基于电化学还原后的靛蓝染料隐色体稳定性研究

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靛蓝染料作为目前在印染行业应用范围最广的还原性染料,通过靛蓝上染的织物具有良好的染色牢度,色彩多样,鲜艳明丽等特点。传统工业上对靛蓝染料的过程是添加保险粉(连二亚硫酸钠)等还原剂。靛蓝染料处于还原态时呈现一定的水溶性并溶解在水中,吸附在织物纤维上,当在空气中遇到氧气的时候就被氧化成不溶于水的氧化态,从而牢固地沉淀在纤维表面,所以工业上为了防止还原后的隐色体在上染之前发生氧化反应,采取了在靛蓝的还原过程中加入过量保险粉(连二亚硫酸钠)等还原剂,虽然这一方法使得靛蓝染料得到还原而且解决了后续隐色体的氧化,但是使得亚硫酸盐和含硫气体等有害物质的排出加重,造成了严重不可逆的水污染和大气污染。目前国内外的研究人员正尝试研发一种绿色可持续发的还原体系。即电化学还原体系,利用电子的转移得失来实现对还原染料的绿色还原,现在应用最多的就是Fe-TEANaOH体系,利用(TEA,Fe3+/Fe2+)循环电化学体系将靛蓝染料还原成可溶性的隐色体钠盐再对织物进行上染。本研究是以电化学还原靛蓝后隐色体的氧化问题为研究对象,研究了织物在靛蓝隐色体中的上染及隐色体的化学电位,来反映电化学还原后的靛蓝在自然条件下被空气氧化,通过物理与化学的保护手段来保持隐色体稳定性。利用弱电流条件下Fe3+络合物在阴极得电子成为Fe2+络合物,转移给被空气氧化的隐色体,失电子后成为Fe3+络合物如此循环还原的原理来保护隐色体,通过测试分析,结果表明:基于电化学还原条件下隐色体稳定性的保护中,使用弱电流保护对比无电流自然条件下对织物上染的影响可以发现,使用电流保护在0.4A及温度为35℃条件下的效果最佳,在3小时后的氧化率仅为2.6%,体系稳定性为0.06,空气中自然氧化率高达41%,体系稳定性为1.21,这一对比说明在最佳参数保护电流及温度条件下体系K/S值及上染百分率基本以最高值稳定,使得织物的均染性、溶液的稳定性良好。通过设计实验装置,在基于电化学还原靛蓝的研究下,向装置内从开始还原就通入氮气直至保护实验开始,来达到理想状态下隔绝空气的作用,通过对隐色体电位测定,上染织物的K/S值测定,及溶解织物测定吸光度来计算上染百分率进行表征,结果表明,还原后的靛蓝隐色体在氮气保护下浓度基本稳定,织物表观色深k/s值在3小时内下降率为4.9%,上染百分率下降率为6.8%,并且织物表观色深k/s值基本维持在1.7~1.8区间内,上染百分率维持在7.1%~7.7%区间内,说明隔绝空气中使用氮气对隐色体的保护作用十分明显。利用三种环保型助剂环利粉、二氧化硫脲、葡萄糖的还原性对隐色体的氧化进行保护,实验通过不同时间段的上染织物来间接分析隐色体的稳定情况,从助剂的种类、助剂的剂量、保护时间进行探讨,结果表明:葡萄糖的保护效果最低织物K/S下降率分别为21.18%、18%、15.3%、10.5%,二氧化硫脲的保护效果最好织物K/S值下降率分别为21.8%、14.8%、12.1%、8.5%,这是因为二氧化硫脲在碱性条件下能分解生成亚磺酸RS(=O)-OH,而还原性葡萄糖依靠开链结构中的醛基R-CHO,而亚磺酸中的S外围有四个电子对较醛基中C的四个电子对还原性强,说明二氧化硫脲在本实验中对隐色体保护效果最佳。本文从电化学保护,物理保护,化学保护三个方面对隐色体的保护进行研究,研究成果可为后续工业生产及研究人员对隐色体的保护研究提供一定的参考方向和理论基础。
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