黃色蒽醌染料的合成及其基于十二烷基硫酸鈉發泡體系的光接枝染色性能

馬 金 麗， 王 曉， 艾 莎， 謝 星 華， 張 暖

( 大連工業大學 紡織與材料工程學院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

目前，光接枝染色方法相較于傳統棉織物染色可以縮短染色時間、減少水用量，是一種快速、高效的新型染色技術。Jang等[1]通過UV輻照將含有甲基丙烯酸酯基團的合成染料接枝到羊毛和棉織物上進行染色，染色織物的耐洗、耐光和耐摩擦性能均優于或與常規染色織物相當。用丙烯酰胺染料和丙烯酰胺作為共聚單體對棉織物進行光接枝，紫外光接枝染色棉織物的耐洗牢度、摩擦牢度和耐曬牢度優于常規濕法染色，同時節省水和化學助劑[2]。本實驗室曾利用紫外光接枝丙烯酸改性亞麻織物的方法改善了上染率和染色深度[3]，用棉織物光接枝丙烯酸改性陽離子染料的方法改善染色深度[4]。目前，紫外光接枝染色工藝的給液方式大多為浸軋法，然后再光接枝染色。

不同于傳統浸軋的給液方式，泡沫染色作為新型的紡織品加工技術之一，用空氣作為介質來代替大部分水，降低了水以及助劑的用量，具有節水、節能的優勢[5]，同時縮短了加工時間，減少染色時“泳移”的現象，從而提高了織物表面得色量，改善了織物的勻染性[6-7]。此外，泡沫給液的方式可以實現高濃度低浴比，對于光接枝技術來說，提高被接枝物的濃度可以提高接枝率。

本實驗以1,5-二氯蒽醌為原料合成具有不飽和雙鍵的黃色染料，以表面活性劑十二烷基硫酸鈉作為發泡劑，采用泡沫給液的方式在織物表面施加染料，以期通過光接枝染料實現織物染色，并具備較好的染色牢度。

1 實 驗

1.1 材 料

市購棉織物(10 cm×10 cm)，1,5-二氯蒽醌，丙烯酰氯，北京百靈威科技有限公司；KOH、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、三乙胺，天津科密歐化學試劑有限公司；1,3-丙二醇、DMSO，天津大茂化學試劑有限公司；TPO，長沙新宇化學試劑有限公司。

1.2 1,5-二(3-羥丙氧基)蒽醌的合成

將2.5 g KOH、40 mL DMSO、13 mL 1,3-丙二醇和5. 0 g 1,5二氯蒽醌加入至燒瓶內，加熱至 100 ℃攪拌反應15 h，反應結束后降至室溫，加入400 mL冷水并攪拌，靜置片刻后過濾水洗，干燥后得到黃色固體[8]，粗產率為90%。

1.3 含有不飽和雙鍵黃色蒽醌染料的合成

將4 g黃色蒽醌染料1,5-二(3-羥丙氧基)蒽醌溶于適量的DMF中，加入3.4 g三乙胺作為縛酸劑和催化劑，將丙烯酰氯2.02 g緩慢滴加到溶液中，0～5 ℃冰浴反應5 h，烘干濾液，用乙醇過濾后干燥得到含有不飽和雙鍵的疏水性黃色蒽醌染料，粗產率為63%。

1.4 基于SDS泡沫體系的光接枝染色

將疏水性的黃色染料與水混合，通過攪拌使染料分散在水中，快速加入適量的SDS作為發泡劑，將TPO溶于無水乙醇后加入體系中，通過電動攪拌使溶液發泡，使染料顆粒均勻得分散于泡沫中，將泡沫均勻地涂抹在棉織物上，隨后經UV照射，放入85 ℃烘箱中烘干，皂洗，再烘干。

1.5 測試與表征

采用Sepctrum One-B型傅里葉紅外變換光譜儀對染料與染色織物的化學結構進行表征；采用Bruker ADVANCE Ⅲ核磁共振波譜儀對染料結構進行表征；采用JSM-646OLV型掃描電鏡對染色前后棉織物的表面形貌進行分析；采用顯微鏡觀察泡沫形貌；采用Color-Eye 7000A型測色配色儀測量K/S。將發泡體系攪拌1 min，計算發泡比和泡沫半衰期，其中發泡比為泡沫體積與發泡前液體體積之比，發泡前液體體積用其質量計算(密度約等于水)；泡沫半衰期指析出液體體積為總液體體積一半所需要的時間[9]；干濕摩擦色牢度參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測試。

2 結果與討論

2.1 染料的紅外光譜分析

圖1 1,5-二(3-羥丙氧基)蒽醌及黃色蒽醌 染料紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of 1,5-bis (3-hydroxypropoxy) anthracene and yellow anthraquinone dye

2.2 染料的核磁共振氫譜分析

圖2(a)出現了蒽醌環上的三類氫：7.92，7.69，7.28；同時出現亞甲基上的三類氫：4.56，4.27，2.36～2.33，說明了產物為1,5-二(3-羥丙氧基)蒽醌染料中間體。含有不飽和雙鍵的黃色蒽醌染料相較原染料增加了丙烯酰基。圖2(b)中出現了丙烯酰基上的三類氫：6.43，6.15，5.84，說明含有不飽和雙鍵的染料已成功合成。

圖2 蒽醌染料的核磁共振氫譜圖

Fig.2 1H NMR spectra of anthraquinone dye

2.3 染色棉織物的表面形貌分析

由圖3可以看出，原棉織物的表面比較光滑、平整，而接枝后經水洗會將均聚而沒有接枝的染料洗去，接枝染色棉織物表面出現了染料顆粒，因此表明染料成功地接枝于纖維表面。

2.4 染色棉織物的紅外光譜分析

2.5 染色性能分析

2.5.1 染料質量分數對泡沫性能和染色性能的影響

如圖5所示，隨著染料質量分數的增大，泡沫分布逐漸集中，尺寸變小，顏色變深，這是因為染料的充分的增大導致了體系黏度和染液深度的增大。由圖6(a)可以看出，染料質量分數對發泡比的影響不大，但隨著染料用量的增加，泡沫半衰期隨之延長。由圖6(b)可以看出，隨著染料質量分數的增加，染色棉織物的K/S逐漸增加，當染料質量分數達到棉織物質量的30%之后，進一步增加染料用量，K/S反而變小，這是因為此時泡沫破滅時間較長，在相同光照時間下泡沫不能完全破滅，導致一部分染料未能成功接枝到棉織物上，從而造成染色深度下降和染色不勻的現象。

圖3 棉織物光枝染色前后掃描電鏡圖片

Fig.3 SEM pictures of cotton fabric before and after photografted dyeing

圖4 原棉及SDS泡沫光接枝染色棉織物 的紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectra of cotton and SDS foaming UV-graft dyed cotton fabric

2.5.2 浴比對泡沫性能和染色性能的影響

由圖7、表1可以看出，浴比增大，發泡液量增大，發泡比和半衰期隨之增大，但染色性能隨著浴比的增大而減小。當浴比為1/3時即可獲得良好的染色性能。

2.5.3 SDS質量濃度對泡沫性能和染色性能的影響

由圖8(a)可以看出，隨著SDS質量濃度的增加，發泡比也隨之增大，同時泡沫半衰期也隨之增大。由圖8(b)可以看出，染色性能隨著SDS質量濃度的增加呈現先增大后減小的趨勢，這是因為SDS質量濃度的增加導致了發泡比增大，有利于泡沫在棉織物上的均勻分布；但當SDS質量濃度大于2 g/L時，發泡比過大，泡沫半衰期延長，影響了染色的均勻性和染色深度。

圖5 不同染料質量分數下的泡沫形貌

Fig.5 Foam morphology at different mass fraction of dye

圖6 染料質量分數對泡沫性能和染色性能的影響

Fig.6 Effect of the mass fraction of dye on foam performance and dyeing performance

2.5.4 TPO質量分數對泡沫性能和染色性能的影響

由圖9(a)可見，當其他因素不變只改變TPO的質量分數時，不同TPO質量分數的泡沫體系的發泡比和半衰期并無較大差異。由圖9(b)所示，當TPO質量分數增加時染色性能隨之增大，當TPO質量分數增加到5%時，染色性能不再增大，這是因為TPO的增大意味著自由基數目的增多，過多的自由基會導致大染料在接枝聚合的同時發生均聚反應，進而導致染色深度的降低。

圖7 浴比對泡沫性能的影響Fig.7 Effect of bath ratio on foam performance

表1 浴比對染色性能的影響Tab.1 Effect of bath ratio on dyeing performance

圖8 SDS質量濃度對泡沫性能和染色性能的影響

Fig.8 Effect of SDS concentration on foam performance and dyeing performance

圖9 TPO質量分數對泡沫性能和染色性能的影響

Fig.9 Effect of the mass fraction of TPO on dyeing foam performance and performance

2.5.5 光照時間對染色性能的影響

由圖10可見，UV光照時間為6 min 時染色效果最好。這是因為UV光照時間較短時，殘余的泡沫量較多從而會阻礙染料接枝到棉織物上，導致染色效果不理想。UV光照時間進一步延長會導致均聚反應的發生，降低了染色深度。

圖10 UV光照時間對染色性能的影響Fig.10 Effect of UV irradiation time on dyeing performance

2.5.6 泡沫光接枝與浸軋光接枝染色性能對比

由表2可以看出，泡沫光接枝與浸軋光接枝染色獲得的干濕摩擦染色牢度相同，但與浸軋光接枝染色相比，以泡沫施加的方式將染液涂覆在織物表面,可以有效地提高染色棉織物的染色性能。

表2 泡沫光接枝與浸軋光接枝染色性能比較Tab.2 Comparison of dyeing properties between foam grafting and conventional

3 結 論

以1,5-二氯蒽醌為原料合成具有不飽和雙鍵的黃色染料單體，采用泡沫給液方式，經光引發接枝，上染棉織物，當染料質量分數為織物質量的30%、浴比為1∶3、SDS質量濃度為2 g/L時，TPO質量分數為染料的5%、UV光照時間為6 min 時，獲得良好的染色深度。同時，相同條件下，泡沫光接枝染色棉織物與常規光接枝染色棉織物相比，染色深度更好。