含氰基分散染料的制備及性能研究

含氰基分散染料的制備及性能研究

0含氰基分散染料墨水在印花技術(shù)中發(fā)揮著重要作用，直接影響著鋼筆印花技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。目前,有代表性的分散染料墨水商品主要有Huntsman公司的TerasilDI、TI和TS系列,DuPont公司的Atistri700系列,BASF公司的Bafixan系列含氰基分散染料具有優(yōu)良的色光鮮艷度和色牢度性能,是分散染料墨水的重要品種。試驗(yàn)合成了三只含氰基的橙、紅和藍(lán)色分散染料,并通過濕磨法進(jìn)行細(xì)化,篩選出合適的分散劑;還研究了多元醇和表面活性劑等對分散染料墨水性能的影響,并優(yōu)化得到粒徑小、色光鮮艷和儲存穩(wěn)定性好的分散染料墨水,用于滌綸織物的噴墨印花。1試驗(yàn)部分1.1“學(xué)”使用科學(xué)有限公司專業(yè)機(jī)構(gòu)滌綸平紋機(jī)織漂白布(吳江市卓倫紡織有限公司)4-硝基苯胺、2-氯-4-硝基苯胺、3-氨基-5-硝基-1,2-苯并異噻唑、N氰乙基-N-芐基苯胺、N-羥乙基-N-氰乙基苯胺、分散劑MF-85A(浙江萬豐化工有限公司);分散劑Silok-7195w、Silok-7110w(斯洛柯化學(xué)有限公司);乙二醇、一縮二乙二醇、1,4-丁二醇、丙三醇、十二烷基硫酸鈉(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);滲透劑T(上海文華化工顏料有限公司);表面活性劑XL-70、TO8(巴斯夫中國股份公司)U-3310型紫外分光光度計(日本Hitachi公司),FTS-25PC型傅里葉紅外光譜儀(美國Digital公司),AV400型核磁共振儀(德國Bruker公司),VarioELIII型元素分析儀(德國Elmentar公司),QM3SP2型球磨機(jī)(南京南大儀器有限公司),NanoZS90型納米粒度及Zeta電位分析儀(英國Malvern公司),PHS-3C雷磁pH計、DDBJ-350型電導(dǎo)率儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司),NDJ-1型數(shù)字式旋轉(zhuǎn)黏度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司),臺式冷凍離心機(jī)(貝克曼庫爾特有限公司),BP-100型動態(tài)表面張力儀(德國Kruss公司),L301型噴墨打印機(jī)(愛普生中國有限公司)1.2試驗(yàn)內(nèi)容1.2.1偶合組n-羥乙基-n-氰乙基苯胺的制備合成了三只染料D-1、D-2和D-3,結(jié)構(gòu)如圖1所示。稱取0.05mol3-氨基-5-硝基苯并異噻唑和一定量濃硫酸,室溫下攪拌1h使之溶解。降溫至0℃,緩慢加入一定量的亞硝酰硫酸(M=127,40%),保持在0~5℃下反應(yīng)4.5h,用氨基磺酸消除過量的亞硝酸。稱取9.5g(0.05mol)偶合組分N-羥乙基-N-氰乙基苯胺,加入15mL濃鹽酸和7.5mL乙醇使之完全溶解;再緩慢加入重氮鹽,保持溫度15℃以下。反應(yīng)后用H酸檢測,沒有顏色變化即反應(yīng)完全1.2.2研磨-過濾稱取2.6g分散染料、1.6g分散劑MF-85A、3g乙二醇、12.8g去離子水和20mL石英砂,室溫下采用QM3SP2型球磨機(jī)在500r/min轉(zhuǎn)速下研磨。每隔2h取出少量樣品,測試樣品粒徑,當(dāng)粒徑達(dá)到要求的規(guī)格后,取出產(chǎn)品。在轉(zhuǎn)速為7000r/min條件下離心20min,再以450nm濾膜過濾。在濾液中添加表面活性劑、消泡劑等,調(diào)節(jié)黏度和表面張力等指標(biāo),制備符合要求的分散染料墨水。1.2.3墨水的制備滌綸浸軋預(yù)處理液(帶液率70%~80%,二浸二軋)→80℃烘干由于制備的分散染料墨水最大吸收波長與商品化墨水不一致,所以通過向同一墨盒中注入制備的墨水,打印該單色圖片。1.3測試測試1.3.1染料結(jié)構(gòu)性能以DMF為溶劑,采用U-3310型紫外可見分光光度儀進(jìn)行測定。(2)紅外光譜采用KBr壓片法,使用FTS-25PC傅里葉紅外測定儀進(jìn)行測定。1.3.2墨水性能測試(1)粒度和zeta的位置在25℃條件下,采用NanoZS型納米粒度及Zeta電位分析儀,測試樣品稀釋1000倍后的粒徑分布和Zeta電位。(2)施工中的損傷配制分散染料墨水樣品,在25℃條件下采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計用1號轉(zhuǎn)子測定墨水黏度。每個樣品測試3次,取平均值。(3)護(hù)皮取一定量已添加多元醇的墨水置于燒杯中,稱初重(記為W(4)表面張力的測定在溫度25℃、時間10000ms、測試范圍10~100mN/m的條件下,利用BP-100型動態(tài)表面張力儀,采用最大氣泡壓力法測定不同濃度表面活性劑條件下墨水的動態(tài)表面張力。1.3.3布的打印性能按照GB/T3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ晾味取愤M(jìn)行測定。(2)防水護(hù)色持久按照GB/T3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味取愤M(jìn)行測定。(3)抗泡沫制成的性能按照ISO105/P01-1989《紡織品耐干熱(升華)色牢度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測定。(4)耐光強(qiáng)度按照GB/T14576—2009《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味?氙弧》進(jìn)行測定。2結(jié)果與討論2.1染料d-1和3.3的d-2染料D-1、D-2和D-3的紅外光譜見圖3~圖5。從圖3知,染料D-1在2946和2848cm從圖4可知,染料D-2在3071和3021cm從圖5知,染料D-3在3366cm由此可知,合成的三只染料結(jié)構(gòu)與理論結(jié)構(gòu)相符合。2.2偶氮分散染料染色鑒于合成的3只染料均為含氰基的單偶氮分散染料,以下以染料D-1為例,優(yōu)化墨水的制備工藝,并將該工藝應(yīng)用于D-2、D-3染料墨水的制備。2.2.1分散劑的影響(1)分散劑的用量試驗(yàn)選用5種陰離子分散劑,其中Silok-7195w和Silok-7110w是超分散劑,MF是亞甲基萘磺酸類分散劑,85A是木質(zhì)素磺酸鹽類分散劑,MF-85A是復(fù)合分散劑。其對染料D-1球磨時粒徑和Zeta電位的影響見表1。由表1可知,5種分散劑中,添加超分散劑的色漿平均粒徑較大,Zeta電位的絕對值較小,并有大量的氣泡產(chǎn)生,不利于墨水的制備。選用MF-85A復(fù)合分散劑,色漿的平均粒徑最小,PDI(粒徑分布指數(shù))較小,Zeta電位絕對值較大。分散染料墨水的pH值一般控制在7~9,電導(dǎo)率小于10mS/cm由表2可知,選用MF時,墨水的pH值偏低;其余分散劑均符合要求。結(jié)合表1,選用MF-85A復(fù)合分散劑較為合適。(2)分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同圖6為MF-85A復(fù)合分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對染料D-1粒徑的影響。由圖6可知,當(dāng)分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于8%時,隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)增加,染料粒徑逐漸減小;分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于8%時,繼續(xù)增大分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù),染料粒徑逐漸增大。這是因?yàn)榉稚┯昧枯^少時,對染料的分散作用小,染料容易團(tuán)聚;分散劑用量較多時,染料流動性變差,球磨效率變差。因此,復(fù)合分散劑適合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%。2.2.2間對色漿平均粒徑的影響分散劑MF-85A使用量為色漿質(zhì)量的8%時,球磨時間對色漿平均粒徑的影響如圖7所示。由圖7可知,隨著球磨時間延長,染料粒徑快速變小;達(dá)到8h后,繼續(xù)延長球磨時間,粒徑略微減小。因此,球磨時間宜為8h。2.2.3多元醇的影響(1)對印花墨水黏度的影響多元醇可以調(diào)節(jié)墨水黏度。墨水黏度過高,墨滴斷裂,降低噴射速度;黏度過低,造成滲化,降低印花的清晰度由圖8可知,隨著多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,墨水黏度變化不大。當(dāng)多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于15%時,墨水黏度隨著多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著增加。多元醇對墨水黏度的影響依次為:1,4-丁二醇>丙三醇>一縮二乙二醇>乙二醇。(2)對保濕性的影響多元醇含有大量羥基,可與水以氫鍵結(jié)合,抑制墨水中水分的揮發(fā)。圖9為4種多元醇對墨水保濕性的影響。從圖9可知,隨著多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,墨水的保濕率不斷提高。其中乙二醇的保濕性最好,其次是一縮二乙二醇,1,4-丁二醇和丙三醇的保濕性相對較差。(3)水ph值和電導(dǎo)率的影響設(shè)定多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%,考察不同多元醇對墨水pH值和電導(dǎo)率的影響,見表3。從表3可知,多元醇對墨水pH值和電導(dǎo)率的影響較小,采用不同的多元醇,墨水pH值和電導(dǎo)率均達(dá)到要求。2.2.4表面活性劑的影響表面活性劑的主要作用是降低墨水的表面張力。表面張力過大,墨水難以潤濕基質(zhì);表面張力過小,難以形成微小均勻的墨滴。墨水的表面張力一般控制在30~50mN/m。試驗(yàn)選用兩種陰離子型表面活性劑即滲透劑T(順丁烯二酸二仲辛酯磺酸鈉)和SDS(十二烷基硫酸鈉),兩種非離子型表面活性劑即XL-70(異構(gòu)醇醚)和TO8(異構(gòu)醇醚),分別測試墨水中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)表面活性劑下的表面張力(圖10)。以表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對表面張力(γ)作圖,拐點(diǎn)處即為臨界膠束濃度(CMC)時墨水的表面張力(圖10)。不同表面活性劑在墨水中的CMC及對應(yīng)的γ由圖10和表4知,4種表面活性劑中,XL-70在臨界膠束濃度下對應(yīng)墨水的表面張力最小,為32.03mN/m,說明XL-70表面活性最大。因此,表面活性劑選擇XL-70,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.64%。2.2.5墨水zeta電位隨時間的變化圖11為分散染料墨水粒徑隨儲存時間的變化曲線。從圖11可知,隨著儲存時間的延長,墨水粒徑略有增大,但均在200nm范圍內(nèi)。圖12為墨水Zeta電位隨儲存時間的變化曲線。從圖12可知,隨著墨水儲存時間的延長,其Zeta電位均在-50mV左右,體系較穩(wěn)定,也即墨水具有良好的儲存穩(wěn)定性。2.3織物的色牢度將制備的分散染料墨水用于滌綸織物的直接噴墨印花,效果見表5。由表5可知,噴墨印花后滌綸織物的K/S值均在9左右,色光鮮艷純正,印花得色量高。表6為噴墨印花后織物的各項(xiàng)色牢度。從表6可知,印花制品具有良好的色牢度,摩擦色牢度為4~5級,耐光色牢度、耐水洗色牢度和耐升華色牢度都在4級或以上,說明制備的墨水具有良好的印花性能。3表面活性劑的要求(1)成功合成了三只含氰基的橙、紅和藍(lán)色分散染料。分散染料墨水制備工藝為:分散劑MF-85A8%,乙二醇15%,球磨時間8h,表面活性劑XL-700.64%。得到的分散染料墨水粒徑在200nm以下,Zeta電位-50mV左右,pH值7.5,電導(dǎo)率2.0mS/cm,黏度2~3mPa·s,保濕率10%以上,表面張力32mN/m左右,完全符合噴墨印花的要求。(2)以自制墨水對滌綸織物進(jìn)行噴墨印花,織物得色量高,色光鮮艷,各項(xiàng)色牢度均達(dá)到4級或以上。(1)n-氰乙基-n-芐基苯胺的制備在170mL熱水中溶解0.05mol對硝基苯胺,熱水浴攪拌,加入15mL濃鹽酸,降溫至5℃以下,再加入7.5mL濃鹽酸。溶解后在0~