CN107541966B - 一种纺织物染料及其制备方法与无水染色方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纺织品无水染色技术领域，具体公开一种纺织物染料及其制备方法与无水染色方法，按重量份数计，主要由以下成分组成：色剂1‑10份、有机溶剂3‑30份、三甘醇3‑5份、甘油2‑4份、木质素磺酸钠0.5‑5份、间硝基苯磺酸钠2‑5份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵1‑10份、海藻酸三乙醇胺盐1‑10份、碳酸氢钠0.01‑0.5份、氯化十六烷基吡啶1‑2份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐0.5‑1份、去离子水50‑90份。本发明制备得到的染料及无水染色方法不仅染色效果好，而且无需水洗，不产生任何废水，利于环境保护和节约生产成本。

Description

一种纺织物染料及其制备方法与无水染色方法

发明领域

本发明属于纺织品无水染色技术领域，具体地说是涉及一种纺织物染料及其制备方法与无水染色方法。

背景技术

水是生命之源，是维持生命的基本液体。全球水资源总量达14亿立方千米，其中淡水占2.5％，而地球上只有不到1％的淡水或约0.007％的水可为人类直接利用，而中国人均淡水资源只占世界人均淡水资源的四分之一。

传统纺织品染色技术是以水为载体，通过加温和助剂的作用，使染料和纺织品结合，从而达到纺织品染色的目的。染色结束后，需要对纺织品执行水洗工艺，以便去除浮色以及助剂。相当大量的染料留在染色废水中，致使印染废水成份复杂多变，色度大、碱性大，COD变化大及BOD极高，助剂的存在也对水体生态起到严重的破坏作用。而且，目前废水处理技术成本较高，染色废水处理难度很大，现有污水处理工艺中的光化学处理法、膜渗透技术、电化学处理法、生物处理法均不能很好发挥效果，不能完全解决印染废水问题，致使印染废水的回用率不到10％，同时排放的污水又会污染20倍量的水体。因此，印染废水的排放一直是纺织行业节能减排的重难点问题。

为了降低企业的生产成本，保护生态环境，需要对染色工艺做改进，使其符合现在的环保节能的理念。因此，纺织业界一直重视无水染色的相关技术研发，从根本上取消水洗工艺，降低水资源消耗和污染。

在无水染色技术当中，超临界二氧化碳无水染色技术发展较早，且在上世纪九十年代以来受到了较大关注。超临界二氧化碳流体介于气态和液态之间，染料在超临界二氧化碳流体中溶解度比较高，溶解的色素分子吸附在纺织品纤维分子上实现染色。但是，超临界二氧化碳无水染色技术主要适用于合成纤维，对于近年来越来越受到消费者青睐的麻、棉、丝等天然纤维来说，该方法的固色率低，色牢度差，无法在工业上采用。而且该方法需要高温高压的工艺条件，设备复杂、难度大、实现成本高、大规模应用中还存在安全生产方面的隐患。

有机溶剂染料无水染色是在有机溶剂的环境下，使溶剂中溶解的特定成分染料与纺织品纤维发生共价反应，通过共价键相结合，从而实现染色。相比于超临界二氧化碳无水染色工艺，采用有机溶剂染料的无水染色可以在常压条件下实现，对设备、工艺、安全保障方面的要求显著降低；通过适当选择有机溶剂，可以匹配多种染料成分，促进与纤维素的共价反应，因此可以适用于天然和合成纤维。

虽然有机溶剂染料无水染色工艺早在上世纪70-80年代就开始被尝试，但是目前尚没有较为成熟的有机溶剂染料及其无水染色工艺在产业上值得推广应用。造成这一现状的原因在于以下方面：一是有机溶剂本身的挥发性易造成光化学气体污染，因此其应用受到限制；二是染料成分在有机溶剂环境中成分稳定性低，易发生水解而失效；三是由于无水染色工艺中难以加入碱性水溶性助剂，染料成分在有机溶剂的环境下与纺织品纤维素的共价结合不稳定，而且有机溶剂本身给纺织品纤维结晶带来的溶胀破坏力度不够，染料成分对纤维的渗入作用不强，造成色牢度和固色率相对比较差，染色成功率低。

可见，现有技术中迫切需要一种不仅染色效果好，而且无需水洗，不产生任何废水的无水染色方法和适用于此方法的纺织物染料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纺织物染料及其制备方法与无水染色方法。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提供了一种纺织物染料，按重量份数计，主要由以下成分组成：色剂1-10份、有机溶剂3-30份、三甘醇3-5份、甘油2-4份、木质素磺酸钠0.5-5份、间硝基苯磺酸钠2-5份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵1-10份、海藻酸三乙醇胺盐1-10份、碳酸氢钠0.01-0.5份、氯化十六烷基吡啶1-2份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐0.5-1份、去离子水50-90份。

优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸二甲酯的任意一种。

优选的,所述色剂为双一氯均三嗪活性染料,乙烯砜活性染料中的任意一种。

另外，本发明还提供了一种上述任一项纺织物染料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原糊制备：将所述去离子水加热至70-90℃；按重量份数称取所述聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐加入热水中，在1000-2000r/min的转速下边撒边搅拌，撒完后继续搅拌20-30min至呈半透明糊状；

(2)将所述木质素磺酸钠加入所述有机溶剂中进行预分散；并将三甘醇和甘油混匀后加入预分散后的溶液，进一步加入所述间硝基苯磺酸钠和所述色剂，在1500-2500r/min的转速下搅拌15-25min，进入砂磨机研磨加工，砂磨机转速为5000-6000r/min，研磨时间为30-40min；

(3)将步骤(1)制备的所述原糊和步骤(2)研磨后的溶液在75-85℃的温度以及2000-3000r/min的转速下搅拌10-20min，使其成为糊状，加入所述氯化十六烷基吡啶、所述椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐和所述碳酸氢钠，在500-1000r/min的转速下搅拌40-50min，调整染料的pH值为7.5-9.5，得所述纺织物染料。

优选的，步骤(2)中所述研磨后染料中颜料颗粒粒径为≤1μm。

另外，本发明还提供了一种纺织物染料的无水染色方法，包括以下步骤：

(1)以离子液体作为溶剂溶解所述染料，即得染液；

(2)按照质量比1：20-30将纺织物加入染液中，先双频微波交替处理20-30min，再双频超声波交替处理10-20min，然后进行蒸化固色，汽蒸温度为115-125℃，固色时间为25-30min，染色结束后降温至20-30℃；

(3)步骤(2)染色结束出布1-15min后，在染浴中加入占染液总重量10-100％的水洗涤，将离子液体和染料分离，过滤后分离出所述离子液体和所述染料，洗涤液经过减压蒸馏分离出水和所述离子液体进行回收再利用。

优选的，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐；所述染料用量占离子液体质量的0.5-5％。

优选的，所述纺织物为涤纶、腈纶、丙纶合成纤维纺织品，以及棉、麻、丝天然纤维纺织品或涤棉混纺织品。

优选的，所述双频微波交替处理中双频微波交替频率为700-800MHz/2400-2500MHz，双频微波交替工作时间为3-5s，微波功率为200-300W。

优选的，所述双频超声波振荡处理中双频超声波交替频率为80-90KHz/35-45KHz，双频超声波交替工作时间为4-6s，超声波功率为400-500W。

本发明的有益效果：

(1)本发明的染料以二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸二甲酯的任意一种作为有机溶剂，上述有机溶剂为高沸点、高极性有机物，挥发性低，对空气环境影响极小，并且，以上有机溶剂属于非质子性有机溶剂，可以抑制活性染料色剂的水解。

(2)甘油作为稀释剂，能使聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐在有机溶剂中充分溶解，使聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐对染料的增稠效果更好，通过增稠有利于染料对纤维素的吸附作用，用来代替现有工业技术上尿素的使用，可以减少染色工艺对于环境的影响，特别是对于水质的影响；三甘醇可以提升染料对纤维素的吸附化学势，降低残液中的染料含量，同时不易使染料色剂发生结块现象；添加的椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐使得染料具有较好的抗静电性，可促进染料与纺织品纤维的结合；木质素磺酸钠作为活性染料色剂的分散剂；由于无机碱类固色剂在有机溶剂中溶解率低，本发明采用氯化十六烷基吡啶与碳酸氢钠共同作为固色剂，可显著提升固色率；加入间硝基苯磺酸钠作为成色保护剂，提升固色之后色牢度。

(3)本发明提供的染料及无水染色方法不仅染色效果好，而且无需水洗除去浮色的过程即可完成对织物的漂染，能够有效降低生产成本，不产生任何废水，利于环境保护；采用法双频微波交替处和双频超声波交替处理结合蒸化固色方法，超声波在纤维表皮的破损处实现应力集中，扩大龟裂，从而降低纤维结晶度，增加无定形态，有利于染料分子吸附结合在纤维之上，并且从裂缝扩散到纤维内部，造成上染快、色牢度高；不过，超声处理也容易导致纤维强度下降，因此，本发明适当调整了超声处理的功率、时间，以在染色和织物强度之间达到最佳平衡；微波染色加热加快染料分子向纤维内部的扩散，推动染料与纤维分子的结合，上染快，固色率高，并且节约能耗，提高了染料的利用率，同时也提高了纺织品的色牢度。

(4)染料颗粒的粒径研磨至微米级，使染料溶解性能更好，染色过程分散更加均匀，染色后纺织品颜色均匀，色彩鲜艳。

(5)本发明提供的无水染色方法采用离子液体作为溶剂溶解染料，染浴中只有离子液体和染料，不加入匀染剂、分散剂和增溶剂等化学试剂，无水，清洁，无污染、无废水排放。离子液体具有强极性，对纺织物纤维结晶体产生溶胀效应，并且促进纤维表层结晶的溶解，破坏纤维分子之间的氢键，从而可以增强染料与纤维之间的结合能力。本发明优选以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐作为离子液体溶剂，对涤纶、腈纶、丙纶等合成纤维纺织品和麻等高结晶度纤维的染色具有有利的效果，增加纤维表面粗糙程度，可以有效提高色牢度和固色率。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的说明。

实施例1：

本实施例提供了一种纺织物染料，按重量份数计，主要由以下成分组成：色粉1份、二甲基亚砜3份、三甘醇3-5、甘油2-4、木质素磺酸钠0.5份、间硝基苯磺酸钠2份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵1份、海藻酸三乙醇胺盐1份、碳酸氢钠0.01份、氯化十六烷基吡啶1份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐0.5份、去离子水50份。

另外，本实施例还提供了一种纺织物染料的制备方法，包括以下步骤：

(1)原糊制备：将所述去离子水加热至70℃；按重量份数称取所述聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐加入热水中，在1000r/min的转速下边撒边搅拌，撒完后继续搅拌30min至呈半透明糊状；

(2)将所述木质素磺酸钠加入所述二甲基亚砜中进行预分散；并将三甘醇和甘油混匀后加入预分散后的溶液，进一步加入所述间硝基苯磺酸钠和所述色粉，在1500r/min的转速下搅拌25min，进入砂磨机研磨加工，砂磨机转速为5000r/min，研磨时间为40min；

(3)将步骤(1)制备的所述原糊和步骤(2)研磨后的溶液在75℃的温度以及2000r/min的转速下搅拌20min，使其成为糊状，加入所述氯化十六烷基吡啶、所述椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐和所述碳酸氢钠，在500r/min的转速下搅拌50min，调整染料的pH值为7.5，得所述纺织物染料。

步骤(2)中所述研磨后染料中颜料颗粒粒径为≤1μm。

另外，本实施例还提供了一种纺织物染料的无水染色方法，包括以下步骤：

(1)以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐作为溶剂溶解所述染料，染料用量占1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐质量的0.5％，即得染液；

(2)按照质量比1：20将纺织物加入染液中，先在双频微波交替频率为800MHz/2500MHz，双频微波交替工作时间为5s，微波功率为300W的条件下双频微波交替处理20min，再在双频超声波交替频率为90KHz/45KHz，双频超声波交替工作时间为6s，超声波功率为500W的条件下双频超声波交替处理10min，然后进行蒸化固色，汽蒸温度为115℃，固色时间为30min，染色结束后降温至20℃；

(3)步骤(2)染色结束出布1min后，在染浴中加入占染液总重量10％的水洗涤，将离子液体和染料分离，过滤后分离出所述离子液体和所述染料，洗涤液经过减压蒸馏分离出水和所述离子液体进行回收再利用。

所述纺织物为涤纶、腈纶、丙纶合成纤维纺织品，以及棉、麻、丝天然纤维纺织品或涤棉混纺织品。

实施例2

本实施例提供了一种纺织物染料，按重量份数计，主要由以下成分组成：色粉6份、二甲基甲酰胺16份、三甘醇4份、甘油3份、木质素磺酸钠2.5份、间硝基苯磺酸钠3份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵5份、海藻酸三乙醇胺盐6份、碳酸氢钠0.3份、氯化十六烷基吡啶1.5份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐0.8份、去离子水70份。

另外，本实施例还提供了一种纺织物染料的制备方法，包括以下步骤：

(1)原糊制备：将所述去离子水加热至80℃；按重量份数称取所述聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐加入热水中，在1500r/min的转速下边撒边搅拌，撒完后继续搅拌25min至呈半透明糊状；

(2)将所述木质素磺酸钠加入所述二甲基甲酰胺中进行预分散；并将三甘醇和甘油混匀后加入预分散后的溶液，进一步加入所述间硝基苯磺酸钠和所述色粉，在2000r/min的转速下搅拌20min，进入砂磨机研磨加工，砂磨机转速为5500r/min，研磨时间为35min；

(3)将步骤(1)制备的所述原糊和步骤(2)研磨后的溶液在80℃的温度以及2500r/min的转速下搅拌15min，使其成为糊状，加入所述氯化十六烷基吡啶、所述椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐和所述碳酸氢钠，在800r/min的转速下搅拌45min，调整染料的pH值为8.5，得所述纺织物染料。

步骤(2)中所述研磨后染料中颜料颗粒粒径为≤1μm。

另外，本实施例还提供了一种纺织物染料的无水染色方法，包括以下步骤：

(1)以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐作为溶剂溶解所述染料，染料用量占1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐质量的2.5％，即得染液；

(2)按照质量比1：25将纺织物加入染液中，先在双频微波交替频率为750MHz/2450MHz，双频微波交替工作时间为4s，微波功率为250W的条件下双频微波交替处理25min，再在双频超声波交替频率为85KHz/40KHz，双频超声波交替工作时间为5s，超声波功率为450W的条件下双频超声波交替处理15min，然后进行蒸化固色，汽蒸温度为120℃，固色时间为28min，染色结束后降温至25℃；

(3)步骤(2)染色结束出布8min后，在染浴中加入占染液总重量60％的水洗涤，将离子液体和染料分离，过滤后分离出所述离子液体和所述染料，洗涤液经过减压蒸馏分离出水和所述离子液体进行回收再利用。

所述纺织物为涤纶、腈纶、丙纶合成纤维纺织品，以及棉、麻、丝天然纤维纺织品或涤棉混纺织品。

实施例3：

本实施例提供了一种纺织物染料，按重量份数计，主要由以下成分组成：色粉10份、碳酸二甲酯30份、三甘醇5份、甘油4份、木质素磺酸钠5份、间硝基苯磺酸钠5份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵10份、海藻酸三乙醇胺盐10份、碳酸氢钠0.5份、氯化十六烷基吡啶2份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐1份、去离子水90份。

另外，本发明还提供了一种纺织物染料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原糊制备：将所述去离子水加热至90℃；按重量份数称取所述聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐加入热水中，在2000r/min的转速下边撒边搅拌，撒完后继续搅拌20min至呈半透明糊状；

(2)将所述木质素磺酸钠加入所述碳酸二甲酯中进行预分散；并将三甘醇和甘油混匀后加入预分散后的溶液，进一步加入所述间硝基苯磺酸钠和所述色粉，在2500r/min的转速下搅拌15min，进入砂磨机研磨加工，砂磨机转速为6000r/min，研磨时间为30min；

(3)将步骤(1)制备的所述原糊和步骤(2)研磨后的溶液在85℃的温度以及3000r/min的转速下搅拌10min，使其成为糊状，加入所述氯化十六烷基吡啶、所述椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐和所述碳酸氢钠，在1000r/min的转速下搅拌40min，调整染料的pH值为9.5，得所述纺织物染料。

步骤(2)中所述研磨后染料中颜料颗粒粒径为≤1μm。

另外，本实施例还提供了一种纺织物染料的无水染色方法，包括以下步骤：

(1)以1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐作为溶剂溶解所述染料，染料用量占1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐质量的5％，即得染液；

(2)按照质量比1：30将纺织物加入染液中，先在双频微波交替处理中双频微波交替频率为700MHz/2400MHz，双频微波交替工作时间为3s，微波功率为200W的条件下双频微波交替处理30min，再在双频超声波交替频率为80KHz/35KHz，双频超声波交替工作时间为6s，超声波功率为400W的条件下双频超声波交替处理20min，然后进行蒸化固色，汽蒸温度为125℃，固色时间为25min，染色结束后降温至30℃；

(3)步骤(2)染色结束出布15min后，在染浴中加入占染液总重量100％的水洗涤，将离子液体和染料分离，过滤后分离出所述离子液体和所述染料，洗涤液经过减压蒸馏分离出水和所述离子液体进行回收再利用。

所述纺织物为涤纶、腈纶、丙纶合成纤维纺织品，以及棉、麻、丝天然纤维纺织品或涤棉混纺织品。

对照组

取现有技术中的无水纺织物活性染料，按重量份数计，主要由以下成分组成：乙烯砜活性染料色剂1份、元明粉30份、纯碱10份、去离子水50份，配制为溶液，采用普通无水染色处理工艺，对纺织物浸染至上述溶液着色，在80摄氏度下热风烘干120秒，在200摄氏度下热风高温发色100秒，冷却至室温固色。

对经实施例1-3无水染色工艺处理后的纺织品以及普通染料和染色处理工艺处理后的纺织品作为对照组进行两组平行测试：一组直接测试色牢度；另一组通过皂洗测试染料固色率，测试结果如表1所示。

表1：

表1可得知：实施例1-3提供的方法得到的产品具有良好的性能，本发明提供的方法是一种高固色率且染色后不需要进行水洗除去浮色的染色方法，染色牢度优良，无废水排出，具有非常好的应用前景。

Claims (5)

1.一种纺织物染料的无水染色方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以离子液体作为溶剂溶解染料，即得染液；所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐；所述染料用量占离子液体质量的0.5-5％；所述染料按重量份数计，由以下成分组成：色剂1-10份、有机溶剂3-30份、三甘醇3-5份、甘油2-4份、木质素磺酸钠0.5-5份、间硝基苯磺酸钠2-5份、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵1-10份、海藻酸三乙醇胺盐1-10份、碳酸氢钠0.01-0.5份、氯化十六烷基吡啶1-2份、椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐0.5-1份、去离子水50-90份；其中所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸二甲酯的任意一种；所述色剂为双一氯均三嗪活性染料,乙烯砜活性染料中的任意一种；

(2)按照质量比1：20-30将纺织物加入染液中，先双频微波交替处理20-30min，再双频超声波交替处理10-20min，然后进行蒸化固色，汽蒸温度为115-125℃，固色时间为25-30min，染色结束后降温至20-30℃；

(3)步骤(2)染色结束出布1-15min后，在染浴中加入占染液总重量10-100％的水洗涤，将离子液体和染料分离，过滤后分离出所述离子液体和所述染料，洗涤液经过减压蒸馏分离出水和所述离子液体进行回收再利用。

2.根据权利要求1所述的纺织物染料的无水染色方法，其特征在于：所述纺织物为涤纶、腈纶、丙纶合成纤维纺织品，或者棉、麻、丝天然纤维纺织品，或涤棉混纺织品。

3.根据权利要求1所述的纺织物染料的无水染色方法，其特征在于：所述双频微波交替处理中双频微波交替频率为700-800MHz/2400-2500MHz，双频微波交替工作时间为3-5s，微波功率为200-300W。

4.根据权利要求1所述的纺织物染料的无水染色方法，其特征在于：所述双频超声波振荡处理中双频超声波交替频率为80-90KHz/35-45KHz，双频超声波交替工作时间为4-6s，超声波功率为400-500W。

5.根据权利要求1所述的纺织物染料的无水染色方法，其特征在于：所述染料是按照如下方式进行制备的染料：

原糊制备：将所述去离子水加热至70-90℃；按重量份数称取所述聚丙烯酰基二甲基牛磺酸铵和海藻酸三乙醇胺盐加入热水中，在1000-2000r/min的转速下边撒边搅拌，撒完后继续搅拌20-30min至呈半透明糊状；

将所述木质素磺酸钠加入所述有机溶剂中进行预分散；并将三甘醇和甘油混匀后加入预分散后的溶液，进一步加入所述间硝基苯磺酸钠和所述色剂，在1500-2500r/min的转速下搅拌15-25min，进入砂磨机研磨加工，砂磨机转速为5000-6000r/min，研磨时间为30-40min；研磨后染料中颜料颗粒粒径为≤1μm；

将制备的所述原糊和研磨后的溶液在75-85℃的温度以及2000-3000r/min的转速下搅拌10-20min，使其成为糊状，加入所述氯化十六烷基吡啶、所述椰油基乙基二甲基铵乙基硫酸盐和所述碳酸氢钠，在500-1000r/min的转速下搅拌40-50min，调整染料的pH值为7.5-9.5，得所述纺织物染料。