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聚二甲基二烯丙基氯化铵固色剂的研究概况

时间:2012-11-08来源:未知 作者:chem 点击:
聚二甲基二烯丙基氯化铵固色剂的研究概况 为更好地了解聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)固色剂的研究概况,本文对前人的研究进行了较为系统的归纳总结。介绍了其在合成、应用性能及影响机理等方面的发展情况,并针对其目前存在的弱点问题,提出了预期解决

聚二甲基二烯丙基氯化铵固色剂的研究概况

 

为更好地了解聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)固色剂的研究概况,本文对前人的研究进行了较为系统的归纳总结。介绍了其在合成、应用性能及影响机理等方面的发展情况,并针对其目前存在的弱点问题,提出了预期解决方案。

棉纤维由于自身在服用性能方面具有良好的吸湿型、保暖性及柔软的手感,且可降解回收利用性能等特点,在纺织用纤维市场中扮演着重要的角色,并越来越受到人们的青睐。同时,为了满足人们对织物不同色彩的需求,还需对棉纤维进行染色加工。用于棉纤维(纤维素纤维)染色的染料主要有还原染料、直接染料、硫化染料及活性染料等,但普遍存在与棉纤维间的作用力不强,利用率不高等缺点,需用固色剂进行固色。因而,研究开发棉用固色剂具有十分重要的意义,聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)固色剂就是一类较为理想的棉用聚阳离子型固色剂,可有效作用于棉织物的染色过程。

1 ·PDMDAAC固色剂的合成

PDMDAAC固色剂是一种由单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)通过自由基均聚而成的水溶性高分子,其合成方法主要有溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相悬浮聚合法和辐射聚合法等。由于DMDAAC单体极易吸水,且PDMDAAC本身具有较好的水溶性,因此,PDMDAAC的合成以水溶液聚合反应为主。最早由美国Calgon公司和Halliburton公司于20世纪70年代进行研制并投入工业化生产。我国在90年代初才开始研究并逐步工业化生产,起步较晚。1994年,徐东平等在温度为50~80℃的条件下,通过硫酸铵为引发剂引发单体DMDAAC水溶液均聚,获得了固含量50%左右的PDMDAAC固色剂,即固色剂F。2005年,张雄等在80℃的反应温度下,一次性加入m(AIBN)∶m(APS)为1∶1复合引发剂,也成功地制备了相应的PDMDAAC固色剂,即固色剂MRT-1。以上研究均为PDMDAAC固色剂合成工艺的进一步优化及其工业化生产等提供良好的基础。

近年来的一些研究迹象表明,PDMDAAC的相对分子质量(特征粘度)大小及分布可能直接影响其固色性能,应该有效控制。因而,若通过一种能有效控制其相对分子质量的合成途径,预计可以获得更为理想的PDMDAAC固色剂产品,但有关这一研究仍未见系统报道。理论上,对于自由基聚合而言,其所得聚合物的动力学链长:

2·PDMDAAC固色剂的结构与固色性能

2.1PDMDAAC固色剂的结构

PDMDAAC固色剂是季铵盐阳离子型的水溶性高分子,具有五元环或六元环结构及少量支链化结构(如图1所示),主要为五元环结构。

从结构上分析,PDMDAAC一方面具有很强的阳离子性,可与阴离子型的染料形成有效色淀;另一方面,其与棉纤维结构相似而相互间可能具有较为紧密的作用联系,从而有利于提高染料在织物上的色牢度,其固色原理如图2所示。

2.2PDMDAAC固色剂的固色性能

PDMDAAC固色剂作为一种应用前景理想的棉织物固色剂,可广泛应用于直接、硫化及活性等染料染棉织物的固色处理,固色处理方式包括前处理固色及后处理固色。

2.2.1PDMDAAC前处理固色时的固色性能

1996年及1999年,Burkinshaw等分别研究了PDMDAAC以前处理方式对棉织物硫化及直接等染料固色时的固色性能,结果表明,其对各硫化染料的皂洗白布沾色最好为4级及其原样褪色牢度最好为3级,对各直接染料(CIDirectRed89、CIDirectYellow106及CIDirectBlue85等)的皂洗白布沾色及原样褪色牢度最好为3级。同时研究者认为,PDMDAAC的前处理固色对提高棉织物上染料的色牢度有限。这可能是因为在前处理固色过程中,PDMDAAC固色剂与棉织物纤维间的范德华力作用本身并不稳固,且PDMDAAC具有强亲水性的特点,而在水溶液的前处理固色过程中,PDMDAAC固色剂与棉织物纤维之间的作用力容易受到干扰破坏,相互间不能充分有效的相互作用,以至于在织物表面上没有足够量的PDMDAAC固色剂与染料进行有效固色,因而限制了其对提高织物上各染料的色牢度。若在其结构中适当地引入可与棉织物羟基发生有效共价的反应性基团,则可以加强固色剂前处理棉织物时与其的作用力,从而提高其前处理固色时的固色性能。

2.2.2PDMDAAC后处理固色时的固色性能

目前,PDMDAAC固色剂后处理固色已是针对棉织物上各染料最常用的固色方式之一。1995年,Burkinshaw等研究了PDMDAAC以后处理方式对棉织物活性染料固色时的固色性能,结果表明,其对活性染料的洗白布沾色及原样褪色牢度最好均为4~5级。2005年,张雄等以1%(o.w.f)的PDMDAAC固色剂(MRT-1)在60℃下后处理固色纯棉针织布上的活性3BS、3IS等染料后,干摩擦牢度达到4级、湿摩擦牢度达到3级、皂洗原样褪色5级、白布沾色5级、耐氯牢度5级,且织物固色后没有明显的色光变化,能保持原来的色泽;同时,其皂洗牢度及耐氯牢度等均比固色剂Y提高1~2级,表明固色剂能明显提高棉织物上各染料的色牢度。但是染色织物的耐摩擦牢度尤其是湿摩擦牢度(很难稳定在4级以上)等仍不够理想,是有待解决的主要问题。

2.3影响PDMDAAC固色剂固色性能的因素

依据目前已有的文献研究结果,影响PDMDAAC固色剂固色性能的主要因素可归纳为其结构特点和相对分子质量大小及分布。

2.3.1固色剂结构的影响

PDMDAAC分子结构中的季铵盐阳离子结构与阴离子型染料以离子键形成的色淀,湿摩擦时在有水分存在的作用下色淀较容易解离而导致染料脱落,造成其湿摩擦牢度不高。此外,PDMDAAC固色剂与织物纤维间的作用为范德华力,在外力作用(如摩擦力及水分影响等)下不够稳固,也致使固色后摩擦牢度不高。

2 003年,Rosunee等研究发现,织物上的PDMDAAC固色剂在经过多次(水)洗涤后,含量明显减少,这进一步表明了PDMDAAC固色剂与棉织物间范德华作用力仍然不够稳固,不能满足其实际固色应用的需要。因此,有必要加强染料、固色剂及棉织物间的作用联系,如引入共价键作用等,以提高其固色性能.

有文献报道,若在PDMDAAC固色剂的结构中进一步引入可以与染料或棉织物纤维发生有效共价交联的反应性基团(N-羟甲基及氨基等),则预计可以进一步将强染料、固色剂及棉织物间的作用联系,有利于进一步提高其固色性能。同时,引入的反应性基团含量也应该有效控制,这是因为反应性基团含量过少时,反应性基团与棉织物羟基不能发生充分有效的共价交联,不利于提高其固色性能;而反应性基团含量过多时,可能会破坏PDMDAAC基体结构本身具有的与棉织物纤维素结构的相似性,从而影响彼此间的紧密作用,也可能会致其固色性能下降。因此,在PDMDAAC的结构中引入受控量的反应性结构单元,预计将是有效解决PDMDAAC固色剂结构弱点问题的新途径。

(责任编辑:admin)

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