废纤维中染料与纤维的结合状态初探

　　废纤维中染料与纤维的结合状态初探张永金张波兰崔卫纲（武汉科技学院，武昌，430073）变化的影响，在此基础上分析了染料与废纤维的结合状态的变化。

　　中图法分类号：TS101.721.8废纤维约占固体废弃物总量的3.5~4%，由1.2物理吸附于其自然降解能力差，对环境影响越来越大。随着人们环保意识的增强以及资源危急的困挠，各国在这方面的研究已经加大了力度。目前废纤维再利用主要基于未染色品、下脚料，并在再生纤维；制造特种材料如隔热、隔音、板材及无纺布，降解回收单体，篼分子粘合剂等方面进行研究和应用。

　　但由于80%以上的废纤维是染色或印花品，染料通过物理或化学作用吸附于纤维上，它的存在将影响纤维的物理机械性能及再利用的价值和范围。为了提高废纤维利用品质、应用范围以及理化指标，将废纤维上染料脱色是提高应用性能的*佳方法。

　　笔者将从下列几方面讨论，以期为研究纤维脱色方法提供一些依据。

　　1上染纤维的染料与纤维的结合状态上染纤维后的染料可与纤维发生机械、物理、化学作用将染料吸附于纤维内或界面。

　　1.1机械物理吸附纤维高分子内结构是不均匀的，有晶区、缠结区以及无定型区。大分子随温度的升高将发生一系列物理变化，大分子内或分子间的作用力减小，晶区变成无定型区，缠结区分子之间的空隙增加，染料分子将进人这些区域，当外能解除后，大分子恢复常态、染料分子被包裹在大分子的晶区和缠结区。其结构如（A、B、C），其中A是染料进入单分子缠结区示意图，B是染料进入晶区的示意图，C是染料进人多分子缠结区示意图。

　　染料通过机械物理吸附纤维内的示意图图中为高分子、▲为染料进人区大分子化合物分子之间存在着范德华力（永久偶极力、诱导力与色散力）和氢键，在外能作用下，分子的运动加剧，分子间的作用力减小，染料进人大分子界面或大分子内，通过范德华力或氢键与纤维发生物理吸附，其结构示意如（A、B），其中A为染料在纤维内的吸附示意图，B为染料在纤维界面的吸附示意图。

　　1.3化学吸附纤维通过共价键或离子键将染料吸附到纤维上，发生这一类型吸附图中为篼分子、▲为染料进人区p日离子染料以及酸性染料等。如活性染料是一类具有乙砜，氯代均三嗪活性基的染料，该染料与纤维素纤维上的羟基在碱的作用发生化学反应形成醚键结合；又如阳离子染料染腈纶时，由于腈纶纤维上含有经基或磺酸负离子的第三单体，当用含有季铵盐类的阳离子染料染色时，染料将和纤维发离子键结合将染料吸附到纤维上。

　　由上可知，染料与纤维通过机械物理吸附，物理吸附和化学吸附等方法结合在一起的，染料在纤维上受到的作用力是由上述各种作用力中的一种或多种作用的结果。如分散染料、直接染料等一般是以机械物理吸附，物理吸附为主；活性染料是以化学吸附为主、物理吸附、或机械物理吸附为辅。染料在纤维上结合状态与染料及纤维的理化性能有很大的关系，不同类型的染料染不同类型的纤维其分子间的作用力不同，染料的脱附机理也不同。

　　2废纤维上的染料在使用过程中的主要变化废纤维在进入回收站前纤维上的染料经过了光化学、生物化学、洗涤、汗渍、烟气、机械摩擦等物理化学过程，在这些过程中染料的结构和性能发生了染料在纤维内或界面吸附示意图一系列的物理化学变化。有的染料通过机械物理或洗涤、汗渍等物理作用已经从纤维上脱附；有的染料通过化学变化其结构和性能已经发生了变化。下面主要讨论染料在使用过程中的化学变化。

　　2.1洗涤剂的化学作用洗涤剂是一类含有表面活性剂、吸附剂、分散剂及螯合剂的碱性化学复配物，其在洗涤过程中与染料发生如下的化学作用。

　　2.1.1水解洗涤剂是碱性的，在洗涤过程中易使染料的酯键、酰胺键发生水解，增加染料的极性基团，使染料一方面与纤维的作用力增加，另一方面水溶性增加。这类结构的染料有很多，其中大多数为分散染料。

　　2.2.2螯合络合染料是染料中的一大类，如铜盐络合染料，铬盐络合染料，这些染料的金属离子在其他络合剂的存在下将从染料络合体中游离出，与洗涤剂中的螯合剂发生反应，染料结构被破坏。被破坏的染料在结构上将发生很大的变化，染料上起螯合作用的羟基、羧基和胺基被游离出，增加染料的亲水性和染料与纤维的作用力。

　　2.2光化学作用染料是一类共轭型分子结构的化合物，分子中的7T电子在可见或紫外光的作用下会发生）跃迁，并吸收与（70）跃迁能级相当光能，使染料产生颜色。进人激化态的电子能量可通过非辐射钝化、辐射钝化、分子间转移和化学变化等方式进行能量转移回到基态。其中光化学变化和分子间能量转移是染料本身或其它一起拼混的染料分解、异构化、氧化还原等过程。

　　在偶氮化合物中，由于氮原子的电负性较碳原子的电负性大，共辄体系中电子向氮原子偏移，使偶氮键上电子云密度增加，基态能级增加，更易接受光子，在偶氮化合物中偶氮键*先遭破坏。偶氮化合物被还原变成联胺类化合物，被氧化则变成了氧化叔铵化合物，进一步氧化还原偶氮键被打断染料变成芳胺、亚硝基和硝基芳香化合物；发生异构化反应变成复杂的杂环化合物；发生能量转移到其它染料分子上或转移到纤维上将使其它染料或纤维发生分解、异构化和氧化还原反应。染料本身变成了亲水性更强的化合物如联胺、芳胺、氧化叔铵等，变成疏水性更强的化合物如硝基或亚硝基的芳香化合物，变成了复杂的杂环化合物。

　　蒽醌类染料是一类耐晒染料，激化态有（（t），其中）激化态寿命较长，它的能量对氧分子转移生成活泼单线态氧GO）及H22，若夺取醇分子中的H原子则还原成半酿，生成RCH0H游离基。反应生成的单线态的氧和H22可进行如下一系列化学反应。

　　使染料分子的亲水性降低或分解成难以除去的中间体。反应生成的醇游离基则可使偶氮基团还原成联胺，提高染料分子的亲水性。

　　杂环类染料的共轭环上含有N、0、S等杂原子，由于基态能级高易发生3（n；r.激化，进而转用化成遇氧将氧分子转化成单线态氧tOz.而自己回复到基态。活泼的单线态氧iQz和另一个染料作用将使其发生氧化而退色，其作用过程见蒽醌类染料。

　　染料光化学过程是一个复杂的化学过程。光化学作用产物，随气候条件、地理位置有极大的区别。

　　在紫外光比较强的地区、在湿热地区染料光氧化作用更显著，染料分解的程度更大，其分解产物大多为染料中间体；在干燥、寒冷地区这种作用将会减弱，2.3生化作用纤维织物在作用过程经常会粘染上蛋白质、油酯、食物或其它物质，在废弃过程中经常和其它废弃物一起堆置存放，经常会产生些细菌，其中有些细菌对染料有分解作用。根据细菌的种类不同其分解产物不同，染料分子被分解成小分子化合物对染料的脱色有一定的帮助。

　　2.4烟气作用氧化还原性气体等是影响染料结构的另一类作用因素。有的地区空气中由于烟气中含有大量的氧化性气体如N20、N2、S3等，这些气体的存在使染料偶氮基、胺基、羟基等发生氧化退色；还有的地区烟气中含有大量的还原性气体如h2s、sq：、co等，这些气体的存在将使当染料发生还原反应破坏染料的分子结构。