阳离子染料

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教材191页

Ki=Di°exp(-Δui°/RT)
(8-1)
式中:i=1,2,3…n;Ki为相应阳离子染料的配伍指数; Di°为相应阳离子染料标准状态时的扩散系数; -Δui°/
为相应阳离子染料的标准亲和力;R为气体常数;T为绝
对温度。
一般按照英国染色家协会建议的方法,依据染料上染速 率的快慢,将阳离子染料划分五个档次,即: 配伍值K 1 2 3 4 5
3.按染料中正电荷的分布特性,阳离子染料可分 为两类。
阳离子染料的阳电荷是通过氮原子季铵化后引入到染料 分子中的。绝大部分阳离子染料可分为隔离型和共轭型。
隔离型的阳离子染料:阳离子染料分子中的含有定域的 正电荷,其位置不与发色体系共轭。由于正电荷集中, 容易与纤维结合,上染率高,匀染性差。给色量稍低, 色光不十分鲜艳,但耐热、耐晒,耐酸碱的稳定性好。
阳离子染料与腈纶的结合是 One-One 的定位结合,染
料对纤维的最大上染量决定于腈纶纤维中第三单体的含 量。所以在腈纶的阳离子染料染色中推出染色饱和值的 概念。


1. 腈纶阳离子染料染色的饱和值([S]f)
腈纶阳离子染料染色饱和值( [S]f ) : 用以表征单位质 量纤维上,含有可容纳阳离子染料的阴离子染座数量。 是以 100克纤维在规定的条件下上染某一指定的阳离子 染料的重量计算的。
张力和压力。
3. 腈纶纤维的超分子结构
腈纶纤维没有真正的晶区,只有侧向相对有序的准晶区。 准晶区与非晶区无严格的分界面。
第二节 阳离子染料染腈纶的基本理论
一、染色机理
由于腈纶中的第三单体酸性基团的存在和氰基的电子结构 特征,腈纶纤维在染浴中表面带有负电荷,当腈纶进入阳 离子染料的染液中发生下列过程: 1. 染浴中染料阳离子向腈纶纤维表面移动并通过扩散边界 层向纤维表面扩散。
-COOH是弱酸性基,上染比较缓和,并不用加大量的缓染 剂,由于是两个染座,足以使腈纶染成浓色。
国产金山腈纶:丙烯腈93%,丙烯酸甲酯5.7%,丙烯磺酸 钠1.3%
结构式:
-SO3H是强酸性基,故上染容易,但匀染性更差,要加入 较多的匀染剂,才能获得匀染。
2. 腈纶纤维的玻璃化温度Tg
在水中(染液)85℃ Tg对上染速率的影响很大,低于Tg基本不上染。 腈纶纤维在湿热作用下极易变形,不能经受较大的机械
2.5~ 3.5 3~4
M型
类 型 E型
配伍值
(K)
染料名称
艳红E-4BL,艳 蓝E-3RL,黄 ERL……
特性和用途
色光鲜艳,各项牢度优良,溶解 性、配伍性好,pH值适用范围广。 亲和力低。移染性、匀染性好。
5
分散型阳离子染料 活性阳离子染料 功能型阳离子染料

5. 应用范围:
阳离子染料是腈纶纤维的专用染料,主要用于腈 纶纺织品及其混纺、交织物的染色、印花。阳百度文库 子染料染聚丙烯腈纤维色泽鲜艳,给色量好,湿 处理牢度和日晒牢度较高。
嫩黄X-7GL,黄 用于腈纶膨体纱; X-6G,黄X-8GL, 毛、腈混纺织物的染色,对毛的沾 深黄X-2RL,金 色少; 黄X-GL,艳红X- 匀染性中等。 SGN…… 金黄M-GRL, 红M-RL, 蓝M-2G 膨体纱染色,腈纶织物匹染,染中、 浅色,匀染性佳。(分子量230~
280,迁移性良好。
[S]f意义: 表征和评价纤维可染性的重要指标,是 纤维本身的一种特性常数。 实际应用: [S]f ≥2 容易染成浓色。 [S]f <1.4仅适于中淡色品种。
兰化腈纶[S]f =2.3 金山腈纶[S]f =2.6
2. 阳离子染料的染色饱和浓度[S]D
阳离子染料的染色饱和浓度([S]D),指能使给定
染色处方实例:
染 料 7GL RL 用量(Owf) 0.5 2.0 0.5
f值
0.53 0.69 0.58
阳离子嫩黄 阳离子艳蓝 助剂 1227
染考太尔,其 Sf 值为 2.8
D.C.为 0.85
= 2.276
验算: 0.5× 0.53+2.0× 0.69+0.5× 0.58
0.85
2.276 ﹤ 2.8 (考太尔的Sf 值)
2. 由于静电引力,阳离子染料吸附在纤维表面,这时范德 华力也起一定作用。
3. 吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散,当染浴温度大 于Tg时,腈纶纤维大分子链段开始运动,大的空穴增加, 自由体积增加,染料向纤维内部扩散,打破原来的染色平 衡,加快纤维表面继续吸附染料。一般认为阳离子染料在 腈纶内相的扩散模型为自由体积模型(也有文献认为自由 体积和孔道的双重模型),染料在纤维中的一个染座(酸 性基团)上解吸下来,扩散,再吸附到另一个染座(酸性 基团),逐步向纤维内部扩散,不断发生吸附,解吸,扩 散,再吸附的跳跃式传递。 4. 最后阳离子染料和纤维上的染座(酸性基团)以离子键 固着。
阳离子染料在锦纶、醋酯纤维和阴离子改性后的 涤纶、真丝、棉、麻、丙纶等的印染中也有应用。
二、腈纶纤维的染色性能
1. 腈纶纤维组成: 最早生产的腈纶是聚丙烯腈的均聚物,结晶度高,分子链 间作用力强,性脆、手感差,难于染色。 第二单体的加入,降低了腈纶纤维的结构紧密性,改善了 手感,提高了染料在纤维中的扩散速率,改善了染色性能, 可以常压染色,常用丙烯酸甲酯。 第三单体的加入目的就是为了提高染色性能,提供与染料 结合的染座。一类有含酸性基团的衣康酸钠、丙烯磺酸钠; 另一类含有碱性基团的吡啶和氨基。
第八章 阳离子染料染色
第一节 引 言
一、阳离子染料概述
1.
阳离子染料是一类在水溶液中可电离为带正电
荷的色素阳离子以及无色阴离子的一类水溶性染料。
DX→D++X-
2.按应用性能,阳离子染料可分为两类: 一类为早期的阳离子染料,称为碱性染料或盐基染料。 碱性染料具有颜色鲜艳,发色强度高,着色力强的特点, 为其他类型染料所不及,在皮革、纸张、羽毛、草制品 等染色领域具有广泛的用途。 一类为适用于腈纶等纺织品印染的一类染料,称为阳离 子染料(在《染料索引》中仍以碱性染料类称)。该类 染料染色性能优良,各项牢度好,尤其是耐日晒牢度高。
A、隔离型:
O NHCH3
阳离子蓝FGL
O
CH2SO4NHCH2CH2CH2N+(CH3)2
染料母体 ( 发色体系 ) 发色体系:蒽醌、偶氮
隔离基
阳离子基
共轭型的阳离子染料:阳离子染料分子中的正电荷贯穿于 整个共轭体系中, 正电荷是离域的(常称为离域型阳离子 染料),电子流动贯通。颜色鲜艳,匀染性好,耐晒牢度 较差。染料敏感(对 pH 、热等)。共轭型阳离子染料是 阳离子染料中的主要类型,其染料品种众多。
第三单体含羧基、磺酸基等酸性基团,含酸性基团的腈纶, 则可和阳离子染料结合,纤维可用阳离子染料染色。
第三单体含吡啶、氨基等碱性基,含碱性基团的腈纶,则可 和阴离子结合,纤维可用酸性染料染色。
商品腈纶大多是含酸性基团的腈纶。
国产兰化腈纶:丙烯腈93%,丙烯酸甲酯5.7%,衣康酸钠 (甲叉丁二酸)1.3% 结构式:
阳离子染料上染腈纶纤维实质上是一个离子交换的过程如下 式表示: F-COOH + D+X- = F-COOD +HX F-SO3H + D+X- = F-SO3D +HX
阳离子染料的染色机理
染 料 吸 附
腈纶纤维
—OOC-腈纶
在 Tg 温度之下 65~80 ℃左右
—O
3S-腈纶
与其它二、三单体共聚后Tg为 80~90 ℃。 在染液中因水的增塑作用Tg为 65~80 ℃左右。
相配伍的染料:
▲两染料任意t时刻的上染量/平衡上染量都相等。
▲任意t时刻染浴中两染料的浓度比为常数,同样, 纤维上两染料的浓度比也为常数。
2. 配伍性的影响因素 配伍性→上染速率→ 亲和力
扩散系数
3. 配伍值(配伍指数(K))
阳离子染料的配伍指数(K)是反映染料亲和力大小和扩
散速率高低的综合指标。
阳离子染料的扩散上染
—OOC-腈纶
—O
3S-腈纶
染浴温度超过 Tg,随着温度的升高染料向纤维 内部的扩散迅速增大。
扩散进入纤维内部的阳离子染料与腈纶纤维上带负电 的酸性基结合。
-OOC-腈纶 -O 3S-腈纶
One-One的定位结合
染料的吸附量与腈纶纤维上带负电的酸性基的含量有关, 酸性基的含量越多,染料的上染量也就越多。




四、配伍性
1. 配伍现象 由于阳离子染料在腈纶纤维上吸附上染成盐机理即染座机 理, 因而阳离子染料的拼色与单色染色时的情况差异较大。不 同结构的阳离子染料对纤维的亲和力不同,同时其在纤维内 相中的扩散速率也有差异; 亲和力高的阳离子染料,染色初始 阶段一般在纤维表面吸附速率快,但在纤维内相中的扩散速 率慢,同时也容易取代纤维上已上染的亲和力低的染料 ;上染 速率快的先占有染座而上染速率慢的后占有染座。 阳离子染料拼色时,就会产生“竞染”现象。由于各染料 的“竞染”,导致在上染过程中染浴和纤维上各拼色染料的 比例时刻发生变化,产品色泽不一,难以达到理想的拼色效 果。 因而在拼色时,要考虑所选染料的配伍性。
教材195页式8-3.
染色处方验算公式: P1× f1+P2× f2+× P3× f3….+PR× fR D.C. ≤ Sf
P1、P2、P3、…及PR分别为染料及助剂的用量(Owf)。
f1 、f2 、f3… .及 fR 分别为各染料及助剂的饱和系数。 D.C.为染色系数,由实践经验而定(综合纤维、染料特 性、加工方法、设备、人员等因素)
上染速率快 亲和力高 匀染性差
上染速率慢 亲和力低 匀染性好
纤维达到饱和吸附所需商品染料的量,以相对于
纤维或织物的质量(o.m.f.)来表示 。
[S]D应用:染料染色时,染料的最大投入量
X%≤ [S]D
3.染料的饱和系数(f)
纤维的染色饱和值[S]f与染料的染色饱和浓度[S]D之比,
即为染料的饱和系数f。
f= [S]f / [S]D 染料的饱和系数f是阳离子染料的特征常数,与染料的纯 度和摩尔质量有关,而与纤维特性或纤维种类无关。特定 染料的饱和系数可表征该染料在对纤维染色时的饱和特性。 p192 8-2 应用[S]f 、 [S]D和f可以计算染色处方的合理性。 X1%×f1+ X2%×f2 + R%×fR + …… ≤ [S]f
B、共轭型 阳离子桃红FG
CH3 C
CH3 C2H4Cl C - CH = CH N CH3 Cl-
+ N CH3
阳离子基与染料母体共轭
4、国产阳离子染料分类(按应用) 类 型 普 通 型 X型
配伍值
(K)
染料名称
特性和用途
1~2
嫩黄7GL,红 匀染性差,牢度优良。 2GL,艳蓝RL, 耐洗、耐晒,适合染中深色腈纶针 深黄GL,紫2RL, 织内衣,腈纶条、散纤维、膨体纱。 紫3BL … …
影响上染速率因素有:
▲纤维中酸性基团的含量。教材197页图8-3。 ▲不同酸性基团。教材197页图8-4,图8-5 。 ▲腈纶纤维的热处理条件。教材198页图8-6。 ▲腈纶纤维的拉伸比。教材198页图8-7。 ▲染浴中染料浓度。教材198页图8-8。 ▲染色温度。教材198页图8-9。
三、染色的饱和现象
强酸性第三单体酸性基受染浴pH值的影响不大。
弱酸性第三单体酸性基要受到染浴 pH值的影响,当染浴 pH值较低时,弱酸性基的电离会受到抑制。
二、吸附等温线和上染速率 1. 吸附等温线: 属于单层、定位、化学吸附, 成盐机理。属于朗謬尔型吸附等温线。 教材196页图8-2。
2. 上染速率:上染速率快,初染率高,移染性差, 不匀染现象严重。

腈纶阳离子染料染色饱和值([S]f)的测定,采用SDC推
荐的方法,并用稳定性更高的亚甲基蓝(C.I.Basic Blue
9)代替孔雀绿(C.I.Basic Green 4)作为标准染料。

贝克曼(Beckmann)法:以相对分子质量为 400、亲和 力较高的阳离子染料,在pH值为4.5,浴比为100∶1的条 件下,染浴中用足量染料使平衡上染百分率达到 95%时,
每100g纤维上的染料量来表征(g染料/100g纤维)。
一些聚丙烯腈纤维的阳离子染料染色饱和值 纤维名称 考台尔 (Courtelle) (英) 兰化腈纶 (中 ) 爱克斯纶DK (Exlan) (日) 金山腈纶 (中 ) 奥纶 42 (Orlon) (美) 弱酸性第三单体 教材195页表8-3 染色饱和值 Sf 2.2 2.3 2.2 2.6 2.1 强酸性第三单体
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