三种染色体系中染料小分子与纤维大分子的相互作用研究

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织物作为人们的生活必需品而受到广泛的关注。古往今来,化学家们对如何提高织物的染色效果做了大量的研究,然而上述大量研究的结果并不能科学合理的解释染料对织物的染色机理,无法对如何改善织物的染色效果提出理论性的指导。直到1967年以J.M.Lehn为首的科学家们首次提出了“超分子化学”的概念,为研究织物的染色机理提供了理论指导。瑞士著名学者H.Zollinger教授在《色素化学》一书中也提到了,织物和其他物质的染色,是超分子化学迄今为止最为广泛的技术应用。  织物的染色过程,可以看作染料小分子与纤维大分子相互作用的过程,应用超分子化学理论可以深入的了解染料小分子在纤维大分子上的聚集状态,这对研究如何改善织物的染色效果具有重要的理论指导意义。市场上织物种类繁多,根据市场上织物种类所占比重的大小,本课题选择了三种市场上所占比重较大的织物羊毛、棉以及涤纶作为研究对象,应用超分子化学的理论来研究染料小分子与纤维大分子的相互作用,为如何改善织物的染色效果提出科学合理的解释。考虑到绿色环保的理念,分别确定了三种织物所对应的染色体系:(1)羊毛:天然染料木犀草素上染羊毛的染色体系;(2)棉:绿棉-本身带有色彩的天然织物体系;(3)涤纶:合成的吲哚酮分散染料上染涤纶的染色体系。研究结果如下:  (1)从天然染料木犀草素上染羊毛的染色研究结果可知,采用直接染色的方法染色效果较差,在织物上染料浓度达到饱和之前,其吸附等温线为Nernst型吸附,属于非定位吸附。通过木犀草素与羊毛纤维相互作用的超分子结构模拟可知,木犀草素能与羊毛纤维中的氨基酸残基形成氢键的相互作用,因此氢键弱相互作用力的性质导致了染色效果较差。通过添加媒染剂硫酸亚铁氨,使染料小分子与金属离子及纤维分子之间可能形成更稳定的络合作用,显著提高染色效果。最后木犀草素上染羊毛的染色最佳工艺条件为:染色温度80℃,pH4.5,染料用量5%(owf),媒染剂用量5%(owf)。  (2)从绿棉体系的染色研究结果可知,将提取的绿棉色素采用直接染色的方法上染白棉,染色效果较差,在织物上染料浓度达到饱和之前,其吸附等温线为Nernst型吸附,属于非定位吸附。通过绿棉色素主体结构与棉纤维相互作用的超分子结构模拟可知,绿棉色素能与棉纤维中的葡萄糖基形成多氢键的相互作用,因此氢键弱相互作用力的性质导致了绿棉易脱色的缺陷。通过添加媒染剂硫酸亚铁铵,显著提高了绿棉色素对白棉的染色效果,说明金属离子的添加,使得染料分子与金属离子与纤维之间可能形成了更稳定的络合作用。最后,绿棉色素上染白棉的染色最佳工艺条件为:染色温度80℃,pH7.0,染料用量5%(owf),媒染剂用量5%(owf)。  (3)从合成的吲哚酮分散染料上染涤纶的染色研究结果可知,在高温高压的染色工艺条件下,吲哚酮分散染料对涤纶有较好的染色效果,其最佳的染色工艺条件为:染色温度130℃,pH4.5,染料用量5%(owf)。在织物上染料浓度达到饱和之前,其吸附等温线为Nernst型吸附,属于非定位吸附。从吲哚酮分散染料与涤纶纤维相互作用的超分子结构模拟可知,吲哚酮分散染料与涤纶纤维之间不存在明显的氢键作用,其具体的相互作用方式还有待进一步研究。  本次研究是对应用超分子化学理论来深入研究染色体系中染料小分子与纤维大分子的相互作用以及如何改善染色效果的一次初探,虽然研究仍有许多不足之处,比如说纤维大分子的简化模拟、高斯模拟对涤纶染色体系的不适用性等等,但是超分子化学理论的应用,对研究染色体系的相互作用以及如何改善织物的染色效果具有重要的实际意义。
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