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1、,第十一章阳离子染料的染色Cationic Dyes第一节腈纶的结构特点和染色性能,一、腈纶的化学组成：聚丙烯腈一般由三种单体组成P193-194第一单体：丙烯腈（主体）85%以上第二单体：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯，占3-12%（结构主体）；作用：减弱聚丙烯腈大分子间作用力，改善手感和弹性，克服脆性，有利于染料分子进入纤维内部。,第三单体：染色单体，占1-3%，是改善纤维的染色性能。含酸性基团的单体：如丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠；这一类用阳离子染料染色。含碱性基团的单体：如乙烯吡啶、丙烯基二甲胺；这一类用酸性染料染色。不含第三单体的腈纶：P194,二、腈纶的性质：P1941、耐热性
2、能：与其它合成纤维一样，腈纶纤维有玻璃化转变温度，腈纶纤维的玻璃化转变温度随品种而异，差距很大，大约在-之间。在水中，由于水的增塑作用，腈纶纤维的玻璃化温度下降到-之间，链段开始运动。,、变形性大：腈纶纤维在玻璃化温度以上时，纤维显现的热塑性对压力和强力很敏感，特别是湿热时很容易变形。所以此时不能承受大的机械应力。生产中主要用松弛设备加工，像浸染染色很少用轧染染色。膨体纱就是利用纤维的热塑性。、高温泛黄：腈纶纤维在经较长时间的高温处理时，结构发生变化而泛黄。泛黄的原因一般认为是聚丙烯腈分子链段发生环化，特别氧和碱的存在，泛黄更为严重。,2、染色性能含酸性基团越多，扩散系数越大。因为酸性基团增加
3、，纤维的库仑斥力增大，微隙增加，上染速率增大。另一方面，提供的染座增加。染色温度。聚丙烯腈纤维染色时，阳离子染料会在纤维表面发生吸附，但在纤维玻璃化温度以下，染料是难以向纤维内部扩散的。一旦超过染色玻璃化温度以后，上染速度随着温度的提,高而提高。大约每提高一，上染速率可以增加左右，所以聚丙烯纤维对温度很敏感，而且纤维的移染性能很差，易染色。3、染色饱和值：纤维上所能吸附的染料的最大值称为纤维饱和值Sf P194。Sf越大，表示对染料的吸收量越大。使用时，根据纤维的饱和值计算染料和助剂的最大用量；Sf小的(1.2-1.7)纤维宜于染浅淡色，Sf大的(2.1-2.7)纤维宜于染深浓色和黑色。,第二
4、节阳离子染料的结构分类及性能,一、染料特点：1.色素离子带正电荷，+-，以季铵盐形式存在。2.色谱齐全，颜色鲜艳，给色量高，日晒和皂洗牢度很高。3.匀染性差（尤其是染浅色），需加匀染剂。4.主要用于聚丙烯腈纤维，也可用于改性涤纶和改性锦纶的染色。,5.分子结构中含有氨基或取代氨基等碱性基团，能与阴离子成盐，易溶于水，与纤维上阴离子形成盐式键，此处还存在氢键、范德华力。二、阳离子染料的发展：1855年问世，称盐基染料，后改名为碱性染料，是最早出现的合成染料。早期用于蛋白质纤维及纤维素纤维，得色浓艳，着色力强，但牢度很低，易褪色，工艺复杂。,后来用于腈纶的染色，得色浓艳，对纤维的直接性较大，牢度很
5、高，因色素离子带正电，又称为阳离子染料。注意两者的区别。三、分类：P195-1961、共轭型阳离子染料2、非共轭型阳离子染料3、迁移型阳离子染料4、分散型阳离子染料,第三节阳离子染料的染色性能和原理,一、阳离子染料的一般性能：1.弱酸性介质中比较稳定，溶解度较好，PH值过高容易发生色光变化，甚至分解沉淀。2.染色时用稀醋酸调PH=4-5。3.避免与阴离子助剂或染料同浴，或选用适当阴离子助剂达到缓染或制备成分散型阳离子染料。D+腈纶-SO3H腈纶-SO3-+H+腈纶-SO3-.D+,4.色泽鲜艳，上染百分率高，给色量好，湿处理牢度和耐晒牢度较高，但匀染性较差，尤其是在染淡色。二、染色机理：在染浴
6、中，腈纶纤维表面带有阳离子电荷，阳离子染料生成阳离子染料，阳离子在染液中扩散，纤维阳离子对染料阳离子的静电引力使染料被纤维表面吸附，成盐式键结合。此处还有氢键和范德华力。,H2O腈纶-COOH腈纶-COO-+D+腈纶-COO-.D+定位吸附/盐式键 H2O腈纶-SO3H腈纶-SO3-+D+腈纶-SO3-.D+定位吸附/盐式键 三、饱和值：1.纤维的饱和值：通常是指苯腈纶纤维，用标准染料在，回流小时，PH，浴比：用足量的染料使平衡上染百分率达到时的百分率。,纤维饱和值对某一特定纤维来说是一个常数，但对不同厂家不同的排号，因COOH,-SO3H含量不同，纤维的饱和值是不同的。腈纶纤维的染色饱和值S
7、f大致与纤维上酸性基团的含量相当；Sf越大，表示可染深色，Sf越小，表示可染浅色。2.染料的饱和值SD：P199指染料在规定条件下，在某一纤维上的染色饱和值。,3.阳离子纤维的饱和系数f:将纤维饱和值除以染料在纤维上的饱和值，所得的商成为饱和系数。f=Sf/SD。根据染料的饱和系数和纤维的饱和值，即可计算出染料饱和值。f越小，表示染料上染量越高，易染浓色。拼色时要求各染料用量（包括助剂）*fi=纤维的饱和值Sf,例：染料用量 f值阳离子嫩黄7GL50%1.0*0.45=0.45阳离子红2GL250%1.2*0.61=0.732阳离子艳蓝RL500%0.21*0.38=0.080匀染剂 0.8*
8、0.58=0.464 合计1.726国产腈纶的饱和值2.3,实际应用意义：纤维的饱和值，染料的饱和值，是衡量腈纶纤维的染色性能，鉴定合理染色工艺的重要指数之一。饱和值低的腈纶纤维染浓色就比较困难。染色时，所用的染料量不能超过此染料在该纤维上的饱和值，否则会造成染料的浪费并会影响染色牢度。,四、匀染性：1.造成匀染性差的原因：亲和力大：阳离子染料对腈纶纤维的亲和力一般较高，亲和力大造成上染百分率高，上染速率快。扩散活化能高，扩散活化能为千卡克分子。造成对温度特别敏感。存在玻璃化温度：在腈纶纤维的玻璃化转变温度以下时，染料的上染速率很慢，当达到玻璃化温度时，腈纶纤维的结构逐渐松弛，染色速率显著增加
9、。大,量的染料在较短的时间内迅速上染纤维。腈纶纤维的扩散性，移染性差。由于以上的原因，造成阳离子染料在腈纶上的匀染性较差，特别是在染淡色时，容易发生染色不匀。2.克服染色不匀的措施：控制温度：温度Tg(75-85)，严格控制升温速率。,恒温染色法：在85-90，选择一个点用于腈纶染色处理一段时间，最后升温沸染短时间。目的是减少和消除由于染浴温度不匀而引起的上染不匀现象，缩短染色时间。实践要求：最适宜染色温度97-100；高温下延续时间45-90min；染浅色，温度可低些，时间可短些；染深色，温度要高点，时间要长些。注意温度过高，导致收缩影响手感，织物变形。降温不可太快，影响手感。,控制PH值：
10、加酸起溶解染料和缓染作用。通常染浅色时酸的用量大一些，PH=3-4.5；染浓色时可以少加酸或不加酸，PH=4-5，常用HAC-NaAC缓冲液。中性电解质的应用：在染浴中加入中性电解质，它们的金属离子Na+，能与染料阳离子相互竞争染色位置，由于金属离子体积小，流动性大于染料阳离子，就先被纤维吸附，夺占染色位置，然后被对纤维具有较大亲和力的染料阳离子置换，所以起到缓染作用。缓染作用不,及阳离子缓染剂，对含弱酸性基团的腈纶缓染作用大于含强酸性基团的腈纶，注意元明粉用量不可过多，否则染料聚集沉淀，得色浅，有色斑。选用缓染剂：阳离子缓染剂：大多数是具有长链烷烃的季按盐。我们把它称为无色阳离子染料，它对纤
11、维有直接性，因此染色时能和阳离子染料争夺纤维表面的有限的染座位置，从而降低染料的上染速度，起到缓染作用。,缓染剂1227十二烷基二甲基苄基氯化铵；缓染剂会影响染料的上染百分率。一般染浅色时，缓染剂可稍加多一些，染深色时可以不加。要求缓染剂与阳离子染料配伍。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络合物，因此降低了游离阳离子浓度，这种络合物对纤维没有直接性失去了上染能力。它们之间存在一个,动态平衡，随着染色温度的不断提高，游离的染料阳离子不断上染纤维，打破了动态平衡，使反应向右移动，释放出染料阳离子起到缓染作用。注意使用阳离子缓染剂对纤维上的染料有剥色作用，染
12、浴小时，络合物易沉淀析出，使用不方便。,五、配伍性（相容性）：对拼色很重要。什么叫配伍：标志着上染速率的快慢，趋近平衡的快慢。如果染色时，染料的上染速率相等，随着染色的进行，被染物的浓度增加，但色调在染色的整个过程中自始致终保持不变，那么这些染料在此应用条件下被称为可配伍的。K值测试方法P198 K值越大，染色速度愈慢，匀染性好，适合染浅色；K值越小，染色速度愈快，,匀染性差，适合染中、深色。所以单一染料染色选K值较大的染料易匀染。,第四节阳离子染料的染色方法及其工艺,工艺特点：通用性；工艺简单，重现性好；对染料和设备要求低；给色量高，质量优，效率高，能耗低。一、浸染：纯纺腈纶多用浸染。1、染
13、色处方：染料 x%(对织物重)阳离子缓染剂阳离子缓染剂和硫酸钠用硫酸钠来改善染料的匀染性能。醋酸：醋酸和醋酸钠组成缓冲溶液，醋酸钠：使染液保持在一定的PH范围内,2、工艺流程：60保持分钟，然后快速升温至70。然后以一分钟一度的速度升温至沸腾，保持沸腾30分钟，然后以一分钟1的速度降温到50，最后进行水洗和后处理。3、染色工艺条件：染料：应选染色速度较低，亲和力较小，匀染性好，K值较大的染料。温度：60-70始染，严格控制升温过程。,PH值：用HAC-NaAC调PH=4.5。时间：大于30min，浅色沸染30min，中深色沸染60-90min。浴比：1：（20-60）。注意烘干时间不可过长，温
14、度不可过高，以防色变。,二、轧染主要用于腈纶丝束，毛条及腈纶混纺织物。轧染工艺有汽蒸法和热熔法两种。1、汽蒸法染色处方组成：染料、助剂、促染剂、酸或强酸性染料、糊料工艺流程：浸轧汽蒸（100-103，10-45min）水洗。2、热熔法：,热熔法主要用于涤腈混纺织物的染色，纯腈化纤织物或腈纶和其他纤维的混纺织物一般不用热熔法。处方：分散型阳离子染料、醋酸、促染剂、释酸剂、非离子表面活性剂、少量糊料工艺流程：浸轧烘干热熔（190-200）后处理。,作业：1.阳离子染料染腈纶的工艺条件是什么？2.改善阳离子染料对腈纶染色匀染性可采用哪些方法？并说明其作用原理.3.阳离子染料染腈纶时,阳离子缓染剂是如何产生缓染作用的?,
