染料的基本性质

第三章染料的基本性质

第一节物理性能

1953年英国染色工作者协会（S.D.C）提出分散染料的定义是:一种不溶于水的染料,最初推广应用于醋酯纤维,在应用时通常采用细粒的悬浮体水溶液.这个定义对今天的分散染料来说已不适用.现在的分散染料.虽不含水溶性的磺酸基团,但具有适量的低度水溶性,约为直接染料的0.01%.在染色时依靠分散剂才能均匀分散在染浴中.从实用意义来说,人们通常是结合分散剂来看待染料水溶性的.所以当染料粒子的在溶液中消失光散射现象时,即认为这些染料已达到溶解程度.这些溶解的染料粒子以单分子体、低分子联合体或被分散剂所溶解了的染料等不同形式的存在。

提高染料溶解度最简捷的方法就是增加温度，但各种染料之间差异较大，如图1-33。

分散剂与染料溶解度有十分密切的关系。一般阴离子型的表面活性剂可以提高溶解度好几倍，有些非离子型表面活性剂对分散染料的溶解度提高很多，但是它们对温度十分敏感，那就是提高的程度随着温度升高而下降。

根据染色要求，分散染料原则上也应象酸性染料一样，必须处在一种分子分散体系才能进入纤维内部，因此对采用吸尽法染色来说，染料的溶解度对于染色性能有决定性的影响。

染料在水中的溶解程度，会影响纤维内部的浓度平衡。在这一点上，对于染色的匀染度和染料的吸尽作用是很重要的。根据能斯特分布定律，溶解在纤维内部染料的浓度C F和溶解在染浴中染料浓度C1之间的关系是不变的。因此在温度不变的情况下，由于分散剂的作用，使染浴中的染料溶解度提高，必然含有更多的染料被纤维所吸收。

如是提高C1,K（能斯特平衡常数）保持不变，结果是C1必然提高，假如分散剂对染料起抑制作用，那么这种情况就要出现偏差，结果K值不变。

染料在水中的溶解度不仅关系到染色热力学平衡常数K，并且也在动力学上影响染色。

分散染料在水中的分散状态，由于时间、温度及染浴中其它物质的影响而发生变化。一种重要的现象是结晶。染料制造工厂虽然设法使染料粒子大小均匀，但实际上很困难。当分散染料颗粒在1um 时，肯定存在差大于1um和小于1um的染料粒子。在溶解时，优先得到溶解的是颗粒较小的染料，而大颗粒的染料却吸附从过饱和溶液中结晶出来的染料，结果是晶体逐渐增加。通过周期性的升温和冷却，这种现象不仅加速而且更为剧烈，如图1-34所示。采用液流式染色时，必须注意这种现象。

在实际染色过程中，由于染浴中的染料不断为涤纶染着而减少，所以晶体增长情况并没有这样严重。但在染深色时，染浴中存在着相当数量的染料，如果染浴温度不是逐渐下降而突然冷却，那么在饱和染浴中已溶解的染料就会在少量尚未溶解的染料粒子周围结晶出来。从实践中发现，染浴中的分散剂能起到稳定作用，并能抑制染料粒子的增长。

除了染料晶体增长的现象外，还有一种晶体的变异作用十分有害。比德曼（Biedermann）发现了这种晶体变异的现象。

分散染料在合成过程中，许多染料会结成亚稳态（metastable）的变异晶体，这种晶体不稳定，具有向比较稳定状态的晶体变化的倾向。

化学结构为同一物质的变异晶体，不仅X射线衍射光谱不同，而且熔点和溶解度也各不相同。没同的变异晶体表现不同的染色性质，这是因为对纤维的亲合力，即纤维内部的饱和点，取决于染液内晶体的溶解情况。

染料的基本粒子，即在显微镜下能观察到的单个粒子，可以集合而成为凝聚体（aggregates）、集聚体（agglomerates）和絮聚体（flocculates）等。

凝聚体是一种基于粒的结合体，其表面已结合在一起。集聚体是基本粒子或凝聚体的一种松弛的集合体，相互之间在角上或边上相连，但不是结合的。絮聚体也是一种集聚体，但用很小的切变力就能分离开来。

染料分散体系中最常见的染料粒子最集聚体。形成集聚体的一个必要条件是基本粒子之间的吸引力要大于相互之间的排斥力。

阴离子型分散剂的吸附作用使染料粒子带有负电荷，溶剂中的正电荷成为这种粒子表面负电荷的对应离子。在贴近粒子周围形成一双电层，称斯特恩（Stern）双层效应，其中同时包括正电荷与负电荷。在这外面，有一层散乱电层带有“”电势。当两个粒子的散乱双电层相互渗入时，就会产生

静电排斥。

某种情况下，染浴在循环中所产生的切变力（shearing force）就足够使染料产生凝聚作用。对于染浴流速较高的区域，这种切变力可能达到相当程度。然而更常易发生的是当温度升高后，加快布朗运动，使某些基本粒子渗入到其它粒子的分散剂层中，从而不可避免地产生结合作用。当分散体系中分散剂的浓度下降时，基本粒子的“”电势随之下降，亦就相应降低粒子间的排斥力。

由于聚集体易在织物上沉淀，足以导致染色耐磨牢度的下降。凡染浴中的分散染料浓度越高以及染色时温度越高和时间越长，就越易产生集聚体。

分散染料染色时，应避免采用大量的电解质和阴离子物质。电解质可能改变“”电势及染料粒子的水合作用而造成不稳定。阴离子物质会破坏基本粒子周围的阴离子型稳定外包层而造成集聚作用。

关于聚合电解质如聚丙烯酸酯类的稳定作用相当于保护胶体，它会吸附在染料粒子的表面。这种吸附程度和染料种类有关。在阴离子分散剂的配合下，这种类型的电解质对分散染料能起稳定作用。

第二节染色性质

分散染料主要是低分子的偶氮、蒽醌及二苯胺等的衍生物。从染料分子结构来看是属于非离子型的。但含有羟基、偶氮基、氨基、芳香胺基、芳香亚胺基、甲氧基、乙氧基、二乙醇胺基等极性基团，使染料分子带有适当的极性，赋予染料对涤纶的染着能力。

分散染料的低溶性是一个十分重要的性质，因为只有溶解了的染料分子{直径约为1~2nm(10~20 )}才能进入涤纶微隙，在纤维内部进行扩散而染着。分散剂可以提高染料的溶解度，但是分散染料在水中的溶解度不能过大，否则不易染着涤纶。所以在染浴中添加的剂以增加染料的溶解度，可以起到缓染甚至剥色作用。

分散染料对涤纶染色的过程以吸尽法为例说明。分散染料在水中的染料微粒子吸附在纤维表现，并进入纤维空隙而向内部扩散。决定染色作用的基本因素是相对亲合力、扩散特性和结合能力。所谓相对亲合力是指染料分子从水一边向纤维一边吸引的程度。扩散特性是染料分子通过涤纶分子空隙的压力，但涤纶对染料扩散的阴力很大，因此要依靠高温。

分散染料对涤纶的染着，主要依靠分子间范德华力相互吸引。由于染料分子结构上某些极性基团（如-OH、-NH2、-NHR等）的存在可以供给质子，与涤纶分子大量存在的吸质子基团>C=0可以形成氢键结合:

O

N-H…O=C

NO

H CH2

Cell

此外，染料分子上供电子基团与吸电子基团使染料分子偶极化，这样与纤维上的基团形成偶极矩：

涤纶无定形区约占40%。无定形区和结晶区边缘的分子链都有可能和染料结合。分散染料在涤纶上的染色饱和值是很高的，可以染得深色。但在实际生产中，要获得深色需要耗用大量分散染料，因此高浓度的分散染料的利用率较低，也就是说染料得色深色度与耗用染料的数量不是直线关系，这就是所谓染料提升力的问题。造成这种染深色困难的原因主要是涤纶纤维的分子结构太紧密，阻碍染料