分散红73在低共熔溶剂中的溶解及染色行为研究

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分散染料的溶剂染色作为一种新型染色技术被广泛关注,其主要优点是可以解决传统水染工艺产生的大量印染废水的问题,但缺点是所用的溶剂大部分为有机溶剂,严重影响了溶剂染色的进一步发展。低共熔溶剂(DES)作为一种新型绿色功能性离子液体,合成原料廉价易得,制备过程简单经济,而且这种溶剂无毒无污染并且可以生物降解,同时还具有良好的溶解能力以及非常低的蒸汽压。基于上述特点,相比于传统有机溶剂,低共熔溶剂在分散染料溶剂染色上的应用具有较大的优势,可能对传统溶剂染色工艺做进一步改进。
  为了探究低共熔溶剂是否适合作为分散染料溶剂染色的新介质,以推动低共熔溶剂在溶剂染色的进一步发展和应用,本论文合成并对低共熔溶剂的物理化学性质进行了研究,随后选取分散红73为模型染料研究了其在氯化胆碱/乙二醇(1:2,ChCl/EG)中的溶解行为,最后对分散红73在ChCl/EG中对涤纶纤维的染色工艺以及染色动力学等进行了研究。
  本文首先制备了一系列低共熔溶剂,通过它们在室温下的存在状态初步选出ChCl/EG作为分散染料染色的溶剂,使用旋转流变仪测定了该低共熔溶剂在130℃(分散染料常规染色温度)时的粘度值为4.1mPa·s。FTIR和NMR测试表明,ChCl/EG在130℃高温下具有良好的热稳定性。本文进一步研究了高温下ChCl/EG对分散红73以及涤纶纤维结构与性能的影响。XRD、XPS、TGA、核磁以及红外分析数据表明,该溶剂体系对分散红73以及涤纶纤维的结构均没有明显影响,适于用作溶剂染色的介质。
  由于溶剂对分散红73的溶解能力将影响其形成染浴之后体系的稳定性,因此,本文分别测定了不同温度、不同时间下分散红73在ChCl/EG中的溶解度,计算了相应的溶解速率,并研究了分散红73在ChCl/EG中的溶解动力学。结果表明,ChCl/EG对分散红73有良好的溶解能力,分散红73在ChCl/EG中的溶解度远远高于其在水中的溶解度。同时,升高温度能够明显提高分散红73在ChCl/EG中的溶解能力,因此在高温染色过程中,无需加入分散剂等来维持染液的稳定性。
  由于低共熔溶剂具有较低的蒸汽压,这一特点使得溶剂染色的高温常压染色成为可能。本论文研究了在开放体系下分散红73在ChCl/EG中对涤纶的染色工艺。通过改变染色过程中的温度、浴比以及时间等因素,得到不同染色情况下的染后涤纶织物。根据染后涤纶织物上的染料量和K/S值,以及染后涤纶织物的染色牢度,对不同染色情况下的染色效果进行了研究。结果表明,分散红73在ChCl/EG中的最佳染色温度为130℃,较为合适的浴比为20:1~30:1。在该染色条件下,以10%owf浓度的染液对PET纤维染色,其上染量约为5.8%。干、湿摩擦以及皂洗牢度等测试表明其染色牢度可以满足应用要求。
  为了深入研究分散红73在ChCl/EG中的染色行为,更好的促进ChCl/EG在染色上的应用。本文探讨了分散红73在ChCl/EG中对涤纶染色过程中的热力学和动力学,测量了基本的热力学和动力学参数,同时考察了在ChCl/EG中分散红73对PET纤维的吸附以及在纤维内的扩散行为。结果表明,分散红73在ChCl/EG中的对PET纤维的吸附符合能斯特型吸附(R2=0.999)。分散红73在涤纶纤维内部的扩散规律仍旧符合自由体积扩散模型,扩散活化能为217.4KJ/mol。较高的扩散活化能表明分散红73在该溶剂环境下对涤纶纤维的扩散有一定困难。
  本论文初步建立了一种在高温常压条件下,以低共熔溶剂为染色介质的PET纤维无水溶剂染色方法,该方法能够减少水以及其他化学品的使用,并且降低了现有溶剂染色技术对染色工艺和设备的要求。同时,低共熔溶剂本身制备简单,原料易得,安全环保,适于在纺织行业方向工业化发展。本课题为低共熔溶剂在溶剂染色上的应用进行了初步的理论探索,并提供了一种可行的染色方法和工艺,对低共熔溶剂在溶剂染色上的进一步应用有非常重要的意义。
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