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陽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)染色溫度過高并有堿存在時，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，同時應(yīng)盡量避免過高溫度染色。

（一）陽離子染料結(jié)構(gòu)與性能陽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離子，故稱為陽離子染料。根據(jù)陽離子染料結(jié)構(gòu)中所帶陽離子基團(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。另一類陽離子染料結(jié)構(gòu)中的陽離子基團(tuán)是與染料母體之間的發(fā)色體系相互隔開的，故稱之為隔離型陽離子染料。由于反應(yīng)活性較高的陽離子基團(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。

陽離子染料對染浴的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值過低，也會引起染料色光的改變或分解。因此，陽離子染料染色時，pH值一般控制在4～5。此外陽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)陽離子染料染色原理陽離子染料上染腈綸是陽離子染料的有色陽離子與纖維上帶負(fù)電荷的基團(tuán)成鹽結(jié)合的過程，即:

纖維-COOH+CI－染料－→纖維－COO－染料+HCl

這一結(jié)合過程屬于定位吸附過程，陽離子染料對睛綸的染色可包括下屬三個過程。

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)散是一個復(fù)雜過程。由于染料陽離子與纖維上的負(fù)電基團(tuán)產(chǎn)生較強(qiáng)庫倫引力，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進(jìn)行。因此，在用陽離子染料染腈綸時，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離子與纖維上陰離子基團(tuán)成鹽的過程，它基本是不可逆的。

由上述三個過程可見，要使陽離子染料順利而勻透地上染腈綸，必須設(shè)法控制染料對纖維的吸附速率，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，必須注意以下幾個因素：

(1)溫度：腈綸染色過程中，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，染料對纖維的吸附速率較慢；當(dāng)溫度升至85℃以上時，染料對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，可抑制纖維上酸性基團(tuán)和染料陽離子的離解，有利于減慢上染速率，可染淡色，同時還有利于勻染。反之，若pH值增高，有利于染料與纖維的離解，使染料對纖

(3)電解質(zhì)：電解質(zhì)在陽離子染料上染腈綸中可產(chǎn)生緩染的作用，因?yàn)殡娊赓|(zhì)中的金屬陽離子結(jié)構(gòu)較小，在染色過程中能優(yōu)先于染料陽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，由于它能與染料陽離子結(jié)合生成不穩(wěn)定的復(fù)合物，使染浴中染料陽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，這種不穩(wěn)定的復(fù)合物重新分解放出染料陽離子再上染纖維，使染色完成。這類助劑在使用時易過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?？椢锟稍诶K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，起染溫度要低，升溫時間可長些，染濃色時，起染溫度可高點(diǎn)，升溫時間可短些。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，過快會影響手感。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。

染色時間對染料的擴(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）：

陽離子嫩黃7GL（500%）0.12%

陽離子艷紅5GN（250%）2.40%

醋酸（98%）2.50%

醋酸鈉1.0%

無水硫酸鈉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)選擇一個適當(dāng)?shù)臏囟?，作為固定的恒溫染色溫度。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)鍵是要選擇一個合理的恒溫上染溫度，在這一溫度下，腈綸投入染浴染色時并無突然上染的現(xiàn)象，但在整個恒溫過程中染料是在不斷地上染。當(dāng)恒溫階段結(jié)束時，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)以能自動調(diào)節(jié)張力的等速卷染機(jī)為好，使織物在染色過程中所受張力盡可能小，否則會影響織物手感。

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，能和陽離子染料結(jié)合，使染浴不穩(wěn)定，因此一般是將陽離子染料先制成分散型陽離子染料，使分散型陽離子染料和分散染料同時分散在水中。

分散型陽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。加入醋酸是用來調(diào)節(jié)染液的pH至4～5。由于醋酸易揮發(fā)，為使染色過程中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)行短時間汽蒸，可進(jìn)一步提高陽離子染料的固色率。