一种节能省水染色后处理助剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种节能省水染色后处理助剂及其制备方法 (Energy-saving and water-saving dyeing post-treatment auxiliary agent and preparation method thereof ) 是由 江诚 马继东 刘兴平 凌云 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于印染助剂技术领域,具体涉及一种节能省水染色后处理助剂及其制备方法。本发明节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物40-50％,去离子水50-60％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂。本发明染色后处理助剂可以将染色过程中形成的水解染料以及未与纤维固着的染料通过活性基团形成共价键、离子键,重新在织物上固着,不但可以提升染料有效利用率,还可以提高染色织物的皂洗牢度,减少水洗和皂洗次数,直接减少印染污水的排放量以及降低污水的COD、BOD以及色度,具有超过传统皂洗剂的高效皂洗性能,达到节能减排目的。(The invention belongs to the technical field of printing and dyeing auxiliaries, and particularly relates to an energy-saving and water-saving dyeing post-treatment auxiliary and a preparation method thereof. The energy-saving water-saving dyeing post-treatment auxiliary agent comprises the following components in percentage by mass: 40-50% of cationic polymer and 50-60% of deionized water; the cationic polymer is prepared by polymerization reaction of the following components: silane coupling agent, cationic monomer, allyl glycidyl ether, solvent and initiator. The treatment auxiliary agent after dyeing can form covalent bonds and ionic bonds with hydrolytic dyes formed in the dyeing process and dyes which are not fixed with fibers through active groups, and fix the hydrolytic dyes and the dyes on the fabrics again, so that the effective utilization rate of the dyes can be improved, the soaping fastness of the dyed fabrics can be improved, the washing and soaping times can be reduced, the discharge amount of printing and dyeing sewage can be directly reduced, the COD, BOD and chroma of the sewage can be reduced, the high-efficiency soaping performance of the traditional soaping agent can be improved, and the purposes of energy conservation and emission reduction can be achieved.)
技术领域
本发明属于印染助剂技术领域，具体涉及一种节能省水染色后处理助剂及其制备方法。
背景技术
传统工艺中各种织物在染色工序后都必须经过皂洗，把织物上未固着染料都清洗干净才能使织物在后续加工使用中不掉色。而在整个纺织印染加工过程中，染色后皂洗的耗水量占漂染总水量的60～65％。由此可见，染色耗水耗能大部分集中在染色后皂洗工序，同时也是产生印染废水的主要源头。漂染企业面临着日益严重的水电汽等能源成本飙升、污水处理成本加大的严峻挑战，节能减排已经成为印染行业选择生产工艺和印染助剂的考量因素，为此，研发与选用节能减排型染色助剂也已成为助剂和印染企业的重要任务。
常规皂洗剂能将未固着染料从织物表面洗涤下来，通过乳化、分散获得净洗效果。由于染料上染率只有60-90％，因此大量未固着染料在皂洗工序进入污水中，导致印染废水COD、BOD以及色度很高，污水处理难度大，也造成了染料浪费。因此，研发出一种具有提高染色织物的皂洗牢度，减少水洗和皂洗次数，直接减少印染污水的排放量以及降低污水的COD、BOD以及色度等优势的染色后处理助剂迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种节能省水染色后处理助剂及其制备方法。本发明提供的染色后处理助剂可以将染色过程中形成的水解染料以及未与纤维固着的染料通过活性基团形成共价键、离子键，重新在织物上固着，不但可以提升染料有效利用率，还可以提高染色织物的皂洗牢度，减少水洗和皂洗次数，直接减少印染污水的排放量以及降低污水的COD、BOD以及色度，具有超过传统皂洗剂的高效皂洗性能，达到节能减排目的。
本发明的技术方案是：
一种节能省水染色后处理助剂，包括以下组分及其质量百分数：
阳离子聚合物40-50％，去离子水50-60％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂。
进一步地，所述的节能省水染色后处理助剂，包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物45％，去离子水55％。
进一步地，所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂10-15％，阳离子单体50-65％，烯丙基缩水甘油醚15-25％，溶剂10-20％，引发剂1-3％。
进一步地，所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂13％，阳离子单体52％，烯丙基缩水甘油醚18％，溶剂15％，引发剂2％。
进一步地，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种。
进一步地，所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比12-15:1-3组成。
进一步地，所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比13:3组成。
进一步地，所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
进一步地，所述溶剂为异丙醇、乙二醇丁醚、乙醇中的一种。
进一步地，所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐、过硫酸铵、过氧化氢、过硫酸钠中的一种。
本发明的另一目的在于提供所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法，步骤如下：
S1将硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂混合，升温至70-90℃，反应2-3h，得到阳离子聚合物；
S2将步骤S1所得阳离子聚合物降温至40℃，加入去离子水，稀释，即得。
本发明中，硅烷偶联剂、二甲基二烯丙基氯化铵、烯丙基缩水甘油醚都是含双键的结构，过硫酸铵引发剂在一定温度条件下-O-O-键断裂，产生自由基引发双键结构发生加聚反应，上述混合单体通过双键加聚反应形成共聚物。硅烷偶联剂CH2＝CHSi(OCH3)3，在聚合物中提供可水解反应的硅甲氧基，可使聚合物交联成膜。二甲基二烯丙基氯化铵在共聚物中是阳离子结构，可以与阴离子染料形成离子键。烯丙基缩水甘油醚通过烯丙基双键与其他单体形成共聚物，在聚合物中提供环氧基团，可与染料、纤维上的活性羟基、氨基形成共价键。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明节能省水染色后处理助剂通过有活性基团(环氧基、硅醇基)的阳离子型高分子聚合物与织物纤维上的羟基、氨基等基团发生反应并且本聚合物分子间也通过活性基团发生反应形成共价键，在织物表面形成网络状的膜结构，把未固着染料包裹固定在织物表面，使未固着染料不再脱落掉色。
(2)对于染料分子结构上有羟基、氨基、羧基磺酸基等活性基团的染料，本发明节能省水染色后处理助剂的聚合物上有大量环氧基团，可与染料分子结构上含有的上述活性基团形成共价键结合，牢固固定在织物上。
(3)对于阴离子型染料：活性染料、直接染料、酸性染料等，还可以进一步与聚合物上的阳离子季铵基团形成离子键结合，进一步提升固着牢度；
(4)因为本发明是通过把浮色(未固着染料)固着而不是传统的洗脱的方式达到染色后织物色牢度合格原理，把原本被洗脱进入污水系统的染料变成可利用的染料，既提高了染料的利用率又降低了污水的处理压力，对染整厂节能减排具有重要意义。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：
阳离子聚合物40％，去离子水60％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂10％，阳离子单体64％，烯丙基缩水甘油醚15％，溶剂10％，引发剂1％；所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比12:3组成；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵；所述溶剂为乙二醇丁醚；所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法，步骤如下：
S1将硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂混合，升温至70℃，反应2h，得到阳离子聚合物；
S2将步骤S1所得阳离子聚合物降温至40℃，加入去离子水，稀释，即得。
实施例2、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：
阳离子聚合物50％，去离子水50％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂15％，阳离子单体50％，烯丙基缩水甘油醚20％，溶剂12％，引发剂3％；所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比15:1组成；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵；所述溶剂为乙醇；所述引发剂为过硫酸钠。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法，步骤如下：
S1将硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂混合，升温至90℃，反应3h，得到阳离子聚合物；
S2将步骤S1所得阳离子聚合物降温至40℃，加入去离子水，稀释，即得。
实施例3、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物45％，去离子水55％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂13％，阳离子单体52％，烯丙基缩水甘油醚18％，溶剂15％，引发剂2％；所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比13:3组成；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵；所述溶剂为异丙醇；所述引发剂为过硫酸铵。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法，步骤如下：
S1将硅烷偶联剂、阳离子单体、烯丙基缩水甘油醚、溶剂和引发剂混合，升温至80℃，反应2.5h，得到阳离子聚合物；
S2将步骤S1所得阳离子聚合物降温至40℃，加入去离子水，稀释，即得。
对比例1、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物45％，去离子水55％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂13％，阳离子单体52％，烯丙基缩水甘油醚18％，溶剂15％，引发剂2％；所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比13:3组成；所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；所述溶剂为异丙醇；所述引发剂为过硫酸铵。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，将阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵替换为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
对比例2、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物45％，去离子水55％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂13％，阳离子单体52％，烯丙基缩水甘油醚18％，溶剂15％，引发剂2％；所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵；所述溶剂为异丙醇；所述引发剂为过硫酸铵。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
对比例3、一种节能省水染色后处理助剂
所述节能省水染色后处理助剂包括以下组分及其质量百分数：阳离子聚合物45％，去离子水55％；所述阳离子聚合物由以下组分聚合反应而成：硅烷偶联剂13％，阳离子单体52％，溶剂33％，引发剂2％；所述硅烷偶联剂由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷按质量比13:3组成；所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵；所述溶剂为异丙醇；所述引发剂为过硫酸铵。
所述的节能省水染色后处理助剂的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，未添加烯丙基缩水甘油醚。
试验例一、节水效果
采用本发明制得的节能省水染色后处理助剂进行染色后处理的工艺流程为：染色→水洗→节能省水染色后处理助剂处理(常温×5min)脱水→干布；而采用常规皂洗剂进行染色后处理的传统工艺流程为：染色→水洗2次→皂洗→水洗→固色(40℃×20min)→脱水→干布。由此可见，采用本发明制得的节能省水染色后处理助剂进行染色后处理时仅需要1道用水工序，而采用常规皂洗剂进行染色后处理时需要4道用水工序。与采用常规皂洗剂进行染色后处理相比，采用本发明制得的节能省水染色后处理助剂进行染色后处理减少了3道用水工序，节水效果明显。
试验例二、水泡色牢度对比
1、试验材料：实施例3、对比例1-3制备的节能省水染色后处理助剂。
2、试验方法：
参照《GBT3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》对采用常规皂洗剂(聚丙烯酸钠类皂洗剂，典型例子巴斯夫化工：Dekol S)，以及实施例3、对比例1-3制备的节能省水染色后处理助剂的皂洗色牢度进行测定。另外一组未经后处理作为空白对比试验。皂洗色牢度分1～5级，1级最差，5级最好。
3、试验结果：
试验结果如表1所示。
表1：皂洗色牢度对比
类型
空白
常规皂洗剂
实施例3
对比例1
对比例2
对比例3
酸性大红
2级
3级
5级
4级
4级
3级
酸性翠兰
1级
2级
5级
4级
4级
3级
活性大红
2级
3级
4级
3级
4级
3级
活性翠兰
1级
2级
5级
4级
4级
3级
由表1可以看出，将本发明制备的节能省水染色后处理助剂应用于酸性大红、酸性翠兰、活性大红、活性翠兰的皂洗工艺，皂洗色牢度等级高，这说明本发明制备的节能省水染色后处理助剂能够有效提高织物的皂洗色牢度；与对比例1-3制得的节能省水染色后处理助剂相比，实施例3的皂洗色牢度更佳。
试验例三、废水COD检测
1、试验材料：实施例3、对比例1-3制备的节能省水染色后处理助剂。
2、试验方法：
分别收集采用常规皂洗剂的传统工艺染色后到烘干前的所有废水，实施例3、对比例1-3染色后到烘干前的所有废水，混合均匀，检测COD，COD检测方法参照《GB 11914-1989水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》。
3、试验结果如表2所示。
表2：废水的COD检测结果
由表2可以看出，采用本发明制备的节能省水染色后处理助剂对酸性大红、酸性翠兰、活性大红、活性翠兰进行染色后到烘干前的所有废水的COD值明显低于传统工艺。与对比例1-3制得的节能省水染色后处理助剂相比，实施例3进行染色后到烘干前的所有废水的COD值更低。由此可见，本发明节能省水染色后处理助剂降低了污水的处理压力，对染整厂节能减排具有重要意义。
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