低压无水染色体系中发色母体对分散染料染色性能的影响

　　摘要：涤纶传统水浴染色存在高耗水、高排放和高污染的技术难题，以高沸点、非极性的十甲基环五硅氧烷(D5)为染色介质可以实现分散染料在低压条件下对涤纶织物染色。为了研究该体系中发色母体对分散染料染色性能的影响，文章分别以邻氰基对硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并异噻唑为重氮组分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺为偶合组分，合成了分散染料D-1(偶氮结构)和D-2(杂环结构)。选用D-1、D-2和C.I.分散红177在低压无水染色体系中对涤纶织物染色，探究了发色母体及促染剂与染料在染色介质中的溶解度、染色性能的关系。结果表明，在无促染剂时，以邻氰基对硝基苯胺为重氮组分的D-1的溶解度最低为0.081 g/L，上染率最高为95%;随着促染剂质量分数的增加，D-1的溶解度及上染率变化较小，而D-2和C.I.分散红177的溶解度明显降低，上染率提高15%;发色母体对染色织物的各项色牢度无显著影响，且均可达到4级或以上。

　　关键词：低压无水染色;十甲基环五硅氧烷(D5);涤纶织物;发色母体;溶解度;上染率;促染剂

　　涤纶织物具有坚牢耐用和抗皱免烫的优点，广泛应用于纺织服装行业。涤纶传统水浴染色时，需要加入大量分散剂来保证分散染料在染液中均匀分散;同时，为了防止涤纶纤维中酯键和分散染料发生碱性水解，需要加入大量酸来调节染液pH值在4.3～5.6内;并且染色后为了充分洗去涤纶织物表面浮色又需要进行还原清洗，耗用较多的保险粉、碱剂及水，最终大量的有色废水和化学助剂被排放，导致生态环境被严重破坏[1]。因此，新型绿色染整技术开发是当下印染行业可持续发展的关键。

　　近年来，许多新型染色技术得到了研究和发展，比如气流染色技术[2]、泡沫染色技术[3]和非水介质染色技术等[4-5]，但是气流染色存在容易产生色花、洗缸难、染深色织物色牢度低等缺点，而泡沫染色存在匀染性差的问题，如何将泡沫均匀施加在织物表面一直是该技术发展的瓶颈。早期的非水介质染色技术研究较多的是有机溶剂染色和超临界二氧化碳流体染色[6]，前期报道的有机溶剂多数容易挥发，有些还存在易燃、易爆、有毒的问题，无法满足清洁生产的需求而逐渐被淘汰。作为染色介质的超临界二氧化碳虽然比有机溶剂生态环保，但是该技术需要在超高压下才能完成对纤维的染色，存在安全隐患，再加上染色设备昂贵，极大程度上限制了超临界二氧化碳流体染色技术的发展[7-8]。

　　D5对人体和环境都无毒无害，是生态环保友好型的有机溶剂，普遍应用在护肤品和洗涤行业中[9-10]。因D5独特的优点，2007年以后王际平等[9]原创性地開发了以D5为染色介质的非水介质染色关键技术，不仅可以实现水溶性染料[11]对亲水纤维染色的高固着率[12]，还可以实现分散染料在低压条件下对合成纤维的染色[13]。目前偶氮型分散染料因制造简便、价格低廉、色谱齐全、色牢度较好等优点，已经广泛应用于涤纶纤维的着色。而分散染料的染色性能除了与染色条件有关外，主要取决于分散染料母体结构及取代基团。目前D5染色体系中关于取代基对分散染料染色性能影响的报道较多，并且高媛媛[14]已经证明分散染料在D5中的溶解度与上染率存在一定的反比例关系，但关于低压无水染色体系中发色母体与染色性能的关系还未系统研究。本文通过改变分散染料的重氮组分，合成具有不同发色母体的分散染料，探究分散染料发色母体对低压无水染色体系中分散染料的溶解度、上染率、提升力和色牢度的影响，进一步研究染浴中不同促染剂的质量分数对分散染料的溶解度和上染率的影响，为低压无水D5染色体系专用分散染料的开发提供理论指导，从而推动印染行业生态可持续发展。

　　1 实 验

　　1.1 材料和仪器

　　1.1.1 材 料

　　100% PET的涤纶织物(海宁万紫千红印染有限公司)，工业级D5(蓝星化工新材料股份有限公司)，工业级皂片(上海市纺织工业技术监督所)，工业级C.I.分散红177(浙江宇昊化工科技有限公司)，邻氰基对硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并异噻唑、N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺(湖北永阔科技有限公司)和亚硝酸钠、亚硝酰硫酸、无水乙醇、浓盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、乙醇，二甲基亚砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)均为分析纯(上海泰坦科技股份有限公司)，促染剂为蒸馏水。

　　1.1.2 仪 器

　　UV-2600紫外-可见分光光度计(日本岛津)，YP color-tech可调向式打色机(上海千立自动化设备有限公司)，SW-24C耐洗色牢度试验机(宁波纺织仪器厂)，Y571耐摩擦色牢度仪(莱州元茂仪器有限公司)，Datacolor 800测色配色仪(德塔颜色商贸上海有限公司)，Waters e2695高效液相色谱仪(Waters公司)，Nicolet iS 10红外光谱仪(美国Thermo fisher)，BRUKER

　　AVANCE 400核磁共振仪(瑞士Bruker公司)。

　　1.2 方 法

　　1.2.1 染料的合成

　　为了研究发色母体对分散染料染色性能的影响，本文通过改变C.I.分散红177结构中重氮组分的结构，分别以邻氰基对硝基苯胺、3-氨基-5-硝基苯并异噻唑为重氮组分，N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺为偶合组分，合成了分散染料D-1(偶氮结构)和D-2(杂环结构)。

　　为了与染料C.I.分散红177对比，染料D-1和D-2作为合成染料，本文首先验证了合成染料D-1和D-2的纯度和结构的正确性，然后分别利用HPLC测定两只染料的纯度分别为95.42%和73.23%，化学式如图1所示。

　　通过重氮化和偶合反应制备D-1和D-2，具体合成路线如图2所示。

　　1) 重氮化反应：

　　染料D-1：将0.01 mol(1.63 g)邻氰基对硝基苯胺加入到烧杯中，加入约10 mL水搅拌30 min至均匀分散，然后加入约4.65 g质量分数为36.5%的浓盐酸，将混合物在冰浴条件下冷却到0 ℃，缓慢滴加含质量分数为30%的NaNO2(含0.7 g)水溶液，搅拌条件下进行重氮化反应，当将一滴重氮盐滴入冰水中呈均匀分散状态，即为反应终点。

　　染料D-2：将0.01 mol(1.95 g)3-氨基-5-硝基苯并异噻唑加入到5 mL浓硫酸中，在25～30 ℃下搅拌、完全溶解后，逐滴加入质量分数为40%的3.175 g亚硝酰硫酸，维持在此温度下进行重氮化反应，当将一滴重氮盐滴入冰水中呈均匀分散状态，即为反应终点[15]。反应完全后加入氨基磺酸除去多余的亚硝酸，备用[16]。

　　2) 偶合反应：

　　染料D-1与D-2的偶合反应相似。以染料D-1为例，将0.01 mol N-氰乙基-N-乙酰氧乙基苯胺的醋酸溶液(50%)465 g配置成质量分数为27%的醋酸水溶液，并加入适量的乙醇稀释，在0～5 ℃条件下将1)中制备得到的重氮盐缓慢滴入到偶合组分中，0.5 h滴加完毕后控制温度10～15 ℃，搅拌反应6～8 h，用H酸检测反应终点[17]，整个反应中保持偶合组分微过量。偶合反应结束后，用质量分数为20%的NaOH水溶液将偶合液的pH值调节至5～6[16]。

　　3) 抽滤、提纯：

　　将2)中制备的偶合液迅速倒入布氏漏斗中进行抽滤，用蒸馏水反复洗涤滤饼至滤液澄清，再将产物均匀分散于水中抽滤、洗涤，重复多次直至水洗液接近无色。将得到的产物加入乙醇中，在65 ℃下加热约30 min，趁热过滤，再将滤液迅速冷却，析出晶体后抽滤，水洗，烘干[18]。D-1和D-2的产率分别为80.04%和88.30%。

　　1.2.2 染色工艺

　　基于团队前期研究的最佳升温速度和保温时间[13]，按染料质量分数为0.5%称取一定量的分散染料到染杯中，按浴比1︰20在染杯中加入40 mL D5介质。在室温条件下将2 g涤纶织物浸于染液中，先以6 ℃/min升温至80 ℃，再以3 ℃/min升温至140 ℃，在140 ℃下恒温染色60 min，再降温至60 ℃。染色完成后，采用40 mL D5(浴比1︰20)在80 ℃下洗涤15 min，重复2次，在室温下干燥，染色工艺曲线如图3所示[19]。

　　1.3 染色性能测试

　　1.3.1 分散染料标准曲线绘制

　　精准称取分散染料，以DMSO为溶剂配置分散染料溶液，利用紫外-可见分光光度计测定各染料溶液在可见光380～780 nm的吸光度，利用染料质量分数与吸光度值繪制三只染料的标准曲线图。

　　1.3.2 染料的溶解度

　　将1 g染料加入到盛有150 mL D5介质的密闭染杯中，配置成过饱和溶液，并加入0、5%、15%、25%、35%的促染剂，分别在温度110、120、130、140 ℃下使用可调向式打色机加热搅拌30 min，保证达到固液平衡状态。然后快速从上清液中吸取一定量的溶有染料的D5溶液，用二甲基亚砜萃取染料，测其吸光度，根据1.3.1得到的染料标准曲线计算分散染料在D5中的溶解度[20]。

　　1.3.3 染料的上染速率曲线

　　按照图3染色工艺，采用分散染料对涤纶进行染色，洗涤步骤重复2次，收集染色残液和洗涤液。利用30 mL DMSO将染料从D5中萃取出来，吸取一定量的DMSO萃取溶液于容量瓶中定容，测试该溶液的吸光度并记录。根据式(1)计算出染料在不同时间段(15、30、45、60、75、90、105 min)对涤纶织物的上染率，通过时间和上染率绘制上染速率曲线图。

　　E/%=1-C1V1C0V0×100(1)

　　式中：E是上染率，C0、C1分别是染色前和染色后染料的质量分数，V0、V1分别为染色前和染色后液体的体积。

　　1.3.4 染料的提升力曲线

　　采用分散染料质量分数为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、09%，按照图3染色工艺对涤纶织物染色，染色后洗涤、烘干。采用Datacolor 800测定染色织物的K/S值，按照染料质量分数和K/S值的关系绘制出染料提升力曲线[21]。

　　1.3.5 促染剂对分散染料染色性能的影响

　　按照图3染色工艺，分别在D5染浴中加入相对织物质量分数为0、5%、15%、25%、35%的促染剂，按照1.3.2和1.3.3所述方法测定染料的溶解度和上染率[22]。

　　1.3.6 染色织物的牢度性能与匀染性的关系

　　耐皂洗色牢度按照ISO 105-C10：2006，MOD《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》的方法测定，耐摩擦色牢度按照ISO 105-X12：2001，MOD《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》的方法测定。染色织物的匀染性通过随机测定织物上20个部位的K/S值，并由式(2)(3)计算得到颜色标准差(σ)来进行评估[23]。

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文章名称： 低压无水染色体系中发色母体对分散染料染色性能的影响

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