本文關鍵詞：分散染料染色機理及非水溶劑染色研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：傳統(tǒng)的分散染料染色消耗大量的水和化學品,排放的廢水中含有各種難以去除的表面活性劑和未使用的染料,增加了污水處理成本。為了減少化學品的使用,克服水資源緊張等問題,本課題探索了一種新的非水溶劑染色方法,希望可以減輕傳統(tǒng)水相染色工藝對環(huán)境的影響。本課題通過系統(tǒng)深入的研究,篩選出了非水溶劑染色介質,確立了基本的染色工藝條件,探索了非水溶劑染色相關的理論問題,實現(xiàn)了聚乳酸和滌綸纖維的無水染色。此外,本課題還研究了分散染料水相染色吸附過程,旨在加深對傳統(tǒng)染色工藝的理解,為改善傳統(tǒng)染色工藝對環(huán)境的影響提供一些參考。非水溶劑染色的關鍵就是要選擇合適的溶劑作為染色介質,之前研究較多的鹵代烴類溶劑對環(huán)境和人體健康有一定的影響。本文利用溶劑的溶解度參數(shù)和環(huán)境-健康-安全數(shù)據(jù),從110種有機溶劑中篩選出了液體石蠟作為染色介質。考察了液體石蠟對聚乳酸纖維和分散染料的影響,結果表明液體石蠟對纖維和染料沒有不良的影響,可以作為非水溶劑染色介質。聚乳酸纖維是一種新型的生物基纖維,在傳統(tǒng)的水染色過程中會發(fā)生水解,水解問題嚴重限制了聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應用。本文以液體石蠟作為染色介質,建立了聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝,徹底解決了聚乳酸纖維的水解問題。研究結果表明聚乳酸纖維在130℃染色10min即可達到染色平衡,染色織物的牢度與水相染色牢度相當,但是上染率太低,不到10%。研究還發(fā)現(xiàn)聚乳酸纖維在染色過程中會發(fā)生因分子鏈段解取向導致的強力損失,斷裂強力與纖維取向度之間存在明顯的線性關系(r2=0.97)。染色后對織物進行張力熱定型可提高取向度,恢復部分強力,在90℃定型45s可使強力損失從59.1%下降到16.7%。本文通過補充染料和溶劑,實現(xiàn)了聚乳酸纖維染色殘液的循環(huán)使用。對實驗室范圍內聚乳酸纖維的染色工藝進行了量化評估,評估采用的指標為物耗、能耗、潛在的化學風險、潛在的生態(tài)風險以及cod/bod5比值,結果表明非水溶劑染色工藝比水染色更具有可持續(xù)性。本文建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝,也許可以為聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應用提供一些參考。滌綸是消耗分散染料最多的纖維,傳統(tǒng)的染色過程又消耗大量的水和化學品,因此非常有必要發(fā)展一種環(huán)境友好的染色方法以節(jié)約水資源,保護環(huán)境。本文利用已經建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色方法,實現(xiàn)了滌綸纖維的無水染色。研究結果表明液體石蠟對滌綸纖維也沒有不良的影響,可以作為滌綸纖維無水染色的介質。在染料濃度為5%owf,染色溫度130℃,浴比15:1的條件下,染料在滌綸纖維中的上染率較大,約為43%;染色織物牢度可以滿足應用要求。本文還測定了滌綸纖維表面的低聚物含量,發(fā)現(xiàn)非水溶劑染色可以有效減少表面低聚物含量,染色后表面低聚物含量由0.21%降到0.02%。研究結果還表明在一定的使用次數(shù)內,因染浴回用造成的低聚物累積不會影響染色織物質量。而且滌綸纖維溶劑染色工藝與水染色相比,可以節(jié)約大量的水和化學助劑,回收的低聚物還可以再次用于聚合物的合成。因此,本文建立的滌綸纖維非水溶劑染色工藝節(jié)約了大量的化學品和水資源,有利于環(huán)境保護。為了充分理解分散染料非水溶劑染色過程,本文研究了液體石蠟中分散染料上染聚乳酸纖維的熱力學和動力學。研究發(fā)現(xiàn)在非水溶劑染色中,染料聚集體可能會對染料吸附造成一定的影響,導致吸附等溫線偏離nernst型。研究還發(fā)現(xiàn)焓變和擴散活化能與染料分子表面積之間存在良好的線性關系,因此,本文結合熱力學與動力學補償效應,建立了以染料分子表面積為基礎的預測親和力與擴散系數(shù)的模型。研究結果表明該模型非常簡單有效,只需要染料分子表面積和溫度就可以做出準確的預測。這種結構與性能之間的定量關系為理解非水溶劑介質中分散染料的吸附和擴散提供了一個新的視角。為了進一步考察分散染料非水溶劑染色技術的適用性,本文采用已經建立的擴散系數(shù)模型,結合反演設計方法篩選出了適合聚乳酸纖維染色的配伍性分散染料,并進行了實驗驗證。本文首先收集了132種分散染料,依據(jù)經驗公式計算了不同溫度下各個染料的擴散系數(shù)并對數(shù)據(jù)進行了聚類分析,依據(jù)聚類分析結果和染料的使用狀況,最終篩選出了一組三原色染料:分散橙30、分散紅54與分散藍165:1。測定了三只染料各自的上染速率曲線、半染時間和擴散系數(shù),結果表明三只染料的上染速率曲線、擴散系數(shù)和半染時間都非常相近,初步認為三只染料具有很好的相容性。隨后對三只染料進行配色實驗,測定了混合染料染色織物的色相角和色度圖,結果表明染色織物的色相角基本不變,色度圖曲線重疊程度很高,因此認為三只染料具有很好的相容性,可以作為聚乳酸纖維在非水溶劑染色中的三原色染料進行使用。為了加深對傳統(tǒng)染色過程的理解,進一步減輕傳統(tǒng)染色工藝對環(huán)境的影響,本文還考察了水相染色中分散染料在滌綸纖維表面的吸附。本文從實驗和分子動力學模擬兩方面研究了染料分子及染料聚集體對吸附的影響。首先測量了130℃時純分散藍56在滌綸上的吸附等溫線,結果表明分散藍56在滌綸上的吸附等溫線基本符合nernst型,當染料濃度較高時等溫線稍有偏差。這可能是因為染料濃度較高時,染料聚集體參與了吸附。染料聚集體對滌綸纖維的親和力小于單分子狀態(tài),這種較小的親和力可能導致吸附等溫線發(fā)生了稍許偏差。為了進一步考察染料聚集體對吸附的影響,本文進行了分子動力學模擬,從分子層面上研究染料聚集體在滌綸表面的吸附。通過分子模擬看到了染料在染浴中的聚集以及聚集態(tài)染料在滌綸表面的吸附。模擬結果表明研究體系中有7-14%的二聚體染料,吸附的染料中有4-5%為二聚體染料,聚集態(tài)染料對吸附的影響較小但不可忽略。本文結合實驗和分子動力學模擬研究了染料聚集體對吸附的影響,這也許可以為加深對傳統(tǒng)染色過程的理解提供一個新的視角。本課題建立了聚乳酸與滌綸纖維的非水溶劑染色工藝,節(jié)約了大量的水和化學助劑。此外,本文還考察了分散染料聚集體對吸附的影響,加深了對染色工藝的理解。希望這些工作可以為改善傳統(tǒng)染色工藝對環(huán)境的影響提供一些參考,為紡織工業(yè)的發(fā)展做出一些貢獻。
【關鍵詞】：無水染色 聚乳酸 滌綸 可持續(xù)性 吸附過程 分子模擬
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TS193.1
【目錄】：

• 摘要4-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-46
• 1.1 傳統(tǒng)的分散染料染色方法及存在的問題15
• 1.2 非水介質染色方法15-17
• 1.3 非水溶劑染色研究進展17-24
• 1.4 聚乳酸纖維染色研究現(xiàn)狀24-30
• 1.5 分散染料水相染色理論30-34
• 1.6 本課題的主要研究內容及創(chuàng)新點34-35
• 參考文獻35-46
• 第二章 分散染料非水溶劑染色工藝研究—聚乳酸纖維46-68
• 2.1 研究背景46-47
• 2.2 實驗部分47-49
• 2.3 可持續(xù)性評估49-50
• 2.4 結果與討論50-64
• 2.5 結論64
• 參考文獻64-68
• 第三章 分散染料非水溶劑染色工藝研究—滌綸纖維68-82
• 3.1 研究背景68-69
• 3.2 實驗部分69-71
• 3.3 結果與討論71-79
• 3.4 結論79
• 參考文獻79-82
• 第四章 分散染料非水溶劑染色熱力學和動力學研究82-103
• 4.1 研究背景82
• 4.2 實驗部分82-84
• 4.3 熱力學與動力學參數(shù)的計算84-86
• 4.4 結果與討論86-101
• 4.5 結論101
• 參考文獻101-103
• 第五章 分散染料非水溶劑染色配伍性研究103-116
• 5.1 研究背景103-104
• 5.2 實驗部分104-106
• 5.3 結果與討論106-113
• 5.4 結論113
• 參考文獻113-116
• 第六章 分散染料水相染色吸附研究116-132
• 6.1 研究背景116-117
• 6.2 實驗部分117-122
• 6.3 結果與討論122-128
• 6.4 結論128-129
• 參考文獻129-132
• 攻讀博士學位期間發(fā)表論文情況132-133
• 致謝133-134
• 附錄134-145
• 附錄1 溶劑和染料的溶解度參數(shù)134-139
• 附錄2 附錄1中前20種有機溶劑的環(huán)境-健康-安全數(shù)據(jù)139-141
• 附錄3 PLA織物非水溶劑染色與水染色工藝的可持續(xù)分析141-145

  本文關鍵詞：分散染料染色機理及非水溶劑染色研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：312929