与染料反应的活性基团(如活泼羟基或氨基基团)，使部分活性染料与助剂发生反应而没有与纤维共价结合，造成染色纤维色牢度降低，色光变暗等问题。此外，现有报道的无盐染色助剂在染色企业中应用也具有一定困难，其中包括增加助剂的生产设备、助剂处理棉纤维的设备、改进助剂处理后纤维的染色工艺等等一系列的问题，这些问题限制了这些助剂在印染企业中的推广，因此，目前棉纤维无盐染色还没有真正实现大规模工业化生产和应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：解决活性染料利用率低以及在染色中的无机盐污染问题，提供一种阳离子单体在无盐染色上的应用方法。

本发明还提供改性棉纤维的染色方法，解决现有技术存在棉纤维对染料的利用率低、染色纤维强度降低、色牢度降低、色光变暗或需要增加专用设备等不足之处。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：阳离子单体在无盐染色上的应用，为采用阳离子单体对棉纤维改性，然后将改性棉纤维用于无盐染色。

采用阳离子单体对棉纤维改性的方法包括如下步骤：

1)将棉纤维放入质量浓度为0.2～0.4％的乳化剂溶液中，于90～100℃下加热处理10～15min，加热处理后将棉纤维干燥；

2)将步骤1)干燥后的棉纤维浸入质量浓度为2～4％的阳离子单体溶液中，采用浸轧机对棉纤维进行浸轧处理5～10min；

3)将步骤2)浸轧处理后的棉纤维于90～100℃下烘焙5～10min，得到改性纤维棉。

其中，所述阳离子单体溶液为阳离子聚丙烯酰胺水溶液、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液或表氯醇的乙醇溶液。

所述乳化剂溶液为烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、辛基酚聚氧乙烯醚的乙醇溶液或聚乙二醇辛基苯基醚水溶液。

其中，步骤1)中棉纤维与乳化剂的质量体积比为1g:0.5～1mL，步骤2)棉纤维与阳离子单体溶液的质量体积比为1g：5～10mL。

步骤2)中控制浸轧机的轧辊压力为3.0～4.0bar，控制浸轧机的转速为1.0～2.0m/s。

本发明还提供一种改性棉纤维的染色方法，包括如下步骤：

1)将所得改性棉纤维浸入阴离子类活性染料溶液中，在40～50℃下染色15～45min；其中，所述改性棉纤维与所述阴离子类活性染料溶液的质量体积比为1g：3～5mL；

2)向步骤1)所述阴离子类活性染料溶液中加入无水硫酸钠，在40～50℃下对所述改性棉纤维继续染色35～50min，其中，所述无水硫酸钠的添加量为所述改性棉纤维质量的3～5％；

3)以2～5℃/min的升温速率将所述阴离子类活性染料溶液的温度升温至80～90℃后，向所述阴离子类活性染料溶液中加入无水碳酸钠，在80～90℃下对改性棉纤维进行固色反应45～80min，其中，所述无水碳酸钠的添加量为所述改性棉纤维质量的5～8％。

步骤2)中分两次向所述阴离子类活性染料溶液中添加无水硫酸钠，两次加入无水硫酸钠的总添加量为所述改性棉纤维质量的3～5％，两次加入的时间间隔为10～15min。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明首创性地采用阳离子单体对棉纤维进行改性，将阳离子单体用于无盐染色中。利用棉纤维的多孔结构，引入用分子尺寸和分子量较小的阳离子单体(阳离子丙烯酰胺)在棉纤维孔隙间发生聚合反应，使纤维阳离子化改性。这些阳离子单体停留在棉纤维的孔隙中，使单体在聚合条件下可以在棉纤维上进行自聚合反应生成高分子量聚合物，高分子链贯穿于纤维内外，在棉纤维上固着牢固，在染色过程中使阳离子单体不易从纤维上脱落，达到阳离子化改性棉纤维的目的，改性后棉纤维带有正电荷，因而无需使用盐即可完成对棉纤维的染色，在染色过程中不会发生阳离子单体脱落的情况，无盐染色效果好，且本发明阳离子单体嵌在纤维空隙中，与纤维互相渗透，不会阻碍染料与纤维的结合，染色纤维能够实现匀染和透染。

2、采用本发明改性纤维进行染色，由于活性染料为阴离子染料，带有负电荷，而本发明阳离子单体处理后的棉纤维带有部分正电荷，异性相吸，从而实现染料在棉纤维上的吸附；在活性染料固色条件下，染料活性基与纤维上羟基发生反应，使染料与纤维结合，达到上染纤维的目的。在无盐的条件下进行染色，具有较高的染料利用率，同时减轻染色废水的后续处理难度，以使无盐染色废水能够达到的排放指标。

采用本发明方法进行染色可大幅提高改性棉纤维对染料的利用率，对染料的利用率可达90％或以上，且染后的棉纤维色泽饱满，无论是摩擦或者是水洗都不容易使颜色脱落，相比无盐染色纤维具有更加优异的各项牢度性能，取得了意想不到的技术效果。

1、采用本发明染色方法无需使用特殊的设备，用印染企业现有的染色及整理设备即可对改性后的纤维进行染色，操作工艺更加简单便捷，没有附加成本，成本低，为本发明改性染料在印染企业中实现工业化大规模应用创造有利条件；且采用本发明改性棉纤维和染色方法，染色后的废水处理难度大幅度降低，污水处理成本比现有有盐染色工艺低，产生的废水对环境的污染小，更加绿色环保。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

本发明提供阳离子单体在无盐染色上的应用，即为采用阳离子单体对棉纤维改性，然后将改性棉纤维用于无盐染色。

(1)首先选择现已工业化生产、价格便宜、室温下性质稳定的丙烯酰胺等阳离子单体用于无盐染色。

(2)利用棉纤维的多孔结构，用分子尺寸较小的阳离子单体处理棉纤维，使单体在聚合条件下在棉纤维上进行自聚合反应并进行改性，通过研究阳离子单体在纤维上发生聚合反应的条件，阳离子化处理对设备的要求，测试阳离子化改性纤维强度性能和纤维白度并于未处理纤维进行比较；并与有盐染色进行比较。

(3)获得较好的改性棉纤维的染色方法，使活性染料染色效果最好、对染料的利用率达90％或以上，且染后的棉纤维色泽饱满，无论是摩擦或者是水洗都不容易使颜色脱落，相比无盐染色纤维具有更加优异的各项牢度性能。

实施例1

(一)一种阳离子单体对棉纤维改性的方法，包括如下步骤：

1)将棉纤维放入质量浓度为0.2％的乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚水溶液中，于90℃加热处理10min，加热处理后将棉纤维常温晾干；棉纤维与乳化剂的质量体积比为1g:0.5mL；

2)将步骤1)干燥后的棉纤维浸入质量浓度为2％的阳离子聚丙烯酰胺水溶液中，采用浸轧机对棉纤维进行浸轧处理5min，其中，控制浸轧机的轧辊压力为3.0bar，控制浸轧机的转速为1.0m/s；棉纤维与阳离子单体溶液的质量体积比为1g：5mL；

3)将步骤2)浸轧处理后的棉纤维于90℃下烘焙5min，得到改性棉纤维。

(二)一种改性棉纤维的染色方法，对本实施例制得的改性棉纤维进行染色，步骤如下：

1)称取0.1g染料RR195在50mL容量瓶中用水配成染液，用移液管移取0.5mL染液，用水稀释到125mL容量瓶中，测为初始染浴吸光度A₀(510nm处的吸光度)，用移液管取5mL染液放入50mL锥形瓶中，再加入5mL水，配成染浴。将制得的改性棉纤维浸入染浴中，在40℃下染色15min；所述改性棉纤维与所述染料溶液的质量体积比为1g：3mL。

2)向步骤1)所述染料溶液中分两次加入无水硫酸钠，两次加入的时间间隔为10min，在40℃下对所述改性棉纤维继续染色35min，其中，所述无水硫酸钠两次添加的总添加量为改性棉纤维质量的3％；

3)以2℃/min的升温速率将染料溶液的温度升温至85℃后，向染料溶液中加入无水碳酸钠，在85℃下对改性棉纤维进行固色反应60min，完成对改性棉纤维的染色，其中无水碳酸钠的添加量为改性棉纤维质量的5％。染色结束后，记录染色后染浴的吸光度A₁。

(三)对采用本实施例改性棉纤维进行染色的结果进行分析，分析结果如表1所示：

a、染料竭染率计算方法及公式：E＝(A₀－A₁)/A₀×100％

A₀为初始染液吸光度值；A₁为染色后残液吸光度值；可通过紫外-可见分光光度计测量((510nm处的吸光度))。

b、染色布样色深(K/S)：利用电子测色配色仪(UItraScanXE，美国Hunter公司)测量。

c、染色布样牢度测试：水洗牢度根据ISO 105-E01—1995标准进行测定。

d、摩擦牢度根据ISO 105-X12—1993标准，利用预置式色牢度摩擦实验仪(温州大荣纺织标准仪器厂)测定。

表1传统染色过程和实施例1无盐染色过程中的染色布样染色及牢度数据

由表1可以看出，本实施例阳离子聚丙烯酰胺处理棉纤维染色效果达到并部分优于传统染色，不仅消除盐的使用还能达到节能省时的目的，是一种高效绿色的染色方法，具有很好的应用前景。

实施例2

(一)一种阳离子单体对棉纤维改性的方法，包括如下步骤：

1)将棉纤维放入质量浓度为0.3％的乳化剂辛基酚聚氧乙烯醚的乙醇溶液中，于95℃加热处理13min，加热处理后将棉纤维常温晾干；棉纤维与乳化剂的质量体积比为1g:0.8mL；

2)将步骤1)干燥后的棉纤维浸入质量浓度为3％的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵水溶液中，采用浸轧机对棉纤维进行浸轧处理，其中，控制轧辊压力为3.5bar，控制浸轧机的转速为1.5m/s；棉纤维与阳离子单体溶液的质量体积比为1g：8mL；

3)将步骤2)浸轧处理后的棉纤维于95℃下烘焙8min，完成对棉纤维的改性。

(二)一种改性棉纤维的染色方法，对本实施例制得的改性棉纤维进行染色，步骤如下：

1)称取0.1g染料PY145在50mL容量瓶中用水配成染液，用移液管移取0.5mL染液，用水稀释到125mL容量瓶中，测为初始染浴吸光度A₀(510nm处的吸光度)，用移液管取5mL染液放入50mL锥形瓶中，再加入5mL水，配成染浴。将制得的改性棉纤维浸入染浴中，在45℃下染色20min；所述改性棉纤维与所述染料溶液的质量体积比为1g：4mL。

2)向步骤1)所述染料溶液中分两次加入无水硫酸钠，两次加入的时间间隔为15min，在45℃下对所述改性棉纤维继续染色40min，其中，所述无水硫酸钠两次添加的总添加量为改性棉纤维质量的4％；

3)以3℃/min的升温速率将染料溶液的温度升温至90℃后，向染料溶液中加入无水碳酸钠，在90℃下对改性棉纤维进行固色反应50min，完成对改性棉纤维的染色，其中无水碳酸钠的添加量为改性棉纤维质量的6％。染色结束后，记录染色后染浴的吸光度A₁。

(三)按照与实施例1相同的检测方法，对采用本实施例改性纤维进行染色后得到的纤维染色结果进行分析，结果如表2所示，由表2可以看出本实施例阳离子单体改性无盐染色对染料的利用率高，染得的棉纤维色泽饱满，染料在布匹上沾染牢固。

表2实施例2无盐染色过程中的染色布样染色及牢度数据

实施例3

(一)一种阳离子单体对棉纤维改性的方法，包括如下步骤：

1)将棉纤维放入质量浓度为0.4％的乳化剂聚乙二醇辛基苯基醚水溶液中，于100℃加热处理15min，加热处理后将棉纤维常温晾干；棉纤维与乳化剂的质量体积比为1g:1mL；

2)将步骤1)干燥后的棉纤维浸入质量浓度为2.5％的阳离子表氯醇的乙醇溶液中，采用浸轧机对棉纤维进行浸轧处理，其中，控制浸轧机的轧辊压力为3.5bar，控制浸轧机的转速为1.8m/s；棉纤维与阳离子单体溶液的质量体积比为1g：8mL；

3)将步骤2)浸轧处理后的棉纤维于100℃下烘焙10min，完成对棉纤维的改性。

(二)一种改性棉纤维的染色方法，对本实施例制得的改性棉纤维进行染色，步骤如下：

1)称取0.1gRB19染料在50mL容量瓶中用水配成染液，用移液管移取0.5mL染液，用水稀释到125mL容量瓶中，测为初始染浴吸光度A₀(510nm处的吸光度)，用移液管取5mL染液放入50mL锥形瓶中，再加入5mL水，配成染浴。将制得的改性棉纤维浸入染浴中，在50℃下染色45min；所述改性棉纤维与所述染料溶液的质量体积比为1g：5mL。

2)向步骤1)所述染料溶液中分两次加入无水硫酸钠，两次加入的时间间隔为13min，在50℃下对所述改性棉纤维继续染色50min，其中，所述无水硫酸钠两次添加的总添加量为改性棉纤维质量的5％；

3)以2.5℃/min的升温速率将染料溶液的温度升温至100℃后，向染料溶液中加入无水碳酸钠，在98℃下对改性棉纤维进行固色反应45min，完成对改性棉纤维的染色，其中无水碳酸钠的添加量为改性棉纤维质量的7％。染色结束后，记录染色后染浴的吸光度A₁。

(三)按照与实施例1相同的检测方法，对采用本实施例改性纤维进行染色后得到的纤维染色结果进行分析，结果如表3所示，由表3可以看出本实施例阳离子单体改性无盐染色对染料的利用率高，染得的棉纤维色泽饱满，染料在布匹上沾染牢固。

表3实施例3无盐染色过程中的染色布样染色及牢度数据

另外，各实施例的阳离子单体对棉纤维改性的方法中，所述乳化剂溶液以乳化剂为溶质，以能使乳化剂在其中溶解的液剂1作为溶剂配制而成，所述液剂1包括水、乙醇或丙酮。

所述阳离子单体溶液以阳离子单体作为溶质，以能使阳离子单体在其中溶解的液剂2作为溶剂配制而成，所述液剂2包括水、乙醇或异丁醇。

改性棉纤维的染色方法中，所述阴离子类活性染料溶液以阴离子类活性染料作为溶质，以能使阴离子类活性染料在其中溶解的液剂3作为溶剂配制而成，所述液剂3包括水或乙醇；所述阴离子类活性染料溶液的浓度根据棉纤维需要印染颜料的深浅进行选择。

阳离子聚丙烯酰胺处理棉纤维染色效果达到并部分优于传统染色，不仅消除盐的使用还能达到节能省时的目的，是一种高效绿色的染色方法，具有很好的应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.阳离子单体在无盐染色上的应用，为采用阳离子单体对棉纤维改性，然后将改性棉纤维用于无盐染色。

2.根据权利要求1所述阳离子单体在无盐染色上的应用，其特征在于，采用阳离子单体对棉纤维改进的方法包括如下步骤：1）将棉纤维放入质量浓度为0.2~0.4%的乳化剂溶液中，于90~100℃下加热处理10~15min，加热处理后将棉纤维干燥；

2）将步骤1）干燥后的棉纤维浸入质量浓度为2~4%的阳离子单体溶液中，采用浸轧机对棉纤维进行浸轧处理5~10min；

3）将步骤2）浸轧处理后的棉纤维于90~100℃下烘焙5~10min，得到改性纤维棉。

3.根据权利要求2所述阳离子单体在无盐染色上的应用，其特征在于，所述阳离子单体溶液为阳离子聚丙烯酰胺水溶液、二甲基二烯丙基氯化铵水溶液或表氯醇的乙醇溶液。

4.根据权利要求2所述阳离子单体在无盐染色上的应用，其特征在于，所述乳化剂溶液为烷基酚聚氧乙烯醚水溶液、聚乙二醇辛基苯基醚水溶液或辛基酚聚氧乙烯醚的乙醇溶液。

5.根据权利要求2所述阳离子单体在无盐染色上的应用，其特征在于，步骤1）中棉纤维与乳化剂的质量体积比为1 g:0.5~1 mL，步骤2）棉纤维与阳离子单体溶液的质量体积比为1 g：5~10 mL。

6.根据权利要求2所述阳离子单体在无盐染色上的应用，其特征在于，步骤2）中控制浸轧机的轧辊压力为3.0~4.0bar，控制浸轧机的转速为1.0~2.0m/s。

7.一种改性棉纤维的染色方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将权利要求2~6任一所得改性棉纤维浸入阴离子类活性染料溶液中，在40~50℃下染色15~45 min；其中，所述改性棉纤维与所述阴离子类活性染料溶液的质量体积比为1 g：3~5 mL；

2）向步骤1）所述阴离子类活性染料溶液中加入无水硫酸钠，在40~50℃下对所述改性棉纤维继续染色35~50 min，其中，所述无水硫酸钠的添加量为所述改性棉纤维质量的3~5%；

3）以2~5℃/min的升温速率将所述阴离子类活性染料溶液的温度升温至80~90℃后，向所述阴离子类活性染料溶液中加入无水碳酸钠，在80~90℃下对改性棉纤维进行固色反应45~80min，其中，所述无水碳酸钠的添加量为所述改性棉纤维质量的5~8%。

8.根据权利要求7所述改性棉纤维的染色方法，其特征在于，步骤2）中分两次向所述阴离子类活性染料溶液中添加无水硫酸钠，两次加入无水硫酸钠的总添加量为所述改性棉纤维质量的3~5%，两次加入的时间间隔为10~15 min。