课题基金 / 基金详情

非水介质染色中活性染料分子扩散动力学及与纤维表面特征构效关系的研究

批准号:
22072089
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
裴刘军
依托单位:
学科分类:
胶体与界面化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
裴刘军

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
非水介质染色关键技术已成为当今纺织印染行业的研究热点。由于活性染料在非水介质染色中对棉纤维吸附特别快,纤维表面的染料需要较强的机械力解吸至染液中,重新在纤维上分配,才能获得较好的匀染性,使得该技术对染色设备具有较强的依赖,限制了该技术的工业化推广和应用。本项目拟运用分子扩散动力学研究活性染料在不同润湿性纤维表面的吸附速率及分子排列,构筑染料在纤维表面的扩散边界层和固-液交换区。研究非水介质、纤维、染料、水分子间的超分子作用对染料聚集、染料在非水介质-水-纤维三相径向分布函数的影响规律。运用Navier-Stokes方程模拟活性染料在非水介质扩散中的界面流动,建立活性染料在非水介质染色中的扩散孔道模型,获得有效调控活性染料对棉纤维染色均匀性的关键因素,建立全面评价非水介质染色扩散动力学的新方法。本项目的完成将为非水介质染色的产业化提供理论依据和技术参数,为纺织染色行业走向可持续发展做出贡献。
英文摘要
Currently, non-aqueous medium dyeing technology has become a research hotspot in the textile dyeing industry. In industrial production, the adsorption of reactive dyes to cotton fibers is especially rapid. Moreover, to achieve a superior dyeing level, reactive dyes adsorbed on the surface of fibers require a strong mechanical force to be desorbed into the dye liquor and redistributed within the fiber, which makes it strongly dependent on the dyeing machine and limits the industrial application of non-aqueous medium dyeing technology. In this project, molecular diffusion dynamics will be employed to investigate the adsorption and molecular arrangement of reactive dyes on the surfaces of different wetting fibers. The diffusion boundary layer and solid–liquid exchange zone of reactive dyes on the surface areas of fibers will be reconstructed. The effect of supermolecular interactions among non-aqueous media, fibers, dyes, and water molecules on the aggregation of dyes and the radial distribution function of dyes in the non-aqueous, water, and fiber phases will also be investigated. In addition, the Navier–Stokes equation will be used to simulate the interfacial flow of reactive dyes during non-aqueous diffusion, on the basis of which a diffusion channel model of reactive dyes in non-aqueous dyeing systems will be established. Thus, some key factors for effectively regulating the uniformity of reactive dyeing can be obtained and a new method for comprehensively evaluating the diffusion kinetics of reactive dyes in non-aqueous dyeing systems can be developed. Moreover, this theoretical foundation and technical support will serve to improve the application of non-aqueous medium dyeing in textile manufacturing, and contribute to the sustainable development of textile dyeing industry.
活性染料非水介质染色快速上染、匀染性难以控制等限制了该技术的工业化推广和应用。针对非水介质染色体系中活性染料吸附快,难以解吸至染浴中获得较好匀染性这一难题,本项目从以下四个方面开展深入的研究,取得多项原创性成果。.(1)活性染料在非水介质染色体系的聚集形态和超分子构效关系。研究了不同结构(母体、共轭体系、水溶性基团等)在非水介质染色体系中的分子间缔合作用以及聚集形态;探明了活性染料分子结构中水溶性基团与疏水基团链长短及取代位置对活性染料在纤维表面微水环境中分子聚集状态的影响规律;选择不同的表面活性剂,制备了不同反相乳液体系,研究了活性染料在非水介质相-水相界面分子排列和聚集状态的影响机制,阐明染料分子结构-超分子作用-聚集形态的内在关系。.(2)活性染料在非水介质-水-纤维三相中化学势能和分配机制。研究了前处理对棉纤维蜡质和果胶含量的影响,进一步研究了蜡质和果胶含量与棉纤维润湿性的关系。探究了不同棉纤维润湿性对活性染料从非水介质染色浴扩散到棉纤维表面的影响以及对纤维与染料之间作用力的影响机制。研究了活性染料在非水介质相、水相、纤维固体相三相中的分子排列和分布状态,计算了活性染料在非水介质染色体系各相中的分配系数和化学势能。.(3)活性染料在非水介质染色体系中的分子扩散动力学和超分子作用。模拟非水介质染色体系中纤维、染料、水以及非水介质的摩尔比。采用采用COMPASS力场选择Smart方法研究活性染料从染浴扩散到纤维表面的分子过程,并研究了纤维润湿性能对染料分子吸附和扩散速率的影响,研究了不同时间段活性染料分子在纤维表面的吸附状态。.(4)活性染料在非水介质-水-纤维三相之间的界面流动和扩散孔道模型。基于纤维取向概率密度函数建立了纤维间毛细管半径的数学模型,然后通过哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)方程推导出流体在织物中流动和物质交换的动力学模型,构建了纤维的染色动力学过程和染料的沉积过程。在具体的应用过程中,可以根据不同的染色需求调整染液和织物的物理特性以加快或延缓物质交换速率,达到优化染色工艺的目的。
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