偶氮分散染料结构与PLA织物染色性能关系研究

作     者：武奇奇 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付少海

授予年度：2019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] 

主      题：PLA织物 分散染料 载体染色 DFT计算 亲和力 

摘      要：聚乳酸(PLA)织物熔点低,较高温度下高温高压染色PLA织物强力损失严重,而较低染色温度容易造成PLA织物得色量低等问题,筛选或者设计适合PLA织物染色的分散染料对PLA织物染色加工具有重要意义。基于此,本论文研究了五只不同结构的分散染料在80-120℃的高温高压染色和载体染色条件下上染PLA织物的染色性能;并设计合成三只不同结构的偶氮分散染料,分析了载体染色条件下三只偶氮分散染料在PLA织物上的染色动力学和热力学,探究了分散染料结构与其在PLA织物上的染色性能规律。具体研究内容如下:本论文选取了五只结构不同的分散染料并研究了其在高温高压染色80-120℃和载体染色条件下上染PLA织物的染色性能。结果表明在80-120℃高温高压染色方法中,温度升高PLA织物的表观色深值增加,然而,当染色温度为110-120℃时,PLA织物顶破强力下降率超过了20%;且相同染色工艺条件下,C.I.分散红343对PLA织物染色的K/S最高。载体染色结果表明酯胺类化合物(90BHC)可以明显提高PLA织物染色的K/S值,在以90BHC为载体,载体用量0.25%(相对染液),染色温度90℃,保温时间30min的较佳染色条件下染色PLA织物强力受损小,匀染性和各项牢度较佳。分别以2-氯-4-硝基苯胺为重氮组分,N,N-二羟乙基苯胺、N-乙基-N-羟乙基苯胺、N,N-二乙基苯胺为偶合组分设计合成了三只结构不同的偶氮分散染料(D1、D2和D3),并对合成的染料进行结构表征,研究了其在不同极性大小的溶剂中的光谱性能,并基于密度泛函理论(DFT)的以6-31G(d)为基组的量子计算化学方法计算了偶氮染料分子结构参数。结果表明同一只染料在DMF中的λ大于丙酮、乙醇和乙酸乙酯中的λ;与染料D1相比,染料D2、D3偶合组分中引入-CHCH取代基后染料分子的共轭结构有轻微变化,HOMO轨道电子云向右N原子上偏移;由理论计算得到染料D1-D3的激发能(ΔE)大小顺序为ΔEΔEΔE,对应的染料的最大吸收波长分别为524nm、524.8nm和525.6nm。探讨了载体染色条件下三只偶氮分散染料在PLA织物上的染色动力学及热力学,分析了分散染料结构与其在PLA织物上的染色性能规律,发现染料聚集体可能会对吸附过程产生影响,导致吸附等温线偏离Nernst型;在染色温度为353.15K、363.15K和373.15K,染料量为2%(omf)条件下,染料D1、D2和D3的亲和力(-△m)都大于10kJ/mol。染色熵(ΔS°)分别与染料相对分子量、分子体积以及分子偶极矩(μ)线性拟合,结果表明染色熵与偶极矩之间的线性关系最强(R为0.9993),由染色熵(ΔS°)和染色焓(ΔH°)的补偿效应可得染色亲和力(-Δμ°)和偶极矩之间的一个定量关系,即建立了通过偶极矩预测分散染料上染PLA织物的亲和力模型;实验所得亲和力和模型计算亲和力线性拟合度为0.99487,验证了建立的亲和力预测模型是成立的,从而为设计合成新型的适合聚乳酸染色的染料提供理论支持。