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陽(yáng)離子染料染色原理及工藝

腈綸是由丙烯腈與其他單體成分共聚而成的合成纖維。其組成以丙烯腈為主，加入了第二單體如丙烯酸酯，以改善纖維的物理機(jī)械性能，提高它的柔韌性和手感；引入第三單體如衣康酸或丙烯磺酸，以增加纖維上吸附染料的位置，改善染色性能。引入的酸性基因越多，纖維結(jié)合染料的位置就越多，則該纖維的染色飽和值越大，得色也越深。

腈綸采用陽(yáng)離子染料在較高溫度下進(jìn)行染色，可得深濃鮮艷的色澤，但當(dāng)染色溫度過(guò)高并有堿存在時(shí)，則易使纖維泛黃，染色色澤改變。因此，腈綸的染色一般在弱酸性條件下進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)盡量避免過(guò)高溫度染色。

（一）陽(yáng)離子染料結(jié)構(gòu)與性能陽(yáng)離子染料是為了適應(yīng)腈綸的染色，在堿性染料的基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的新型染料。這類染料在水溶液中能離解成帶正電荷的色素陽(yáng)離子，故稱為陽(yáng)離子染料。根據(jù)陽(yáng)離子染料結(jié)構(gòu)中所帶陽(yáng)離子基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征，可將染料分為共軛型與隔離型兩大類。一般的堿性染料與陽(yáng)離子染料都屬于共軛型。由于染料中的共軛體系是染料的發(fā)色部分，而陽(yáng)離子基團(tuán)則是染料結(jié)構(gòu)中反應(yīng)活性較大的敏感位置，因此這類染料的耐光和熱穩(wěn)定性較差，但其色澤鮮艷，得色量高，勻染性較好。另一類陽(yáng)離子染料結(jié)構(gòu)中的陽(yáng)離子基團(tuán)是與染料母體之間的發(fā)色體系相互隔開(kāi)的，故稱之為隔離型陽(yáng)離子染料。由于反應(yīng)活性較高的陽(yáng)離子基團(tuán)不參與染料母體的共軛，使染料的發(fā)色體系能在光、熱作用下保持穩(wěn)定，因此這類染料比較耐熱，日曬牢度較高，但由于電荷集中，與纖維的結(jié)合力較強(qiáng)，故不易獲得勻染效果。

陽(yáng)離子染料對(duì)染浴的pH值比較敏感，在弱酸性介質(zhì)中比較穩(wěn)定，溶解度較好。但若溶液的pH值過(guò)高，尤其是在堿性條件下，染料容易發(fā)生色光變化，甚至分解、沉淀；若pH值過(guò)低，也會(huì)引起染料色光的改變或分解。因此，陽(yáng)離子染料染色時(shí)，pH值一般控制在4～5。此外陽(yáng)離子染料在溶液中易與陰離子型助劑和染料結(jié)合而生成沉淀或產(chǎn)生焦?fàn)钗镔|(zhì)，故原則上應(yīng)避免與陰離子型化合物同浴，但也可

(二)陽(yáng)離子染料染色原理陽(yáng)離子染料上染腈綸是陽(yáng)離子染料的有色陽(yáng)離子與纖維上帶負(fù)電荷的基團(tuán)成鹽結(jié)合的過(guò)程，即:

纖維-COOH+CI－染料－→纖維－COO－染料+HCl

這一結(jié)合過(guò)程屬于定位吸附過(guò)程，陽(yáng)離子染料對(duì)睛綸的染色可包括下屬三個(gè)過(guò)程。

1.吸附腈綸在水中由于酸性基團(tuán)的離解而使纖維帶負(fù)電荷，容易吸附染料陽(yáng)離子，使纖維表面的負(fù)電被中和，隨著染料離子向纖維內(nèi)部不斷擴(kuò)散，纖維表面帶電增加，纖維再度吸附染料。

2.擴(kuò)散染料向纖維內(nèi)的擴(kuò)散是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程。由于染料陽(yáng)離子與纖維上的負(fù)電基團(tuán)產(chǎn)生較強(qiáng)庫(kù)倫引力，使得染料分子的擴(kuò)散變得比較困難，常需借助溫度的增高來(lái)進(jìn)行。因此，在用陽(yáng)離子染料染腈綸時(shí)，必須嚴(yán)格控制溫度，以利于染色勻透。

3.固著染料固著是染料陽(yáng)離子與纖維上陰離子基團(tuán)成鹽的過(guò)程，它基本是不可逆的。

由上述三個(gè)過(guò)程可見(jiàn)，要使陽(yáng)離子染料順利而勻透地上染腈綸，必須設(shè)法控制染料對(duì)纖維的吸附速率，繼而設(shè)法強(qiáng)化染料在纖維內(nèi)部的擴(kuò)散速率并盡量減小染料在纖維內(nèi)擴(kuò)散的阻力。為此，必須注意以下幾個(gè)因素：

(1)溫度：腈綸染色過(guò)程中，溫度一方面可賦予染料擴(kuò)散所需要能量，另一方面可使纖維膨化，減小染料在纖維內(nèi)的擴(kuò)散阻力。當(dāng)溫度低于腈綸的玻璃化溫度時(shí)，染料對(duì)纖維的吸附速率較慢；當(dāng)溫度升至85℃以上時(shí)，染料對(duì)纖維的吸附速率加快，上染速率急劇增加，極易造成染色不勻。為此，必須嚴(yán)格控制升溫速率，以限制染料的吸附速率，應(yīng)在保證均勻吸附的基礎(chǔ)上有控制地提高染料的擴(kuò)散速率，從而有利于染色的勻透。

(2)pH值：控制染色pH值的高低與染色深度有關(guān)。當(dāng)pH值較低時(shí)，可抑制纖維上酸性基團(tuán)和染料陽(yáng)離子的離解，有利于減慢上染速率，可染淡色，同時(shí)還有利于勻染。反之，若pH值增高，有利于染料與纖維的離解，使染料對(duì)纖

(3)電解質(zhì)：電解質(zhì)在陽(yáng)離子染料上染腈綸中可產(chǎn)生緩染的作用，因?yàn)殡娊赓|(zhì)中的金屬陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)較小，在染色過(guò)程中能優(yōu)先于染料陽(yáng)離子搶占腈綸上帶負(fù)電的染色位置，然后再轉(zhuǎn)讓給染料陽(yáng)離子，由此延緩了染料上染纖維速率而產(chǎn)生勻染效果。另一類常用的陽(yáng)離子緩染劑，其作用機(jī)理亦是如此。若加入陰離子型的表面活性劑，由于它能與染料陽(yáng)離子結(jié)合生成不穩(wěn)定的復(fù)合物，使染浴中染料陽(yáng)離子的有效濃度降低，從而產(chǎn)生勻染效果。當(dāng)溫度升高時(shí)，這種不穩(wěn)定的復(fù)合物重新分解放出染料陽(yáng)離子再上染纖維，使染色完成。這類助劑在使用時(shí)易過(guò)多地降低染料的利用率，故常與非離子型表面活性劑混合使用。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)恰當(dāng)選擇各類緩染劑的用量，以獲得較好的染色成品，要注意在拼混染色中，應(yīng)選擇配伍值K相近的染料拼色，才能獲得均勻的染色效果。

(三)陽(yáng)離子染料染色工藝及方法腈綸根據(jù)散纖維、絲束、紗線、毛條等不同形式可在相應(yīng)的設(shè)備上染色。織物可在繩狀染色機(jī)、卷染機(jī)或軋染機(jī)上進(jìn)行。

純腈綸織物都采用浸軋或卷染。染色時(shí)始染溫度宜在玻璃化溫度以下，以70℃左右為宜。然后緩緩升溫至沸，染色約1h。染淡色時(shí)，起染溫度要低，升溫時(shí)間可長(zhǎng)些，染濃色時(shí)，起染溫度可高點(diǎn)，升溫時(shí)間可短些。染淡色可在3Omin左右，染中色、濃色可在60～90min。

染浴可由染料、醋酸、醋酸鈉、緩染劑、無(wú)水硫酸鈉等組成，各助劑的用量可根據(jù)染色之深淺而有所不同。染色時(shí)先將染料用使用量一半的醋酸調(diào)勻，加水調(diào)成漿狀后加沸水使染料溶解，然后將其他助劑及剩余醋酸加到染浴中，再將溶解好的染料濾入染浴內(nèi)，攪勻后即可染色。染色后進(jìn)行降溫，其降溫速率要緩慢，過(guò)快會(huì)影響手感。染色后即可進(jìn)行水洗，有的也可進(jìn)行柔軟處理，以增進(jìn)手感。

染色時(shí)間對(duì)染料的擴(kuò)散及是否上染充

除浸染和卷染外，滌腈混紡織物多采用軋染，其工藝包括汽蒸法和熱熔法兩種。

1.浸染

染色處方（純腈綸織物浸染艷紅色）：

陽(yáng)離子嫩黃7GL（500%）0.12%

陽(yáng)離子艷紅5GN（250%）2.40%

醋酸（98%）2.50%

醋酸鈉1.0%

無(wú)水硫酸鈉8.0%

勻染劑TAN0.5％

染色浴比1：40

75℃始染，1℃/min升溫至85℃，保溫染色15min，然后以1℃/2min升溫至95℃，保溫染色20min，再以1℃/4min升溫至100℃，沸染45～60min，最后在20～30min內(nèi)緩慢降至50℃出機(jī)。上述染色方法也稱為控制升溫法，是浸染染色中最常用的染色方法，適用于常壓不連續(xù)浸軋機(jī)、絞紗染色機(jī)、液流染色機(jī)、平幅無(wú)張力卷染機(jī)等染色設(shè)備。

浸染染色中，還有一種恒溫染色怯。恒溫染色法是在腈綸的玻璃化溫度以上、沸點(diǎn)以下的溫度范圍內(nèi)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟龋鳛楣潭ǖ暮銣厝旧珳囟?。在此恒溫下，?5～90min基本完成染料的上染，接著在沸點(diǎn)作短時(shí)間處理，使染料完全固著，達(dá)到最高的染色牢度。采用此法染色的關(guān)鍵是要選擇一個(gè)合理的恒溫上染溫度，在這一溫度下，腈綸投入染浴染色時(shí)并無(wú)突然上染的現(xiàn)象，但在整個(gè)恒溫過(guò)程中染料是在不斷地上染。當(dāng)恒溫階段結(jié)束時(shí)，纖維的上染率最好能達(dá)到80%以上，這樣就可快速升溫到沸點(diǎn)以使染料固著。采用恒溫染色法不易染花，得色均勻，容易操作，而且染色時(shí)間短，故在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

2.卷染卷染染液的組成與浸染相似，除含有染料外，還有醋酸、醋酸鈉、元明粉、陽(yáng)離子緩染劑等。染料的溶解法和染液配制與浸染亦類同。60℃開(kāi)始染色，染色4道后升溫至98～100℃，沸染8O～90min，再熱水洗、皂洗、熱水洗、溫水洗。所用設(shè)備應(yīng)以能自動(dòng)調(diào)節(jié)張力的等速卷染機(jī)為好，使織物在染色過(guò)程中所受張力盡可能小，否則會(huì)影響織物手感。

3.軋染軋

熱熔法軋染滌腈混紡織物一般是將分散染料和陽(yáng)離子染料同浴，即一浴法軋染。由于商品分散染料中含有大量的陰離子型分散劑，能和陽(yáng)離子染料結(jié)合，使染浴不穩(wěn)定，因此一般是將陽(yáng)離子染料先制成分散型陽(yáng)離子染料，使分散型陽(yáng)離子染料和分散染料同時(shí)分散在水中。

分散型陽(yáng)離子染料熱熔染色工藝與分散染料的熱熔染色相似，工藝流程是：浸軋→烘干→熱溶→后處理。熱熔條件是：190～200℃，1～2min。軋染液內(nèi)含有分散型陽(yáng)離子染料、醋酸、促染劑、釋酸劑、非離子表面活性劑及少量糊料等。加入醋酸是用來(lái)調(diào)節(jié)染液的pH至4～5。由于醋酸易揮發(fā)，為使染色過(guò)程中pH值比較穩(wěn)定，一般必須加入硫氰酸銨7～9g/L作為釋酸劑。采用尿素和碳酸乙烯酯作為促染劑，可使纖維膨化，有利于染料向纖維內(nèi)擴(kuò)散。非離子表面活性劑可提高染液的穩(wěn)定性和滲透性。少量糊料可防止染料泳移。若在熱溶后再進(jìn)行短時(shí)間汽蒸，可進(jìn)一步提高陽(yáng)離子染料的固色率。