一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法与流程

1.本发明涉及纺织印染技术领域，特别涉及一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法。


背景技术：

2.分散染料是一类小分子、部分水溶性染料，它们是目前最常用的化学染料之一。分散染料在染色时必须借助于分散剂，将染料均匀地分散在染液中，才能对聚酯之类的纤维进行染色。分散染料悬浮液中含有大约30-60％的染料，用分散染料进行完美染色大约需要2-5g/l的悬浮液，但分散剂不会被纤维吸收，大量的分散剂不可避免地导致大量的废水。并且，为了获得良好的效果，染料、分散剂等添加剂需要与水均匀混合，然后磨成小粒径，从而增加了分散染料悬浮液的制备难度。再者，分散染料在100℃时染色速度极慢，即使在沸水中染色，染色率和百分比也不高，因此，增压更合适。此外，当染液温度升高到120-130℃时，温度升高导致纤维分子链段剧烈移动，瞬间产生多个大孔隙；与此同时，染料分子的扩散增加，增加了染料在纤维上的扩散速率，加快了染色速度，这种加工条件增加了环境污染，增加了染色设备的成本，并对人工操作人员造成了安全风险。
3.分散染料容易被传统有机溶剂溶解，但有机溶剂高毒性、易燃性、低沸点以及对纤维的损伤的缺点，极大影响了其在纤维染色中的适用性。低共熔溶剂由氢键受体和氢键给体按一定的摩尔比组成，是传统挥发性有机溶剂的绿色替代品，具有生物降解性、成本低、沸点高、溶解度好等优点。由于这些特点，低共熔溶剂有潜力用于溶解分散染料，克服传统染色方法的缺点。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的主要目的是提供一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，包括以下步骤：
6.(1)制备低共熔溶剂；
7.(2)将聚酯纤维在所述低共熔溶剂中浸湿，并将分散染料溶解于所述低共熔溶剂中形成染液；
8.(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色；
9.(4)将经步骤(3)染色处理后的聚酯纤维洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。
10.本发明技术方案中，当分散染料溶解在低共熔溶剂中时，染料可能与低共熔溶剂中的氢键给体和氢键受体相互作用形成新的多组分低共熔溶剂。分散染料与纤维形成更强的相互作用，而不是与低共熔溶剂实现吸附和染色。因此，在使用低共熔溶剂染色时，可以考虑利用纺织纤维从低共熔溶剂中分离和回收分散染料。
11.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述分散
染料为蒽醌染料。
12.蒽醌类化合物在母核上通常含有羟基、氨基等官能团，这些官能团可与低共熔溶剂形成氢键，使溶液均匀，克服传统染色方法的缺点，从而提供一种从低共熔溶剂中有效分离和回收目标化合物的方法。
13.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述蒽醌染料可以选自1,4-二羟基蒽醌(dha)、1-氨基-4-羟基蒽醌(aha)、1,4-二甲基氨基蒽醌(bma)、1-羟基-4-对甲苯蒽醌(hta)、醌大黄素、1-氨基-4-(甲苯磺酰基)-蒽醌、分散蓝56、分散蓝87、分散红92中的至少一种。
14.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述低共熔溶剂由氢键给体、氢键受体和水中的至少两种组成，所述氢键受体和所述氢键给体的摩尔比所述氢键受体：所述氢键给体＝1:(1-4)。
15.发明人经过大量试验发现，通过优化低共熔溶剂中氢键给体、氢键受体的摩尔比，可以提高聚酯纤维染色过程中的上染率。当氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:(1-4)，对应的上染率较佳。
16.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述低共熔溶剂中氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70-100％。
17.本发明的低共熔溶剂可由氢键给体、氢键受体和水组成，低共熔溶剂中氢键给体、氢键受体两者与水之间的配比(即低共熔溶剂中氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂的质量百分比)对聚酯纤维染色过程中的上染率具有一定的影响。
18.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述氢键给体为聚乙二醇、丁二醇、甘油、木糖醇、葡萄糖、果糖、甲基脲、尿素、苹果酸、柠檬酸、丙二酸中的至少一种；所述氢键受体为氯化胆碱、甜菜碱、左旋肉碱中的至少一种。
19.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述氢键给体为甘油、尿素中的至少一种，所述氢键受体为氯化胆碱。
20.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述分散染料与所述低共熔溶剂的质量比为0.05-0.1mg/mg。
21.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述步骤(3)的染色过程中，染色温度为100-130℃。
22.分散染料的吸附和染色性能与温度密切相关，温度越高，染料分子的动能越大，扩散速度越快。对于聚酯纤维，高温会引起纤维的“热膨胀”，从而提高纤维分子的振动频率，增加非晶区，增加间隙，松弛纤维结构，因此，高温被认为有利于染料扩散到纤维中。此外，随着温度的升高，低共熔溶剂与蒽醌类染料的相互作用减弱，而聚酯纤维的疏水相互作用增强，有利于吸附和染色。温度高于130℃会导致低共熔溶剂/分散染料溶液剧烈沸腾，低于100℃染色效果不好。综合考虑后，染色温度为100-130℃最合适。
23.作为本发明所述在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法的优选实施方式，所述步骤(3)的染色过程中，染色时间为60-90min。
24.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
25.本发明通过将低共熔溶剂替代传统的有机溶剂，将聚酯纤维的染色置于低共熔溶剂体系中，具有生物降解性、成本低、沸点高、溶解度好等优点，克服了传统染色方法的缺
点，为染色工艺中分离和回收分散染料提供了一种新思路。
附图说明
26.图1为实施例1中聚酯纤维上染率数据图；
27.图2为实施例2中聚酯纤维上染率数据图；
28.图3为实施例3中聚酯纤维上染率数据图；
29.图4为实施例4中聚酯纤维上染率数据图；
30.图5为实施例5中聚酯纤维染色前后的拉伸强度变化数据图；
31.图6为实施例5中聚酯纤维染色前后与水的接触角变化数据图；
32.图7为实施例6中聚酯纤维上染率数据图；
33.图8为实施例7中聚酯纤维上染率数据图；
34.图9为实施例8中聚酯纤维上染率数据图；
35.图10为实施例9中聚酯纤维上染率数据图；
36.图11为实施例10中聚酯纤维上染率数据图。
具体实施方式
37.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
38.实施例1(考察氢键受体、氢键给体的种类对纤维上染率的影响)
39.本实施例在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，包括以下步骤：
40.(1)制备低共熔溶剂；
41.将氢键受体和氢键给体按如下表1所示进行组合，氢键受体和氢键给体的摩尔比分别为1:1、1:3，用水稀释至氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70％；
42.(2)将聚酯纤维在低共熔溶剂中浸湿，并将10mg1,4-二羟基蒽醌(dha)溶解于200mg低共熔溶剂中，在温度为100℃、搅拌速度为800rpm下搅拌时间为1h形成染液；
43.(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色，染色温度为90-130℃，染色时间为40-90min；
44.(4)将经步骤(3)染色处理后的聚酯纤维洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。
45.表1.实施例1的低共熔溶剂中氢键受体和氢键给体的组合方式
46.[0047][0048]
本实施例的实验结果如图1所示。由图1可知，分散染料dha在des-3中对聚酯纤维的上染率最高，染色效果最好；分散染料dha在des-4、des-5中k/s值为0，这是由于分散染料dha与des-3和des-5会发生化学反应，导致分散染料dha变色，从而不计入上染率。
[0049]
实施例2
[0050]
本实施例与实施例的技术方案基本相同，不同之处仅在于：本实施例的分散染料采用1-氨基-4-羟基蒽醌(aha)。
[0051]
本实施例的实验结果如图2所示。由图2可知，分散染料aha在des-3、des-5中对聚酯纤维的上染率最高，染色效果最好；分散染料aha在des-6中k/s值为0，这是由于分散染料aha与des-6会发生化学反应，导致分散染料dha变色，从而不计入上染率。
[0052]
实施例3
[0053]
本实施例与实施例的技术方案基本相同，不同之处仅在于：本实施例的分散染料采用1,4-二甲基氨基蒽醌(bma)。
[0054]
本实施例的实验结果如图3所示。由图3可知，分散染料bma在des-3、des-5中对聚酯纤维的上染率最高，染色效果最好；分散染料bma在des-6、des-7中k/s值为0，这是由于分散染料bma与des-6、des-7会发生化学反应，导致分散染料dha变色，从而不计入上染率。
[0055]
实施例4
[0056]
本实施例与实施例的技术方案基本相同，不同之处仅在于：本实施例的分散染料采用1-羟基-4-对甲苯蒽醌(hta)。
[0057]
本实施例的实验结果如图4所示。分散染料hta在各类型低共熔溶剂中对聚酯纤维的染色均表现良好的效果，其中，分散染料hta在des-3、des-7中对聚酯纤维的上染率最高，染色效果最好。
[0058]
实施例5
[0059]
本实施例在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，包括以下步骤：
[0060]
(1)制备低共熔溶剂；
[0061]
将氢键受体和氢键给体按按表1中所示的des-3方式进行组合，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:1，用水稀释至氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70％；
[0062]
(2)将聚酯纤维在低共熔溶剂中浸湿，并将10mg分散染料溶解于200mg低共熔溶剂中，在温度为100℃、搅拌速度为800rpm下搅拌时间为1h形成染液；
[0063]
(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色，染色温度为90-130℃，染色时间为40-90min；
[0064]
(4)将经步骤(3)染色处理后的聚酯纤维洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。
[0065]
本实施例的实验结果如图5、6所示。
[0066]
图5为染色前后聚酯纤维拉伸强度的变化数据图，其中，blank表示染色前的聚酯纤维的拉伸强度。由图5可知，本发明采用四种蒽醌染料对聚酯纤维进行染色后，聚酯纤维的拉伸强度未发生明显变化。
[0067]
图6为染色前后聚酯纤维与水的接触角数据图，其中，blank表示染色前的聚酯纤维的与水的接触角。由图6可知，本发明采用四种蒽醌染料对聚酯纤维进行染色后，聚酯纤维与水的接触角未发生明显变化。
[0068]
实施例6(考察氢键受体、氢键给体的摩尔比对纤维上染率的影响)
[0069]
本实施例在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，包括以下步骤：
[0070]
(1)制备低共熔溶剂；
[0071]
将氢键受体和氢键给体分别按表1中所示的des-3、des-5两种方式进行组合，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:(1-4)，用水稀释至氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70％；
[0072]
(2)将聚酯纤维在低共熔溶剂中浸湿，并将10mg分散染料溶解于200mg低共熔溶剂中，在温度为100℃、搅拌速度为800rpm下搅拌时间为1h形成染液；
[0073]
(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色，染色温度为90-130℃，染色时间为40-90min；
[0074]
(4)将经步骤(3)染色处理后的聚酯纤维洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。
[0075]
本实施例的实验结果如图7所示。由图7可知，当氢键受体和氢键给体按des-3进行组合时，且氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3时，分散染料dha、分散染料hta对聚酯纤维染色效果最好；
[0076]
当氢键受体和氢键给体按des-5进行组合时，且氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4时，分散染料aha、分散染料bma对聚酯纤维染色效果最好。
[0077]
实施例7(考察低共熔溶剂中氢键给体和氢键受体占比对纤维上染率的影响)
[0078]
本实施例在实施例8的基础上，保持氢键受体和氢键给体按des-3进行组合时，且氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3不变；保持氢键受体和氢键给体按des-5进行组合时，且氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4不变。
[0079]
步骤(1)用水稀释至氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70-100％。
[0080]
本实施例的实验结果如图8所示。由图8可知，当低共熔溶剂中氢键给体和氢键受体的总质量占低共熔溶剂总质量的70-100％时，各种分散染料对聚酯纤维均具有一定的染色效果。
[0081]
实施例8(考察分散染料与低共熔溶剂的质量比对纤维上染率的影响)
[0082]
本实施例中的分散染料dha对应70％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料hta对应80％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料aha对应80％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4；分散染料bma对应70％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4。
[0083]
本实施例的实验结果如图9所示。由图9可知，各类分散染料在聚酯纤维上吸附的概率和速率随着浓度的增加而增加，表现为上染率提高；但当浓度达到0.05mg/mg时，染色后仍有染料残留，继续增加浓度不利于环境保护，综合考虑后，选择0.05-0.1mg/mg较合适。
[0084]
实施例9(考察染色温度对纤维上染率的影响)
[0085]
本实施例中的分散染料dha对应70％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料hta对应80％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料aha对应80％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4；分散染料bma对应70％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4；且分散染料与低共熔溶剂的质量比为0.05mg/mg。
[0086]
本实施例的实验结果如图10所示。由图10可知，随着染色温度逐渐提升，上染率逐渐增大。染色温度在100-130℃时，染色效果较佳。
[0087]
实施例10(考察染色时间对纤维上染率的影响)
[0088]
本实施例中的分散染料dha对应70％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料hta对应80％des-3，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:3；分散染料aha对应80％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4；分散染料bma对应70％des-5，氢键受体和氢键给体的摩尔比为1:4；且分散染料与低共熔溶剂的质量比都为0.05mg/mg，染色温度都为130℃。
[0089]
本实施例的实验结果如图11所示。由图11可知，随着染色时间逐渐增加，上染率逐渐增大。当染色时间为60-90min时，染色效果更佳。
[0090]
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备低共熔溶剂；(2)将聚酯纤维在所述低共熔溶剂中浸湿，并将分散染料溶解于所述低共熔溶剂中形成染液；(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色；(4)将经步骤(3)染色处理后的聚酯纤维洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。2.如权利要求1所述的纤维染色方法，其特征在于，所述分散染料为蒽醌染料。3.如权利要求2所述的纤维染色方法，其特征在于，所述蒽醌染料为1,4-二羟基蒽醌、1-氨基-4-羟基蒽醌、1,4-二甲基氨基蒽醌、1-羟基-4-对甲苯蒽醌、蒽醌大黄素、1-氨基-4-(甲苯磺酰基)-蒽醌、分散蓝56、分散蓝87、分散红92中的至少一种。4.如权利要求1所述的纤维染色方法，其特征在于，所述低共熔溶剂由氢键给体、氢键受体和水中的至少两种组成，所述氢键受体和所述氢键给体的摩尔比所述氢键受体：所述氢键给体＝1:(1-4)。5.如权利要求4所述的纤维染色方法，其特征在于，所述低共熔溶剂中氢键给体和氢键受体占低共熔溶剂总质量的70-100％。6.如权利要求4所述的纤维染色方法，其特征在于，所述氢键给体为聚乙二醇、丁二醇、甘油、木糖醇、葡萄糖、果糖、甲基脲、尿素、苹果酸、柠檬酸、丙二酸中的至少一种；所述氢键受体为氯化胆碱、甜菜碱、左旋肉碱中的至少一种。7.如权利要求6所述的纤维染色方法，其特征在于，所述氢键给体为甘油、尿素中的至少一种，所述氢键受体为氯化胆碱。8.如权利要求1所述的纤维染色方法，其特征在于，所述分散染料与所述低共熔溶剂的质量比为0.05-0.1mg/mg。9.如权利要求1所述的纤维染色方法，其特征在于，所述步骤(3)的染色过程中，染色温度为100-130℃。10.如权利要求1所述的纤维染色方法，其特征在于，所述步骤(3)的染色过程中，染色时间为60-90min。

技术总结
本发明提供了一种在低共熔溶剂体系中的纤维染色方法，涉及纺织印染技术领域。本发明提供的纤维染色方法，包括以下步骤：(1)制备低共熔溶剂；(2)将聚酯纤维在所述低共熔溶剂中浸湿，并将分散染料溶解于所述低共熔溶剂中形成染液；(3)将步骤(2)中浸湿的聚酯纤维置于所述染液中进行染色，洗涤、烘干，得到聚酯纤维染品。发明通过将低共熔溶剂替代传统的有机溶剂，将聚酯纤维的染色置于低共熔溶剂体系中，具有生物降解性、成本低、沸点高、溶解度好等优点，克服了传统染色方法的缺点，为染色工艺中分离和回收分散染料提供了一种新思路。分离和回收分散染料提供了一种新思路。


技术研发人员：毕文韬 曹丹 陈大勇 洪永顺
受保护的技术使用者：广东龙湖科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2022/3/8