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染料 染料的定义 是有机化合物 能溶于水或其它染料 是一种有色介质 并能直接或经媒染的作用 使纤维或其它材料着色 得到具有一定坚定牢度及鲜艳度的物质 染料基础知识 染料概述在日常生活中 人们随时可以看到色泽鲜艳的织物和图案美丽的花布 五光十色的塑料制品 彩色艳丽的印刷品等等 这些都是将带有色彩的物质 着色剂 施加于另一无色物质上 纤维 塑料 纸张等 而成的 着色剂的分类 染料与颜料两类 二者主要区别在于染料能溶于水或分散于染色介质 水 中 作为纺织纤维染色之用 而颜料不溶于水 主要用于制造油墨 涂料等 但随着科学技术的发展 以能否溶于水作为区别染料和颜料的界限 就难以适用了 染料与颜料的共同点 1具有艳丽的颜色 2能以相当方便的方法 使被染物体上色 3具有使用要求的坚牢度 染料与颜料的用途 染料除主要用于纺织品外 还用于皮革 毛皮 纸张 橡胶 涂料 食品 化妆品和摄影材料等工业 还少量得用于生物着色剂 指示剂等 颜料则主要用于油墨 涂料 橡胶 塑料 搪瓷和文具用品等 作为纺织品印染用的染料的有机颜料 则越来越引起人们的重视 染料构成的条件 1对可见光谱中一部分光有强烈的选择吸收作用 以达到具有绚丽多彩的色泽 2作为一类纤维的染料 必须对纤维有相当的亲合力 3具有一定的染色稳定性 即在所染织物上牢度性能良好 色泽耐久而无变化 在使用时经水洗 暴晒 摩擦等 以及在树脂整理后处理时 不致起色调变化或褪色 4染料必须是可溶性的或者能够分散在染色介质中 染色过程 染色是一个复杂的过程 将纺织纤维放入染液中 染料舍溶液而转移到纤维上 最终使纤维染上颜色 这一过程称为染色 染料之所以能染到纤维上是因为它们之间存在着力的作用 并以物理 化学和化学的不同方式结合在一起 染色过程一般包括吸咐 扩散 固着三个阶段 1 吸咐 当纤维放入染液中 染液中的染料会逐渐扩散到纤维附近 并渐渐由溶液转移到纤维表面 这个过程称为吸咐 染料的吸咐是一个可逆过程 已上染到纤维上的染料会重新扩散到染浴中去 这个过程称为解吸 解吸的染料以又会吸咐到纤维的其它部分 2 扩散 染料吸咐在纤维的表面后 在纤维内外形成了染料浓度差 因而促使染料由纤维表面向纤维内部扩散 3 固着 固着是扩散到纤维内部的染料与纤维结合的过程 染料的溶解当染料放入水中后 由于极性水分子的作用 染料晶体结构破坏 染料分子间的作用力减小 与此同时 染料分子与水分子结合即发生水化作用 从而使染料分子进入溶液中 染料的聚集染料溶解到染液中 但于染料离子之间或染料离子与分子之间 通过氢键或范德华力的作用 发生不同程度的聚集 使染料具有胶体性质 纤维在染液中的状态 纤维的吸湿和膨化含有亲水性基团的纤维 当纤维被润湿时 水分子沿纤维的微隙进入无定形区 水进到纤维的无定形区后 削弱纤维大分子间的作用力 使分子间的距离加大 结果间隙加大 纤维膨化 纤维上的染料及其与纤维间的作用力染色过程就是染料上染纤维并与纤维结合的过程 结合力有范德华力 氢键 离子键 共价键及配价键等 染料的分类 染料的分类主要有两种方法 化学分类法应用分类法 化学分类主要是根据染料分子中基本化学结构或共同的基团 以及染料共同的合成方法和性质 1偶氮染料在分子中含有偶氮基的染料统称为偶氮染料 有单偶氮 双偶氮和多偶氮染料 这是整个染料中品种最多的一类 约占全部染料的50 左右 在 染料索引 中已超过二千个品种 例如 2蒽醌染料这是数量上仅次于偶氮染料的一类很重要的染料 它们都含有蒽醌结构或多环酮结构例如 靛族染料指靛蓝及其衍生物以及具有类似结构的染料 包括靛蓝和硫靛结构的染料 例如 酞箐染料分子中含有四氮卟吩的结构 这类染料色泽鲜艳 主要是翠蓝和翠绿两个品种 例如 次甲基染料该染料称多甲川或杂氮甲川染料 结构特点是分子中含有次甲基 它们的品种主要是阳离子染料 也有少数分散染料 例如 硫化染料是某些有机化合物与多硫化钠或硫磺经过培烘或熬煮的产物 具有比较复杂的含硫结构 分子具体结构不完全清楚 三芳基甲烷染料三芳基甲烷染料是问世比较早的染料 就品种而言 在染料生产中占第三位 包括碱性 酸性 溶剂染料等类的红 紫 蓝 绿等色谱的品种 它们以色泽浓艳著称 AR C AR 按染料的应用分类 直接染料直接染料可溶于水 绝大部分是含有磺酸基的偶氮染料 在染料分子中至少含有八个直线型共扼双键长链 连同芳核在内的整个分子处于一个平面 对纤维素纤维具有较强的亲和力 能在弱碱性或中性溶液中直接上染纤维 染色方便 但由于湿处理牢度较差 目前在棉织物的染色中已较少使用 一般将耐晒牢度在4级以上的直接染料称为直接耐晒染料 而以铜盐做后处理的直接染料称之为直接铜盐染料 需要作重氮化 显色后处理的直接染料称为直接重氮染料 还原染料 包括可溶性的还原染料 又称士林染料 是不溶于水的有色物质 染色时需用保险粉在碱性溶液中还原成可溶性的隐色体钠盐 被纤维吸收 再经空气或氧化剂氧化成原来不溶性染料而固着在纤维上 由于这类染料在应用过程中要经过还原反应 故称还原染料 可溶性还原染料的还原体进行酯化 治成硫酸脂的钾盐或钠盐从而溶于水 不但简化了染色工艺 而且提高了匀染性 可溶性还原染料又称印地可素染料 硫化染料 包括硫化还原染料 这类染料大部分不溶于水和有机溶剂中 需经硫化钠还原 生成可溶性的隐色体钠盐才能上染纤维 氧化后回复成原来的不溶性染料而固着在纤维上 硫化染料主要用于棉纤维的染色 某些高级的硫化染料 需用硫化钠与保险粉混合的溶液还原 其应用方法与还原染料相似 故又称硫化还原染料 色光及各项染色牢度均较佳 酸性染料 包括弱酸性 酸性媒介和酸性络合染料 酸性染料分子中大多数含有磺酸基 极少数含有羧基 他们的钠盐很易溶于水 由于它们在发展初期都需要在酸性介质中染色 故称之为酸性染料 后来逐渐发展至一些品种可以在中性中染色 极少数品种还可在弱碱性介质中染色 故根据染色时用酸的强弱 又可分为强酸性染料和弱酸性染料 前者匀染性能比较好 但耐洗牢度差 后者耐洗牢度比较好 匀染性差 故强酸性染料又称为匀染染料 弱酸性染料又称耐缩绒染料 酸性媒介染料的结构中含有磺酸基或羧基 具有酸性染料的性质 而在偶氮基上的邻位上又含有羟基 染色后又可与金属原子在纤维上螯合 具有媒介染料的性质 故称酸性媒介染料 酸性络合染料是在应用之前 预先与能形成络合物的金属离子化合 在分子结构中只含有一个或两个磺酸基 一般来说 这种染料是由一分子的偶氮染料与一分子的金属离子络合而成 中性染料这是由双分子可同金属络合的单偶氮染料与一个金属离子络合而成 又称2 1金属络合染料 在染料分子中含有亲水性基团 可在弱酸性或中性溶液中进行染色 以避免强酸对纤维的损伤 从而定名为中性染料 此名称是否确切 商在讨论之中 一般用于羊毛 维纶和锦纶的染色 活性染料活性染料分子中含有能与纤维分子中的羟基 氨基等发生反应的基团 在染色时和纤维生成共价键 结合成 染料 纤维 一个整体 与纤维发生反应的基团称为活性基团 活性染料又称为反应性染料 不溶性偶氮染料又称为纳夫妥染料 或称为冰染料 与一般染料不同 它是由色酚 偶合剂 和色基 显色剂 两部分组成 染色时要分两步进行 不溶性偶氮染料是棉织物印染的重要染料 为了简化应用手续 经不同加工 又可制成色盐 快色素 快胺素和快磺素 酞箐染料酞箐染料本身无色 借助于助剂溶解后 高温下染料与重金属盐在纤维上络合成为分子量较大的金属络合物 呈现出鲜艳的色泽并具有优良的牢度性能 分散染料主要用于醋酯纤维和涤纶等合成纤维的染色 在水中的溶解度很小 在一般情况下不带电荷 是一类非离子型染料 要用分散剂使其成为低水溶性和胶体分散液 以适合于憎水性纤维的染色 阳离子染料阳离子染料是在原有的一般碱性染料基础上 不断研究发展起来的一类染料 在溶液中能电离出带阳离子的有色基团和阴离子 带阳电荷的基团与发色团以一定的形式相连接 阴离子赋予染料以一定的溶解度 对染色性能很少影响 荧光染料这类染料能吸收紫外线放出可见光 颜色特别艳亮 目前主要用在印花中 荧光增白剂这是一类染在纤维基质上 能吸收紫外线而发射蓝色光线 从而增加纤维等基质白度的物质 它们的使用方法按纤维性质而不同 压敏 热敏染料用于压敏复写纸成色剂的特殊色素叫压敏染料 用于热敏记录纸成色剂特殊色素叫热敏染料 主要是苯酞类 荧烷类 其它用途的染料主要有溶剂染料 皮革染料 食用染料等 溶剂染料有的可溶于醇类溶剂 有的可溶于油 蜡等物质 主要用于油漆 油墨等产品着色剂 它们大多数是非离子型染料 有的是某些品种的阳离子染料 阴离子染料 也有一些是阳离子染料和阴离子染料所成的盐 皮革染料主要是一些酸性 酸性媒染 碱性染料和某些品种的直接染料 食用染料包括天然染料 例如 叶绿素 藏红花 姜黄等 和偶氮染料 它们必须无毒 国家定有严格的管制条例 染料的命名方法 常采用三段命名法 冠称 色称 尾注 冠称 属名 表示染料的应用类别 如活性染料 分散染料等 色称 表示染料所能得到颜色 可大体用红 橙 黄 绿 青 蓝 紫等表示 尾注 表示染料的色光 牢度及其性质的 以外文字母或符号来表示 如 R B等 染料的浓度和力份 Conc 表示浓的HC 表示高浓度的Ex Conc 表示特高浓度的Double 表示双倍学浓 染料力份是指染料厂选择某一浓度的染料为标准 而将每批产品与它相比较而言 而用百分数表示 例如50 是指染料的力份是标准染料的一半 又如100 指染料的力份与标准相符 200 是指染料的力份比标准染料浓一倍 这一百分数不是纯染料的实际含量 而是一个相对值 染料的物理状态 Pdr 表示粉状Pf 表示细粉状 s f 表示超细粉状 gr 表示颗粒状 Paste 表示浆状Lip 表示液状 p f f d 表示染色用细粉状 p f f p 表示印花用细粉状 染料的商品化 染料的商品化 商品染料的剂型 超细粉状染料低粉尘状染料颗粒状染料液状染料 超细粉状染料对于不溶于水的染料如还原 分散 颜料 要求染料颗粒要达到超细粉细度 直径约1UM左右 普通细粉状染料只适用于卷染和浸染 作悬浮体轧染时 不仅浪费很多染料 得出的产品还会有 疵点 和 白芯 现象 降低摩擦牢度 低粉尘状染料粉状或普通细粉状染料 粉尘飞扬 会污染环境 危害人体健康 加入一点化学药剂如石蜡油 烷基苯 低聚合读的聚氧乙烯等 可减少粉尘飞扬 如 还原染料中加入磷酸三乙酯作为防尘剂 分散染料中加入硬脂酸十三酯 活性染料中加入高级脂肪酸的一元醇酯类 颗粒状染料这是将状染料经过一定的加工 得到各种的颗粒状染料 这种染料保持了超细粉状的优良特性 化料容易 减少了粉尘 较低粉尘状染料 应用更为方便 而且便于储存 输送和包装 可以连续化 自动化 制得的染料颗粒具有较高的假比重 不易破碎 在颗粒染料中 冷水可溶解染料的意义更为重要 特别是对于活性 酸性和金属络合染料 容易制成稳定的储备浆 也可以直接加到印花浆 造粒前的浆状染料中加入阴离子或非离子型表面活性剂 可提高颗粒状染料的疏密度 润湿性和冷水可溶性 液状染料这是另一种染料剂型 可适用于各种类别的染料或颜料 它是在膏状染料的基础上发展起来的 液状染料还可以从根本上彻底消除粉尘飞扬 液状染料加工时 一般要选择合适的扩散剂 增溶剂 乳化剂 增稠剂 防冻剂 防腐剂以及某些必要的浓度 从而保证在 15 40度 温度变化范围内 长时间储存也不会沉淀变质 液状染料必须符合以下要求 稳定 可以倾倒 可以泵抽 尽可能高的浓度 含有少量或不含有低毒性的有机溶剂 PH接近中性 易溶解或分散 水溶性液状染料具有较高的浓度和良好的储存稳定性 主要在于染料溶解度的提高 对于阴离子染料 铵盐较钠盐更易溶解 对于阳离子染料 以脂肪酸阴离子代替氯离子 可以获得在水中有较高的溶解度 直接染料 直接染料 直接染料是具有磺酸基或羧基的偶氮染料 一般都能溶于水 而且对纤维素纤维和粘胶纤维具有相当强的亲和力 由于直接染料的色谱齐全 色泽鲜艳 价格低廉 染色方法简便 虽然存在着一定的缺点 如对洗涤和耐晒牢度不够 但仍占纤维素纤维染料所耗的染料的大部分 所以这类染料是非常重要的 直接染料是1884年Bottiger发现了刚果红以后发展起来的 在这以前 棉纤维用靛蓝和其他天然染料的染色方法相当麻烦 当时的合成染料刚开始发展 它们不能对纤维直接染色 要将棉纤维用媒染剂处理以后才能上染 而且染色牢度很低 刚果红溶在水里 无须先用媒染剂处理 就能直接上染棉纤维 工艺简单 正合乎当时棉纺织工业发展的需要 类似的染料便迅速发展起来 因为它们能对棉纤维不需媒染剂而直接上染 所以称为直接染料 刚果红是第一个直接染料 由于染色牢度低 而且对酸非常灵敏 现在已经不用作为染色 而作为PH指示剂之用 直接染料的染色原理 棉纤维在水溶液中带阴电荷 形成动电层电位 阴电荷的产生可能是纤维的介电常数比水的介电常数低的多 染料阴离子必须克服电荷斥力方能被纤维吸附 染料为什麽能克服电荷斥力而被纤维吸附呢 这是由于染料分子与纤维之间存在分子间引力而引起的 这些引力是 1范德华力2氢键的形成上述两种引力同时存在 染液中染料分子处于不停的运动中 当染料分子由于热运动 克服了纤维与染料之间的电荷斥力 使染料被纤维吸附 对于纤维素具有直接性的染料都是含有多个共轭双健 而且染料上的芳香环排列在同一平面上的线形分子 这些与纤维素平行的染料分子能与纤维素生成两个以上牢度的氢键 或者由于范德华力而吸附在纤维素的周围 直接染料直接性的表示方法 直接性仅指染料上染纤维的性质或染料与纤维分子之间作用力的大小 直接性的大小一般可用染色平衡时上染百分率来衡量 上染百分率 平衡时纤维上染料浓度 初始染液中染料浓度 100 上染百分率高称之为直接性高 反之 称之为直接性低 酸性染料 酸性染料的定义和作用 绝大多数酸性染料是以磺酸钠盐形式存在的 极少数的是以羧酸钠盐形式存在 易溶于水 由于最初出现的这类染料都需在酸性染浴中染色 所以叫做酸性染料 酸性染料主要用于羊毛的染色 也可以用于丝绸 锦纶和皮革的染色 此外还可以用于墨水 早纸 肥皂和作色淀用 酸性染料的优缺点 酸性染料具有色谱齐全 色泽鲜艳 结构简单等特点 最大缺点是耐洗牢度差 其湿牢度和耐晒牢度随品种的不同而差异很大 含磺酸基较多的湿牢度较差 一些牢度差的酸性染料 在纺织品染色中很少应用 主要用于毛皮染色和纸张 化妆品等的着色 酸性染料得分类 按染色性能和应用分类酸性染料可分为 强酸性 弱酸性以及中性三种 强酸性酸性染料 需在强酸性染浴内染羊毛PH 2 4 用硫酸做酸剂 匀染性很好 也称匀染性酸性染料 它们的分子结构较简单 分子中磺酸基所占的比例高 在水中溶解度较高 在常温染液中基本上以离子状态分散 对羊毛亲和力较低 湿处理牢度差 耐晒牢度较好 弱酸性酸性染料 染羊毛需在弱酸性染浴中进行PH 4 6 用醋酸做酸剂 也可染锦纶 他们的分子结构少复杂 分子中磺酸基所占比例相对的较低一些 溶解度也稍差一些 在常温染液中基本上以胶体分散状态存在 对羊毛的亲和力较高 湿牢度和匀染性属中等 所以也称半匀染性酸性染料 也可染丝绸 中性染色酸性染料 需在近中性染浴中染羊毛 PH 6 7 常用醋酸铵作酸剂 也可染锦纶 它们的分子结构更复杂 磺酸基所占比例更低 溶解度也更差 在常温染浴中基本上以胶体分散状态存在 对羊毛的亲和力更高 湿牢度也好 但匀染性较差 一般色泽不鲜艳 可耐羊毛缩绒加工 故有称耐缩绒酸性染料 缩绒是毛毡生产的主要过程 即羊毛纤维经过浓皂液和机械作用结合处理的一种预所过程 能经受这种湿处理过程的染料 湿处理牢度必须优越 按结构分类 酸性染料主要有偶氮 蒽醌 三芳甲烷 等类别 偶氮类不仅在品种和产量上均占首位 而且以单偶氮和双偶氮类为最多 包括黄 橙 红 藏青及黑色等各种颜色 蒽醌类的耐晒牢度较好 色泽也较鲜艳 主要是紫 蓝 绿等色 其中尤以蓝色为主 三芳甲烷以红 紫 蓝 绿色为主 一般日晒牢度都较差 但色泽特别浓艳 其他类的常用品种很少 活性染料 活性染料又名反应性染料 Reactivedayes 一般染料与纤维结合主要靠氢键和范德华力 因此和纤维结合不够牢固 牢度较差 活性染料的特点是和纤维上某些基团发生化学反应而形成共价键 染料与纤维成为同一个大分子 因而大大提高了被染织物的牢度 特别是湿处理牢度较好 活性染料色谱齐全 色泽鲜艳 成本低廉 匀染性好 应用方便 身受印染工作者的欢迎 目前已成为主要的染料品种 产量和品种逐年都有大幅度的增长 活性染料的特点 染料与纤维之间以共价键结合具有252 378KJ mol的结合能 一般条件下 这种结合键不会离解 因此活性染料染色有很好的染色牢度 尤其是湿处理牢度 此外 活性染料染色不会产生光敏脆损现象 色泽鲜艳 光亮 有的超过还原染料 色谱齐全 从暖色到冷色 深色到浅色 无需其他染料配套 价格低 比还原染料及可溶性还原染料便宜 染色工艺简单 操作容易掌握 国内已大量生产 无须依赖进口 所需配套化学品也十分容易采购 缺点 耐氯漂牢度差 染料贮存稳定性差 染制品存放容易发生染料的断键褪色 某些淡色品种气候牢度和日晒牢度低 在染色过程中易水解 活性染料的结构 活性染料中既具有发色的部分 又有能和纤维的某些基团 羟基 氨基 其反应形成共价键结合的活性基 其结构通式 S D T X式中 S 水溶性基团 如磺酸基 D 母体染料 T 母体染料与活性基的连接基 X 活性基 活性基是活性染料的核心 因此活性染料一般都用活性基作为类别的区分 同时活性基也决定了这类染料的性能 判色活性染料性能优劣的项目 高的水溶性高的储存稳定性 不易水解对纤维有高的反应性和高的固色率染料 纤维之间结合键化学稳定性高 使用中不易断键 褪色 扩散性 匀染性 染透性良好 各种染色牢度好 未反应的染料及水解染料 染后容易洗去 不沾色 染料的提升性好 可染深色 活性染料的活性基团 均三嗪基嘧啶基乙烯砜基 均三嗪基 有二氯均三嗪与一氯均三嗪两大类二氯均三嗪活性染料反应活泼性高 但容易水解 适合于低温染色 其与纤维的结合键不如一氯均三嗪牢度 尤其在耐酸碱水解方面差 一氯均三嗪活性染料 反应活泼性低 不易水解 固色率高 需要高温条件下染色与印花 其活性基的 染料 纤维 键稳定性好 一氯甲氧基均三嗪染料 在二氯均三嗪活性基上 由一个供电子的甲氧级来取代氯原子的电子诱导作用 减弱了核碳原子的正电荷性 从而使其反应性有所下降 得到了CIBACRONPRONT染料 其反应性介于一氯均三嗪与二氯均三嗪之间 具有较好的印浆稳定性 特别适用于短蒸印花工艺 一氟均三嗪染料 在一氯均三嗪的基础上 采用负电性更强的氟来取代氯 使均三嗪核碳原子带有更强的正电性 从而得到比一氯均三嗪活性基团更活泼的CIBACRONF染料 它更适合于中低温染色 上述均三嗪活性基团结构如下 三嗪类反应历程 均三嗪 耐碱 不耐酸 缺点 较难水洗 一氯均三嗪 国产K型高温型 反应活泼性中到低 化学键稳定性差 不适合浸染 仅用于印花及连续染色 固色率一般在60 左右 耐碱牢度优越 但耐酸牢度一般 90 90 染色 一氟均三嗪 汽巴克隆F 低温型 反应活泼性高 采用低温染色 化学键稳定 日晒牢度高 耐碱性和耐氯牢度高 二氯均三嗪 国产X型 低温型 反应活泼性高 采用低温染色 化学键稳定性差 上色率及固色率低 嘧啶基 比均三嗪结构的基团反应性低 而稳定性高 不易水解 染料 纤维稳定性高 特别适合高温染色 乙烯砜基 结构 染料上有 硫酸酯乙基砜结构 而微碱介质中 PH 8 转化成乙烯砜基 而且具有高的反应性 与纤维形成稳定的共价键 乙烯砜型染料反应历程 乙烯砜型 国产KN型 中温型 反应活泼性中等 采用中温染色 耐酸不耐碱 色光鲜艳生产成本低 主要有雷马素 性能特点 色谱鲜艳良好的水溶性 活泼性介于二氯均三嗪与一氯均三嗪之间 染色温度50 70度 印浆稳定性差 印花多采用二相法耐酸不耐碱 其染料 纤维键不耐碱性水解 耐酸水解性好 因而皂洗时不可带碱 多活性基 优点 多活性基活性染料在染料的大分子上含有两个 或两个以上 相同或不同的活性基团 不仅增加了染料与纤维羟基反应的机会 提高固率至80 90 的水平 还因为分子的增大 提高了染料对纤维的亲和力 在高温染色条件下有利于染料的渗透和匀染率 结构 分相同活性基和不同活性基相同活性基团 一般是一氯均三嗪活性基团 它有如下三种结构形式 双侧型 2单侧型 架桥型 异活性基团 染料上同时有两个不同类型的活性基团 一般是一个一氯均三嗪 另一个是乙烯砜 这类染料不仅具有多活性基染料反应性强 固色率高 色泽浓艳的优点 而且还可兼具两种活性基之长处 即既有均三嗪活性基耐碱性好 又有乙烯砜活性基耐酸性好的优点 染料的亲和力高 适合于吸尽法染色 其反应性介于乙烯砜和一氯均三嗪之间 可在50 80度之间染色 其结构通式 日本住友的SumifixSupra和国产的M型等活性染料皆属此类 但前者乙烯砜基主要是间位酯 后者为对位酯 因而性能有所差异 国产ME型与Sumifixsupra相同 汽巴公司的CIBACRONC为一氟均三嗪与改良的乙烯砜双活性基染料 据介绍有很高的固色率 85 95 推荐应用于冷轧堆及低浴比浸染中 活性基团的反应性和稳定性 反应性以反应速率来表示 即反应的快慢 PH值 固色PH值控制在11以下 这时有较快反应速率 又有教高的固色率温度 温度每升高10度 反应速率增加2 3倍 应根据活行基来决定温度稳定性 主要指染料的水解稳定性 包括酸性水解稳定性和碱性水解稳定性 影响活性染料固色率的因素 染料的分子结构活性染料本身的分子结构是决定固色率的主要因素PH值影响PH值增高纤维的膨化程度 染料的扩散速度增加 有利于染料与纤维反应 但PH值过高 又不利于染料与纤维的反应 过高的PH值还会加速染料的水解 降低染料的固色率 在保证固色的情况下 尽可能选用较低的PH值 一般控制在10 11为宜 温度的影响随着温度的升高 活性染料的反应性提高 但温度提高后 染料的水解反应速率也大增加 其增加的速度运大于染料与纤维反应的速度 所以在染色过程中必须控制好温度 2 电解质的影响 元明粉 元明粉的加入可以增加染料的直接性 提高染料的固色率 但同时也会降低染料的溶解度 使染料的聚集度增加 甚至会沉淀 因而不要过量 也注意不要加入过快过急 单位0 1面积内染料用量过多 染料会出现沉淀 浴比的影响我们用的筒子纱及经轴染色就是采用小浴比 浴比小有利于染料的上染 增加染料与纤维反应的机率 减少染料的水解 固色率大大提高 但采用小浴比 元明粉的加入更应注意 以防染色不匀 碱剂的影响纯碱是活性染料染色的重要用剂 其作用如下 染色时 加碱促使纤维素纤维羟基离子化 纤维素浓度增高 加速染料与纤维的反应 活性染料在加碱固色时还能促使染料上染 染浴中加碱还可中和染料与纤维反应生成的酸 中温型活性染料皂洗时不能用碱 因为染料 纤维键对碱敏感 容易引起色光改变和染色牢度下降 染后纱线水洗发布充分 防止在贮存过程发生色变 产生 风印 特别是德司达染料 乙烯砜型 时间的影响时间长会使上染的染料剥落下来 时间短 染料上染率达不到 活性染料的水解 活性染料在染色及印花过程中均有水解负反应的发生即活性染料在和纤维素阴离子发生亲核取代反应的同时 也发生了活性染料和染浴中氢氧根阴离 OH 键合的水解反应 染料水解后失去活性 不在和纤维素纤维结合 这就是活性染料上色率和固色率低的原因 水解反应速度快的活性染料反应活泼性越大 染料水解造成的不利因素 活性染料水解后 必须在皂洗工序中清洗干净 否则影响湿处理牢度 引起白布沾色 活性染料水解是不可避免得 要使水解染料容易清洗 必须选择活性染料母体对纤维具有较低的亲和力及加大的水溶性 溶解度 但是会影响染料上色率及吸尽率 染料水解的同时 降低了活性染料在纤维上的固色率以及染料的利用率 增加了污染 染料 纤维 化学键的稳定性 水解反应 碱性水解 长时间固色造成水解 太高的固色PH值 固色温度太高 调色加染料 固色完成 在碱未清洗干净前 用高温 70 水清洗 尤其是VS型 染色织物的后丝光处理 穿戴过程 碱性汗渍 特殊后整理碱性影响如液氨整理等 酸性水解 清洗过程中 过度中和 丝光后整理后 中和过度 后整理时酸性太强 在酸性条件下 使用柔软剂 穿戴时 酸性汗水 来自包装材料所释放的酸 特殊整理时 酸性太高 活性染料的一般性能和应用特性的关系 1 溶解性用于小浴比 1 5 10 染色设置染色 印花及连续染色的染料必须具有较高的溶解度 100g L 改善方法 染色温度控制 电解质加入量多少及次序 尿素用量 2 直接性即染料在染浴中被纤维吸收的能力 连续轧染和印花应用直接性低的品种 大浴比染色设备 绳状染色机和绞纱染色机 应选用直接性高的活性染料 冷轧堆应用直接性较低的染料 以保证匀染和减少头尾色差 改善方法 电解质加入量来提高直接性 3 扩散性 染料向纤维内部移动的能力 和连续染色的泳移特性相关 扩散性能与匀染性有直接关系 一般情况下扩散系数大的染料反应速率和固色率较高 匀染性和渗透程度也较好 染料扩散性的好坏 取决于染料的结构和分子的大小 分子越大越难扩散 对纤维亲和力大的染料被纤维吸附的作用力大 扩散有因难 扩散性的控制 提高染浴温度 加速染扩散 染浴加入电解质 降低染料扩散系数 4 反应活泼性 染料和纤维羟基反应能力的强弱 反应性强的染料于室温 弱碱条件下可固着 但稳定性相对差 反应性弱的染料需在高温和强碱条件下固色 活性染料的选择总结 1 染料的活泼性 染色工艺不同 对染料活泼性要求不一致 印花从经济上要求印花色浆有很好的稳定性 特别是储存稳定性 故要求染料具有低或中等活泼性 相反浸染染色 最好在室温染色 故要求活泼性较高 2 染料 纤维 化学键稳定性 由于染色产品需要按照不同的染色要求 进行不同后整理工艺处理 因此需则染料要注意慎重选择 染色机理是亲核取代反应的染料所形成的 染料 纤维 化学键比较耐酸 但不耐碱 例如 羟基乙烯砜硫酸酯型活性染料属于此类 3 活性染料固色率 慎重选择染料 要得到较高上色率 面临匀染性或皂洗工序的困难 更甚至在其它牢度上的不全面 4 染料对纤维的直接性 染料的直接性和染料分子大小有关 较小的活性染料分子只有中等到较低的直接性 适合印花和连续染色 中到高直接性染料适合浸染 5 染料对纤维的扩散性 主要决定于染料分子大小 分子小 扩散速度快 6 耐光牢度及耐氯漂牢度 与染料母体结构有关 7 耐后丝光牢度及耐氧漂牢度 与染料的活性基及染料母体结构有关 活性染料染色条件 低温型一般反应性强 水解强 上色率低 为40 如 一氟均三嗪 二氯均三嗪 国产X型 汽巴克隆P型等染料 中温型 单 双型活性基乙烯砜型 此类染料比较艳不耐碱 如雷马素常规品种 上海万得有些品种 乙烯砜型 一氯均三嗪 如 素米菲克斯斯特拉 汽巴克隆HW 雷马素RR氟氯嘧啶中温型K型 乙烯砜 一氟均三嗪 耐碱性更好 耐氯牢度好 上色率高 不易水解 如 汽巴的FN型 高温型上染温度高 匀染性好 必须高温 类别 一氯均三嗪 双一氯均三嗪 双氟均三嗪 如 汽巴克隆H 韩国亲仁HE 汽巴LS 恩菎结构艳兰是恩菎结构的染料 如住友的BLUER 铜酞箐结构色谱中的翠兰 如住友的BLUEBGF 该类染料具有较好的日晒牢度 但染料的扩散能力差 现用的住友 除BLUER外 都是具有两种活性基的染料 染色对活性染料的要求 染料母体母体是染料的发色部分 决定染料的颜色 同时也决定染料的直接性 但直接性不宜过高 否则难以清洗 形成沾色或降低色牢度 溶解性和扩散性染色是在水中进行 因此要求染料有良好的水溶性 热水能加速溶解 尿素有增溶作用 但电解质会降低染料的溶解度 这一点要特别注意扩散性是指染料向纤维内部转移的能力 扩散性能的大小 取决于染料的分子结构大小 分子越大 越难扩散 而外部条件如纤维的结构 电解质 助剂 PH值也会影响染料的扩散 扩散性好的染料移染性好 容易匀染 但水洗牢度低 固色率 固色率是评定活性染料质量的主要指标 活性染料的发展和进步 主要在于提高染料在纤维上的固色率 活性染料的染色 主要是染料上染纤维与染料水解的竞争 在工艺设计时 应有利于染料在纤维上的固色 防止染料的水解 活性染料染色机理 纤维素纤维在中性介质中是不活泼的 加碱前 染料只是一种吸附 并没有产生化学结合 只有在碱性介质中时 才能发生共价键结合 CellOHNaOHCellO Na H2O 活性染料浸染的 值 为得到理想的染色效果 即高的固色率与良好的匀染性 应对染料的直接性 扩散能力及其反应性进行全面控制 研究人员提出 值 如图 分析SERF值 S值与E值 一般S值小于E值 两者之差 不应大于30 S太低 加碱后染料会快速上染并固着 易染色不允 并无法通过移染来提高匀染效果 S太高 则直接性强 影响匀染性 因此应选用S中等的染料来染色 S值与F值 S F越大 匀染性越好 多活性基的染料匀染优于单活性基 R值与F值 一般F R 说明染料的固色效率高 如果F R 说明染料的反应性虽强 但也容易水解 不可取 如R 25 同样增加了水解机会 不可取 较理想的R值应在35 60 4 移染指数MI 第一次上染阶段染料与纤维未形成共价键结合染料的吸附与解吸同时存在 染料可发生移染 移染性大 则匀染性好 用移染指数表示 其值可以用测定第一次上染织物对未染色织物在染色条件下的移染浓度求得 MI 移染织物浓度 被移染织物浓度 x100 所以在使用染料拼色时 特别是三原色 为了获得良好的效果 应采用SERF值相近的染料 15 左右 活性染料浸染工艺 工艺参数 活性染料浸染工艺中最重要的参数为温度 碱剂 盐及浴比 染色温度 由活性基团决定 依据固色温度分为低温 20 40 中温型 40 60 和高温型 70 以上 碱剂 活性染料的固色随活性基团反应性强弱的不同选择不同的碱剂 反应性强 碱剂应弱 反之相反 常用碱剂强弱按10G L 25 的PH值如下 烧碱 磷酸三钠 水玻璃 纯碱 小苏打PH值 13 411 410 410 38 4固色时PH值会下降 加碱方法对固色的正常进行有决定性意义已吸附的染料被解吸使固色率下降 同时染料的水解速率增大 且被吸附的染料被快速固色 不利于匀染计量加碱 使染夜PH值均匀上升并维持染浴的PH值稳定 染色工艺种类 一浴全料法 染料碱盐助剂同时加入 上染与固色同时进行 操作简单 但匀染性不好B迁移染色工艺 不加碱情况下快速升温 染料在高温中迁移 然后加碱固色 此法对匀染有好处 但能源消费高 恒温染色工艺 染色温度固定 整个染色过程不必升降温度 较适合于低中温染色D预加盐染色工艺 先将盐全部加入充分溶解 然后加染料 有利于提高得色量及简化操作E传统基本染色工艺 二阶段染色法 先匀染 然后升温到规定温度再固色 分散染料 分散染料是一种水溶性很低 疏水性较强的非离子型染料 在水中呈分散的微粒 1 1000mm左右 状态 最早用于二醋酸纤维的染色 由于纤维上部分羟基乙酰化后 纤维成疏水性的 没有离子结合的能力 于是出现了能染这类纤维的染料 随着涤纶等合成纤维的高速发展 分散染料引起高度重视 新品种层出不穷 分散染料可用于涤纶 锦纶 丙纶 晴纶 氯纶等多种合成纤维 是一类用途广泛并日益引起人们极大兴趣的染料类别 分散染料主要用于涤纶及混纺织物的印染 因此 分散染料的发展与涤纶产量密切相关 分散染料的特点 由于聚酯纤维分子的线形状态较好 分子上没有大的侧蔹和支链 而且经过纺丝过程中拉伸和定性作用 使分子排列整齐 结晶度高 大约60 左右微晶区 定向性高 纤维分子间空隙小 染料不易渗入 它的吸湿性很差 只有0 4 0 5 仅及棉纤维吸湿性的十五分之一左右 在水中膨化度差 在室温下澎化度为0 5 染色时染料分子不易进入纤维内部 造成染色困难 因此 必须采用分子结构简单 分子量小的染料 通常至多只能有两个苯环的单偶氮染料 或者是比较简单的蒽醌衍生物 杂换结构很少 因为涤纶大分子链上没有羟基 氨基等亲水性基团 只有极性很小的酯基 因此具有强烈的疏水性 为了达到染色目的 要借助于外界条件 以增大染料分子的动能 改进纤维的渗透性 染色时采用较高的染色温度 使纤维分子的运动增加 微隙增大 分散染料的分类 按染料应用性能分类 主要为对温度的敏感性 按染料的分子结构分类 按应用性能分类 E型 亦称低温固着性或低温吸附性 其特点为 分子量小 低温时固着率高 随染色温度升而固着率降低 匀染性好 移染性及覆盖性均好 但升华牢度低 使用于高温高压染色 S型 亦称高温固着型 其特点是 分子量大 低温时固着率很差 随染色温度升高而其固色率也上升 220度可达最高固色率 一般情况固色率较高 匀染性差 移染性及覆盖性均不如E型 热熔升华牢度好 适用于热熔染色 耐树脂整理 SE型 亦称中温固着型 是介乎上述两种类型之间的一类染料 分子量较大 低温时有较高的固着率 并随着染色温度升高而增加 200度时可达最高固着率 一般固色率较高 受温度影响较小 并且曲线平坦 这样就不会因为染色温度上下波动而造成色差 升华牢度中等 匀染性 移染性及覆盖性中等 它既适用欲高温高压 也适用于热熔染色 按化学结构分类 分散染料品种较多 按化学结构来说 以偶氮 蒽醌为主 这两类染料约占全部分散染料的85 其它各类型的分散染料只站少数 从色谱来看 单偶氮类主要有黄 红 蓝以及棕色等品种 蒽醌类主要有红 紫和蓝色品种 其它类主要有黄 橙和红色品种 杂环结构的品种色泽鲜艳 近年来增加很快 分散染料的升华牢度 分散染料不具有强的电离基团 因此分子间吸引力不大 具有一定的蒸汽压 能升华 温度升高 升华趋势增大 在热熔染色时 部分染料升华 被相邻白底吸附 造成沾色 故分散染料要求较高的耐升华牢度 染料的升华牢度与应用性能关系非常密切 升华牢度好的染料适用于高温固色 或适于高温加工 热定型和压烫整理等 升华牢度较低的染料则适用于较低温染色 如载体染色 随着染料的升华性能不同 染料上染纤维的机理也不同 涤棉混纺织物热熔固色时 升华牢度较低的染料主要通过升华丛棉纤维转移到涤纶上 升华牢度高的染料则主要不是通过升华来转移 而是通过接触转移 从棉纤维转移到涤纶上去 分散染料的耐升华度性能和分子间吸引力有关 也即和染料分子大小 染料分子的偶极性大小有关 染料分子量增大 分子间范德华引力增加 不易升华 染料分子的极性增大 也不易升华 由于分散染料的极性并不大 所以染料的分子量影响显得更加重要 此外 染料分布的状态对升华牢度也有一定的影响 染料颗粒大 晶格稳定 染料对纤维的结合力越强 对纤维溶解越充分 升华牢度也越好 影响分散染料上染因素 1 温度的影响温度越高 染料的溶解度大 同时纤维的溶胀也大 因此上染越快 但起始温度不能太高 升不宜过快 否则染料会凝聚造成色斑或染不匀 2 PH值的影响分散染料在高温及碱性条件下会被分解破坏 且涤纶纤维在碱性条件下会有损伤 因此染浴必须控制弱酸性 一般PH 4 5为好 PH过低或过高会影响染色色光及染百分率 3 分散剂的影响分散染料商品中含有分散剂 此分解剂是助分散染料在水溶液中的分散 一般是不耐高温 因此需加分散剂经保持染浴的分散性4 时间 浴比等因素的影响也应注意 以免影响色光和上染百分率 分散染料的日晒牢度及烟气牢度 分散染料染涤纶的湿处理牢度较好 皂洗 但有时日晒牢度不太理想 染料日晒牢度主要决定与染料本身的结构 同时与所染纤维也有关 如大多数染料在涤纶上的日晒牢度比在聚酰胺纤维及醋酯纤维上好 当使用载体染色时 载体若未去除干净 会大大影响染物的日晒牢度 分散染料在超细纤维上的日晒牢度也要差于常规纤维 这与超细纤维比表面积大有关 部分分散染料的烟气褪色 或变色 牢度较差 主要是一些蓝色和紫色的氨基蒽醌染料 它们遇到空气中的氧化氮会发生亚硝化反应而引起变色 烟气褪色与所染纤维有关 涤纶好与醋酯纤维 我们公司分散染料的种类和特点 现在我们公司常用的分散染料有日本住友的分散染料 德司达分散染料及科莱蒽的分散染料 1 A 日本住友的分散染料的特点 1 色泽鲜艳 色谱齐全 2 升华牢度低 适于染中浅色 B 日本住友的分散染料的种类BE RPD RE RPD YE RPD BSE RPD RSE RPD YSE RPD BS GL BS 3RF RS BWF 2 A 德司达分散染料的特点 1 力份高 2 升华牢度高 适于染中深色 3 价格高 B 德司达的分散染料的种类BG FS BS BG RS 2B YS 4G3 A 科莱蒽的分散染料的特点 1 力份较低 2 颜色浓暗 一般用于中深及特深色品种 3 价格较高 B 科莱蒽的分散染料的种类NBS WF RS WF YS WF RS GWF BKS WF 还原染料 还原染料的定义 还原染料是含有两个以上羰基的不溶性多环节香族化合物 醌类化合物 还原染料不溶于水 在应用于纤维素纤维时 于碱性溶液中 以保险粉之类的强还原剂还原成为水溶性的氢醌体离子化的钠盐形式 简称为隐色体 对纤维进行染色 经过氧化 隐色体恢复成为不溶性的染料而固着在纤维上 还原染料又称为瓮染料 这是由于最早时期 用这类染料染色时必须在空气接触面积较小的瓮中进行 还原染料的分类 硫靛类蒽醌类 还原染料的性能 还原染料是所有染料中坚牢度最高的 耐晒牢度至少在五级以上 一般为六至七级 有许多是八级 许多品种在纤维上的浅色耐晒度可高达6级以上 其它如耐洗 耐碱 耐氧化 耐熨烫等牢度 平均在四至五级之间 而且色谱齐全 颜色鲜艳 其鲜艳程度仅次于碱性染料 其中以蓝 紫 绿 棕 橄榄 灰色见长 黄 橙次之 浓艳的红色则不及偶氮染料 对纤维素具有很高的亲和力 但这类染料的主要缺点是合成步骤比较复杂 原料比较昂贵 因此染料价高 染色所用还原剂也比较贵 且染色过程多而繁 因此成品价比应用其它染料为贵 有些黄 橙 红色品种有光敏脆损作用 会使纤维发生脆损 还原染料形态 还原染料的物理形态有五种 普通粉状 染色用细粉状 简称 印桦用细粉状 简称 超细粉状和浆状 目前国际上各商品还原染料一般都生产超细粉状的 如 Bayer的M型等 还原染料的还原速率与物理形态有很大关系 粒子越小 还原速度越快 不同形状的还原染料应用方法也不同 普通粉状一般用于隐色体染色 细粉状和浆状用于悬浮体染色的印花 超细粉状可以适用于不预还原法印花 还原染料的染色原理 还原染料又称士林染料 还原染料不溶水 无法直接上染纤维 但可以在还原剂和碱剂的作用下变成可溶性的物质 隐色体盐 从而上染纤维 并在后面氧化过程中重新恢复至原来的不溶性状态 固着在纤维上 达到染色目的 还原染料的染色过程 整个染色过程可分为四部分 还原 上染 氧化 皂洗 还原 主要过程分为两步 染料在还原剂 主要是保险粉 的作用下 生成不溶性物质 隐色盐 隐色酸与烧碱反应生成可溶性隐色体盐开始上染纤维 染色过程中 保险粉和烧碱是最重要的助剂 只有用量适当方可保证反应正常进行 过高会发生旁支反应 过低则无法使染料完全还原 实际生产中保险粉和烧碱的使用量要比理论量多和多 主要是因为 保险粉与水反映或在水中与氧气反映而分解 消耗掉很大一部分 烧碱除参与正常反应外 还需中和保险粉分解的酸性物质 基于以上原因保险粉和烧碱均需过量 方可使还原反应顺利进行 上染 还原染料的上染与直接 活性染料相同 也包括吸附 扩散两个过程 染料被还原成可溶性的隐色体盐后 吸附在纤维表面 在纤维内外浓度差的作用下 扩散在纤维内部 并通过分子间力和化学键的作用结合在一起 此过程是否顺利直接关系到染色的均染性 氧化 已经上染纤维的染料 在空气和氧化剂的作用下 重新转化为原来的不溶性状态 固着在纤维上 还原染料的氧化方法分两种 空气氧化和氧化剂氧化 多数还原染料经过水洗 透风便可完成全氧化 但为便于控制 我们用氧化剂氧化 车间主要用的氧化剂为防染盐和双氧水 相对来说 防染盐的氧化性能要温和 氧化速度慢 除较难氧化的染料用双氧水外 其余均用防染盐氧化 皂洗 还原染料的皂洗有两方面的作用 洗除残余的浮色 提高牢度 使染料充分发色 士林染料经过氧化之后 染料分子处于一种高度分散状态 在高温和湿热的条件下 分子链段发生移动结晶 排列更加整齐有序 使染后色光变艳 变亮 还原染料的皂洗非常重要 特别是第二个作用 如果在染色阶段不能完全发色 那么在后道工序加工中极易变色 而造成不良结果 还原染料的旁支反应 过渡还原 还原染料中 参与还原反应的基因为羧基 有些染料在正常还原时 只有部分羧基参与反应 如果还原剂 碱剂浓度过高或温度过高 时间过长 将使所有的羧基全部反应 造成色光偏暗 偏红 对纤维的上染力降低 脱卤 有些染料分子中含有卤素基团 主要为增加染料的艳度和牢度 如果还原条件过剧 将使卤素脱去 而失去这些作用 水解 有的染料母体为酰胺结构 如烧碱浓度过高 将会使其发生水解 而失去上染能力 分子重排 如果染色过程中 烧碱浓度不足 将无法使染料变为隐色体 隐定的溶与水中 而产生歧化反应 生成难溶性物质 造成沉淀 结晶 如果保险粉 烧碱浓度足够 但染色温度过低 就会使隐色体结晶析出 即使再加热也很难溶解 还原染料的一般染色方法 隐色体染色 染色前先将染料按一定条件还原成为隐色体钠盐 然后在含有烧碱 保险粉的染浴里进行上染 在染色过程中 要维持染料在充分的还原状态和染浴具有一定的碱性条件 初染较高 易产生染色不匀 悬浮体染色 这种染色方法是将染料细粉调制成悬浮液 均匀的浸轧在纺织物上 使细小的颗粒透入纱线 纤维之间的空隙中 然后在纺织物上还原 上染 隐色酸染色 染色酸对纤维没有什么直接性 也不溶于水 可以向悬浮体那样用作悬浮液染色 隐色酸可作高度的分散 但有些染料的隐色酸不稳定容易发生异构现象 还原染料的分类 W型 染色温度一般在45度至50度左右 分子结构简单 易还原 易氧化 在低浓度的还原剂和碱剂的条件下 即可还原 与纤维亲和力低 扩散性 匀染性较好 一般适合染浅色 N型 染色温度在60度左右 染色分子结构复杂 较难还原 需在较高浓度的还原剂和碱性条件下方能还原 与纤维的亲和力高 扩散性能差 不易匀染 SP型 此类染料的还原速率特别慢 一般染色温度需在70度以上 所需的烧碱和保险粉浓度较高 可溶性还原染料 可溶性还原染料的特征 还原染料虽然色泽鲜艳 牢度较高 但染色方法太复杂 还原时必须强碱 对羊毛丝等蛋白质纤维就不能采用还原染料染色 而且匀染性差 20年代初Bader及Sunder首先将靛蓝的隐色酸制成硫酸酯 在稀硫酸和氧化剂的作用一 硫酸酯又生成原来的靛蓝 这就是第一个可溶性还原染料 可溶性还原染料优缺点 可溶性还原染料是还原染料隐色体的硫酸酯 这具有可溶性和一定程度的稳定性 并保持了还原染料的色彩鲜艳的染色牢度 而在染色过程中不需要进行还原过程 所以染色方法简单 使用方便 匀染性较好 不易染花 但价格较贵 且难于染得深色 仅用于中色和浅色印染 优点 1 能在中性和弱酸性溶液中染色 因此可以扩大到蛋白质纤维染色 2 可与不溶性偶氮染料拼色印花 3 对纤维素的亲各力较原来染料陷色体钠盐大大降低 因此匀染性好 尤其适宜染色 因为染色后氧化为原来的还原染料 所以亲和力差些 并不影响耐洗牢度和摩擦牢度 可溶性还原染料的命名 可溶性还原染料的名称 根据化学结构的不同 分为溶蒽素和溶靛素两大类 蒽醌还原染料隐色体的硫酸酯称为溶蒽素 靛族还朱染料