第七章 分散染料染色

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第七章分散染料染色
7-1 引言
分散染料是…
一分散染料的发展
分散染料的发展是随着纤维发展而发展的。

分散染料的产生与发展是始于醋酯纤维的应用：
1 醋酯纤维用染料：分子结构小，水溶性小的染料；
2 聚酯纤维染色用染料；
3 新型差别化纤维，仿真丝产品，超细纤维染色用染料；
4 碱性浴染色的分散染料。

二分散染料的结构特点
1 结构特点
2 按应用性能分类
三分散染料发展趋向
1 多能化－染料能够同时上染涤纶及其混纺纤维
2 大分子化－适用于高温高压或热熔法染色、牢度高
3 杂环化－染料发色鲜艳且染色性能良好
7-2 分散染料的结构和性能一化学结构和颜色的关系以单偶氮结构染料为例：
R1为吸电子基，R2、R3为H或吸电子基；
R4、R5为H或供电子基；
R6、R7为H或烷基及烷基的进一步取代基。

偶氮基的左侧为含吸电子基的重氮组分，右侧为含供电基的偶合组分。

1 重氮组分吸电子基吸电子性效应愈强，偶合组分供电子基供电子性愈强，深色效应愈明显。

2 改变偶合组分氨基上取代基引起深色效应。

3 取代基的空间位阻效应…
二化学结构和日晒牢度的关系
染料的光褪色不但和染料的化学结构有关，也和染料的聚集态、所染纤维材料的性质以及大气条件等因素有关。

1 光褪色机理
这是一个亲电加成反应，-N=N-邻位上的电子云密度↑，利于反应，而导致日晒牢度下降。

R6
R7
R
5
3
O 2N
C 2H 5
2H 4CN
eg 2 染料结构与日晒牢度关系
① 对偶氮结构染料，引入吸电子基，日晒牢度↑； ②
③ 蒽醌结构日晒牢度普遍较偶合氮类好，蒽醌1位上氨基碱性越小，日晒牢度相对较高； ④ 同样染料对不同纤维染色，日晒牢度可能不同。

三 化学结构和升华牢度的关系
升华牢度：…
1 对于偶氮结构染料，极性基团对升华牢度影响较分子量影响大。

极性越强，分子量越大，升华牢度越好；重氮组分，偶合组分上引入极性基团均使所升华牢度提高。

2 对于蒽醌结构而言，分子量影响大于极性基团影响，一般随分子量增大，极性基团增多，升华牢度提高。

3 过多的极性基团引入，将导致染料对聚酯纤维亲和力下降，影响上染率。

4 升华牢度好，扩散、匀染性较差。

7-3 分散染料染色性能和染色原理
一 分散染料溶液特性和染色性能：分散染料溶液中含有：染料原分子、不同晶体染料、染料颗粒、少量离子态染料，处于动态平衡。

（一）分散染料分散性 1 分散剂的分散机理
① 染料晶面吸附分散剂，使晶面带负电而形成双电层； ② 分散剂亲水基与水结合形成水合层，提高稳定性； 2 影响分散性的因素
① 分散剂与扩散剂 …
② 温度－ T 升高导致分散剂（尤其是非离子表面活性剂）稳定性下降 ③ 钙/镁离子、中性电解质及阳离子物质会使染料的分散稳定性降低
④ 染液中的染料浓度过高，染液循环速度快，升温速率快，也会使分散液的稳定性降低。

（二）分散染料溶解性
分散染料分子中弱极性基团含量较高，赋予染料一定的溶解性；溶解度过大，会影响上染率。

影响分散染料溶解度因素： ① 分散剂（关键）
② T 升高，分散稳定性下降，但溶解度升高 ③ 染料细度 染料晶体颗粒小，溶解度大。

④ 晶体结构 晶型转变…；晶体增长和晶体析出现象使染料难于向纤维内部扩散，染料的上染速率降低，易产生染色不匀（色斑）
2
2][4NH r A NH Ar H Ar N N Ar -'+-→+-=-等疵点；结晶增长，溶解度下降。

⑤ 染料的分子量与极性 ⑥ 染色工艺条件和染色助剂 （三）分散染料的稳定性 1 染料水解
① 高温碱性条件下－ 酯键、氰基、酰胺基水解为羧基；羟基离子化 ② 酸性条件下－ 氨基、酰胺基质子化 染料水溶↑，上染率↓，导致色光变化。

2 染料还原－ 拔染、还原净洗
在高温碱性条件下棉纤维具有还原性。

显然，高温碱性条件下，染料结构易遭破坏，而分散染涤必须高温条件，因而染浴不能为碱性，一般控制染浴弱酸性5-6，用HAc 调节。

3 染料阴离子化 含羟基的分散染料
4 热稳定性
易升华、熔融，并发生染料的转移和沾染。

影响升华牢度的因素及其改善措施…
二 聚酯纤维的染色性能 1 聚对苯二甲酸乙二醇酯PET
① 结构因素－ 属线性大分子，分子链上没有大侧链；
② 缺乏极性基团－ 分子中没有强的极性基团，只有极性较小的酯基。

③ 纺丝和热处理与染色关系－ 涤纶的染色性能随纺丝条件及染色前处理条件而变化！173 表7-2、7-3 …
2 聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT …
3 聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT …
4 阳离子改性聚酯…
5 超细涤纶纤维…
三 分散染料的吸附平衡和上染速率
分散染料上染聚酯纤维的染色技术： 1 高温高压染色技术…
2 常压载体染色技术…
3 高温热熔染色技术… （一）上染过程
① 在溶液中的上染过程－ 染料吸附上染纤维和从纤维表面向纤维内扩散都是由单分子染料完成。

染色中必须升高染色温度或加入载体，增加纤维内部的自由容积或使纤维增塑，加快染料向纤维内部的扩散速率。

② 在干热染色法中的上染过程－ 浸轧-烘干-热熔（染料升华或熔融）-向纤维内部扩散-清洗后处理。

应选择适宜的染色助剂，以稳定染液，防止染料发生晶型转变和晶体增长现象。

（二）分散染料的吸附等温线
纤维的染色饱和值就是染料在纤维无定型区的“溶解度”。

1 影响分配关系的因素
① 纤维－ 根据相似相溶原理，纤维结构和性质差异，导致不同纤维（涤纶＞锦纶≥腈纶）K 值不同； ② 温度－ T （＞Tg ）↑、K ↓，染料在溶液中分配量增加，但T ↑吸附饱和值增加，原因是可及度↑；
③ 染料－ 极性、空间尺寸和溶解性；
④ 其它因素影响－ 分散剂、匀染剂、载体、热定型… 2 分散染料染色加和性
分散染料加和性－ 几只结构、性质相差较大的染料拼混染色时，其吸附饱和值为其单独染色时饱和值之和。

P170
原因－ 结构性质相近的染料在溶液甚至纤维中形成混晶，存在竟染，而无加和性；结构性质相差较大，染料在溶液甚至纤维中形成低熔混合物，其吸附饱和值具有加和性。

意义－ 提高饱和值，对锦纶和腈纶更具有重要意义。

四 分散染料与纤维的相互作用
1 分散染料与纤维的相互作用－ 氢键、偶极力、色散力和疏水力（熵驱动）等。

2 表示方法－ 染料与纤维之间各种作用力的总和可用内聚能和内聚能密度来衡量。

① 内聚能 (ΔE)为1mol 物质气化所需的能量，标志上述各种作用力的总和。

② 内聚能密度为单位摩尔体积所需的内聚能
③ 溶解度参数δ及意
义－ 根据相似相容原理，染色时选用与涤纶溶解度参数
相近的染料，这样能获得好的染色效果。

在分散染料载体染色时，需选择溶解度参数与染料、纤维的溶解度参数相近的载体，这样才
S
f D K D ][][=K
RT D D RT s
f ln ][][ln
==∆-
μ2
δ=-∆=∆=⋅⋅V
RT
H V E D E
C
有利于染料上染，载体的促染作用才明显。

五分散染料的上染速率
在整个染色过程中，染料在纤维内的扩散比较慢，它往往是决定上染速率的主要因素。

影响上染速率的因素：
①染料的溶解度－溶解度越好，纤维表面吸附的染料量上升，浓度梯度就越大，上染速度提高；但是，亲水性过高的分散染料…。

②纤维染色饱和值Sf
③温度效应
④载体
⑤染料浓度
⑥浴比、机械搅拌、升温工艺…
7-4 分散染料涤纶染色工艺
目前，主要采用的染色方法有：载体染色法、高温高压染色法、热熔法、溶剂法和气相法。

一涤纶纤维的结构特性
①分子中无大的侧基，分子取向高，结构紧密；
②疏水性纤维：回潮率0.3-0.4%；
③热型纤维：Tg：67-81℃；
④存在多级转变点，120、150、180℃分别为冷结晶，部分结晶和最适结晶温度；
⑤T D﹥Tg +30多度：且染料分子越大，T D越高；
⑥纺丝造成热性能差异。

二影响的染色主要工艺因素
1 染色温度：染料上染聚酯的活化能较高，达125.5kJ/mol！
链段实体和自由体积示意图相转变时的体积膨胀系数变化示意图
升温不但有利于纤维结构的松弛，还有利于染料扩散动能的提高。

2 纤维的膨化和促染
膨化后的聚酯：玻璃化温度下降
促染原理：增加染料的溶解度、改善纤维的可润湿性。

3 染料的溶解性
4 染浴流速和浴比
三染色方法
（一）高温高压法
高温高压法染色工艺特点－基本工艺、适用对象、设备、染色效果、染色处方组成
高温高压法染色原理－…
工艺流程－前处理→染色→皂煮→皂洗或者还原清洗→水洗→烘干
染色处方－分散染料x %、醋酸pH 5～6、表面活性剂0～1g/l、浴比适当
还原清洗处方－保险粉2g/l、36o烧碱4ml/l、温度70o C、时间20分钟
1 基本工艺
①染料选用—分散稳定性和化学稳定性良好、染料的移染性和遮盖性好，S染料分子大、不易渗透，遮盖性差。

②温度
T始：40-50℃；在80℃前可快速升温。

80-120℃（尤其90-110℃），注意升温速度，应较慢；
102-110℃是易产生聚集温度区，染料颗粒吸着在纤维上易产生色点最不易均化；
125-130℃，染20-60min，匀染，提高上染率；
降温工艺：…！
70-80℃，进行还原清洗。

③pH 主要考虑染料和纤维的性能pH5-6
④浴比考虑织物、染浴的有效循环以及上染率的需要
一般为1:10-1:30
⑤匀染剂－NNO、载体（膨化剂）、阴+非表活剂1-2%
阴离子分散剂：注意其耐受高温的性能
亲纤维或亲染料型匀染剂：可能导致上染率下降
移染型匀染剂（载体）：注意控制初染速率和纤维损伤…
阴离子+ 非离子表活剂：控制浊点、防止染料聚集、晶体长大、晶型变化、抑制纤维齐聚物溢出…。

2 染后还原清洗
还原清洗后，发色鲜艳纯正，日晒牢度可提高一级。

注意防止偶氮类染料还原分解！
3 染色中的几个问题
①焦油斑
齐聚物50% pH 5 7 10
染料分散剂30% 去除率 3 38 40%
纤维屑杂质20%
②齐聚物及其控制措施
低温载体染色、高温排液、碱性染色、高温分散剂、清缸剂。

③定型与染色
（二）热熔染色
热熔法染色工艺特点－基本工艺、适用对象、设备、染色效果…
处方组成－分散染料、分散剂、润湿剂、渗透剂、海藻酸钠
工艺：室温浸轧（二浸二轧、轧余率60%）→红外预烘→热熔（190-195℃，1-2min）→套染棉→后处理
1 浸轧悬浮液
注意控制浸轧的均匀性和轧余率、色差和泳移现象。

轧染温度一般为室温，否则染液的稳定性较差。

2 烘干、预烘
带液率≤临界+30～40%时，泳移可得到抑制。

织物所受张力应有效控制！
红外烘至﹤30%，再热风烘干P181 表7-6。

防泳移剂：①线型大分子，结合水；②烘干，此态介质粘度↑，形成凝胶体。

防泳移剂使用不当，会影响染料的扩散，且粘辊筒易造成条花。

3 焙烘发色（热熔）的温度与时间
①焙烘温度取决于染料
E 180-190℃
SE 190-200℃t：1-2min
S 200-210℃
②焙烘温度取决于纤维，一般为180～220℃
230℃，T软，且染料升华太大，影响固着率、沾污设备；
240℃棉织物将降解，脱水碳化；
260℃T熔点。

③焙烘时间包括：…
④焙烘时间取决于：…
⑤注意温度和张力的均匀性
4 后处理、降温、防静电
（三）载体法染色
1 常用的载体及其作用
常用载体－邻苯基苯酚、水杨酸、水杨酸甲酯、甲基萘、联苯、苯酚、苯甲酸、联苯酚、苯甲酸酯、氯苯等，或为其复配混合物；对羟基苯甲酸、苯甲酸丁酯、对苯二甲酸二甲酯等也可以作为载体，但使用较少。

①邻苯基苯酚：价格低、得色量和匀染性较好、毒性小；染色操作复杂、对羊毛有损伤、对染色产品的耐晒牢度影响较大、染色后要用碱液或干热处理除去纤维中的载体。

邻苯基苯酚不溶于水，一般先使它转变成钠盐而溶解于水（商品是其钠盐，可直接用热水溶解）。

染色过程中再加酸，使其恢复为邻苯基苯酚，发挥载体的作用。

②对苯基苯酚：与邻苯基苯酚相似，但在从织物上去除比较困难，所以对耐晒牢度的影响比较大。

③联苯：价格低、得色好、刺激强、有毒、对耐晒牢度的影响较小，使用时用表面活性剂将其分散在染液中。

④氯苯类（二氯苯及三氮苯）：价格便宜、得色量高、对耐晒牢度的影响小、挥发性大；二氯苯有毒性，三氯苯的毒性较小，容易从织物上去除。

⑤水杨酸甲酯：又称冬青油，得色量、匀染性较好，对织物耐晒牢度的影响小、毒性小，有难闻的气味；因其不溶于水，去除较难；先制成乳液后再使用。

载体的作用－
①增塑纤维：降低涤纶的玻璃化温度（Tg 85℃→60℃），有利于染料向纤维内部扩散；
②增溶染料：使更多的染料溶解在载体中，并随载体扩散到纤维表面，在纤维表面形成一层浓度很高的染液层，提高了染料在纤维内外的浓度梯度。

③改善移染：高温高压染色中，载体会加快纤维上染料的解吸，增加染料的移染，商品匀染剂中常加入少量载体。

2 载体染色工艺
①选择适量的载体－用量过多，会使上染百分率下降，甚至出现剥色作用。

理想的载体用量应该是在染浴中刚好形成饱和溶液而不形成第三相，一般染中浅色时，用量为2～3g/L；染深浓色时，用量为4～6 g/L。

②不同载体的染色工艺有所不同－邻苯基苯酚（膨化剂OP）、水杨酸甲酯（又称冬青油）。

③工艺特点－染色在常压下进行、工艺设备简单，能耗低；载体大多有一定毒性或者味道，存在环境污染问题，并且残留载体不易洗净，影响染色牢度和手感。

（四）分散染料溶剂染色
①溶剂的作用
减弱涤纶大分子间的作用－溶胀纤维－降低纤维的Tg－提高染料的可及度－染色加快
提高染料溶解性和分散性
②应用
添加有机溶剂；全溶剂染色；对织物进行溶剂预处理。

（五）分散染料碱性染色
1 分散染料碱性染色的优点
①缩短加工时间、提高生产效率、降低染色成本、提高染色产品质量
不会引起染浴pH值的波动；
碱性浴染色本身兼有精练作用，可弥补由于退浆和精练不足引起的弊病；
可省去织物碱性前处理后的彻底清洗工序；
有些涤纶产品退浆、精练和染色一浴法工艺。

②避免低聚物的问题
碱性染浴中低聚物被皂化，溶解度增大，使低聚物不易在织物表面沉积，减少低聚物的产生，从而改进染色产品的质量，获得手感柔软、光泽悦目、重现性好的染色产品。