新型代用碱的制备及应用性能研究

刘　群，宋欣荣，陈　伟，黄智群

(1. 湖南工程学院 化学化工学院，湘潭 411104； 2. 德永佳纺织制衣有限公司，东莞 523000)



新型代用碱的制备及应用性能研究

刘群1，2，宋欣荣1，陈伟2，黄智群2

(1. 湖南工程学院 化学化工学院，湘潭 411104； 2. 德永佳纺织制衣有限公司，东莞 523000)

将自制的有机碱与碳酸钾等制备了一种新型的代用碱，并将其用于棉织物在活性染料染色后的固色过程中，考察了染色、固色后棉织物的K/S值及耐摩擦牢度等性能.实验结果表明，自制的新型代用碱能明显提高染色棉织物的耐湿摩擦牢度值，其它性能均达到纯碱和其他商品代用碱的固色性能；且不含Oeko-TexStandard100规定禁用的化学组分，具有使用方便，对环境友好等特点.

代用碱；固色；活性染料；棉织物

活性染料是含有活性基团的水溶性染料，是目前用于纤维素纤维染色最重要的一类染料，它能在碱性条件下与纤维素分子上的羟基发生共价交联而达到固色的目的[1-2].传统工艺中使用的固色碱剂主要有纯碱、烧碱、磷酸三钠、硅酸钠等.实践中发现使用纯碱具有对染色织物重现性好、染液的pH值稳定等特性.但纯碱使用过程中存在易产生粉尘、水溶性差、易结块堵塞设备滤网等缺陷，科学家们着手研究用于活性染料固色的代用碱[3-4]，以其解决纯碱等使用过程中存在的诸多缺陷.研究发现代用碱[5-10]可明显地解决纯碱在使用过程中存在的一些问题，对提高生产效率、节约成本、减少废水排放等具有良好的效果.一般来说，代用碱主要由供碱组份、缓冲剂组份和添加剂组份等组成.设计代用碱配方的首要原则是选择合适的碱来获得足够高的总碱度，并保证特定的固色反应所需的缓冲能力.但已有代用碱在使用过程中仍存在某些染料上染率欠稳定、染色织物色光与纯碱固色的织物色光有偏离等问题.针对上述问题，本文拟制备一种新型代用碱，测试其对染、固色棉织物的K/S值，耐摩擦牢度等性能的影响.

1　 试验部分

1.1试验材料与仪器

织物：40s/1精棉双面半漂布.

染料：活性蓝SPR、活性深蓝SGE、活性红SPB.

药品：有机碱(自制)，碳酸钾、纯碱、元明粉等为工业级，商品代用碱A、B.

仪器：HJ-4多头磁力加热搅拌器，PH1500精密显酸度计，datacolorSPECTRUM测色配色仪，

Y571B耐摩擦色牢度仪，IR-24N红外高温染色机.

1.2代用碱的制备方法

将自制有机碱与碳酸钾、缓冲剂和添加剂等按一定比例加入到三颈瓶中，在室温下搅拌1h，然后加水到一定浓度搅拌均匀、静置，得到一种澄清液体混合物，即自制代用碱.

1.3染色试验方法

1.3.1染色方法

先将染料按需要浓度配制好，取计量好的染液、元明粉和碱剂加入到染液杯中，室温下加入润湿后的棉织物，搅拌升温至60 ℃，染、固色60min后取出水洗；然后加入到皂液中并缓慢升温到95 ℃，皂洗10min后取出水洗，以备其进行相关性能测试.

1.3.2工艺配方

染料2%(owf)，元明粉50g/L，碱剂Xg/L，浴比1∶20.

1.4自制代用碱应用效果测试方法

将染色、固色后的棉织物采用以下方法测试其K/S值和耐摩擦牢度值.

K/S值测试方法：织物的K/S值采用datacolorSPECTRUM测色配色仪进行测试.

耐摩擦牢度的测试方法：参照GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》试验方法，在Y571B型摩擦牢度仪上进行测试.

2　结果与讨论

2.1不同组份用量对自制代用碱应用性能的影响

为了获得一种性能较优的自制代用碱，我们分别考察了自制的有机碱与碳酸钾、缓冲剂和添加剂用量对棉织物染色、固色性能的影响.

2.1.1有机碱用量对自制代用碱应用性能的影响

有机碱的组份是自制代用碱能否应用于生产实际的关键指标.在其它条件固定时，同时固定总碱量仅改变自制代用碱体系中有机碱与碳酸钾用量的比例，考察了经活性蓝SPR染料染色、固色后棉织物的耐摩擦牢度及K/S值等，结果如表1所示.

表1　有机碱用量对染液总碱度和染、固色后棉织物性能的影响

由表1可知，在缓冲剂和其它添加剂组份保持不变时，随着总碱量中有机碱组分占有量的增加，染液的总碱度、染色织物的K/S值和耐摩擦牢度值随之提高；当代用碱中碳酸钾与有机碱的质量比为20∶80时，其各项相关指标达到较佳值，特别是耐湿摩擦牢度值达到4级；当有机碱用量继续增加时，染液的总碱度虽继续增大，但染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明显增加.这是因为所制备的有机碱的碱性在理论上就明显的强于无机碱，加上有机碱分子结构的特殊性，能促使染料与纤维分子之间形成较强的化学键或氢键，增强染料在纤维上的上染率，提高耐湿摩擦牢度值等，且分子中含有的链烷基具有改善棉织物手感的功能.因此随着代用碱中有机碱占有量的增大而其溶液的总碱度增加，有利于活性染料中的连接基-NH-与纤维素分子中的羟基结合，使染、固色后棉织物的耐湿摩擦牢度值增加.综合各项指标，代用碱中选择碳酸钾与有机碱的质量比为20∶80.

2.1.2缓冲剂用量对自制代用碱应用性能的影响

一般认为，缓冲能力是评价自制代用碱性能的一个重要指标.在其它条件固定时，改变自制代用碱中缓冲剂用量，考察了经活性蓝SPR染料染、固色后棉织物的耐摩擦牢度及K/S值等，结果如表2所示.

表2　缓冲剂用量对染液总碱度和染、固色后棉织物性能的影响

由表2结果可知，缓冲剂用量对染液总碱度影响不大；但染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值均随缓冲剂用量的增加而增大，当缓冲剂用量为15%时，染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值均达到较佳，当缓冲剂用量继续加大时，染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明显增加.这是因为缓冲剂的缓冲能力与缓冲剂的浓度有关，缓冲剂的浓度越大其缓冲能力相应越强，当缓冲剂的用量为15%时能满足染料在此pH值范围内有效的上染到棉纤维上而染料不会发生水解现象.当缓冲剂用量继续增大时，染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值不再明显增加.因此，实验选择自制代用碱中缓冲剂用量为15%.

2.1.3添加剂用量对自制代用碱应用性能的影响

实验发现，在自制代用碱中加入合适的添加剂能使其具有良好的渗透力、稳定性等.在其它条件固定时，改变自制代用碱中添加剂用量，考察了经活性蓝SPR染料染、固色后棉织物的耐摩擦牢度及K/S值等，结果如表3所示.

表3　添加剂用量对染液总碱度和染、固色后棉织物性能的影响

由表3结果可知，添加剂用量对染液总碱度影响很小；自制代用碱中随着添加剂用量的增加，染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值也略有增大；当自制代用碱中添加剂用量为8%时，染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值均达到较佳值，当添加剂用量继续增大时，染色织物的K/S值、耐摩擦牢度值没有明显增加.这是因为自制代用碱中的添加剂分子有利于染料在纤维分子中的渗透，增强染料在纤维上的上染率，使染色棉织物的耐摩擦牢度值升高.

实验结果表明，当自制代用碱的配方为：碳酸钾∶有机碱=20∶80，缓冲剂用量为15%，添加剂用量为8%时，自制代用碱溶液体系稳定性好；并能使染色棉织物的K/S值、耐摩擦牢度值均达到较佳值.

2.2自制代用碱与商品代用碱及纯碱的应用效果比较

2.2.1不同碱剂的缓冲能力范围

在总碱量相同条件下，测试了添加浓度为5g/L时的自制代用碱、商品代用碱A、B和20g/L纯碱前、后阶段和固色过程后阶段的pH值，结果如表4所示.

表4　不同碱剂在染色、固色过程中三个阶段的pH值

由表4结果可以看出，各种碱剂在pH2与pH3之间的差值约为0.05～0.09，波动范围很小，说明自制代用碱的缓冲性能完全达到了商品代用碱及纯碱的要求，能满足其对棉织物染、固色重现性的要求.

2.2.2不同碱剂对不同染料染色、固色后棉织物的K/S值、耐摩擦牢度等性能的影响

分别用自制代用碱，纯碱和商品代用碱A、B作为固色碱剂，对使用三种不同活性染料染色后织物进行K/S值、耐摩擦牢度等性能测试，结果如表5所示.

表5　不同碱剂、不同染料对染色、固色织物K/S值及耐摩擦牢度的影响

由表5可知，在相同条件下，经不同染料染色、不同代用碱固色后棉织物的K/S值基本接近，棉织物的耐干摩擦牢度值基本相同，都达到了4-5级；而棉织物的耐湿摩擦牢度值则有差异，自制代用碱和纯碱的耐湿摩擦牢度值接近，且自制代用碱用于活性深蓝SGE、活性蓝SPR染料染色、固色后棉织物的耐湿摩擦牢度值均达到4级，优于商品代用碱A、B固色后棉织物的耐湿摩擦牢度值.由此结果说明，自制代用碱中的有机碱有利于活性染料中的活性基与纤维素分子中的羟基结合，使染、固色后棉织物的耐湿摩擦牢度值增加，导致自制代用碱的性能达到或优于商品代用碱和纯碱的固色性能.这是因为所制备的有机碱分子结构的特殊性，一是相同摩尔量的有机碱的碱性强于无机碱；二是有机碱分子在促进染料与棉织物纤维分子之间成键时也附带形成氢键，增强染料在纤维上的上染率；三是有机碱分子中含有大量的链烷基，当其与棉织物结合时还具有改善棉织物手感的功能.因此，自制代用碱在使用时具有较好的社会和环境价值.

3　结　论

通过将有机碱、碳酸钾、缓冲剂组份和添加剂等组分按一定比例制备了一种新型的自制代用碱，其中不含Oeko-TexStandard100规定禁用的化学组分，且使用方便，具有对环境友好性.实验结果表明自制代用碱与商品代用碱A、B和纯碱的缓冲能力相近，染液的总碱度相同；在相同条件下，经不同染料染色、不同代用碱固色后棉织物的K/S值基本接近，棉织物的耐干摩擦牢度值基本相同，都达到了4-5级；而棉织物的耐湿摩擦牢度值则有差异，自制代用碱和纯碱的耐湿摩擦牢度值接近，且自制代用碱用于活性深蓝SGE、活性蓝SPR染料染色、固色后棉织物的耐湿摩擦牢度值能达到4级，达到或优于商品代用碱A、B及纯碱的固色性能.

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PreparationandApplicationofaNewSubstitutionAlkali

LIUQun1,2,SONGXin-rong1,CHENWei2,HUANGZhi-qun2

(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，HunanInstituteofEngineering，Xiangtan411104,China;2.TexwincaTextile&GarmentCo.,Ltd.,Dongguan523000,China)

Anewsubstitutionalkaliispreparedbyhomemadeorganicalkaliandpotassiumcarbonateandisappliedinthefixationofreactivedyes.Resultsshowthatthenewsubstitutealkalicanobviouslyimprovewetrubbingfastnessofdyedcottonfabric.Comparedwithsodiumcarbonateandothercommercialperformanceofsubstitutionalkali,itnotonlycanachievebetterrubbingfastnesspropertiesbutalsohasthecharacteristicofhightheK/Svalue.Anditdoesn'tcontainprovisionsOeko-TesStandard100bannedchemicalcomponents,withthefeaturesofeasyuseandfriendlyenvironment.

substitutionalkali;fixation;reactivedyes;cottonfabric

2015-09-06

湖南工程学院纺织化学与染整工程重点学科资助.

刘群(1990- )，女，硕士研究生，研究方向：印染功能助剂的研究和应用.

O622.6

A

1671-119X(2016)01-0058-04