阳离子染料的染色原理和染色性能

第 三 节 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理 和 染 色 性 能一 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理二 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 性 能 一 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理 腈 纶 上 的 酸 性 基 团 电 离 ， 使 纤 维 带 负 电 荷 ： 腈 纶 COOH 腈 纶 COO-+H+ 腈 纶 SO3H 腈 纶 SO3-+H+ 负 电 荷 的 腈 纶 与 带 正 电 的 阳 离 染 料 之 间 产生 静 电 引 力 染 料 阳 离 子 向 纤 维 迁 移 并 吸 附 在 纤 维 表 面 形 成 浓 度 差 一 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理 当 TTg 染 料 由 纤 维 表 面 向 内 部 扩 散 和 渗 透 离 子 键 结 合 腈 纶 COO-+D+ 腈 纶 COOD 腈 纶 SO3-+D+ 腈 纶 SO3D 还 以 氢 键 和 范 德 华 力 结 合 一 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理 定 位 吸 附 或 化 学 吸 附 “ 染 座 ” ： 酸 性 基 团 染 料 在 纤 维 内 扩 散 ： 从 一 个 染 座 转 移 到 另 一 个染 座 纤 维 中 的 酸 性 的 强 弱 不 同 ， 对 染 料 吸 队 能力 、 染 色 速 率 及 始 染 温 度 不 同 一 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 原 理 二 、 阳 离 子 染 料 的 染 色 性 能 （ 一 ） 溶 解 性 （ 二 ） 配 伍 性 （ 三 ） 染 料 饱 合 值 （ 四 ） 匀 染 性 （ 一 ） 溶 解 性 溶 于 水 更 易 溶 于 乙 醇 或 醋 酸 水 的 温 度 高 溶 解 度 增 加 加 入 尿 素 溶 解 度 好 的 染 料 利 于 匀 染 ， 并 能 提 高 色 泽鲜 艳 度 （ 二 ） 配 伍 性 (相 容 性 ) 不 同 的 阳 离 子 染 料 拼 混 在 一 起 进 行 染 色 时 ，可 能 会 和 它 们 单 独 染 色 有 不 同 的 上 染 速 率（ 竞 染 ） ， 因 此 染 料 的 配 伍 性 是 很 重 要的 性 能 。 配 伍 性 ， 是 指 两 个 或 两 个 以 上 染 料 拼 色 时上 染 速 率 相 等 ， 则 随 着 染 色 时 间 的 延 长 ，色 泽 （ 色 调 ） 始 终 保 持 不 变 的 性 能 （ 只 有浓 淡 变 化 ） （ 二 ） 配 伍 性 (相 容 性 ) 拼 色 时 ， 产 生 竞 染 现 象 一 种 染 料 上 染 后 会 影 响 其 它 染 料 的 上 染 速率 和 上 染 百 分 率 要 求 ： 配 伍 ， 满 足 下 式 332211 MMMMMM ttt （ 二 ） 配 伍 性 (相 容 性 ) 在 拼 色 时 要 选 用 配 伍 值 相 等 或 相 近 的 染 料 。 如 果 配 伍 性 不 一 致 ， 则 在 整 个 染 色 过 程 中 ，色 光 随 时 间 长 短 而 变 化 ， 就 难 以 获 得 色 泽始 终 一 致 的 产 品 ， 容 易 产 生 色 差 。 配 伍 值 与 染 料 的 结 构 有 密 切 的 关 系 阳 离 子 染 料 之 间 的 配 伍 性 能 一 般 通 过 相 互比 较 而 得 到 ， 目 前 应 用 最 广 的 是 配 伍 值 ，符 号 是 K。 （ 二 ） 配 伍 性 (相 容 性 ) 英 国 染 色 家 协 会 按 不 同 上 染 速 率 选 择 有 代 表 性 的 黄 、 蓝 各 5个染 料 ， 分 别 规 定 其 配 伍 值 为 1、 2、 3、 4、 5（ 上 染 速 率 最 快 者 为 1， 最 慢 者 为 5） 作 为 参 比标 准 其 他 染 料 的 配 伍 值 则 根 据 它 们 和 这 5个 黄 或 蓝的 参 比 染 料 拼 色 效 果 ， 若 与 哪 个 染 料 配 伍 性 能最 为 一 致 ， 则 该 参 比 染 料 的 配 伍 值 即 为 测 试 染料 的 配 伍 值 。 标 准 见 P198表 11-1 （ 二 ） 配 伍 性 (相 容 性 ) 染 料 的 配 伍 性 能 是 染 料 对 纤 维 的 亲 和 力 和 扩散 性 能 的 综 合 效 果 。 主 要 由 染 料 的 亲 和 力 、 扩 散 系 数 及 染 料 所 带的 电 荷 数 所 决 定 。 在 电 荷 数 相 同 的 情 况 下 ， 一 个 亲 和 力 大 、 扩 散系 数 小 的 染 料 与 一 个 亲 和 力 小 、 扩 散 系 数 大 的染 料 可 能 会 具 有 相 同 的 上 染 速 率 。 阳 离 子 染 料 和 阳 离 子 缓 染 剂 间 也 有 一 个 配 伍问 题 ， 亲 合 力 高 低 要 选 一 致 的 。 （ 二 ） 配 伍 值 配 伍 值 大 ， 亲 和 力 低 ， 上 染 速 率 慢 ， 匀 染性 好 染 淡 色 （ K=5） 配 伍 值 小 ， 亲 和 力 高 ， 上 染 速 率 快 ， 匀 染性 差 ， 得 色 量 高 好 染 浓 色 或 中 浓 色 拼 色 ： 配 伍 值 之 差 不 大 于 0.5 某 些 阳 离 子 染 料 的 配 伍 值 见 P199表 11-3。 （ 三 ） 染 色 饱 和 值 三 、 吸 附 等 温 线 和 染 色 饱 和 值 染 料 的 饱 和 值 SD 指 商 品 阳 离 子 染 料 在 规 定 条 件 下 ， 在 某 一 种 腈纶 上 的 染 色 饱 合 值 染 料 的 饱 和 值 对 某 一 阳 离 子 染 料 -腈 纶 系 统 是一 个 常 数 。 三 、 吸 附 等 温 线 和 染 色 饱 和 值 染 料 的 饱 和 系 数 f（ 相 对 饱 合 值 ） 纤 维 的 饱 合 值 除 以 染 料 的 饱 合 值 ， 所 得 的 商 。是 指 不 同 染 料 对 标 准 染 料 在 同 一 纤 维 上 的 饱 合值 的 相 对 关 系 。 饱 和 系 数 对 某 一 阳 离 子 染 料 是 一 个 常 数 判 断 染 料 上 染 腈 纶 的 能 力 f小 ， 上 染 量 高 ， 浓 色 （ 三 ） 染 色 饱 和 值 纤 维 的 饱 和 值 和 染 料 的 饱 和 值 是 衡 量 腈 纶染 色 性 能 和 制 定 合 理 染 色 工 艺 的 重 要 参 数 饱 和 值 低 的 腈 纶 ， 难 以 染 得 深 色 染 色 时 ， 染 料 的 用 量 不 能 超 过 该 染 料 在 该 纤 维上 的 饱 和 值 拼 色 时 ， 所 用 各 染 料 的 总 和 不 应 超 过 纤 维 的 饱合 值即 ： D 1f1+ D2f2+ D2f3+Sf D.C. Dn为 染 料 浓 度 ， fn为 染 料 饱 和 值 ， Sf为 纤 维 饱和 值 ， D.C.为 染 色 系 数 （ 三 ） 染 色 饱 和 值例 : 深 咖 啡 色 染 料 用 量 % f值阳 离 子 嫩 黄7GL(500%) 1.0 0.45 =0.45阳 离 子 红 2GL(250%) 1.2 0.61 =0.73阳 离 子 艳 蓝 RL(500%) 0.21 0.38 =0.08醋 酸 3.5醋 酸 钠 1.0元 明 粉 10 阳 离 子 匀 染 剂 TAN 0.8 0.58 =0.464国 产 腈 纶 饱 合 值 常 数 2.3 合 计 : 1.724 （ 三 ） 饱 合 值 现 配 套 使 用 的 阳 离 子 染 料 有 1、 K=1.5， 可 染 浓 色 ， 色 泽 牢 度 高 阳 离 子 黄 7G 阳 离 子 红 2GL 阳 离 子 蓝 RL 2、 K=3.5， 可 染 中 、 浓 色 ， 匀 染 性 好 阳 离 子 黄 X-6G 阳 离 子 红 X-GR 阳 离 子 蓝 X-GR （ 四 ） 匀 染 性 染 料 对 腈 纶 亲 合 力 大 ， 初 染 速 率 高 腈 纶 结 构 紧 密 ， 染 料 扩 散 性 差 ， 移 染 性 差 TTg， 上 染 速 率 迅 速 措 施 ： 减 缓 上 染 速 度 最 后 的 染 色 温 度 高 ， 染 色 时 间 长 有 利 于 匀 染 （ 四 ） 匀 染 性 染 色 浓 度 和 染 料 匀 染 性 有很 大 关 系 染 色 浓 度 低 时 更 容 易 产 生染 色 不 匀 。 染 色 浓 度 低 时 染 料 上 染 速 率快 ， 完 成 上 染 所 需 的 时 间 短 ，因 而 初 染 上 染 不 匀 对 产 品 的匀 染 性 影 响 较 大 。 染 色 浓 度 低 时 ， 染 浴 中 浓 度局 部 不 匀 也 易 造 成 染 色 不 匀 。 （ 四 ） 匀 染 性 染 色 浓 度 低 时 ， 浓 度 变 化引 起 上 染 速 率 变 化 很 大 ，染 料 浓 度 略 有 不 同 ， 就 会造 成 染 色 不 匀 染 色 浓 度 高 时 ， 浓 度 变 化对 上 染 速 率 变 化 影 响 很 小 ，染 料 浓 度 差 异 ， 不 一 定 会造 成 明 显 的 色 差 染 色 越 接 近 饱 合 ， 越 容 易获 得 匀 染 获 得 匀 染 的 途 径 1、 温 度 控 制 关 键 Tg附 近 （ 1） 缓 慢 升 温 法 在 达 到 玻 璃 态转 化 温 度 以 上时 ， 缓 慢 升 温 ，一 般 采 用 每24分 钟 升 温1 的 方 法 。 （ 2） 分 段 升 温 法 在 每 个 升 温 段 之 间 ， 可 以 保 温 一 段 时 间 ， 然 后 再升 温 至 100 染 色 ， 利 于 匀 染 。 8590 保 温 1015min 95 或 97 保 温 2030min 保 温 后 上 染 速 率 增 加 很 多 ， 保 温 时 间 定 增 加 保 温 后 上 染 速 率 没 有 增 加 ， 保 温 可 以 取 消 或 另 找保 温 温 度 （ 3） 恒 温 染 色 法 始 终 在 8595的 恒 温 条 件 下 进行 染 色4590min，待 大 部 分 染 料 吸尽 后 再 升 温 至100 染 色 。 （ 四 ） 匀 染 性 实 践 ： 最 适 宜 温 度 97105 ， 高 温 下 的 延 续 时 间 为 4590min 浅 色 ， 温 度 可 低 些 ， 时 间 可 短 深 色 温 度 可 提 高 ， 并 延 长 染 色 时 间 温 度 过 高 ， 手 感 硬 ， 织 物 变 形 染 后 不 宜 骤 降 温 度 ， 否 则 影 响 手 感 （ 四 ） 匀 染 性 2、 pH值 控 制 磺 酸 基 或 羧 酸 基 电 离 数 量 的 高 低 ， 不 但 影 响 纤 维 的 染色 饱 和 值 ， 同 时 也 影 响 染 料 的 上 染 速 率 。 染 浴 pH值 下 降 ， 可 以 降 低 纤 维 中 酸 性 基 团 的 离 解 ， 染料 吸 附 量 及 上 染 速 率 较 低 。 pH值 对 染 色 饱 和 值 及 上 染速 率 的 影 响 以 含 羧 基 的 腈 纶 较 显 著 。 通 常 染 浅 色 时 的 酸 用 量 比 染 深 色 时 要 高 些 ， 使 pH值 低些 ， 以 获 得 较 好 的 匀 染 效 果 。 染 深 色 时 为 了 提 高 染 料 的 上 染 百 分 率 ， 酸 用 量 宜 少 些 。酸 实 质 上 是 缓 染 剂 ， 染 色 时 宜 很 好 的 控 制 染 浴 的 pH值 。 四 、 匀 染 性 （ 四 ） 匀 染 性 2、 pH值 控 制 一 般 染 浴 的 pH值 为 44.5之 间 这 样 不 但 易 获 得 较 好 的 匀 染 性 及 高 的 上 染 百 分率 ， 同 时 阳 离 子 染 料 在 弱 酸 性 介 质 中 稳 定 性 好 ，溶 解 度 高 因 为 pH值 过 高 （ 碱 性 条 件 下 ） ， 染 料 会 发 生色 光 变 化 ， 甚 至 产 生 沉 淀 。 染 深 色 时 ， 如 果 染浴 的 pH值 太 低 ， 纤 维 中 电 离 的 酸 性 基 团 少 ，会 引 起 上 染 百 分 率 的 降 低 。 一 般 醋 酸 （ 四 ） 匀 染 性 3、 中 性 电 解 质 的 应 用 ： 缓 染 作 用 电 解 质 会 使 纤 维 的 电 位 绝 对 值 降 低 降 低 纤 维 对 染 料 的吸 附 速 率 。 它 们 的 金 属 Na+ 离 子 能 与 染 料 阳 离 子 竞 染 ， 金 属 离 子在 染 液 中 的 扩 散 性 和 在 纤 维 中 的 扩 散 性 高 于 染 料 阳 离子 ， 优 先 和 纤 维 中 的 酸 性 基 团 结 合 ， 然 后 逐 渐 被 对 纤维 具 有 较 大 亲 和 力 的 染 料 阳 离 子 所 取 代 。 电 解 质 的 阴 离 子 可 以 抑 制 染 料 的 电 离 ， 降 低 染 液 中 染料 阳 离 子 的 浓 度 ， 所 以 电 解 质 可 起 缓 染 作 用 。 电 解 质的 缓 染 作 用 比 较 弱 ， 用 量 随 染 色 浓 度 而 不 同 。 （ 四 ） 匀 染 性 3、 中 性 电 解 质 的 应 用 ： 缓 染 作 用 缓 染 作 用 随 T 而 下 降 缓 染 作 用 ： 含 弱 酸 性 基 团 的 含 强 酸 性 基 团 的 电 解 质 中 金 属 离 子 的 缓 染 作 用 与 其 离 子 体 积 大小 及 其 他 物 理 性 质 有 关 电 解 质 用 量 随 染 色 浓 度 而 不 同 一 般 为 515%。 （ 四 ） 匀 染 性 4、 缓 染 剂 的 应 用 缓 染 剂 有 阳 离 子 缓 染 剂 和 阴 离 子 缓 染 剂 两 种 用 量 要 适 当 多 了 ， 延 长 染 色 时 间 ， 影 响 染 色 牢 度 少 了 ， 起 不 到 缓 染 作 用 阳 离 子 缓 染 剂 大 多 具 有 长 链 烃 基 的 季 铵 盐 ， 是 带 有 正 电 荷 的 无色 化 合 物 ， 在 溶 液 中 可 以 电 离 生 成 缓 染 剂 阳 离 子 。例 如 十 二 烷 基 二 甲 基 苄 基 氯 化 铵 （ 即 缓 染 剂1227） 阳 离 子 缓 染 剂 缓 染 剂 阳 离 子 和 染 料 阳 离 子 竞 染 ， 从 而 降低 阳 离 子 上 染 速 率 。 竞 染 作 用 大 小 随 缓 染剂 和 染 料 性 质 及 同 量 不 同 阳 离 子 缓 染 剂 也 有 饱 合 值 和 饱 合 系 数 ， 其用 量 不 宜 超 过 纤 维 的 饱 合 值 阳 离 子 缓 染 剂 的 缓 染 能 力 与 其 分 子 结 构 大小 及 其 对 纤 维 的 亲 和 力 有 关 ， 故 有 些 缓 染剂 （ 如 缓 染 剂 1227等 ） 是 以 缓 染 为 主 ， 而另 一 些 缓 染 剂 则 以 促 进 阳 离 子 染 料 迁 移 而达 到 匀 染 为 主 。 （ 1） 缓 染 作 用 1631表 面 活 性 剂十 六 烷 基 三 甲 基氯 化 铵 （ 2） 移 染 作 用 如 匀 染 剂 AN 移 染 作 用 ： 帮 助 染 料 从 上 染 量 高 的 部 位 移至 上 染 量 小 的 部 位 一 般 用 量 1.5%5.0%， 不 得 过 量 （ 3） 扩 散 渗 透 和 净 洗 作 用 易 出 现 浮 色 性 局 部 深 斑 加 入 匀 洒 剂 TAN， 可 解 决 深 斑 问 题 阴 离 子 缓 染 剂 阴 离 子 缓 染 剂 大 多 数 是 芳 烃 的 磺 酸 盐 ， 它 们 可 与 阳 离 子 染料 结 合 成 溶 解 度 较 低 的 胶 态 化 合 物 ， 从 而 降 低 阳 离 子 染 料的 有 效 染 色 浓 度 ， 使 染 色 速 率 降 低 。 当 染 色 温 度 提 高 后 ， 这 种 松 弛 结 合 会 渐 渐 释 放 出 染 料 阳 离子 ， 染 色 速 率 增 加 ， 染 料 分 子 扩 散 进 入 纤 维 ， 染 浴 中 留 下阴 离 子 缓 染 剂 。 由 于 阴 离 子 缓 染 剂 易 和 阳 离 子 染 料 结 合 形 成 溶 解 度 很 低 的凝 聚 物 ， 染 料 的 上 染 百 分 率 降 低 较 用 阳 离 子 缓 染 剂 明 显 。 由 于 阳 离 子 染 料 与 阴 离 子 缓 染 剂 结 合 物 的 溶 解 度 低 ， 为了 使 它 在 染 浴 中 保 持 良 好 的 分 散 状 态 ， 应 在 加 入 阴 离 子 缓染 剂 之 前 先 加 一 些 非 离 子 型 的 分 散 剂 。 使 用 阴 离 子 缓 染 剂 后 ， 阳 离 子 染 料 和 阴 离 子 染 料 可 以 同 浴染 色 ， 对 于 腈 纶 纤 维 的 混 纺 织 物 可 以 采 用 阳 离 子 /酸 性 、阳 离 子 /活 性 一 浴 法 染 色 。 阴 离 子 缓 染 剂