CN104963219B - 提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，包括配置超支化稀土媒染剂及超支化稀土处理纤维两个步骤，其中第一个步骤还包括配制稀土配合物、超支化聚合物合成、超支化稀土配置三步。与现有技术相比，本发明能够改善活性染料对木棉纤维的染色性能，从而提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率。
Description
技术领域
本发明涉及纺织纤维的改性及染色方法，尤其是涉及一种提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法。
背景技术
木棉纤维是一种小品种的纤维素纤维，在服装领域尚未开发，其特点是木棉纤维的中空度达到87％，是很好的隔热保温材料，而且具有天然抗菌除螨的效果，具有很好的开发前景，又成为高档服装的潜力。但由于木棉纤维的染色性能差、可纺性差，限制其在服装领域的发展。
木棉纤维是一种落叶大乔木果实内壁产生的纤维，与棉纤维相似，是一种天然纤维素纤维，在地球上大概有180种，广泛产于热带及亚热带地区。木棉纤维是单细胞植物，在8～32mm的总长度，其细度只有1/2棉，是天然纤维中最细的纤维，但木棉纤维的中空度达到80％以上，是棉纤维的2-3倍。
木棉纤维与其他天然纤维素纤维在成分与结构上有极大的差异。与棉纤维的横向和纵向比较，木棉纤维横截面为圆形或椭圆形，大中型腔壁，接近透明，中空度直径15μm左右，中空度在80％以上，是中空度最大的天然纤维，此性质可以使木棉具有很好的保暖性。在性能上，木棉纤维具有保温、隔热、易干、浮力强等特点。在崇尚天然、环保面料的今天，对木棉纤维在服饰领域上的开发利用显得相当重要。经有关学者专家研究，木棉纤维的纺纱技术得到了解决，但木棉纤维染色性能差的缺陷除本课题组相关人员，国内外研究甚少，未见有报道。
中国的稀土资源得天独厚，无论是储藏量还是矿的类型都明显优于其它国家。据报道，中国的稀土储藏量占世界稀土总储藏量的80％左右。特别是最近几年，稀土工业的发展突飞猛进，稀土的应用已深入到工农业生产的各个领域，稀土应用的产品已进人人们的日常生活之中。稀土在我国国民经济建设中所处的地位也越来越高。
1979年以来，稀土在纺织纤维染色中的应用发展非常迅速。首先由内蒙古第一毛纺织厂对稀土在纯毛绒线染色中的应用做了初步探讨。随后，许多省市的冶金研究所，纺织研究所及一些高等院校做了稀土在不同纤维染色中的应用及机理方面的研究工作。到目前为至，稀土已在羊毛、丝绸、睛纶、涤纶、锦纶、棉、麻等纤维的染色中得到了不同程度的应用。
研究结果表明:在染色过程中采用稀土作为染色助剂，不仅有较大的经济效益，而且有较好的社会效益。主要表现为:采用少量稀土作为染色助剂，可以减少染料的用量及其他染色助剂的品种及用量，缩短染色时间，降低染色温度，提高染色产品的色牢度及颜色的鲜艳度，手感柔软，染色均匀。但单用稀土作为染色助剂，其提高染色效果的能力有限。
超支化聚合物是一类高度支化的具有三维椭圆状的立体构造的大分子，表面富集的大量端基使其具有较佳的反应活性，其内部多孔，可以螯合离子，吸附小分子，同时具有高溶解度、低粘度、合成方法简单等特点。其已经在农业、医药、液晶、功能材料、生命科学、化妆品、涂料、油漆等领域有了广泛的研究及应用。
徐厚才等将低代数聚酰胺一胺树状大分子PAMAM对棉纤维进行预处理，可以有效地促进直接染料的上染，增加上染率，部分直接染料染色后甚至可以超过采用NaCl为促染剂的传统染色织物表面深度。
张峰等采用超支化聚合物HBP-NH2处理棉纤维，有效的提高了棉纤维的在活性染料中的上染率，实现了无盐染色。
张鹏等利用超支化聚合物所具有的特殊的结构和丰富的端氨基和亚氨基，改性竹浆纤维，利用活性染料无盐染色，K/S值提高上染色牢度与未处理的竹浆纤维相当。
之前有报道将稀土与有机酚卤化物配合，可以作为一种促染剂，提高染料在纤维上的上染百分率，但是有机酚卤化物是一种已经禁用的物质，所以该方法不具有新颖性，属于淘汰之列。超支化聚合物是一种新型环保的聚合物，被誉为新一代高分子材料。超支化聚合物具有三维椭圆状的立体构造，其端基表面含有丰富的氨基、亚胺基等。可通过超支化聚合物改性木棉纤维，对纤维起到促染作用，从而提高木棉纤维的上染百分率。稀土作为渗透剂或扩散剂发挥了主要作用，使染料向纤维内部扩散的能力增强。因此单独使用稀土或超支化聚合物都可以提高木棉纤维的上染百分率。但木棉纤维对稀土的吸附量有限，若将超支化助剂与稀土配合使用，将进一步提升活性染料在木棉纤维上的上染率。
超支化聚合物助剂与稀土助剂的配合使用，在提高纤维染色效果上的应用未见有报导，而作为一种媒染剂，在提高活性染料对木棉纤维染色性能上应用，更未见报道。
中国专利CN102561065A公开了一种用稀土提高木棉纤维活性染料上染率及固色率的方法，利用稀土元素及其配合物对木棉纤维进行预处理，然后用活性染料对其进行染色，但是该专利中并没有公开采用超支化聚合物助剂，仅使用了稀土元素与有机酸对木棉纤维进行了改性，改性后染料在其上的上染率与固色率均仅70％左右。实际上采用稀土－有机酸的方法存在一定的缺陷，纤维对纤维的吸附量是有限的，并且在染色时部分已经吸附到纤维上的稀土会解吸到染液中，与染液中的染料络合而降低染料在纤维上的上染率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改善活性染料对木棉纤维的染色性能，提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，搅拌反应10～18h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应0.5～1.5小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，在50～100℃的条件下恒温低速搅拌45～100min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:10～100的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理30～40min，超支化稀土的用量对纤维量0.1～3wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维。
配制稀土配合物采用以下步骤：利用盐酸溶解氧化镧，然后进行蒸发处理去除水分，最后利用烘箱烘干。
配制稀土配合物还可以采用以下步骤：利用蒸馏水稀释氯化镧，再调节pH值为9～13。
步骤(1-2)中丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为8-9:9-15。
步骤(1-3)中超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:1-1:8，温度优选为60℃，反应时间优选为60min。
与现有技术相比，本发明通过将超支化聚合物助剂与稀土助剂的配合使用，可以提高活性染料对木棉纤维染色性能。超支化聚合物HBP-NH2具有三维椭圆状的立体构造的大分子，其端基表面含有丰富的氨基、亚胺基等活性基团。其富含的活性基团与稀土元素作用，可得到含有大量稀土元素的超支化稀土聚合物，从而对木棉纤维处理后在纤维表面带有大量的稀土元素，在上染时通过与染料的络合作用可以使染料由溶液扩散到纤维内部并固着于纤维中，从而提高了染料在纤维上的上染率即固色率。
稀土预处理时稀土用量过多，染色时将导致上染率与固色率的严重下降。利用超支化聚合物富含的活性基团与稀土元素作用，可将大量稀土元素在预处理时带到纤维的表面，并且由于超支化聚合物与稀土的络合作用，在染色时可有效阻止稀土元素进入染液，利用该方法可以将活性染料在木棉纤维上的上染率由原来的30％左右提高到近90％，固色率由原来的25％提高到近90％。
具体实施方式
提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物：利用盐酸溶解氧化镧，然后进行蒸发处理去除水分，最后利用烘箱烘干；或者利用蒸馏水稀释氯化镧，再调节pH值为9～13；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为8-9:9-15，搅拌反应10～18h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应0.5～1.5小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:1-1:8，在60℃的条件下恒温低速60min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:10～100的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理30～40min，超支化稀土的用量对纤维量0.1～3wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维。
染色方法
配制染液：染料投入量为对纤维量的0.5～2％、适量氯化钠，渗透剂JFC2g/L，浴比1：10～100。
染色：在上述染液中投入超支化稀土改性木棉纤维，常温染色30～60分钟后加碱剂固色30～100分钟。
稀土助剂的配置比例、用量及染料用量
(1)超支化稀土的配制比例：超支化聚合物与氯化稀土的比例：1:1～1:8；
(2)超支化稀土的用量：对纤维量0.1～3％；
(3)染料用量：对纤维量的0.5～2％。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
活性染料在未经处理的木棉纤维上的上染率及固色率
取活性染料NOVACRON DARK BLUE S-GL2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，浴比1:100，放入常温型染样机加热到60℃，投入木棉染色60分钟，投入10g/L碳酸钠固色60分钟。染色完成后取出木棉纤维水洗、烘干、测定活性染料的固色率。
实施结果：上染率32％，固色率25％
实施例2
活性染料在经超支化聚合物处理后的木棉纤维上的上染率及固色率
超支化聚合物1g/L，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化溶液中处理40min，水洗后烘干；
取活性染料NOVACRON DARK BLUE S-GL2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，浴比1:100，放入常温型染样机加热到60℃，投入经超支化聚合物处理后的木棉纤维，染色60分钟，投入10g/L碳酸钠固色60分钟。染色完成后取出木棉纤维水洗、烘干、测定活性染料的固色率。
实施结果：上染率50％，固色率36％
实施例3
活性染料在经稀土处理后的木棉纤维上的上染率及固色率
氯化稀土0.2g/L，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍氯化稀土溶液中处理40min，水洗后烘干；
取活性染料NOVACRON DARK BLUE S-GL2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，浴比1:100，放入常温型染样机加热到60℃，投入经氯化稀土处理后的木棉纤维，染色60分钟，投入10g/L碳酸钠固色60分钟。染色完成后取出木棉纤维水洗、烘干、测定活性染料的固色率。
实施结果：上染率55％，固色率36％
实施例4
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:1)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化聚合物浓度2g/L，氯化稀土浓度4g/L时，1:1配制，取超支化稀土0.5％，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理40min，水洗后烘干。
活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL投入量2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，碱剂碳酸钠10g/L，染色时间60分钟，固色时间60分钟，染色及固色温度60℃。
实施结果：上染率63％，固色率47％。
实施例5
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:1)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化聚合物浓度2g/L，氯化稀土浓度4g/L时，1:1配制，取超支化稀土1％，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理40min，水洗后烘干。
活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL投入量2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，碱剂碳酸钠10g/L，染色时间60分钟，固色时间60分钟，染色及固色温度60℃。
实施结果：上染率88％，固色率79％。
实施例6
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:3)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化聚合物浓度2g/L，氯化稀土浓度4g/L时，1:3配制，取超支化稀土2％，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理40min，水洗后烘干。
活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL投入量2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，碱剂碳酸钠10g/L，染色时间60分钟，固色时间60分钟，染色及固色温度60℃。
实施结果：上染率77％，固色率70％。
实施例7
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:4)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化稀土按发明内容(1)制备，其中超支化聚合物与氯化稀土的配置比例为1:4，按发明内容(2)对纤维进行处理，活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL按发明内容(3)进行染色(处理工艺与染色工艺与实施例2相同)，测定染料的上染率与固色率。
实施结果：上染率64.14％，固色率54.12％。
实施例8
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:5)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化稀土按发明内容(1)制备，其中超支化聚合物与氯化稀土的配置比例为1:5，按发明内容(2)对纤维进行处理，活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL按发明内容(3)进行染色(处理工艺与染色工艺与实施例2相同)，测定染料的上染率与固色率。
实施结果：上染率58％，固色率40％。
实施例9
木棉纤维经超支化稀土(超支化聚合物与氯化稀土的比例按1:1)处理后的活性染料上染率及固色率
超支化聚合物浓度2g/L，氯化稀土浓度4g/L时，1:1配制，取超支化稀土1.5％，浴比1:100，渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理40min，水洗后烘干。
活性染料染料NOVACRON DARK BLUE S-GL投入量2％(对纤维量)，氯化钠20g/L，碱剂碳酸钠10g/L，染色时间60分钟，固色时间60分钟，染色及固色温度60℃。
实施结果：上染率85％，固色率74％。
实施例10
提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物：利用盐酸溶解氧化镧，然后进行蒸发处理去除水分，最后利用烘箱烘干；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为8:9，搅拌反应10h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应0.5小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:1，在60℃的条件下恒温低速60min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:10的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理30min，超支化稀土的用量对纤维量0.1wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维。
实施例11
提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物：利用蒸馏水稀释氯化镧，再调节pH值为9；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为8:13，搅拌反应12h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应1小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:5，在50℃的条件下恒温低速100min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:50的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理30min，超支化稀土的用量对纤维量1wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维。
实施例12
提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物：利用蒸馏水稀释氯化镧，再调节pH值为13；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为9:15，搅拌反应18h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应1.5小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:8，在100℃的条件下恒温低速45min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:50的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理40min，超支化稀土的用量对纤维量3wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维。
Claims (5)
1.提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)配置超支化稀土媒染剂
(1-1)配制稀土配合物；
(1-2)超支化聚合物合成：将丙烯酸甲酯的甲醇溶液在冰浴条件下滴加到二亚乙基三胺中，搅拌反应10～18h得到合成的前驱体，再利用旋转蒸发仪在循环水式真空泵抽真空，温度控制在60℃，回流反应1小时；将温度依次升至100℃，120℃，140℃各反应0.5～1.5小时，得到超支化聚合物；
(1-3)超支化稀土配置：向超支化聚合物中缓慢滴加稀土配合物，在50～100℃的条件下恒温低速搅拌45～100min，得到超支化稀土媒染剂；
(2)超支化稀土处理纤维
在浴比1:10～100的条件下，添加渗透剂JFC 2g/L，在40℃的条件下将前处理后的木棉纤维浸渍超支化稀土溶液中处理30～40min，超支化稀土的用量对纤维量0.1～3wt％，水洗后烘干，得到超支化稀土改性木棉纤维；
配制稀土配合物采用以下步骤：利用蒸馏水稀释氯化镧，再调节pH值为9～13。
2.根据权利要求1所述的提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，其特征在于，步骤(1-2)中丙烯酸甲酯与二亚乙基三胺的质量比为8-9:9-15。
3.根据权利要求1所述的提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，其特征在于，步骤(1-3)中超支化聚合物与稀土配合物的重量比为1:1-1:8。
4.根据权利要求1所述的提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，其特征在于，步骤(1-3)中超支化稀土配置的温度优选为60℃。
5.根据权利要求1所述的提高活性染料在木棉纤维上的上染率及固色率的方法，其特征在于，步骤(1-3)中超支化稀土配置的时间优选为60min。
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