前言
荧光染料属于一种特殊的功能性染料,它既具有常规染料的着色特性,又能发射出荧光,因而与一般染料相比,荧光染料染色织物的饱和度和鲜艳度相对较高。荧光染料现已被广泛应用于纺织、塑料染色、印刷用颜料等多种行业,如:交通警察、公路、铁路维修、清洁人员着装上的醒目标志,以及高档伞具、箱包、运动服、领带及室内外装饰材料等。用于纺织品染色和印花的荧光染料主要有荧烷衍生物、1,82萘酰亚胺和
香豆素三大类结构。
本课题组已成功合成了一系列在水溶液中具有良好荧光性能的苯乙烯吡啶盐化合物,并将之应用于腈纶和真丝纤维的染色。本试验采用分光光度法探究不同pH值和温度下苯乙烯吡啶盐阳离子荧光染料DHeASPBr2C4在水溶液中的稳定性,并将其应用于阳离子染料可染涤纶(CDP)纤维的染色,探讨了DHeASPBr2C4在CDP纤维上的染色性能、颜色和荧光特性等。
1试验材料及方法
1.1试验材料
纤维阳离子染料可染涤纶CDP长丝(市售)。
化学品醋酸、醋酸钠、硫酸钠、正磷酸、硼酸、烧碱(均为分析纯),匀染剂平平加O(市售工业品)。
染料阳离子荧光染料DHeASPBr2C4,阳离子荧光黄X210GFF。
DH℃ASPBr2C4化学结构式:
仪器和设备UV21800紫外可见分光光度计(日本岛津公司),UltraScanPRO测色仪(美国HunterLab公司),StarletDL28000红外线打样机(韩国大林丝达乐株式会社)。
1.2染色处方和工艺
染色工艺纤维40℃入染,以1℃/min的速率缓慢升温至120℃,保温60min后,再以1.25℃/min的速率降温至70℃。
1.3测试方法
1.3.1上染百分率
上染百分率采用残液比色法测定。在UV21800紫外可见分光光度计上测定染色前后染液的吸光度A0和A,上染百分率E/%按式(1)计算:
1.3.2颜色特征值和反射率<
由图1可知,DHeASPBr2C4的最大吸收波长为454nm,比荧光黄X210GFF最大吸收波长(441nm)略大些,溶液呈橙色。测试不同浓度染料溶液的吸光度,作出如图2所示的标准工作曲线。根据朗伯2比尔吸收定律,计算出DHEASPBr2C4和荧光黄X210GFF的摩尔消光系数,分别为32211dm3#cm-1#mol-1和20900dm3#cm-1#mol-1,前者的摩尔消光系数比后者要大些,此结果在图1中也有反映。
2.2pH值和温度对DH℃ASPBr2C4稳定性的影响
在室温,100℃和120℃加热60min条件下,不同pH值(0.73~6.25)对苯乙烯吡啶盐阳离子荧光染料DHEASPBr2C4稳定性的影响见图3。
如图3所示,室温下,在pH值2~6.5范围内[图3(a)中,b2f曲线],溶液在最大吸收波长处的吸光度变化不大,pH值的变化对DHEASPBr2C4溶液几乎无影响,只在pH值为0.73时,吸光度有所降低。而100℃加热60min后,吸光度随着pH值的降低逐渐降低,pH值为0.73的溶液在可见区内的吸收峰很不明显。120℃加热60min后溶液变化最大,最大吸收波长处的吸光度降低得比较明显,pH值为0.73和3.46溶液在可见光区内都无吸收峰。产生这一现象的原因,可能与荧光染料分子发生质子化有关。
在pH为中性条件下,DHEASPBr2C4分子内含有一个N+,随着pH值的逐渐降低,酸性逐渐增大,分子中供电子基团上的N原子发生了质子化,氨基阳离子的形成削
由图4可知,DHEASPBr2C4染色速率比荧光黄X210GFF稍快些,当温度达到100℃时,DHEASPBr2C4染色速率迅速增大,在100~120℃内,上染率增加了近42%,其最终上染率要略低于荧光黄X210GFF。根据阳离子染料染色理论,在染色温度低于纤维玻璃化温度时,DHEASPBr2C4分子仅吸附于纤维表面;当染液温度接近其玻璃化温度时,CDP纤维大分子链的自由运动对温度变得敏感;进一步升高染液温度,纤维大分子链运动更为剧烈,其自由体积呈指数级增长,极大地促进了染料与纤维的结合,同时,DHEASPBr2C4的扩散速率也加快,因而此时其上染速率发生突变。
2.3.2DHEASPBr2C4吸附等温线
苯乙烯吡啶盐阳离子荧光染料DHEASPBr2C4和荧光黄X210GFF的吸附等温线见图5。
如图5所示,Cf随着Cs增加而逐渐增大,在Cs很低的时候,Cs与Cf几乎呈直线关系;当Cs增加至一定值后,Cf达到一定的饱和值,此吸附为化学吸附,符合angmuir型吸附。
染色达到平衡时,Langmuir吸附等温线中的Cf与Cs关系式如下:
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根据式
由图6可知,染色纤维的表观色深值K/S和最大荧光反射率随着pH值的增大而逐渐增加,前者增加的程度较小。这是由于染料分子结构中含有磺酸基团,其电离受染浴pH值的影响。提高pH值有利于纤维上染率的提高,而磺酸基团属于强酸性基团,其电离程度受染浴中pH值的影响较小,所以提高pH值对上染率的增加程度也较小。研究表明,染色纤维的荧光反射率与紫外光光源的强度、纤维上染着的荧光物质的量及荧光物质的荧光量子效率有关。在紫外光源和荧光量子效率相同的情况下,染色纤维上的荧光反射率取决于染色纤维上的荧光物质的量,因此可以推断pH值影响了纤维的表观颜色深度K/S值,而表观颜色深度则影响了纤维的荧光反射率。
2.3.4染料的提升性
苯乙烯吡啶盐阳离子荧光染料DHEASPBr2C4和荧光黄X210GFF在CDP纤维上的提升性曲线见图7。
如图7所示,CDP纤维的表观色深值K/S随着染料用量的增加而增加,当用量接近于1.5%(omf)时,几乎达到饱和,大于1.5%(omf)时,表观色深值K/S变化不大,DHEASPBr2C4的提升性略好于荧光黄X210GFF。
2.3.5染料用量对最大荧光反射率的影响
染色纤维的最大荧光反射率与染料用量的关系见图8。具有荧光性能的纤维织物其最大荧光反射率一般
2.3.6染料用量对染色纤维颜色的影响
图9为经苯乙烯吡啶盐阳离子荧光染料DHEASP2Br2C4染色的CDP纤维的色度图。
由图9可知,荧光染料DHEASPBr2C4染CDP纤维的颜色特征值a*,b*处于红黄区域,而荧光黄X210GFF处于黄绿区域。DHEASPBr2C4用量的不同对染色CDP纤维的颜色有一定的影响:随着染料用量的增大,饱和度逐渐增大,CDP纤维表现出更重的黄光。
3结论
(1)新型阳离子荧光染料DHEASPBr2C4显橙色,它的开发和应用为阳离子荧光染料增加了橙色品种。
(2)不同pH值的DHEASPBr2C4水溶液在常温下相对较稳定,高温下稳定性降低,其最大吸收波长下的吸光度随pH值的减小而减小,温度越高,pH值对染料的影响越大;提高染浴的pH值,DH℃ASPBr2C4染色纤维的K/S值略有增加,其最大荧光反射率也有所增大。
(3)阳离子荧光染料DHEASPBr2C4在CDP纤维上的吸附符合Langmuir模型,染料的亲和力、染色饱和值比阳离子荧光黄X210GFF略低;与荧光黄X210GFF相比,DHEASPBr2C4在CDP纤维上的上染速率略快,染料于100~120℃间集中上染,其最终上染率较荧光黄X210GFF低。
(4)DHEASP
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