高浓度活性染料溶液聚集性能的研究
作者单位：东华大学
学位级别：硕士
导师姓名：王建庆
授予年度：2014年
学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082103[工学-纺织化学与染整工程]
摘 要：染料的聚集是一个非常普遍的现象,会影响染料在染液中的扩散,在纤维织物上的吸附及键合,也将影响最终的染色效果。在现今普遍应用的活性染料小浴比染色、冷轧堆染色和液状活性染料等技术中,活性染料在溶液中的高浓度使染料分子在染液中处于更加复杂的状态,因而极有必要对染料分子在染液中的存在状态进行详细的研究。本文以活性橙13为主要研究对象,采用粘度法,电导率法,超微量分光光度法和颗粒直径测试法对活性染料高浓度染液的聚集性能进行研究,探索染料分子在染液中的存在状态。 首先,本论文探索了活性染料溶液在不同条件下的电导率变化与活性染料在溶液中聚集情况的关联关系,研究发现： 1)染液电导率的变化与染料的分子结构有关,分子结构简单,水溶性基团较多的活性染料溶液具有更高的电导率,聚集倾向相对较小;活性染料溶液电导率与染料浓度和温度存在递增关系,各染料溶液电导率的变化存在一定的临界区间：染料浓度区间为30-40mmol/L,温度为50℃左右,电导率在该区间前后的变化率存在着差异,主要原因是高浓度条件下染料分子出现聚集,抑制了染料的电离,而提高温度则有利于染料的解聚。 2)染料溶液中添加硫酸钠产生的同离子效应使染料聚集情况加剧,但是硫酸钠浓度低于3g/L时染液的电导率反而增大,可能是微量电解质产生的盐溶效应增强了染料的电离度,这将有利于染料的溶解;阴离子表面活性剂在50℃时对染料溶液稳定性提高有显著效果。 其次,本论文研究了高浓度活性染料溶液在不同条件下的粘度及其变化规律,结果表明： 1)活性橙13染液粘度通常情况下随着染料浓度的提高而增大,升高介质温度和pH值可以使溶液的粘度降低,染料聚集体逐渐解聚。但在高浓度状态下会呈现不规律的异常变化：浓度增至70mmol/L以上时,染液粘度突然增大,80mmol/L以上的染液在温度50～70℃范围内出现先增大后降低的变化,一定浓度的染液粘度在介质pH值为5-6的范围内呈突跃式降低趋势,这些都可能与高浓度染液中染料的聚集和溶解状态改变有关。 2)加入电解质会使高浓度的活性橙13溶液粘度近似呈线性增大,导致溶液中染料分子聚集严重,但升高温度可缓解可电解质对染料分子的影响;适当温度下添加阴离子表面活性剂虽会使溶液粘度增大,但其溶液的稳定性可能提高,而添加非离子表面活性剂对活性染料溶液粘度和聚集程度的影响较小。 第三,本论文采用结合染料颗粒粒径测试的UV/Vis分光光度法研究了高浓度活性橙13溶液在不同条件下的聚集状态。结果表明：1)高浓度条件下,染料溶液的λmax发生红移,伴随染料颗粒粒径增大,表明染料分子逐渐形成不同的聚集体。在40mmol/L染料浓度下,升高介质温度或pH值时,染液的λmax呈蓝移,染料颗粒直径呈减小趋势,表明升温或增大pH值可使聚集体大幅度解聚,但温度的作用只能使染液对可见光吸收的蓝移至λmax=495nm,表明温度的作用并不能使染料聚集体完全解聚;2)加入含不同金属离子的电解质后,活性橙13染液的最大吸收波长均发生一定程度的红移,并伴随染料颗粒直径的变化,反映出加入电解质将导致高浓度活性染料溶液严重聚集;同价离子对染液聚集的影响程度为K+Na+Li+,而二价的Ca2+、Mg2+对染液聚集程度的影响远远大于一价的Na+;3)50℃时尿素对40mmol/L染液的助溶效果显著,当其浓度达到150-175g/L时,其助溶作用达到最大,继续提高尿素浓度,染液的λmax和染料颗粒平均直径保持不变;相比尿素,助溶剂TM-1加入量仅为尿素1/10时即可使染料溶液具有相同的解聚效果,表明TM-1对染料溶液具有更好的解聚效果;而水溶性物质聚丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和马来酸-丙烯酸共聚物只在一定的条件下对特定浓度的染料溶液具备有限的助溶和解聚作用。
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