化学计量学方法结合红外光谱用于ATD固色剂合成研究

傅美缘

(石狮市质量计量检测所，福建 石狮 362700)

随着社会的进步，纺织品的发展，人们越来越重视纺织品的安全环保，对于纺织品色牢度也给予了越来越多的关注[1]。色牢度差的纺织品有染料易脱落、易褪色等特点[2-4]。在穿着过程中，因摩擦脱落的染料会部分被皮肤吸收而进入人体，在体内分解还原成有害物质，危害人体健康[5-7]。

季铵型固色剂是活性染料染色棉织物常用固色剂，其阳离子基团能与染料结构中的阴离子基团以离子键结合，染物可获得较高的色牢度。本次研究通过正交实验、单因素实验等化学计量学方法讨论固色剂ATD制备的最优工艺条件，该固色剂因具备季铵盐阳离子基团而具有较好的固色效果，同时结合红外光谱对固色机理进行探讨、验证，进而制备出绿色环保的固色剂，为纺织品提供更好的固色产品。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

傅利叶红外变换光谱仪(FT-IR)(扫描范围：4000～400 cm-1，分辨率：4 cm-1，Nicolet iS10，美国赛默飞世尔公司)；YP-2型压片机，1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、丙烯酸三氟乙脂、二羟乙基二烯丙基氯化铵均为化学纯。

1.2 固色剂ATD的制备

在装有温度计、搅拌器、回流冷凝器的反应釜中，依次加入1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、丙烯酸三氟乙脂、二羟乙基二烯丙基氯化铵、pH调节剂、去离子水后，开启冷凝、搅拌、加热；升至一定温度后，滴加过硫酸铵溶液，并控制滴加时间及温度；接着进行保温、加水、搅拌、出料，制得固色剂ATD。

1.3 固色剂ATD性能的测定

将制得的固色剂ATD用于处理活性大红3g染色后的棉织物，采用浸固工艺，固色剂用量是2%(o.w.f)，测固色处理后的干摩擦牢度、湿摩擦牢度等性能指标。

1.4 红外光谱的采集

使用Nicolet iS10型傅里叶红外光谱对该固色剂的结构进行分析，操作方法：将少量合成好的固色剂涂抹在聚四氟乙烯板上，置于干燥的空气中成膜后，将该样品放置在红外光谱仪内进行全波段扫描(400～4000 cm-1)。

2 结果与讨论

2.1 正交实验

在ATD的制备过程中，反应条件对产物的性能影响较大，因此，实验以固色剂对活性大红3 g染色后的棉织物的干摩擦牢度、湿摩擦牢度为评价指标，固色剂用量2%(o.w.f)时，设计了四因素三水平的正交试验。

根据一定的合成条件，以m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶m(二羟乙基二烯丙基氯化铵)、固色液pH值、保温温度、保温时间为因素，每个因素取三个不同的水平，使用活性大红染色后的棉织物的干摩擦牢度、湿摩擦牢度为评价指标，设计了四因素三水平L9(34)正交实验。各个因素和对应的水平见表1，正交实验结果以及分析表2和表3。

表1 因数与水平表

表2 正交实验表

表3 极差分析结果

注：A表示m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)；B表示pH，mL；C表示保温温度，℃；D表示保温时间，h。

由正交实验的结果和极差分析可以得出结论为：主次因素的顺序为m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)-保温温度-pH-保温时间。最优方案是m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)=12∶8∶12，溶液pH值为9，保温温度80℃，保温时间4 h。

以湿摩擦牢度为评价指标，进行正交实验的结果与干摩擦牢度的实验结果一致。

2.2 单因素实验

为了进一步优化固色剂的反应参数，在正交实验的基础上，对m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)、溶液pH值、保温温度、保温时间四个因素进行不同水平的单因素实验，并综合考察了单因素对固色剂固色效果的影响。

(1)摩擦牢度随着m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)的变化而变化(见表4)，当m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)为12∶8∶12，摩擦牢度达到最佳值。二羟乙基二烯丙基氯化铵的质量比较小时，与活性染料接触和碰撞的几率小，不利于反应的进行；二羟乙基二烯丙基氯化铵的用量增加，则季铵盐阳离子基团也随之增加，通过阳离子基与活性染料的磺酸基等阴离子，发生库仑引力作用，中和其电荷，减少染料的水溶性。

表 4 m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)对固色效果影响

(2)由表5知，pH值小于9时，摩擦牢度随着pH值增加而增加；当pH值达9时，固色效果最佳；继续增大pH值时，固色效果降低，可能是固色剂分子的解吸速率大于吸附速率，造成染料重新溶解，固色效果下降。

表5 pH值对固色效果影响

(3)随着温度的增加，摩擦牢度随之增加，从表6知，在温度达80℃时，效果最佳。保温温度过低，造成分子运动缓慢，没有足够能量引发各种反应基团发生反应；当温度过高时，反应体系易形成凝胶，影响固色效果。

表6 保温温度对固色效果影响

(4)保温时间决定了单体之间的反应程度，由表7知，延长保温时间，摩擦牢度有所提高，当保温时间达5 h左右，单体之间的反应基本完成，继续增加保温时间对固色效果影响不大。

表7 保温时间对固色效果影响

上述实验表明：最优方案是m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)=12∶8∶12，溶液pH值为9，保温温度80℃，保温时间5 h。此时制备出的固色剂具有良好的固色效果。

2.3 固色剂ATD的红外光谱图

对固色剂ATD进行红外光谱鉴定，结果详见图1。

图1 FT-IR红外光谱图

从图1可知，光谱图中在A处(即1633 cm-1)的波段左右，都出现了C-N伸缩振动吸收峰，而在ATD光谱中的B处(966 cm-1)出现季铵盐特征吸收峰，该结果表明，固色剂ATD具备季铵盐阳离子基团。验证了ATD因具备季铵盐阳离子基团而具有较好的固色效果。

3 结论

由化学计量学方法知，ATD最优工艺条件为：m(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐)∶m(丙烯酸三氟乙脂)∶(二羟乙基二烯丙基氯化铵)=12∶8∶12，溶液pH值为9，保温温度80℃，保温时间5h。此时制备出的固色剂具有良好的固色效果。同时结合红外光谱对季铵盐阳离子基团进行验证。结果表明所制备的ATD因具备季铵盐阳离子基团而具有较好的固色效果。本次研究为纺织品提供更好的固色产品。