功能复合相变着色材料的设计与产品工程基础研究

本项目针对我国纺织业产业升级和可持续发展的"瓶颈"问题以及国际染料和印染行业发展前沿，综合分散染料热转移升华印花和国外最新研究的喷墨打印墨水固-液相转变原理以及清洁着色效果，为解决其存在的问题和不足，提出功能复合相变着色材料的设计和产品工程基础研究，设计合成具有着色、相变化、黏附、与纤维进行化学结合或自交联固色的功能复合着色材料；使其具有各种纤维适用性、印花和染色的着色方法灵活多样性、着色技术低污染、低能耗、着色纤维牢度性能好的特点；通过该功能复合相变着色材料的设计、制备与应用研究，为实现印染后整理的高质量、低污染、低能耗的可持续发展提供新思路和新途径。在这项研究中所提出的高分子材料结构与相变能力、黏附和反应能力的相关性研究，依据产品应用、环保和储运方便性要求研究产品形态，为我国开发具有相变能力的复合功能材料及其产品工程提供理论基础和实践依据。

设计合成了以聚丙烯酰胺-co-乙烯胺、聚丙烯酸、聚马来酸、聚马来酸酯、氮羟甲基化聚马来酰胺和聚马来酰亚胺为高分子骨架，以吡唑啉酮、吡啶酮、对甲苯酚、H酸、N-烷基取代芳胺、萘环偶氮结构以及蒽醌染料为发色体共93个染料分子。其中21支染料具有相变能力、58支染料为新结构，其中聚马来酸系染料未见同类报道，已申请中国发明专利和PCT专利。.研究发现：（1）以甲苯为溶剂合成聚马来酸酐，将聚合残液循环利用5次，马来酸酐累计利用率可达90.3%，且产品平均分子量及性能基本不变，可实现聚马来酸酐清洁合成。（2）以聚丙烯酰胺-co-乙烯胺接枝带磺酸基偶合中间体，其溶液性能主要受结构中的氨基与磺酸基比例的影响，可通过控制分子结构中氨基与磺酸基比例调控高分子的溶解性。（3）聚丙烯酰胺-co-乙烯胺染料通过控制染料中氨基与磺酸基的比例调控该类染料的溶解性。（4） 聚丙烯酸染料在水中溶解度为30-50g/L；在DMF中溶解度大于150g/L；而在弱极性或非极性有机溶剂中几乎不溶。（5）聚马来酸酯相变染料中刚性结构越少、酯基碳链长度越长、酯化度越高，相变温度越低。项目中所合成的21支聚马来酸酯相变染料的相变温度可调控在74~210℃范围内。.实现了所合成染料在纤维上超高的固色率及优异的染色性能：（1）聚丙烯酰胺-co-乙烯胺染料通过交联剂固色后，在棉上的固色率均达到95%以上，干湿摩擦牢度3~4级，水洗牢度4~5级。该类黄色、红色和蓝色染料的日晒牢度分别为4~5、2~3和6级。（2）聚丙烯酸染料采用涂料染色工艺对棉和涤纶纤维进行染色。干湿摩擦牢度3~4级以上，水洗牢度3~4级以上。（3）聚马来酸染料以及氮羟甲基化聚马来酰胺和聚马来酰亚胺染料以硝酸锌和双氰胺为固色剂，在棉纤维上的固色率可达98%以上，水洗变色牢度以及干湿摩擦牢度均达3级以上；氮羟甲基化聚马来酰胺和聚马来酰亚胺染料染色布样甲醛释量低于国家标准，且染色布样具有一定的抗褶皱性能。聚马来酸酯相变染料采用热熔和涂料染色工艺对涤纶纤维进行染色。干湿摩擦牢度3~4级以上，水洗牢度4~5级以上。.共发表标注项目支持的论文共39篇，其中被SCI收录论文27篇，被EI收录21篇。申请发明专利共8项，其中申请PCT专利1项。培养青年教师7人（其中访问学者4人），博士研究生6人，硕士研究生7人。

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