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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T>Tg • 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
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
（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 • 阳离子染料上染腈纶，主要是定位吸附，其吸附等温线属于朗格缪尔型，存在着一个饱和值。 • 染色饱合值 • 染色达到平衡时可以上染纤维的最大染料重量的百分数 • 纤维的饱合值 • 染料的饱合值 • 染料的饱合系数
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：[D1]f1+ [D2]f2+ [D2]f3+……≤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）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 • T<Tg，上染速率慢 • T>Tg，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2~4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。 • 85~90 ℃保温10~15min • 95℃或97℃保温20~30min • 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85~95℃的恒温条件下进行染色45~90min，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97~105℃， • 高温下的延续时间为45~90min • 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 • 2、pH值控制 • 一般染浴的pH值为4~4.5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ζ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5~15%。
（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。
