分散染料及阳离子染料染色原理及工艺

分散染料及阳离子染料染色原理及工艺

棉：C 毛：W 麻：L 丝：S 涤：T或P 睛纶：A 维

纶：V 粘胶：R 涤棉：T/C 涤粘：T/R 毛睛：A/W 尼龙：N

A、分散染料染色原理及工艺

分散染料是一类水溶性较低的非离子型染料。最早用于醋酯纤维的染色，称为醋纤染料。随着合成纤维的发展，锦纶、涤纶相继出现，尤其是涤纶，由

于具有整列度高，纤维空隙少，疏水性强等特性，要在有载体或高温、热溶下

使纤维膨化，染料才能进入纤维并上染。因此，对染料提出了新的要求，即要

求具有更好疏水性和一定分散性及耐升华等的染料，目前印染加工中用于涤纶织物染色的分散染料基本上具备这些性能，但由于品种较多，使用时还必须根

据加工要求选行选择。

（一）分散染料一般性质 分散染料结构简单，在水中呈溶解度极低的非离子状态，为了使染料在溶液中能较好地分散，除必须将染料颗粒研磨至2μm以

下外，还需加入大量的分散剂，使染料成悬浮体稳定地分散在溶液中。分散染

料按应用时的耐热性能不同，可分为低温型、中温型和高温型。其中低温型染

料的耐升华牢度低，匀染性能好，常称为E型染料；高温型染料的耐升华牢度

较高，但匀染性差，称为S型染料；中温型染料的耐升华牢度介于上述两者之间，又称为SE型染料。用分散染料对涤纶进行染色时，需按不同染色方法对染

料进行选择。

（二）分散染料染色方法 由于聚酯纤维具有疏水性强、结晶和整列度高、纤维微隙小和不易润湿膨化等特性，要使染料以单分子形式顺利进入纤维内部

完成对涤纶的染色，按常规方法是难以进行的，因此，需采用比较特殊的染色

方法。目前采用的方法有载体法、高温高压法和高温热溶法等三种染色方法。

这些方法利用了不同的条件使纤维膨化，纤维分子间的空隙增大，同时加入助

剂以提高染料分子的扩散速率，使染料分子不断扩散进入被膨化和增大的纤维空隙，而与纤维由分子间引力和氢键固着，完成对涤纶的染色。由于分散染料

在水中的溶解度极低，故要依靠加入染料和溶液中的分散剂组成染液。为防止

分散染料及涤纶在高温及碱作用下产生水解，分散染料的染色常需在弱酸性条

件下进行。

下面分别介绍三种染色方法：

1.载体染色法 载体染色法是在常压下加热进行。它是利用一些对染料和纤维都有直接性的化学品，在染色时当这类化学品进入涤纶内部时，把染料分子

也同时携入，这种化学药品称为载体或携染剂。

利用载体对涤纶染色的原理是涤纶中的苯环与染料分子中的芳核间有较大分子间引力，涤纶能吸附简单的烃类、酚类等，这些化学品就成为载体。由于

载体与涤纶之间的相互作用，使涤纶分子结构松弛，纤维空隙增大，分子易进

入纤维内部。同时由于载体本身能与纤维及染料分子产生直接性，不但能帮助

染料溶解，把染料单分子带到纤维表面，增加染料在纤维表面的浓度，而且能

减少纤维的表面张力，使运动着的染料分子迅速进入纤维空隙区域，提高了染料分子的扩散率，促使染料与纤维结合，从而完成染色步骤。染色结束后，利

用碱洗，使载体完全去除。常用载体有邻苯基苯酚、联苯、水杨酸甲酯等，由

于大都具有毒性，对人体有害，目前已很少应用，故这里只作一般介绍。

2.高温高压染色法 高温高压染色法是在高温有压力的湿热状态下进行。染料在100℃以内上染速率很慢，即使在沸腾的染浴中染色，上染速率和上染百

分率也不高，所以必须加压在2atm（2.02×105Pa）以下，染浴温度可提高到

120～130℃，由于温度提高，纤维分子的链段剧烈运动，产生的瞬时孔隙也越

多和越大，此时染料分子的扩散也增快，增加了染料向纤维内部的扩散速率，使染色速率加快，直至染料被吸尽而完成染色。

分散染料的高温高压染色方法是一种重要的方法，适合升华牢度低和分子

量较小的低温型染料品种。用这类染料染色匀染性好，色泽浓艳，手感良好，

织物透芯程度高，适合于小批量、多品种生产，常用于涤棉混纺织物的染色。

分散染料的高温高压染色可在高温高压卷染机和喷射、溢流染色机上进行，

适宜于染深浓色泽，染色pH值一般控制在5～6，常用醋酸和磷酸二氢铵来调

节pH值。为使染浴保持稳定，染色时尚需加入分散剂和高温匀染剂。

溢流染色机染色工艺举例：

染色处方：

分散染料 X

高温匀染剂 0.2～1.2g/L

扩散剂O 0.5～1g/L

醋酸(98％) 0.5～1.5g/L

还原清洗：

烧碱(360Be) 6ml/L

保险粉 2.5g/L

分散剂 0.1～0.5g/L

工艺流程：

坯布缝头→前处理→染色→还原清洗→热水洗→水洗→脱水→定形。

一般可在50～60℃始染，大约1h后逐渐升温至130℃，染色1～2h，然后充分水洗。染深色时进行还原清洗代替皂洗，可保持染色成品色泽鲜艳。

3.热熔染色法 分散染料染涤/棉织物采用热熔法染色与一般浸轧染色相似，

先经浸轧染液后即行烘干，随即再进行热熔处理。在200℃高温作用下，沉积在织物上的染料可以单分子形式扩散进入纤维内部，在极短的时间内完成对涤

纶的染色。若是涤棉混纺织物，则可通过热熔处理使沾在棉上的染料以气相或

接触的方式转移到涤纶上。热熔染色法是目前涤棉混纺织物染色的主要方法，

以连续化轧染生产方式为主，生产效率高，尤其适用于大批量生产。热熔染色

法的缺点是设备占地面积大，同时对使用的染料有一定的条件限制，染料的利用率较高温高压法低。

热熔染色工艺举例如下（45×45支，浅蓝色，65/35涤/棉细纺织物）：

(1)染色处方

分散蓝2BLN 1.5g/L.

润湿剂JFC lml/L

扩散剂 1g/L

3%海藻酸钠浆 5～1Og/L

使用时，用醋酸或磷酸二氢铵调节pH5～6。

(2)工艺流程

轧染 (二浸二轧，轧余率65%，室温)→预烘(8O～120℃)→热熔(180～

210℃，2～1min)→套染棉。

在高温热熔染色中要注意防止染料在预烘和焙烘中产生泳移，热熔焙烘阶

段是棉上的分散染料向涤纶转移的重要阶段，要根据染料的耐热性能，即染料

的升华牢度，选择适当的热熔温度和时间。在实际染色时，染料的转移不可能是完全的，在棉上总残留有一部分染料，造成棉的沾色，可采用还原清洗或皂

洗进行染后处理。若在热熔法染色后还要进行棉部分的套染，则可在套染后选

行后处理。

B、阳离子染料染色原理及工艺

腈纶是由丙烯腈与其他单体成分共聚而成的合成纤维。其组成以丙烯腈为

主，加入了第二单体如丙烯酸酯，以改善纤维的物理机械性能，提高它的柔韧

性和手感；引入第三单体如衣康酸或丙烯磺酸，以增加纤维上吸附染料的位置，改善染色性能。引入的酸性基因越多，纤维结合染料的位置就越多，则该纤维

的染色饱和值越大，得色也越深。

腈纶采用阳离子染料在较高温度下进行染色，可得深浓鲜艳的色泽，但当

染色温度过高并有碱存在时，则易使纤维泛黄，染色色泽改变。因此，腈纶的

染色一般在弱酸性条件下进行，同时应尽量避免过高温度染色。

（一）阳离子染料结构与性能 阳离子染料是为了适应腈纶的染色，在碱性

染料的基础上经改进而发展起来的新型染料。这类染料在水溶液中能离解成带

正电荷的色素阳离子，故称为阳离子染料。根据阳离子染料结构中所带阳离子基团的结构特征，可将染料分为共轭型与隔离型两大类。一般的碱性染料与阳

离子染料都属于共轭型。由于染料中的共轭体系是染料的发色部分，而阳离子

基团则是染料结构中反应活性较大的敏感位置，因此这类染料的耐光和热稳定

性较差，但其色泽鲜艳，得色量高，匀染性较好。另一类阳离子染料结构中的

阳离子基团是与染料母体之间的发色体系相互隔开的，故称之为隔离型阳离子染料。由于反应活性较高的阳离子基团不参与染料母体的共轭，使染料的发色

体系能在光、热作用下保持稳定，因此这类染料比较耐热，日晒牢度较高，但

由于电荷集中，与纤维的结合力较强，故不易获得匀染效果。

阳离子染料对染浴的pH值比较敏感，在弱酸性介质中比较稳定，溶解度较好。但若溶液的pH值过高，尤其是在碱性条件下，染料容易发生色光变化，甚

至分解、沉淀；若pH值过低，也会引起染料色光的改变或分解。因此，阳离子

染料染色时，pH值一般控制在4～5。此外阳离子染料在溶液中易与阴离子型助

剂和染料结合而生成沉淀或产生焦状物质，故原则上应避免与阴离子型化合物

同浴，但也可利用这一性质，选用适当的阴离子助剂进行缓染或制备分散型阳离子染料。加入中性电解质，也可对阳离子染料的染色产生缓染作用，获得匀

染效果。

(二)阳离子染料染色原理 阳离子染料上染腈纶是阳离子染料的有色阳离子与纤维上带负电荷的基团成盐结合的过程，即:

纤维-COOH + CI－染料－→ 纤维－COO－染料 + HCl

这一结合过程属于定位吸附过程，阳离子染料对睛纶的染色可包括下属三个过程。

1.吸附 腈纶在水中由于酸性基团的离解而使纤维带负电荷，容易吸附染料

阳离子，使纤维表面的负电被中和，随着染料离子向纤维内部不断扩散，纤维

表面带电增加，纤维再度吸附染料。

2.扩散 染料向纤维内的扩散是一个复杂过程。由于染料阳离子与纤维上的

负电基团产生较强库伦引力，使得染料分子的扩散变得比较困难，常需借助温

度的增高来进行。因此，在用阳离子染料染腈纶时，必须严格控制温度，以利于染色匀透。

3.固着 染料固着是染料阳离子与纤维上阴离子基团成盐的过程，它基本是

不可逆的。

由上述三个过程可见，要使阳离子染料顺利而匀透地上染腈纶，必须设法控制染料对纤维的吸附速率，继而设法强化染料在纤维内部的扩散速率并尽量

减小染料在纤维内扩散的阻力。为此，必须注意以下几个因素：

(1)温度：腈纶染色过程中，温度一方面可赋予染料扩散所需要能量，另一方面可使纤维膨化，减小染料在纤维内的扩散阻力。当温度低于腈纶的玻璃化

温度时，染料对纤维的吸附速率较慢；当温度升至85℃以上时，染料对纤维的

吸附速率加快，上染速率急剧增加，极易造成染色不匀。为此，必须严格控制升温速率，以限制染料的吸附速率，应在保证均匀吸附的基础上有控制地提高

染料的扩散速率，从而有利于染色的匀透。

(2)pH值：控制染色pH值的高低与染色深度有关。当pH值较低时，可抑

制纤维上酸性基团和染料阳离子的离解，有利于减慢上染速率，可染淡色，同时还有利于匀染。反之，若pH值增高，有利于染料与纤维的离解，使染料对纤

维的吸附加快，易染色不匀。在实际染色中，可根据所用纤维所含酸性基团的

数量和强弱来选择适当pH值，并可用缓冲剂来调节和稳定染液pH值。

(3)电解质：电解质在阳离子染料上染腈纶中可产生缓染的作用，因为电解质中的金属阳离子结构较小，在染色过程中能优先于染料阳离子抢占腈纶上带

负电的染色位置，然后再转让给染料阳离子，由此延缓了染料上染纤维速率而

产生匀染效果。另一类常用的阳离子缓染剂，其作用机理亦是如此。若加入阴

离子型的表面活性剂，由于它能与染料阳离子结合生成不稳定的复合物，使染