本文關(guān)鍵詞：分散染料染色機(jī)理及非水溶劑染色研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：傳統(tǒng)的分散染料染色消耗大量的水和化學(xué)品,排放的廢水中含有各種難以去除的表面活性劑和未使用的染料,增加了污水處理成本。為了減少化學(xué)品的使用,克服水資源緊張等問題,本課題探索了一種新的非水溶劑染色方法,希望可以減輕傳統(tǒng)水相染色工藝對(duì)環(huán)境的影響。本課題通過系統(tǒng)深入的研究,篩選出了非水溶劑染色介質(zhì),確立了基本的染色工藝條件,探索了非水溶劑染色相關(guān)的理論問題,實(shí)現(xiàn)了聚乳酸和滌綸纖維的無水染色。此外,本課題還研究了分散染料水相染色吸附過程,旨在加深對(duì)傳統(tǒng)染色工藝的理解,為改善傳統(tǒng)染色工藝對(duì)環(huán)境的影響提供一些參考。非水溶劑染色的關(guān)鍵就是要選擇合適的溶劑作為染色介質(zhì),之前研究較多的鹵代烴類溶劑對(duì)環(huán)境和人體健康有一定的影響。本文利用溶劑的溶解度參數(shù)和環(huán)境-健康-安全數(shù)據(jù),從110種有機(jī)溶劑中篩選出了液體石蠟作為染色介質(zhì)�？疾炝艘后w石蠟對(duì)聚乳酸纖維和分散染料的影響,結(jié)果表明液體石蠟對(duì)纖維和染料沒有不良的影響,可以作為非水溶劑染色介質(zhì)。聚乳酸纖維是一種新型的生物基纖維,在傳統(tǒng)的水染色過程中會(huì)發(fā)生水解,水解問題嚴(yán)重限制了聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應(yīng)用。本文以液體石蠟作為染色介質(zhì),建立了聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝,徹底解決了聚乳酸纖維的水解問題。研究結(jié)果表明聚乳酸纖維在130℃染色10min即可達(dá)到染色平衡,染色織物的牢度與水相染色牢度相當(dāng),但是上染率太低,不到10%。研究還發(fā)現(xiàn)聚乳酸纖維在染色過程中會(huì)發(fā)生因分子鏈段解取向?qū)е碌膹?qiáng)力損失,斷裂強(qiáng)力與纖維取向度之間存在明顯的線性關(guān)系(r2=0.97)。染色后對(duì)織物進(jìn)行張力熱定型可提高取向度,恢復(fù)部分強(qiáng)力,在90℃定型45s可使強(qiáng)力損失從59.1%下降到16.7%。本文通過補(bǔ)充染料和溶劑,實(shí)現(xiàn)了聚乳酸纖維染色殘液的循環(huán)使用。對(duì)實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)聚乳酸纖維的染色工藝進(jìn)行了量化評(píng)估,評(píng)估采用的指標(biāo)為物耗、能耗、潛在的化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)、潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以及cod/bod5比值,結(jié)果表明非水溶劑染色工藝比水染色更具有可持續(xù)性。本文建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色工藝,也許可以為聚乳酸纖維在紡織工業(yè)中的應(yīng)用提供一些參考。滌綸是消耗分散染料最多的纖維,傳統(tǒng)的染色過程又消耗大量的水和化學(xué)品,因此非常有必要發(fā)展一種環(huán)境友好的染色方法以節(jié)約水資源,保護(hù)環(huán)境。本文利用已經(jīng)建立的聚乳酸纖維非水溶劑染色方法,實(shí)現(xiàn)了滌綸纖維的無水染色。研究結(jié)果表明液體石蠟對(duì)滌綸纖維也沒有不良的影響,可以作為滌綸纖維無水染色的介質(zhì)。在染料濃度為5%owf,染色溫度130℃,浴比15:1的條件下,染料在滌綸纖維中的上染率較大,約為43%;染色織物牢度可以滿足應(yīng)用要求。本文還測定了滌綸纖維表面的低聚物含量,發(fā)現(xiàn)非水溶劑染色可以有效減少表面低聚物含量,染色后表面低聚物含量由0.21%降到0.02%。研究結(jié)果還表明在一定的使用次數(shù)內(nèi),因染浴回用造成的低聚物累積不會(huì)影響染色織物質(zhì)量。而且滌綸纖維溶劑染色工藝與水染色相比,可以節(jié)約大量的水和化學(xué)助劑,回收的低聚物還可以再次用于聚合物的合成。因此,本文建立的滌綸纖維非水溶劑染色工藝節(jié)約了大量的化學(xué)品和水資源,有利于環(huán)境保護(hù)。為了充分理解分散染料非水溶劑染色過程,本文研究了液體石蠟中分散染料上染聚乳酸纖維的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn)在非水溶劑染色中,染料聚集體可能會(huì)對(duì)染料吸附造成一定的影響,導(dǎo)致吸附等溫線偏離nernst型。研究還發(fā)現(xiàn)焓變和擴(kuò)散活化能與染料分子表面積之間存在良好的線性關(guān)系,因此,本文結(jié)合熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng),建立了以染料分子表面積為基礎(chǔ)的預(yù)測親和力與擴(kuò)散系數(shù)的模型。研究結(jié)果表明該模型非常簡單有效,只需要染料分子表面積和溫度就可以做出準(zhǔn)確的預(yù)測。這種結(jié)構(gòu)與性能之間的定量關(guān)系為理解非水溶劑介質(zhì)中分散染料的吸附和擴(kuò)散提供了一個(gè)新的視角。為了進(jìn)一步考察分散染料非水溶劑染色技術(shù)的適用性,本文采用已經(jīng)建立的擴(kuò)散系數(shù)模型,結(jié)合反演設(shè)計(jì)方法篩選出了適合聚乳酸纖維染色的配伍性分散染料,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文首先收集了132種分散染料,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算了不同溫度下各個(gè)染料的擴(kuò)散系數(shù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了聚類分析,依據(jù)聚類分析結(jié)果和染料的使用狀況,最終篩選出了一組三原色染料:分散橙30、分散紅54與分散藍(lán)165:1。測定了三只染料各自的上染速率曲線、半染時(shí)間和擴(kuò)散系數(shù),結(jié)果表明三只染料的上染速率曲線、擴(kuò)散系數(shù)和半染時(shí)間都非常相近,初步認(rèn)為三只染料具有很好的相容性。隨后對(duì)三只染料進(jìn)行配色實(shí)驗(yàn),測定了混合染料染色織物的色相角和色度圖,結(jié)果表明染色織物的色相角基本不變,色度圖曲線重疊程度很高,因此認(rèn)為三只染料具有很好的相容性,可以作為聚乳酸纖維在非水溶劑染色中的三原色染料進(jìn)行使用。為了加深對(duì)傳統(tǒng)染色過程的理解,進(jìn)一步減輕傳統(tǒng)染色工藝對(duì)環(huán)境的影響,本文還考察了水相染色中分散染料在滌綸纖維表面的吸附。本文從實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬兩方面研究了染料分子及染料聚集體對(duì)吸附的影響。首先測量了130℃時(shí)純分散藍(lán)56在滌綸上的吸附等溫線,結(jié)果表明分散藍(lán)56在滌綸上的吸附等溫線基本符合nernst型,當(dāng)染料濃度較高時(shí)等溫線稍有偏差。這可能是因?yàn)槿玖蠞舛容^高時(shí),染料聚集體參與了吸附。染料聚集體對(duì)滌綸纖維的親和力小于單分子狀態(tài),這種較小的親和力可能導(dǎo)致吸附等溫線發(fā)生了稍許偏差。為了進(jìn)一步考察染料聚集體對(duì)吸附的影響,本文進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬,從分子層面上研究染料聚集體在滌綸表面的吸附。通過分子模擬看到了染料在染浴中的聚集以及聚集態(tài)染料在滌綸表面的吸附。模擬結(jié)果表明研究體系中有7-14%的二聚體染料,吸附的染料中有4-5%為二聚體染料,聚集態(tài)染料對(duì)吸附的影響較小但不可忽略。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了染料聚集體對(duì)吸附的影響,這也許可以為加深對(duì)傳統(tǒng)染色過程的理解提供一個(gè)新的視角。本課題建立了聚乳酸與滌綸纖維的非水溶劑染色工藝,節(jié)約了大量的水和化學(xué)助劑。此外,本文還考察了分散染料聚集體對(duì)吸附的影響,加深了對(duì)染色工藝的理解。希望這些工作可以為改善傳統(tǒng)染色工藝對(duì)環(huán)境的影響提供一些參考,為紡織工業(yè)的發(fā)展做出一些貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：無水染色 聚乳酸 滌綸 可持續(xù)性 吸附過程 分子模擬
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TS193.1
【目錄】：

• 摘要4-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-46
• 1.1 傳統(tǒng)的分散染料染色方法及存在的問題15
• 1.2 非水介質(zhì)染色方法15-17
• 1.3 非水溶劑染色研究進(jìn)展17-24
• 1.4 聚乳酸纖維染色研究現(xiàn)狀24-30
• 1.5 分散染料水相染色理論30-34
• 1.6 本課題的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-46
• 第二章 分散染料非水溶劑染色工藝研究—聚乳酸纖維46-68
• 2.1 研究背景46-47
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 2.3 可持續(xù)性評(píng)估49-50
• 2.4 結(jié)果與討論50-64
• 2.5 結(jié)論64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 第三章 分散染料非水溶劑染色工藝研究—滌綸纖維68-82
• 3.1 研究背景68-69
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分69-71
• 3.3 結(jié)果與討論71-79
• 3.4 結(jié)論79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 第四章 分散染料非水溶劑染色熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究82-103
• 4.1 研究背景82
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分82-84
• 4.3 熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算84-86
• 4.4 結(jié)果與討論86-101
• 4.5 結(jié)論101
• 參考文獻(xiàn)101-103
• 第五章 分散染料非水溶劑染色配伍性研究103-116
• 5.1 研究背景103-104
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分104-106
• 5.3 結(jié)果與討論106-113
• 5.4 結(jié)論113
• 參考文獻(xiàn)113-116
• 第六章 分散染料水相染色吸附研究116-132
• 6.1 研究背景116-117
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分117-122
• 6.3 結(jié)果與討論122-128
• 6.4 結(jié)論128-129
• 參考文獻(xiàn)129-132
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文情況132-133
• 致謝133-134
• 附錄134-145
• 附錄1 溶劑和染料的溶解度參數(shù)134-139
• 附錄2 附錄1中前20種有機(jī)溶劑的環(huán)境-健康-安全數(shù)據(jù)139-141
• 附錄3 PLA織物非水溶劑染色與水染色工藝的可持續(xù)分析141-145

  本文關(guān)鍵詞：分散染料染色機(jī)理及非水溶劑染色研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：312929