关键词:
阳离子活性染料
棉纤维
无盐染色
毛腈混纺纤维
一浴法染色
摘要:
活性染料因其色谱齐全、色泽鲜艳、湿处理牢度高等优点被广泛应用于棉纤维、羊毛纤维等多种纤维的染色中,但存在固着率低、染色废水中含有大量无机盐等严重的环境污染问题。阳离子活性染料在活性染料结构的基础上引入阳离子基团,使染料结构中带有正电荷,减小或消除了染料与棉纤维之间的静电斥力,可实现棉纤维的无盐染色,甚至中性固色。同时染料结构中的活性基团可以与羊毛、蚕丝、尼龙等纤维形成共价键结合,结构中的阳离子基团可以与腈纶纤维形成离子键结合,进而可以上染多种纤维,在单一纤维或混纺纤维上具有很好的染色性能。近年来对于阳离子活性染料的开发与应用主要集中于对于单一纤维的研究,同时染料结构以蒽醌母体为主,存在染料的水溶性较差,染料色谱不全等问题。
本论文从提高染料的亲和力、水溶性等多角度出发,通过染料结构设计,合成一系列含有多反应基团的阳离子活性染料、染料母体含阳离子基团的阳离子活性染料、杂环阳离子活性染料和基于H酸体系的阳离子活性染料,同时结合高斯计算,从量子力学的角度进一步解释染料结构与性能之间的关系,为染料的合成及应用提供指导意义。
首先本课题设计合成了五只具有不同活性基与阳离子基团的多反应基团的阳离子活性染料,染料颜色涉及红色、橙色、黄色等,通过改变活性基和阳离子基团的种类、数目与位置,探究不同反应基团对于染料上染棉纤维的染色性能。通过采用红外光谱和核磁共振氢谱等对结构进行表征。实验发现,在染料母体上引入阳离子基团能够显著提高染料的水溶性,同时随着结构中阳离子基团数目的增多水溶性增加。将所合成的五只多反应基团阳离子活性染料应用于棉纤维的无盐染色。结果表明,含有双活性基的阳离子活性染料在棉织物上具有较高的上染率及固色率,但由于其较低的水溶性造成其匀染性下降。对于阳离子基团在染料母体上的阳离子活性染料在棉织物上具有很好的上染率,无机盐的加入反而会抑制染料的上染,其可实现无盐染色,固色率达80%以上。染色棉织物具有较好的耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度,其耐日晒色牢度有待提高。
基于第二章阳离子基团在染料母体上的阳离子活性染料结构具有较好的水溶性和匀染性,合成了六只染料母体含阳离子基团的阳离子活性染料,并将其应用于腈纶、羊毛以及毛腈混纺织物的染色。所合成的染料颜色主要为橙色、金黄色和浅黄色,随着染料结构中阳离子数目的增多,染料的水溶性增大,但通过Gaussian计算发现,活性基侧链上阳离子基团的引入会破坏染料分子的平面性,进而也将可能导致染料的水溶性变差。实验结果表明,染料结构中阳离子基团数目的增加有利于染料在腈纶织物上的上染;而对比以一氯均三嗪为活性基的阳离子活性染料,以二氯均三嗪为活性基的阳离子活性染料在羊毛织物上具有较高的上染率。综合染料的上染率、固色率以及染色织物的匀染性,含有异双阳离子基团的阳离子活性染料可用于毛腈混纺织物一浴法染色。染色后毛腈混纺织物具有很好的耐水洗色牢度,均在4-5级以上,但是耐摩擦色牢度和耐日晒色牢度一般。
为了提高阳离子活性染料的发色强度和色光鲜艳度,探索杂环阳离子活性染料的染色性能,第四部分将苯并噻唑及苯并异噻唑衍生物通过π共轭体系引入到阳离子活性染料分子结构中,设计并合成了六只杂环偶氮结构的阳离子活性染料。以3-氨基-5-硝基苯并异噻唑、2-氨基苯并噻唑和2-氨基-6-甲氧基苯并噻唑为重氮组分中间体,以N,N-二乙基间氨基苯胺为电子供体中间体,合成了四只紫红色和两只蓝绿色杂环类阳离子活性染料,通过红外、核磁等方法对其进行结构表征,结合Gaussian计算对染料的分子构型进行优化,分析取代基对染料分子平面性的影响。并将其应用于羊毛、腈纶以及毛腈混纺纤维的染色中,表现出高直接性和上染率。混纺织物的匀染性对比发现,对于得色量较高的染料,染料对纤维的亲和力较高造成其匀染性较差。综合上染率、固色率及染色织物匀染性,以2-氨基苯并噻唑为重氮组分的染料可适用于毛腈混纺织物一浴法染色,染色混纺织物具有很好的干摩擦色牢度,但湿摩擦色牢度和耐日晒色牢度一般。
单单引入阳离子基团并不能显著提高染料的水溶性,在本论文的第五部分,通过以H酸为染料母体偶合组分中间体不仅提高染料的水溶性也增加染料的平面性,设计并合成了九只基于H酸体系的阳离子活性染料。该系列染料以对硝基苯胺、对甲氧基苯胺、2,4-二氯苯胺、2-氯-4-硝基苯胺、2,4-二硝基苯胺、2,4-二硝基-6-溴苯胺、邻氨基苯磺酸、2,5-二磺酸苯胺和1,5-二磺酸萘胺为重氮组分,以H酸为偶合组分中间体,合成了涉及粉色、红色、紫色、蓝紫色、灰绿色等多种颜色的阳离子活性染料,进一步丰富染料色谱。采用红外光谱、核磁共振氢谱的方法对染料结构进行表征,采用紫外可见吸收光谱对染料光谱性能、水溶性进行分析。在染料结构中引入磺酸基可以明显提高染料的水溶性,且染料的水溶性随磺酸基的数量增加显著提高。采用G