叔胺型催化剂在纤维素纤维低盐低碱染色中的应用

权 衡，刘俊琦，万 龙，万光凤



叔胺型催化剂在纤维素纤维低盐低碱染色中的应用

权 衡1,2，刘俊琦3，万 龙2，万光凤2

（1. 陕西科技大学 资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 高宝化工国际有限公司，广东 东莞 523556；3. 武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073）

以叔胺化合物为活性染料的固色催化剂，以达到活性染料对纤维素纤维的低盐、低碱染色目的。研究催化剂的用量、催化剂对染料的改性工艺、染色工艺条件等因素对棉织物染色深度的影响。研究结果表明：叔胺型催化剂对活性染色具有较明显的催化作用，催化剂对染料的改性工艺及其用量对织物的得色深度影响较大；催化染色能明显降低染色用盐、用碱量。染料经7%（o.m.d.）的固色催化剂在50℃×20min的条件下改性后，可减少盐、碱用量30%且染色织物的得色深度不降低。

叔胺；活性染料；催化固色；低盐低碱

活性染料广泛被应用于棉织物染色中[1]。然而，为获得较高的固色率，在其对棉织物染色的过程中需要使用大量的盐碱，给环境带来极大危害[2]。叔胺化合物是一类强亲核性物质，将其与均三嗪活性染料作用，可得到活性基团被季铵化的活性染料，极大地提升了离去基的吸电子性。因此，改性后的染料可以在较弱的碱性环境中与纤维素羟基发生亲核取代反应[3,4]。

本文课题探索以叔胺化合物为活性染料的固色催化剂，以实现活性染料的低盐、低碱和低温染色，该技术具有显著的低污染性且能耗明显较小[5,6]。

1 实验部分

1.1 试剂、织物及仪器

1.1.1 织物

纯棉针织半漂布（罗纹）32S/1，15g×34”，186×44×29。

1.1.2 主要药品

无水碳酸钠、无水硫酸钠均为化学纯试剂，叔胺化合物为自制；染料为深蓝色中温型活性染料Deep Night S-R（工业品）。

1.1.3 主要仪器设备

Datecolor 400电脑测色配色仪、Y571N摩擦刷洗色牢度仪。

1.2 推荐染色工艺

表1 推荐染色处方

60℃恒温染色，起染10分钟后加1/2食盐，10分钟后再加入另外1/2食盐；染色30分钟后加碱，固色60分钟；染色结束后进行水洗、皂煮（皂片3g/L、纯碱3g/L、95℃×15min、浴比1:50）、水洗、烘干。

图1 推荐染色工艺曲线

1.3 测试方法

1.3.1 染色织物的得色深度

织物得色深度（K/S）值在电脑测色配色仪上测得，测试试样折叠四层，测四个点并取其平均值。

1.3.2 染色牢度

参照标准GB/T 3921-1997《纺织品皂洗色牢度测试方法》和GB3920-1997《纺织品耐摩擦色牢度测试方法》进行。

1.3.3 染色匀染性

在染色织物上任选一点为标准点，在电脑测色配色仪上测其与任取的10个点之间的色差△Ei。采用如下公式计算样本标准方差S，以此评价染色均匀性。

式中：S表示样本标准方差。S值越小，表示织物匀染性越好。

2 结果与讨论

2.1 催化固色染色工艺条件的确定

以催化剂在全浴条件下对染料进行预处理，处理温度为40-60℃，处理时间5-30min；之后在减少盐、碱推荐用量30%的条件下对棉织物进行染色。

温度对叔胺化合物与染料反应的作用是多方面的，随着染料改性温度的上升，一方面叔胺化合物与染料反应速度较快，在一定程度上提升叔胺化合物对活性染料的改性效率；但另一方面，也可能使得太多的活性染料的结构变得较大或染料上不止一个的离去基被季铵化，反而不利于其对纤维的扩散和吸附。

当然，不容忽视的是：由于改性后的活性染料具有明显较高的化学活性，在较高温度下，染料水解严重，也会导致上染率降低。这一猜测能够从图2中的数据变化得到验证，即：随叔胺化合物对活性染料改性时间的延长和改性温度的提高，纺织品得色深度均呈现先增后降的趋势。

图2 染料预处理条件对染织物得色深度的影响

对比图2中低盐低碱条件下的染色效果，我们选择叔胺化合物预处理染料的工艺为如图3所示：即，叔胺化合物于50℃下对活性染料预处理20min。

图3 催化固色染色工艺曲线

2.2 叔胺催化剂用量的确定

由图4可以看出：与推荐的染色工艺相比，在催化固色染色工艺中尽管减少了30%的盐、碱使用量，但其染色深度却明显较高，且织物的得色深度表现为随催化剂用量的提高而先升后降的趋势，当催化剂用量为7%（）时，织物的得色深度最高。

图4 固色催化剂用量对织物得色的影响

对这一现象的解释同样是基于染料的固色和水解，固色催化剂在染液中的浓度越高，固色反应和水解反应的速率同时显著增加，尤其是叔胺类催化剂用量较大时，染料的水解反应将占据优势，使其固色率下降。

以上研究结果表明：活性染料的固色催化染色技术若不配以温度、盐碱量及其加入方式等染色工艺的调整，染料的水解反应将更加难以控制。

2.3 活性染料低盐染色工艺温度的确定

理论上，当活性染料的活性较高时其染色温度理应较低，以抑制其水解反应。为此，在催化染色工艺减少盐、碱用量30%的前提下，我们研究了不同染色温度下织物的得色深度及其变化规律。

对于叔胺活化改性的活性染料，升温一方面加快了染料对织物的扩散能力和固色速率，但也会导致染料对纤维的直接性降低。同时，随染色温度的升高，染料水解速率的提高也将会明显高于其固色速率的增加。由于催化后的活性染料活性很高，染色温度过高，染料水解严重，导致上染率降低。因此，随着染色温度的提高，织物得色深度呈现先增后降的趋势（图5）。很明显，50℃条件下预处理染色效果明显较好。

图5 染色温度对织物得色的影响

综合以上结论，我们把催化染色工艺曲线优化为图6所示：

图6 催化固色染色工艺曲线优化

2.4 催化固色染色工艺与推荐染色工艺对比

表2 标准工艺与催化工艺染色效果对比

从表2可以看出，在低盐低碱染色环境下，催化固色染色技术染得的样品具有与传统染色技术相同的染色效果，织物的得色深度甚至稍有提高。

3 结 论

（1）随着叔胺化合物对活性染料改性时间的延长和改性温度的提高，染色纺织品得色深度均呈现先增后降的趋势。

（2）活性染料催化固色染色工艺在减少30%的盐、碱用量后，其染色深度依然明显较高，且织物的得色深度表现为随催化剂用量的提高而先升后降的趋势。

（3）以7%（）的叔胺化合物在50℃下对活性染料改性20min，织物得色最深；在最佳催化染色工艺下，盐、碱用量为0.7倍标准盐、碱量时，织物染色深度高于传统推荐工艺染色。

参考文献：

[1] 李红霞，吴赞敏．提高活性染料湿摩擦牢度的新探讨[J]．针织业，2005，(6)：37-39．

[2] 邵夏兰．棉纤维活性染色中无机盐代用品研究[D]．上海：东华大学，2012．

[3] 章杰．纤维素纤维用活性染料技术进展(续)[J]．染料与染色，2007，44(5)：1-5．

[4] 沈志平．纤维素纤维活性染料低盐染色工艺[D]．上海：东华大学，2004．

[5] 张永金，张波兰．棉纤维活性染料无盐染色理论研究进展[J]．印染，2001，27(8)：47-49．

[6] 宋心远，沈煜如．活性染料染色的理论和实践[M]．纺织工业出版社，北京：1991．

Application of Tertiary Amine to the Low-salt & Low-soda Dyeing Process of Reactive Dyes for Cellulose Fiber

QUANHeng1,2, LIU Jun-qi3, WAN Long2, WAN Guang-feng2

(1. School of Resource and Environment, Shaanxi University of Science and Technology, XiAn Shanxi 710021, China; 2. Global Chemicals International Ltd, DongguanGuangdong 523556, China;3. College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

A tertiary amine compound is employed as fixation catalyst of reactive dyes for the low-salt & low-soda dyeing purpose of cellulose fiber. The effects that the processing factors on the depth of dyed fabric are studied, which include the dosage of catalyst, the catalytic modification conditions and dyeing process. The research results show that tertiary amine catalyst has obvious catalytic effects for reactive dyeing. Catalytic modification process and the dosage have significant influences on the depth of dyed fabric. Fixation catalyst dyeing can reduce the dosage of salt and soda by 30% when reactive dyes are modified under the conditions of 50℃×20min with 7% (o.m.d) catalyst, and the depth of the dyed fabric will not be reduced.

Tertiary amine; reactive dyes; catalytic fixation; low-salt & low-soda

TS193.632

A

2095－414X(2015)03－0001－04

权衡（1971-），男，教授，博士后，研究方向：纺织品染整新技术及纺织品印染理论与工艺.