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高濃度活性染料溶液聚集性能的研究

染料的聚集是一個非常普遍的現象,會影響染料在染液中的擴散,在纖維織物上的吸附及鍵合,也將影響最終的染色效果。在現今普遍應用的活性染料小浴比染色、冷軋堆染色和液狀活性染料等技術中,活性染料在溶液中的高濃度使染料分子在染液中處於更加複雜的狀態,因而極有必要對染料分子在染液中的存在狀態進行詳細的研究。

本文以活性橙13為主要研究對象,採用粘度法,電導率法,超微量分光光度法和顆粒直徑測試法對活性染料高濃度染液的聚集性能進行研究,探索染料分子在染液中的存在狀態。

一、本論文探索了活性染料溶液在不同條件下的電導率變化與活性染料在溶液中聚集情況的關聯關係,研究發現:

1)染液電導率的變化與染料的分子結構有關,分子結構簡單,水溶性基團較多的活性染料溶液具有更高的電導率,聚集傾向相對較小;活性染料溶液電導率與染料濃度和溫度存在遞增關係,各染料溶液電導率的變化存在一定的臨界區間:染料濃度區間為30-40mmol/L,溫度為50℃左右,電導率在該區間前後的變化率存在着差異,主要原因是高濃度條件下染料分子出現聚集,抑制了染料的電離,而提高溫度則有利於染料的解聚。

2)染料溶液中添加硫酸鈉產生的同離子效應使染料聚集情況加劇,但是硫酸鈉濃度低於3g/L時染液的電導率反而增大,可能是微量電解質產生的鹽溶效應增強了染料的電離度,這將有利於染料的溶解;陰離子表面活性劑在50℃時對染料溶液穩定性提高有顯著效果。

顏料染料.jpg

二、本論文研究了高濃度活性染料溶液在不同條件下的粘度及其變化規律,結果表明:

1)活性橙13染液粘度通常情況下隨着染料濃度的提高而增大,升高介質溫度和pH值可以使溶液的粘度降低,染料聚集體逐漸解聚。但在高濃度狀態下會呈現不規律的異常變化:濃度增至70mmol/L以上時,染液粘度突然增大,80mmol/L以上的染液在溫度50~70℃範圍內出現先增大後降低的變化,一定濃度的染液粘度在介質pH值為5-6的範圍內呈突躍式降低趨勢,這些都可能與高濃度染液中染料的聚集和溶解狀態改變有關。

2)加入電解質會使高濃度的活性橙13溶液粘度近似呈線性增大,導致溶液中染料分子聚集嚴重,但升高溫度可緩解可電解質對染料分子的影響;適當溫度下添加陰離子表面活性劑雖會使溶液粘度增大,但其溶液的穩定性可能提高,而添加非離子表面活性劑對活性染料溶液粘度和聚集程度的影響較小。

三、本論文採用結合染料顆粒粒徑測試的UV/Vis分光光度法研究了高濃度活性橙13溶液在不同條件下的聚集狀態。結果表明:

1)高濃度條件下,染料溶液的λmax發生紅移,伴隨染料顆粒粒徑增大,表明染料分子逐漸形成不同的聚集體。在40mmol/L染料濃度下,升高介質溫度或pH值時,染液的λmax呈藍移,染料顆粒直徑呈減小趨勢,表明升溫或增大pH值可使聚集體大幅度解聚,但溫度的作用只能使染液對可見光吸收的藍移至λmax=495nm,表明溫度的作用並不能使染料聚集體完全解聚;

2)加入含不同金屬離子的電解質後,活性橙13染液的最大吸收波長均發生一定程度的紅移,並伴隨染料顆粒直徑的變化,反映出加入電解質將導致高濃度活性染料溶液嚴重聚集;同價離子對染液聚集的影響程度為K+Na+Li+,而二價的Ca2+、Mg2+對染液聚集程度的影響遠遠大於一價的Na+;

3)50℃時尿素對40mmol/L染液的助溶效果顯著,當其濃度達到150-175g/L時,其助溶作用達到最大,繼續提高尿素濃度,染液的λmax和染料顆粒平均直徑保持不變;相比尿素,助溶劑TM-1加入量僅為尿素1/10時即可使染料溶液具有相同的解聚效果,表明TM-1對染料溶液具有更好的解聚效果;而水溶性物質聚丙烯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮和馬來酸-丙烯酸共聚物只在一定的條件下對特定濃度的染料溶液具備有限的助溶和解聚作用。


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