纺织品染印原理-2015-第四章还原染料染色

1、纺织品染印原理,巩继贤 TelE-mail： 天津工业大学纺织学院轻化工程系,第四章 还原染料染色,染料性能 染色原理 染色方法,还原染料染色,染料性能 染色原理 染色方法,还原染料,概念 结构特点 染色性能 应用特点,还原染料（vat dyes）,概念 还原染料不溶于水，分子上含有两个或几个共轭的羰基(C=O) ，染色时先在碱性条件下被还原为可溶性的、对纤维素纤维具有亲和力的隐色体钠盐上染纤维，然后再氧化为原来不溶性染料固着在织物上。,还原染料,结构特点 靛类 蒽醌类,还原染料,染色性能 溶解性 还原染料不溶于水； 还原染料在酸性介质中还原成隐色酸，其也不溶于水；

2、还原染料在碱性介质中还原成隐色体钠盐（通常简称隐色体），其溶于水。 对纤维的亲和力 还原染料隐色体对纤维素纤维有很高的亲和力，染色时匀染性差、透染性差，容易产生白芯。 染色牢度高 但红色染浓色时摩擦牢度低，有些红、橙、黄品种有光敏脆损作用，有些存在光敏褪色。,还原染料,应用特点 合成方法复杂，流程长，价格高 色泽鲜艳，色谱较齐全，红色品种少。 适用纤维 纤维素纤维 维纶纤维,还原染料染色,染料性能 染色原理 染色方法,染色原理,染色本质上是染料和纤维在特定介质环境中的的相互作用 染料 纤维 介质环境 温度 pH 时间 助剂,染色原理,染色原理,上染 吸附平衡上染百分率得色量，色牢度 扩散移染，

3、上染速率染色时间，匀染性 固色色牢度,染色原理,染料的还原 染色隐色体的上染 染色隐色体的氧化 皂煮,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原反应 还原能力 还原难易 还原速率 还原剂和隐色体的稳定性,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原反应 不溶性的还原染料在碱性条件下被还原为可溶性的、对纤维素纤维具有亲和力的隐色体 还原剂：保险粉（连二亚硫酸钠， Na2S2O4 ） 碱剂：烧碱 染料变成隐色体后，结构发生了变化，因此颜色也发生了变化，与还原染料本身的颜色不同。 靛系还原染料隐色体颜色通常比染料本身的颜色浅 蒽醌类还原染料隐色体颜色通常比染料本身的颜色深,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原反应

4、 过程 碱性条件下，保险粉分解，产生具有还原性的物质： 染料上的羰基被还原成羟基，形成隐色酸： 碱性条件下，隐色酸变成隐色体钠盐： 隐色体在溶液中可离解：,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原难易 隐色体电位：指在一定条件下，用氧化剂（如赤血盐）滴定已还原溶解的还原染料隐色体，使其开始氧化析出时所测得的电位。 隐色体电位用来表示还原的难易程度 染料的还原难易与其分子结构有关 靛系染料隐色体还原电位绝对值较低，易还原 蒽醌染料隐色体还原电位绝对值较高，难还原 还原剂的还原电位绝对值大于染料隐色体电位时，才能使得染料还原溶解。,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原速率 还原速率

5、表示染料被还原的快慢，即反应速度的大小。 还原速率一般用半还原时间t1/2来表示。 半还原时间t1/2是还原达到平衡浓度半量时所需的时间。半还原时间越短，表示还原越快，反之则越慢。,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原速率的影响因素 染料分子结构 一般来说，靛系还原染料，特别是硫靛类还原染料的半还原时间较长，还原速率远比稠环蒽酮、氨基蒽醌类低，比黄蒽酮更低，还原速率较慢。 染料颗粒大小 染料颗粒小，单位重量染料的接触面积大，反应速率应当随之而增高。 染料颗粒越大，单位重量染料的表面积越小，即与溶液的接触面(反应面积)越小，还原速率越低。,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原

6、速率的影响因素 染料的结晶性质 若染料形成结晶，则还原速率降低，故染色时以采用超细粉还原染料为佳。 反应物的浓度 烧碱、保险粉浓度高，反应比较迅速。 还原时的温度 温度高，还原速率大。,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原剂保险粉 不含结晶水的为淡黄色粉末；含两分子结晶水，为白色细粒状，富有流动性 易溶于水 化学性质活泼，有很强的还原能力 在空气中很不稳定，受潮会被迅速氧化，甚至会燃烧起来 遇酸发生剧烈分解，放出SO2 pH=10稳定，避光防潮密封保存,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原剂保险粉 在碱性中，保险粉放出电子，染料接受电子被还原成隐色体： 烧碱和保险粉用量随染

7、色方法、染料种类、染色浓度而异。,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原剂保险粉 染色时，染液温度越高，循环速度越快，接触空气机会越多，保险粉分解损耗越多。实际上大部分保险粉是被空气氧化和自身分解而消耗的。 保险粉在染色过程中常常需补加,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 还原剂二氧化硫脲（TD） 与保险粉相比： 稳定性好，还原能力强，贮藏安全，用量少，无污染 对蓝蒽醌酮类染料容易造成过度还原以及色泽变化剧烈，其还原速率慢，如果掌握不好，往往造成得色较淡。 与保险粉拼用，可提高染液稳定性和降低成本,染色原理,还原染料的还原和溶解 还原能力 隐色体的溶解度 分子中被还原羰基数目及取

8、代基 烧碱、保险粉浓度 还原温度,染色原理,还原染料的上染 还原染料隐色体上染纤维素纤维类似于直接染料（阴离子染料）染棉。通过范德华力和氢键被吸附在纤维表面，然后向内部扩散。,染色原理,还原染料的上染 还原染料对纤维的吸附 还原染料在纤维上吸附的能力 还原染料在纤维上的吸附状态 还原染料与纤维间的作用力,染色原理,还原染料的上染 还原染料对纤维的吸附 还原染料在纤维上吸附的能力 还原染料隐色体分子较大，平面性好，对纤维素纤维有较大的亲和力。 染液中的保险粉、烧碱等电解质对还原染料起到促染作用，也提高了还原染料的上染百分率和上染速率。 所以还原染料的上染百分率和上染速率都比较高，特别是初染率很高

9、。 因为染色温度低，隐色体易聚集，在纤维中的扩散速率也低，吸附在纤维表面的隐色体不易进入纤维内部，移染和透染性差，容易产生环染和白芯现象。 解决方案：加入匀染剂、缓染剂,染色原理,还原染料的上染 还原染料对纤维的吸附 还原染料在纤维上的吸附状态 符合弗莱因德利胥(Freundlich)吸附方程 还原染料与纤维的作用力 范德华力 氢键,染色原理,还原染料的上染 还原染料在纤维中的扩散 扩散的模型： 孔道扩散模型 纤维吸水溶胀，形成足以容纳染料通过的孔道 染料分子在孔道内部不断吸附和解吸，最后达到扩散平衡，完成纤维由“环染”到“透染”的过程。 扩散的影响因素,染色原理,还原染料的上染 影响因素 染

10、料分子结构 分子结构简单的染料，如靛蓝和硫靛，隐色体在染液中聚集很小，几乎成离子状态。它们对纤维的亲和力较低，匀染性能好。 分子量大、结构复杂，同平面性好，共轭双键贯通的染料隐色体在染液中显著地聚集，这类隐色体对纤维的亲和力高，初染率高，匀染性差。 染色温度 染色温度低，会增加染料聚集 染色温度低，不利于隐色体在纤维扩散 温度高，保险粉消耗大,染色原理,还原染料的上染 影响因素 电解质 会增加隐色体聚集 促进隐色体上染,染色原理,还原染料隐色体的氧化 氧化方法 冷水淋洗（水中氧气氧化） 透风氧化（即空气氧化） 氧化剂氧化：双氧水、过硼酸钠、重铬酸钠 常见问题 氧化不足：皂洗后色浅、色花 过度氧

11、化：色泽变化，牢度降低,染色原理,皂煮 目的 除去纤维表面的浮色，提高染物的耐洗和耐摩擦牢度 “浮色”主要是由于染物表面的残液未充分去除即被氧化而形成的 改变纤维内染料微粒的聚集、结晶等物理状态，使染着在纤维上的染料状态变得更为稳定，而获得稳定的色光 提高某些染料的日晒牢度 注意 在纤维表面呈高度的分散状态，皂煮前最好用温水冲洗，去除部分浮色；若氧化后立即高温皂煮，纤维表面高度的分散的染料会粘附在纤维，反而不易除去,染色原理,皂煮 皂煮后不但染物的染色牢度得到提高，而且色光也会有所变化 染料分子在纤维中的物理状态发生了变化 染料分子的异构化，如顺式、反式异构,还原染料染色,染料性能 染色原理 染色方法,染色方法,染色本质上是染料和纤维在特定介质环境中的的相互作用 染料 纤维 介质环境 温度 pH 时间 助剂,染色方法,浸染 化料 染料选择 助剂的选用 染料的还原与溶解 保险粉 烧碱 分散剂，润湿剂 织物问题 渗透剂,染色