陽(yáng)離子染料課件

第八章陽(yáng)離子染料染色第一節(jié)引言一、陽(yáng)離子染料概述

1.陽(yáng)離子染料是一類在水溶液中可電離為帶正電荷的色素陽(yáng)離子以及無色陰離子的一類水溶性染料。ＤＸ→Ｄ+＋Ｘ－

2.按應(yīng)用性能，陽(yáng)離子染料可分為兩類:

一類為早期的陽(yáng)離子染料，稱為堿性染料或鹽基染料。堿性染料具有顏色鮮艷，發(fā)色強(qiáng)度高，著色力強(qiáng)的特點(diǎn)，為其他類型染料所不及，在皮革、紙張、羽毛、草制品等染色領(lǐng)域具有廣泛的用途。一類為適用于腈綸等紡織品印染的一類染料，稱為陽(yáng)離子染料（在《染料索引》中仍以堿性染料類稱）。該類染料染色性能優(yōu)良，各項(xiàng)牢度好，尤其是耐日曬牢度高。

3.按染料中正電荷的分布特性，陽(yáng)離子染料可分為兩類。

陽(yáng)離子染料的陽(yáng)電荷是通過氮原子季銨化后引入到染料分子中的。絕大部分陽(yáng)離子染料可分為隔離型和共軛型。

隔離型的陽(yáng)離子染料：陽(yáng)離子染料分子中的含有定域的正電荷，其位置不與發(fā)色體系共軛。由于正電荷集中，容易與纖維結(jié)合，上染率高，勻染性差。給色量稍低，色光不十分鮮艷，但耐熱、耐曬，耐酸堿的穩(wěn)定性好。

陽(yáng)離子藍(lán)FGLＡ、隔離型：陽(yáng)離子基隔離基染料母體(發(fā)色體系)發(fā)色體系：蒽醌、偶氮

共軛型的陽(yáng)離子染料：陽(yáng)離子染料分子中的正電荷貫穿于整個(gè)共軛體系中,正電荷是離域的（常稱為離域型陽(yáng)離子染料），電子流動(dòng)貫通。顏色鮮艷，勻染性好，耐曬牢度較差。染料敏感（對(duì)pH、熱等）。共軛型陽(yáng)離子染料是陽(yáng)離子染料中的主要類型，其染料品種眾多。

Ｂ、共軛型陽(yáng)離子桃紅FG陽(yáng)離子基與染料母體共軛類型配伍值(K)染料名稱特性和用途普通型1～2嫩黃7GL，紅2GL，艷藍(lán)RL，深黃GL，紫2RL，紫3BL……勻染性差，牢度優(yōu)良。耐洗、耐曬，適合染中深色腈綸針織內(nèi)衣，腈綸條、散纖維、膨體紗。X型2.5～3.5嫩黃X-7GL，黃X-6G，黃X-8GL，深黃X-2RL，金黃X-GL，艷紅X-SGN……用于腈綸膨體紗；毛、腈混紡織物的染色，對(duì)毛的沾色少；勻染性中等。M型3～4金黃M-GRL，紅M-RL，藍(lán)M-2G膨體紗染色，腈綸織物匹染，染中、淺色，勻染性佳。（分子量230～280，遷移性良好。4、國(guó)產(chǎn)陽(yáng)離子染料分類（按應(yīng)用）類型配伍值(K)染料名稱特性和用途E型5艷紅E-4BL，艷藍(lán)E-3RL，黃E-RL……

色光鮮艷，各項(xiàng)牢度優(yōu)良，溶解性、配伍性好，pH值適用范圍廣。親和力低。移染性、勻染性好。分散型陽(yáng)離子染料活性陽(yáng)離子染料功能型陽(yáng)離子染料5.應(yīng)用范圍：

陽(yáng)離子染料是腈綸纖維的專用染料，主要用于腈綸紡織品及其混紡、交織物的染色、印花。陽(yáng)離子染料染聚丙烯腈纖維色澤鮮艷，給色量好，濕處理牢度和日曬牢度較高。陽(yáng)離子染料在錦綸、醋酯纖維和陰離子改性后的滌綸、真絲、棉、麻、丙綸等的印染中也有應(yīng)用。二、腈綸纖維的染色性能

1.腈綸纖維組成：

最早生產(chǎn)的腈綸是聚丙烯腈的均聚物，結(jié)晶度高，分子鏈間作用力強(qiáng)，性脆、手感差，難于染色。第二單體的加入，降低了腈綸纖維的結(jié)構(gòu)緊密性，改善了手感，提高了染料在纖維中的擴(kuò)散速率，改善了染色性能，可以常壓染色，常用丙烯酸甲酯。第三單體的加入目的就是為了提高染色性能，提供與染料結(jié)合的染座。一類有含酸性基團(tuán)的衣康酸鈉、丙烯磺酸鈉；另一類含有堿性基團(tuán)的吡啶和氨基。

第三單體含羧基、磺酸基等酸性基團(tuán)，含酸性基團(tuán)的腈綸，則可和陽(yáng)離子染料結(jié)合，纖維可用陽(yáng)離子染料染色。第三單體含吡啶、氨基等堿性基，含堿性基團(tuán)的腈綸，則可和陰離子結(jié)合，纖維可用酸性染料染色。

商品腈綸大多是含酸性基團(tuán)的腈綸。

國(guó)產(chǎn)蘭化腈綸：丙烯腈93%，丙烯酸甲酯5.7%，衣康酸鈉（甲叉丁二酸）1.3%

結(jié)構(gòu)式：

-COOH是弱酸性基，上染比較緩和，并不用加大量的緩染劑，由于是兩個(gè)染座，足以使腈綸染成濃色。

國(guó)產(chǎn)金山腈綸：丙烯腈93%，丙烯酸甲酯5.7%，丙烯磺酸鈉1.3%

結(jié)構(gòu)式：

-SO3H是強(qiáng)酸性基，故上染容易，但勻染性更差，要加入較多的勻染劑，才能獲得勻染。2.腈綸纖維的玻璃化溫度Tg

在水中（染液）85℃Tg對(duì)上染速率的影響很大，低于Tg基本不上染。腈綸纖維在濕熱作用下極易變形，不能經(jīng)受較大的機(jī)械張力和壓力。3.腈綸纖維的超分子結(jié)構(gòu)

腈綸纖維沒有真正的晶區(qū)，只有側(cè)向相對(duì)有序的準(zhǔn)晶區(qū)。準(zhǔn)晶區(qū)與非晶區(qū)無嚴(yán)格的分界面。第二節(jié)陽(yáng)離子染料染腈綸的基本理論一、染色機(jī)理

由于腈綸中的第三單體酸性基團(tuán)的存在和氰基的電子結(jié)構(gòu)特征，腈綸纖維在染浴中表面帶有負(fù)電荷，當(dāng)腈綸進(jìn)入陽(yáng)離子染料的染液中發(fā)生下列過程：

1.

染浴中染料陽(yáng)離子向腈綸纖維表面移動(dòng)并通過擴(kuò)散邊界層向纖維表面擴(kuò)散。

2.

由于靜電引力，陽(yáng)離子染料吸附在纖維表面，這時(shí)范德華力也起一定作用。

3.吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，當(dāng)染浴溫度大于Tg時(shí)，腈綸纖維大分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)，大的空穴增加，自由體積增加，染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，打破原來的染色平衡，加快纖維表面繼續(xù)吸附染料。一般認(rèn)為陽(yáng)離子染料在腈綸內(nèi)相的擴(kuò)散模型為自由體積模型（也有文獻(xiàn)認(rèn)為自由體積和孔道的雙重模型），染料在纖維中的一個(gè)染座（酸性基團(tuán)）上解吸下來，擴(kuò)散，再吸附到另一個(gè)染座（酸性基團(tuán)），逐步向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，不斷發(fā)生吸附，解吸，擴(kuò)散，再吸附的跳躍式傳遞。

4.最后陽(yáng)離子染料和纖維上的染座（酸性基團(tuán)）以離子鍵固著。

陽(yáng)離子染料上染腈綸纖維實(shí)質(zhì)上是一個(gè)離子交換的過程如下式表示：

F-COOH+D+X-=F-COOD+HXF-SO3H+D+X-=F-SO3D+HX

腈綸纖維陽(yáng)離子染料的染色機(jī)理染料吸附—OOC-腈綸—O3S-腈綸

與其它二、三單體共聚后Tg為80~90℃。在染液中因水的增塑作用Tg為65~80℃左右。在Tg溫度之下65~80℃左右陽(yáng)離子染料的擴(kuò)散上染—OOC-腈綸—O3S-腈綸染浴溫度超過Tg，隨著溫度的升高染料向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散迅速增大。

擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部的陽(yáng)離子染料與腈綸纖維上帶負(fù)電的酸性基結(jié)合。－ＯＯＣ－腈綸－Ｏ３Ｓ－腈綸One-One的定位結(jié)合染料的吸附量與腈綸纖維上帶負(fù)電的酸性基的含量有關(guān)，酸性基的含量越多，染料的上染量也就越多。強(qiáng)酸性第三單體酸性基受染浴pH值的影響不大。

弱酸性第三單體酸性基要受到染浴pH值的影響，當(dāng)染浴pH值較低時(shí)，弱酸性基的電離會(huì)受到抑制。二、吸附等溫線和上染速率

1.吸附等溫線:屬于單層、定位、化學(xué)吸附，成鹽機(jī)理。屬于朗謬爾型吸附等溫線。教材196頁(yè)圖8-2。2.上染速率：上染速率快，初染率高，移染性差，不勻染現(xiàn)象嚴(yán)重。影響上染速率因素有：▲纖維中酸性基團(tuán)的含量。教材197頁(yè)圖8-3?！煌嵝曰鶊F(tuán)。教材197頁(yè)圖8-4，圖8-5?！婢]纖維的熱處理?xiàng)l件。教材198頁(yè)圖8-6。▲腈綸纖維的拉伸比。教材198頁(yè)圖8-7?！驹≈腥玖蠞舛取＝滩?98頁(yè)圖8-8。▲染色溫度。教材198頁(yè)圖8-9。三、染色的飽和現(xiàn)象

陽(yáng)離子染料與腈綸的結(jié)合是One-One的定位結(jié)合，染料對(duì)纖維的最大上染量決定于腈綸纖維中第三單體的含量。所以在腈綸的陽(yáng)離子染料染色中推出染色飽和值的概念。1.腈綸陽(yáng)離子染料染色的飽和值（[S]f）腈綸陽(yáng)離子染料染色飽和值（[S]f）:用以表征單位質(zhì)量纖維上，含有可容納陽(yáng)離子染料的陰離子染座數(shù)量。是以100克纖維在規(guī)定的條件下上染某一指定的陽(yáng)離子染料的重量計(jì)算的。腈綸陽(yáng)離子染料染色飽和值（[S]f）的測(cè)定，采用SDC推薦的方法，并用穩(wěn)定性更高的亞甲基藍(lán)（C.I.BasicBlue9）代替孔雀綠（C.I.BasicGreen4）作為標(biāo)準(zhǔn)染料。貝克曼（Beckmann）法：以相對(duì)分子質(zhì)量為400、親和力較高的陽(yáng)離子染料，在pH值為4.5，浴比為100∶1的條件下，染浴中用足量染料使平衡上染百分率達(dá)到95%時(shí)，每100g纖維上的染料量來表征（g染料/100g纖維）。一些聚丙烯腈纖維的陽(yáng)離子染料染色飽和值2.22.32.22.62.1考臺(tái)爾(Courtelle)(英)蘭化腈綸(中)愛克斯綸DK(Exlan)(日)金山腈綸(中)奧綸42

(Orlon)(美)染色飽和值

Sf纖維名稱弱酸性第三單體強(qiáng)酸性第三單體

教材１９５頁(yè)表８－３[S]f意義:表征和評(píng)價(jià)纖維可染性的重要指標(biāo)，是纖維本身的一種特性常數(shù)。實(shí)際應(yīng)用：[S]f

≥2容易染成濃色。

[S]f

＜1.4僅適于中淡色品種。蘭化腈綸［S］f=2.3金山腈綸［S］f=2.62.陽(yáng)離子染料的染色飽和濃度[S]D

陽(yáng)離子染料的染色飽和濃度（[S]D），指能使給定纖維達(dá)到飽和吸附所需商品染料的量，以相對(duì)于纖維或織物的質(zhì)量（o.m.f.）來表示。

[S]D應(yīng)用：染料染色時(shí)，染料的最大投入量

X%≤

[S]D3.染料的飽和系數(shù)（f）

纖維的染色飽和值[S]f與染料的染色飽和濃度[S]D之比，即為染料的飽和系數(shù)f。

ｆ＝[S]f

／

[S]D

染料的飽和系數(shù)ｆ是陽(yáng)離子染料的特征常數(shù)，與染料的純度和摩爾質(zhì)量有關(guān)，而與纖維特性或纖維種類無關(guān)。特定染料的飽和系數(shù)可表征該染料在對(duì)纖維染色時(shí)的飽和特性。p1928-2應(yīng)用[S]f

、[S]D和ｆ可以計(jì)算染色處方的合理性。X1%×f1＋X2%×f2

＋R%×fR＋……≤[S]f

教材195頁(yè)式8-3.

染色處方驗(yàn)算公式：P1×f1+P2×f2+×P3×f3….+PR×fR≤SfD.C.f1

、f2

、f3….及fR分別為各染料及助劑的飽和系數(shù)。P1、P2、P3、…及PR分別為染料及助劑的用量(Owf)。

D.C.為染色系數(shù)，由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而定(綜合纖維、染料特性、加工方法、設(shè)備、人員等因素)染色處方實(shí)例：陽(yáng)離子嫩黃7GL0.50.53陽(yáng)離子艷藍(lán)RL

2.00.69助劑12270.50.58染料用量(Owf)

f值染考太爾，其Sf

值為2.8

D.C.為0.85驗(yàn)算：0.5×0.53+2.0×0.69+0.5×0.580.85=2.2762.276﹤

2.8(考太爾的Sf值)處方合理

四、配伍性

1.配伍現(xiàn)象由于陽(yáng)離子染料在腈綸纖維上吸附上染成鹽機(jī)理即染座機(jī)理,因而陽(yáng)離子染料的拼色與單色染色時(shí)的情況差異較大。不同結(jié)構(gòu)的陽(yáng)離子染料對(duì)纖維的親和力不同，同時(shí)其在纖維內(nèi)相中的擴(kuò)散速率也有差異;親和力高的陽(yáng)離子染料，染色初始階段一般在纖維表面吸附速率快，但在纖維內(nèi)相中的擴(kuò)散速率慢，同時(shí)也容易取代纖維上已上染的親和力低的染料;上染速率快的先占有染座而上染速率慢的后占有染座。

陽(yáng)離子染料拼色時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“競(jìng)?cè)尽爆F(xiàn)象。由于各染料的“競(jìng)?cè)尽保瑢?dǎo)致在上染過程中染浴和纖維上各拼色染料的比例時(shí)刻發(fā)生變化，產(chǎn)品色澤不一，難以達(dá)到理想的拼色效果。因而在拼色時(shí)，要考慮所選染料的配伍性。

相配伍的染料：▲兩染料任意t時(shí)刻的上染量／平衡上染量都相等。▲任意t時(shí)刻染浴中兩染料的濃度比為常數(shù)，同樣，纖維上兩染料的濃度比也為常數(shù)。

2.配伍性的影響因素

配伍性→上染速率→親和力擴(kuò)散系數(shù)

3.配伍值（配伍指數(shù)（K））

陽(yáng)離子染料的配伍指數(shù)（K）是反映染料親和力大小和擴(kuò)散速率高低的綜合指標(biāo)。教材191頁(yè)Ki＝Di°exp(-Δui°/RT)(8-1)式中：i=1,2,3…n；Ki為相應(yīng)陽(yáng)離子染料的配伍指數(shù)；Di°為相應(yīng)陽(yáng)離子染料標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)；-Δui°/為相應(yīng)陽(yáng)離子染料的標(biāo)準(zhǔn)親和力；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度。一般按照英國(guó)染色家協(xié)會(huì)建議的方法，依據(jù)染料上染速率的快慢，將陽(yáng)離子染料劃分五個(gè)檔次，即：配伍值K

1

2

3

4

5上染速率快

上染速率慢

親和力高

親和力低勻染性差

勻染性好教材191頁(yè)表8-14.配伍值的測(cè)定

以上染速率有代表性的黃、藍(lán)各５只染料為參比標(biāo)準(zhǔn)，其他染料的配伍值以其與這５只黃或藍(lán)參比染料拼混染色，從拼色效果來判斷其配伍性。若實(shí)驗(yàn)染料與某只參比染料配伍性一致或相近，則這只參比染料的配伍值即為該染料的配伍值。

5.配伍值的應(yīng)用（教材191頁(yè)）⑴K?。ㄓH和力高，上染速率高，上染百分率高）的適合于染深濃色。⑵K大（勻染性好）的適合于染淺淡色。⑶選擇K指相近的拼色。第三節(jié)腈綸的陽(yáng)離子染料染色工藝一、浸染（一）、染色處方：陽(yáng)離子染料(o.m.f.)xHAc（98%）2%～3%（o.m.f.）調(diào)節(jié)pH值4.5～5.5NaAc1%（o.m.f.）緩染劑1227（深濃色可不加）0～2%（o.m.f.）元明粉0～10%（o.m.f.）浴比20:1～30:1（二）、染色工藝

1.升溫控制染色法：

制定原則：當(dāng)染色溫度接近或達(dá)到纖維玻璃化溫度(Tg＝85℃）時(shí)，應(yīng)緩慢升溫，在Tg以上（TD)10～15℃集中上染區(qū)（如85～95℃）實(shí)行特慢升溫。工藝曲線:參考教材204頁(yè)，請(qǐng)同學(xué)們自己試設(shè)計(jì)。2.恒溫快速染色法：制定原則：恒溫快速染色法是指選擇在纖維玻璃化溫度以上、染液沸點(diǎn)以下某一固定的溫度始染，并保溫染色45～90min，使染浴中大部分的染料上染，然后再升溫至沸作短時(shí)間沸染，讓染料在纖維內(nèi)相充分?jǐn)U散或移染，以提高染色均勻性和色牢度。恒溫快速染色法的目的，就是減少或消除由于染浴中溫度不均勻而引起的染色不勻現(xiàn)象，并可縮短20%～30%的染色時(shí)間，操作簡(jiǎn)便，不易染花。恒溫快速染色的關(guān)鍵是選擇合適的恒溫上染溫度，以使染料不發(fā)生集中上染，而是在整個(gè)恒溫階段均勻緩慢地上染。在染槽內(nèi)先加入HAc、NaAc和緩染劑TAN，織物在85℃先處理10min，然后加入用HAc和熱水溶解好的染料，于85℃恒溫染色60min，然后升溫至沸續(xù)染30min，最后緩慢降溫至50℃左右出機(jī)。恒溫快速染色法工藝曲線：（三）、染色處方、工藝分析

1.pH值

腈綸纖維：pH值提高，腈綸纖維上的-COOH電離多，染座多，染色平衡上染量提高，但含強(qiáng)酸性基團(tuán)（-SO3H)的腈綸影響不大。教材200頁(yè)圖8-10。

陽(yáng)離子染料：pH為4-6時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、顏色鮮艷、溶解度好。染浴的pH值4.5～5.5為最佳。2.醋酸：▲溶解染料▲與醋酸鈉構(gòu)成緩沖溶液。▲緩染：對(duì)染料,〔AC-〕起作用，抑制陽(yáng)離子染料電離。對(duì)纖維,〔H+〕起作用，抑制腈綸纖維電離。使染座數(shù)量下降。3.緩染劑⑴陽(yáng)離子型緩染劑機(jī)理：陽(yáng)離子型緩染劑就是無色的陽(yáng)離子染料。在染色中陽(yáng)離子緩染劑能擴(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部，在纖維表面及纖維內(nèi)相與染料競(jìng)爭(zhēng)腈綸上的染座，暫時(shí)封閉纖維上的染座，并可降低纖維上的染料濃度梯度。但由于陽(yáng)離子緩染劑對(duì)纖維的親和力一般較染料小，故在沸染階段，染座上大部分緩染劑又能被陽(yáng)離子染料所置換（取代），不致使最終上染百分率顯著降低。教材202頁(yè)圖8—12。

此類緩染劑用量過大，則染料上染百分率降低明顯，色澤變淡，故染深濃色時(shí)，緩染劑應(yīng)少用或不用。

在拼色時(shí)，陽(yáng)離子緩染劑會(huì)擴(kuò)大染料配伍性的差異，故對(duì)拼色染料的配伍性要求更高。陽(yáng)離子表面活性劑1227（十二烷基二甲基芐基氯化銨）聚合型陽(yáng)離子緩染劑⑵陰離子型緩染劑

脂肪醇及芳烴（如苯、萘等衍生物）的磺酸鹽，可作為陽(yáng)離子染料染色的陰離子緩染劑使用，如分散劑NNO等。此類陰離子緩染劑在染浴中與陽(yáng)離子染料以離子鍵結(jié)合，形成一種不穩(wěn)定的染料—助劑復(fù)合物，如下式所示。從而降低游離的陽(yáng)離子染料的濃度，造成染色速率的降低，即通過“阻染”而緩染。

Ａｒ-ＳＯ3-+Ｄ

+≒Ａｒ-ＳＯ３Ｄ

⑶.無機(jī)緩染劑：