棉阳离子改性与活性染料无盐染色.doc

v1.0 可编辑可修改 绪论 1.1 引言 纺织印染行业是我国历史悠久的传统行业，同时也是我国的支柱产业之一。 其中印染行业由于加工与生产工艺环节上的落后，逐渐成为重点关注的高污染、 高能耗、高排放的“三高”行业之一。 2013 年，全国印染行业的总耗水量达到了 100 亿吨，污水排放则占到了国内工业总排放量的 12%。特别是印染废水，其因为 有着有机物含量高，色度深，电解质含量高等特点，成为了一种难以清理的工业 废水。因此，以新型节能环保的印染工艺取代落后、高污染的旧工艺的行动刻不 容缓。 目前世界上产量最大的纺织纤维即是纤维素纤维，其可纺性强，吸湿性好， 在穿着时同时又具有较好的舒适性， 在生活生产中被广泛应用 [1] 。近年来由于纤维素纤维的飞速发展，同时像直接染料、还原染料等染料在染色过程中造成的环境 污染问题层出不穷，所以活性染料取而代之成为了纤维素纤维纺织品（特别是棉织物）染色最重要的一类染料。 活性染料的色彩鲜艳、色谱广泛、色牢度好、适用性强，其各类性能较好。然而在染色过程中，棉纤维大分子侧链上的羟基会在水溶液中发生水解，使得棉纤维整体呈负电性，染料阴离子会与棉纤维上的轻微负电荷发生排斥，从而导致其对于阴离子染料（如活性染料、直接染料等）的吸附性较弱。 在传统的活性染料棉织物染色工艺中，为了提高活性染料的上染率和固色率，需要加入大量无机盐，如硫酸钠、食盐等，以削弱染料阴离子与棉纤维上的轻微负电荷之间的排斥力，一般我们将这种过程叫做“促染”。根据染料颜色以及染 料结构不同，通常的用盐量范围为 30～ 150g/L 。然而由于在染色过程中使用的大量的无机盐无法进行回收和降解处理，染色后排放的带有颜色、同时又有较高含盐量的染色污水常会造成环境问题，如土壤盐碱化，水质改变等。 11 v1.0 可编辑可修改 为了解决以上污水中含盐量过高的问题，近年来对于棉织物无盐染色工艺的 需求日益提升。目前使用最广泛的是对纤维素纤维阳离子改性的方法，其特点是 比较直接、同时能够有效提高纤维直接性 [2] 。其原理是引入阳离子基团与纤维素纤 维分子上的官能团进行反应，降低染料阴离子基团与纤维负电性基团之间的库伦 斥力 [3] ，对于阴离子染料的上染率有较大程度的提升。 1.2 活性染料对纤维素纤维染色的基本概念 1.2.1 纤维素纤维的结构特征 [4,5] 纤维素纤维是一种使用广泛的可纺纤维，其分子结构中含有大量的羟基，能 与阳离子改性剂作用，从而对纤维本身进行改性处理。纤维素纤维的化学式为 （C6H10O5) n。它是由许多的 β -D- 葡萄糖剩基互相以 β-1,4- 苷键连接而形成的大分 子。其结构式如下： 1.2.2 活性染料的基本特征 [6] 活性染料自从 1956 年第一次在英国面世以来，至今已有将近 60 年的历史。 其主要特点是其染料分子由三部分组成，分别是化学性质活泼的活性基团、染料母体和连接基。其主要用于纤维素纤维的染色，其通常以共价键的形式与纤维素纤维分子结合。 活性染料的色彩鲜艳、色谱广泛、色牢度好、适用性强，其各类性能较好。 尤其是近年来纤维素纤维的飞速发展，使得活性染料已成为纤维素纤维纺织品 ( 特别是棉织物 ) 染色最重要的一类染料。 22 v1.0 可编辑可修改 按活性基的不同，活性染料主要可分三类。 K 型 型即是一氯均三嗪型活性染料，这是一种高温型活性染料，其通式为： X 型 型即是二氯均三嗪型活性染料，这是一种低温型活性染料，其通式为： 其具有 2 个较为活泼的氯，其遇到纤维素分子中的羟基或水时，能发生亲和 取代反应，所以 X 型活性染料能够在较低温度下进行染色。 KN型 KN型即是乙烯砜型活性染料，这是一种中温型活性染料，其通常结构式为： D-SO2C2H4O4 OSO3Na 或 D-SO2CH=CH2 1.2.3 活性染料对纤维素纤维的染色机理 活性染料是一种亲水性染料，其通常以共价键的形式与纤维素纤维分子结合。 染色反应过程分别有亲核取代反应与亲核加成反应两种 [6] 。 亲核取代反应： DHN Cl D HN OCell N N C C OH C C + CellOH + HCl N N N N C C R R 33 v1.0 可编辑可修改 亲核加成反应： O O O D S CH 2CH 2 SO 3Na OH Cell OH D S CCH2 D SCH 2CH2 O Cell H O O O 1.2.4 活性染料染色的不足之处 [7] 活性染料的分子结构小，同时亲水性较好，固色后的浮色易于洗去，这是染 料分子设计中的重要创新。但由此也引起了以下这些问题的产生：如染料利用率 较低，通常不大于 70%；污水排放量较大（色度较高，通常超过标准几万倍， COD 值也过高）