涤纶染色用固色剂DG081的合成及应用

1 实验

1.1 试剂和仪器

1.1.1 试剂

二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC，60%)，浙江新海天生物科技有限公司;N-乙烯基咪唑(单体2)，阿拉丁试剂;烯丙基环氧聚醚(单体3)、亚硫酸钠(AR)、过硫酸铵(AR)、浓硫酸(AR)、盐酸(AR)、乙二胺四乙酸四钠(AR)，阿拉丁试剂。

1.1.2 仪器

BL310型电子天平；傅里叶变换红外光谱仪，美国尼高力公司；SF600型电脑测色配色仪(Datorcolor600)，美国；Y571B摩擦色牢度仪；WASHTEC-P水洗牢度仪，南通宏大实验仪器有限公司等。

1.1.3 织物

涤纶针织物(75D/72F，DTY涤纶长丝)，上海纺织工业技术监督所。

1.2 涤纶固色剂的合成

在装有回流冷凝管、温度计、双通道注射泵及搅拌器的四口反应釜中加入一定量二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、N-乙烯基咪唑(单体1)、烯丙基环氧聚醚(单体2)和去离子水，向反应釜中加入盐酸，经过均匀搅拌后进行pH值测试并调节至4～5；使温度上升至80 ℃，2 h内完成过硫酸铵和亚硫酸钠的连续滴加操作，使反应釜的温度处于一定范围内，不应高于100 ℃，反应1 h 后，加入一定量去离子水，降温到50 ℃后得到无色至浅黄色透明液体，即涤纶固色剂DG081。反应方程式如图1所示。

图1 涤纶固色剂的合成

1.3 染色

(1)染色处方

活性大红/%(omf)：2;

食盐/(g·L-1):20;

碳酸钠/(g·L-1):20;

浴比:1:30。

(2)工艺流程

(3)染色后处理

进行冷水洗→在95 ℃的高温环境下进行皂洗，持续进行10 min→进行热水洗→之后再进行冷水洗→最后进行烘干操作。

1.4 固色

1.4.1 浸轧法工艺

使用10～25 g/L的固色剂，按照90%的浸轧率进行浸轧操作→在80 ℃下进行预烘操作，持续进行5 min→在110～130 ℃的高温环境下进行焙烘操作，持续进行3～10 min→进行水洗操作→最后进行烘干操作

1.4.2 浸渍法工艺

使用1%～3%的固色剂在50～70 ℃下，按照(1:10)～(1:40)浴比进行固色操作20 min～0.5 h。

1.5 测试

1.5.1 红外光谱

将样品液滴于擦拭干净的KBr压片上，使样品铺展开，在低温环境下使用红外灯进行烘干操作，之后使用设备对样品进行红外光谱测试分析，得出红外光谱图(光谱范围为7800～375 cm-1)。

1.5.2 色牢度

参照GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定耐摩擦牢度。

参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定耐皂洗色牢度。

参照GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定浸泡牢度。

参照AATCC79-2010《纺织品吸水性》进行测试亲水性。

2 结果与讨论

2.1 涤纶固色剂结构表征

涤纶固色剂DG081的红外谱图如图2所示。

图2 涤纶固色剂的红外光谱图

从图2可以看出，1680～1620 cm-1为C=C的振动峰，3446.2 cm-1为-OH伸缩振动峰，2938.2 cm-1处为-CH3的伸缩振动吸收峰，2599.4 cm-1处为-CH2-的伸缩振动吸收峰，1584.5 cm-1为C=N的弯曲振动峰，1279.5 cm-1为C-N键的伸缩振动峰，1149.3 cm-1为C-O-C键的振动峰。而谱图1680～1620 cm-1处未出现烯烃C=C的特征吸收峰，说明二甲基二烯丙基氯化铵、N-乙烯基咪唑、烯丙基环氧聚醚中的C=C双键基本消失，并且出现了-OH结构，说明DMDAAC和N-乙烯基咪唑、烯丙基环氧聚醚较好地参与了共聚，与目标产物基本吻合。

2.2 单体初始浓度的影响

m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)=100:1.5:1.0，反应温度为80 ℃，反应时间为3 h，引发剂用量0.8%，考察单体初始浓度对涤纶固色剂牢度的影响，如表1所示。

表1 单体初始浓度对固色剂性能的影响

由表1可以得出，单体的初始浓度对聚合反应有较大的影响。单体的初始浓度为20%时，制备的固色剂的性能很差，这是因为单体之间的碰撞机会就较小，难以形成高分子聚合物。反应体系中反应物的浓度会随着初始浓度的增加而出现同步变化，不同单位碰撞的可能性也会发生同步变化，从而为大分子量产物的形成起到良好的促进作用，提升产物的固色牢度[14]。假如单体的初始浓度高于60%，也会提升链终止的可能性，导致产物的分子量因此减少，从而对其固色性能带来负面影响。通过全面分析，不难将单体的初始浓度设置为50%。

2.2.1 m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)对固色效果的影响

反应温度为80 ℃，反应时间为3 h，引发剂用量0.8%，考察单体用量对涤纶固色剂牢度的影响，如表2所示。

表2 m(单体1):m(单体2) :m(单体3)的影响

对表2数据进行分析不难发现，在三者的比例为100:1.5:2的情况下，固色效果将达到理想状态，产物的固色效果会随着单体1和单体2的比例的新增而降低。这是因为单体1烯丙基环氧聚醚中含有与级性基团发生共价交联的环氧基，从而以共价的形式加强与涤纶纤维或染料间的作用联系，则可以有效地提高其固色牢度。因此，m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)选择为100:1.5:2。

2.2.2 引发剂用量对固色效果的影响

m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)=100:1.5:2，反应温度为80 ℃，反应时间为3 h，考察引发剂用量对涤纶固色剂牢度的影响，如表3所示。

表3 引发剂用量的影响

由表3结果得出，在使用0.5%的引发剂的情况下，无论是在摩擦牢度方面，还是在皂洗牢度方面，产物都无法满足使用要求，产物的各类色牢度会随着引发剂使用数量的增加而发生同步变化，在用量达到0.9%的情况下，产物的色牢度将处于理想状态。这是由于在引发剂过少的情况下，会减缓聚合反应的发生速度；在逐步增加引发剂用量的情况下，体系中会产生更多的自由基，单体更容易与引发剂发生碰撞，使得单体快速发生转化；在引发剂的使用剂量超出合理范围的情况下，体系中会产生大量自由基，在发生剧烈反应的情况下出现爆聚现象，从而对聚合物的性能带来负面影响[15]。本文所合成的共聚物作为涤纶固色剂使用，要求分子质量适中，能进入纤维素纤维内部，分子质量过大容易在织物表面形成拒水薄膜，从而造成织物亲水性下降，所以引发剂用量是关键因素。引发剂用量选择0.9%。

2.2.3 反应温度对固色效果的影响

m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)=100:1.5:2，引发剂用量为0.9%，反应时间为3 h，考察反应温度对涤纶固色剂牢度的影响，如表4所示。

表4 反应温度的影响

从表4中可以看出，随着反应温度的增加，皂洗牢度和摩擦牢度效逐步提升，当反应温度为100 ℃时皂洗牢度和摩擦牢度最佳。这是由于反应体系会随着温度的上升而获取更多能量，导致引发剂快速分解，生成更多的自由基，单体的转化率会随着与引发剂的碰撞的可能性的增加而发生同步变化，因在，将100 ℃作为反应温度。

2.2.4 反应时间对固色效果的影响

m(DMDAAC):m(单体1):m(单体2)=100:1.5:2，反应温度为80 ℃，引发剂用量为0.9%，考察反应时间对涤纶固色剂牢度的影响，如表5所示。

表5 反应时间的影响

由表5的数据得出，无论是在皂洗牢度方面，还是在摩擦牢度方面，涤纶固色剂的牢度效果都会随着反应时间的延长而出现同步变化。固色剂的牢度效果在反应时间为5 h的情况下达到理想状态，出于对经济效益因素的考虑，因此将5 h作为合成固色剂的理想反应时间。

2.3 最优合成条件下的固色牢度

在对棉织物进行固色时，使用两种不同工艺的具体效果如表6所示。

表6 两种固色工艺的固色效果

根据表6的数据可以得出，采用两种工艺进行固色处理以后，织物的各种牢度效果都得到了提升。相较于浸轧法，另一种固色工艺的摩擦牢度均有所提升，其中，湿摩擦、干摩擦牢度分别提升4级、4～5级。相较于浸渍法，另一种固色工艺的得色效果更好，K/S值为1.78，表明采用浸轧法固色织物的颜色最深，染料的固色效果更佳，并且固色后并不会对织物的亲水性带来负面影响。

3 结论

(1)涤纶固色剂的最佳合成工艺为：单体初始反应浓度50%、m(DMDAAC):m(二烯丙基胺):m(丙烯胺)=100:1.5:2、引发剂过硫酸铵和亚硫酸钠均为0.9%(对单体质量)、反应温度100 ℃，反应时间5 h，合成的产品为浅黄色透明液体。

(2)使用两种工艺进行固色处理以后，无论是在皂洗牢度方面，还是在摩擦牢度方面，染色棉布均有所提升。浸轧法的固色工艺流程并不复杂，但相较于另一种固色工艺，其摩擦牢度更低。使用这种工艺进行固色以后，织物表成会形成提升织物水浸泡牢度的膜，从而提升织物的皂洗以及摩擦牢度，并且不会降低其亲水性。