跪求染整毕业论文

【专家解说】：世界染料与染整工艺科技创新 摘要:根据染料母体的生物相容性论述了非诱变性染料和仿生染料在纺织纤维着色中的发展方向;论述了实现高固 色率活性染料的有效途径以及通过交联染色方法实现染料与纤维近100%化学结合的可行性;介绍了环境友好染色新 工艺，活性染料无盐染色，还原染料和硫化染料生化法还原或电还原法染色，非水溶剂染色以及喷墨印染技术 关键词:染料;非诱变;高固色率;交联染色;无盐染色;生化或电还原法染色;非水溶剂染色;喷墨印染 纺织服装居我国国民经济中重要位置在于不仅满 足我1$113亿人口穿衣问题，而月大量出口。如2000年 出口创汇占当年我国商品出口总值的21%l’一21。我国染 料卜业已成为“欧洲、北美、中国和东南亚四大染料生 产国和地区之一”131。然而，科学技术日新月异，在发 展过程中也面临更大的挑战，必须高度重视国内外纺 织染料现状，创造参与的契机，迎接挑战，鼓励科学技 术创新，开发成本更低、性能更好的染料产品和应用一L: 艺。新型染料及其纺织服装的开发投产将极大地提高 我国纺织服装国际地位。 1非诱变染料及仿生染料 1.1非诱变染料 染料_!_几业面临严重的环境问题，上一世纪欧洲公 布的22个芳胺有致癌性，无论由该22个芳胺合成或能 被分解出上述芳胺的染料共118个皆已被勒令停产。 此外，已经发现染料本身就有致癌性的有C.I.16150， 16155，12610，23635，22610，23850，2386()，30145，30235 等染料;染料本身对人体有过敏性的有c.I.lo345， 11855，10375，11080，1l0()5，11110，16150，62015，11210， 61500，61505，62500，63305等，这些染料已经限制使 用。 由于诱变芳胺会在动物体内代谢过程中形成N- 氧代(羚基化或氧化)衍生物，具有致癌活性;由非诱变 芳胺合成出的偶氮染料为非诱变染料，而 _ 月在光、热或 微生物等作用下，该偶氮染料分解出芳胺也无诱变致 癌性，这是代用染料分子设计的重要依据。 新型发色体系的设计和合成工作是富有成效的l4l， 如苯并二吠喃酮，从苯或苯并二峡喃酮骨架可以合成 黄色至蓝色染料，这一结果对只由C、H、O组成发色体 系的染(颜)料研究开发，具有重要意义。 1.2仿生染料 天然染料具有生态平衡特点:对健康无害、不污染 环境、制造条件温和、为生物质可再生资源、“无二 废”处理问题，已重新引起染料界关注。美国1997年 进口天然染料3451吨，印度AIPs一!几业集团1996年生产天 然染料30()吨，意大利DelaKohbia和德国LivoSPflanzen- chemicForsehung一、，ndEntevieklungGmblH公司都在开 发生产天然染料151。天然染料除了在食品、医药和化妆 品中应用外，正在逐步扩大到纺织品，因为纺织品应用 量大面广，经济和社会效益更为重要，例如棉用天然染 料的染色161、生态友好的天然染料及其用于丝绸的染色 171、毛用天然染料因及纺织品的天然染料的染色技术101 等。可以预计，21世纪中染料领域的竞争将主要围绕 染料无毒无致癌、发色率和上色率高、颜色鲜艳和色牢 度好、印染__L艺简便的仿生染料生产和应用。但目前 生产和应用的天然染料尚存在一些缺点，如上色率 低、色牢度差、有些色光偏暗、种植效率低、成本高、应 用「;艺复杂等。l)l。如何保持天然染料“绿色”特点并 赋予良好应用性能已经成为新型染料开发的焦点。 天然染料母体结构的亲和力较差，着色基团的作 用很微弱，因此，只能用媒染法染丝、毛和棉纤维，媒染 _ l’.艺引人重金属引发污染问题，并月.拼染也困难。在 天然染料母体结构上引人染色性能优异的着色基团， 如高分子可交联基团，能与纤维发生共价键结合，这样 可以解决仿生染料在固色率、色牢度以及应用_l几艺上 存在的问题。 从结构剖析、合成、性能测定，筛选出质优价廉、生 产卜艺清洁简便的天然染料母体结构，引人染色性能 优异的着色基团，是仿生染料研究的主要任务。 2活性染料与反应性染色 2.，高固色率活性染料 1956年活性染料正式商业化，开创了染料史上新 纪元。然而活性染料的严重缺点是在生产、储藏、运输 和印染过程中活性基团水解，染料利用率低、浪费资源， 增加成本，污染环境l’I。从50年代末至70年代初，国内 外染料化学_l二作者为了提高活性染料的固色率，设计 了众多的新型活性基团，但从1970年起，新的可_l几业化 的活性基团已停止了发展!川。迄今为止，真正商品化的 活性基团仍然为均二嗓型、氟氯啼咙型和乙基矾硫酸 醋型。一般二氯均二嚓的活性染料的固色率只有 40%一50%，一氯均下臻的活性染料的固色率在60%左 右，乙烯矾型活性染料的固色率约55%一63%;人们通过 增加活性基的个数来提高活性染料的固色率，从单活 性基到双活性基，固色率平均可提高10%一巧%，如英国 的Plo(:ionHE型，日本的Sllmifix染料和国内的M型活性 染料，都采用相同或不同的双活性基团，使活性染料I$I 色率提高到75%一80%l’2}。而进一步增加活性基团个 数如二活性基染料合成成本高、难度大，不适于_[业化 生产。 活性染料在丝绸上染色行为及染料一纤维间共价 键稳定性表明活性基团的反应活泼性(反应率R)及染 料与丝绸的亲和力(E)都对染料利用率(固色率r)有显 著影响}”l，即:F%二E%xR%，例如染料(I)含双嗅丙酞基， 具有高反应率(R=99.犯%)和高的竭染率(E二97.58%)，因 而l*I色率高达96.9%;而染料(n)虽然有高的反应率 (R二97.26%)，但竭染率低(E二73.09%)，所以固色率仅为 71%。 活性染料染丝绸和染棉纤维不仅反应性能有差异， 即丝绸上氨基和琉基比棉纤维上羚基更易反应，而且 带有阴离子磺酸基的活性染料能与带阳离子氨基的蛋 白质纤维构成盐键，同样染料与棉纤维间只能形成范 德华力和氢键，所以丝绸染色的竭染率一般为90%以 _ L，而染棉竭染率平均为70%左右。棉用活性染料的竭 染率如此低，原因之一是一些染料研究者认为活性染 料应当具有较低亲和力结构!’4!，主要理由在于扩散和 沾色问题。本文在活性艳蓝KE一GN的染料分子结构设 计合成中根据F%=E%xR%经验式，设计如下结构染 料: 扩散和沾色问题，采用了特种助剂，首先考虑到染色过 程中染料扩散问题，纤维素纤维孔隙为16A，膨化后可 达SOA，一般亲和力很大的直接染料长度为15A左右， 即使将活性染料分子体积增大到直接染料一样，膨化 纤维也易于扩散染色;同时考虑到沾色问题，研制的特 种清洗剂达到了很好的效果。创新研究的活性艳蓝 KE一GN与国内外有代表性棉用活性染料染色结果对比 见表l。 从表l可以看出:染料l在我国和ICI公司都有生产， 为单二氯均二嗦型活性染料，固色率F二33%;染料2为 Baye讼司的单二氯哇l怒琳型活性染料，F二58.3%;染料 3为上海生产的双一氯均二嗦型活性染料，F二61.2%;染 料4我国和ICI公司都生产，为双一氯均二嚓型活性染 料，F二82.3%，该染料的固色率代表当今世界上双活性 基染料水平;染料5为活性艳蓝KE一GN，F二90.2%，在棉 纤维上的固色率高达90.2%。 高亲和力染料分子结构和特种助剂的研究成功， 给世界活性染料高固色率开辟了一条切实可行的途径， 如AGARwAL等人研究丝绸染色卜5·’6}采纳了我们观点， 用乙烯矾硫酸醋和一氯均找嗦做为染料双活性基团， suoifi、supr。BrilliantRedZBF，不仅提高了反应性 (R二92.2%)，而目增大了亲和力(E=gl.1%)，取得了很好 染色效果(固色率F二84.7%)。最近coRENsEK在研究 棉纤维活性染料染色行为l’7!亦引用我们成果，采用双活 性基染料也提高了固色率(F)。 2.2反应性高分子染料 在活性染料研究中，用山梨醇模拟纤维素，活性染 料与山梨醇中的伯经基进行醇解和水解速率常数关系 测定K山梨醉/K水引2.2一巧.81’引，结果说明即使在均相中反 应，染色时活性基团总有一部分水解，所以100%固色是 不可能的，必须超越活性染料才能取得新的突破。根 据染料纤维问共价键结合原理，活性染料染色只是反 应性染色的一种l’“J，而交联染色亦属反应性染色。在 交联染色_I!.艺中，染料不含活性基团，没有染料水解问 题，可以达到高固色率。国际上研究开发的小分子交 联染料，如Basazol染料和Indosol染料等，由于可交联基 团在染料分子共扼体系上，染色后色光变暗。 本文研究的可交联高分子染料既有染料的鲜艳色 彩、着色能力等，也有高分子化合物的耐溶剂性、耐迁 移性、相容性:与卫生性，同时，高分子骨架_L有大量可 交联反应的氨基、羚基等，因此，染色性能非常好，其分 子结构代表式如下: 该类型染料在棉纤维、丝绸和皮革染色中残液近 于无色，染料接近99%上染被染物，无致癌性，染色重 现性好，获得了中国专利!’91、美国专利}2(jl和德国发明专 利l，，一。 3印染新工艺技术 3.，新型纤维染色 从历史上看，染料 _ t’.业的发展与纤维密切相关，儿 是一种新纤维出现，要求相适应的新型染料。自从“纺 织生态学”被提出后122}，21世纪纤维「业将要回到生物 高分子平台上，棉纤维从量上看将是纤维的首位，此外， 合成纤维将有新动向。 纤维素纤维染色问题迫切需要解决，主要是活性 染料和硫化染料染色问题引起的废水问题，而目.活性 染料染色还有大量盐的污染问题。正在研究活性纤 维、交联染色和可交联高分子染料都为创新开辟了新 路!圳。从纤维方面看，已经出现新型的聚醋纤维PTT， 改性聚丙烯纤维PP，新型聚酞胺纤维Tactel，新型纤维 素纤维Tencel、聚乳酸纤维PLA和甲壳素纤维。 甲壳素纤维是一种动物纤维，用于医疗卫生和内 衣服饰用。新型纤维可以在制造过程中添加易染性成 分，如Tellcel在纺丝时候，在溶剂中添加修饰剂，以利于 染色。超细纤维和异型纤维是纤维发展的大方向，共 价键化学结合的染色方法是最有吸引力的优异方法。 合成纤维的非水溶性染料染色中，着色基团发展 方向是改善染料对纤维的相亲性，即依据相似相容原 理，增加两者物理力结合，我们已经合成出含长烷基链 的丙纶专用分散染料，可用于直接染丙纶，其中蓝色品 种已取得接近100%上色率和4一5级时处理牢度的良好 效果122一281，为非极性丙纶染色开辟了一条新路。 3.2洁净染色新工艺新技术 3.2.1活性染料无盐染色新_I’.艺新技术 通常活性染料染色过程需加人无机盐帮助提高染 料的竭染率(20留L一180留L)，含大量无机盐和染料废液 的排放给环境带来极大污染问题。我们研究的活性染 料染色新_l _ ;艺在无盐的条件下，上染暂时性阳离子化 棉纤维，比用加盐方法染色得到更高的固色率和吸附 量，如活性艳红x一3B有盐浸染固色率仅为50.8%，无盐 轧染固色率可达80%;活性艳红K一B3R有盐浸染固色率 为68，5%，无盐轧染固色率可达94%;活性黄KN一CR有 盐浸染固色率为56.8%，无盐轧染固色率可达94%，双 活性基染料的固色率提高幅度更大。活性染料无盐染 色棉纤维耐洗牢度均在4级以上，耐摩擦牢度也均在4 级以上。 3.2.2更新1’.艺 以还原染料和硫化染料为例，从染色_「艺方面减 少二废，不再用化学法还原而采取生化法还原或电还 原法染色，后者原理如下因卜 1991开发的超临界C伍作溶剂的染色l:艺，用C02 作溶剂具有安全、廉价、可循环利用，C恢溶剂染色中专 用染料的研究十分重要，现在已有专用染色机和专用 染料，染色机可用在聚醋、聚酞胺和聚丙烯的染色，能 够实现100%吸附，可以省去染色后的还原清洗。这种 方法唯一缺点是需要高压。有人指出，超临界C氏染色 法只要不能应用在纤维素纤维中，就不能说是完全成 功的，所以许多卜作致力于此项研究。用碳化二亚胺 和树脂处理纤维素，以增加纤维素的疏水性就能够用 专用染料在超临界CO:中染色。也有将纤维素改性，降 低极性后用专用分散染料染色!2”l，例如采用下式试剂 使纤维素纤维或羊毛芳香化后就能用分散染料染 色。 CiI祖公司正在开发含有能够聚合的乙烯基染料，印 染糊中含有其它乙烯基官能团单体，在光照下发生共 聚，并形成网状结构，可以达到100%染料利用率。 3.2.3喷墨印染技术 喷墨印染技术将现代计算机技术应用于染色一}_艺 中，在计算机程序控制下，以高再现性、高清晰度、低污 染和低原材料浪费的全新印染效果、以其工艺的灵活 实用和安全性及按需设计、及时供货的巨大潜力引起 了国内外纺织_l几业界的广泛关注，具有高附加值、高利 润、高安全性。然而喷墨印花技术全球化、快速反应及 环保生态学对印染[业提出的更高的要求。我们创新 研制的可反应性高分子染料为在我国实现高固色率、 高坚牢度的纤维喷墨印花技术奠定了基础。 参考文献 11]巾国}几程院.常平 . 20世纪我国重大卜程技术成就(272)[M] . 暨南大 学出版辛l几，广州，2002 [2]沈日炯，姬兰琴.第四届全国染料信息发布会论文集【C]石2，2000 年，绍兴 【31PhilipKel、}lawTheFut、Jren、rWostE、，ropeanDye，t、，ffMan:，fa《:tt，re， . 【J」J . 5。，。认Dyer、&C‘、1 . 1998，114(2):35 14}D . 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