陽離子染料陽離子染料的染色方法和機(jī)理

陽離子染料是丙烯腈纖維的專用染料，染色方法是在弱酸性（pH值在4.5左右）的浴缸中，以醋酸和醋酸鈉為緩沖劑，在電介質(zhì)和適量助劑存在下，接近沸騰染色。染色機(jī)理可分三步：

（1）染浴中的染料陽離子被吸附于纖維表面。

（2）染料陽離子由纖維表面向內(nèi)部擴(kuò)散。

（3）染料陽離子與纖維所含陰離子基團(tuán)成鹽鍵結(jié)合。

在正常染色條件下，最后一步的成鹽為不可逆反應(yīng)，可導(dǎo)致牢度高而染色不勻。首尾兩步反應(yīng)快，第二步擴(kuò)散慢，它決定整個(gè)染色速度。由于染料與纖維間親合力大，為求得勻染效果，須嚴(yán)格控制染浴溫度、pH值、電解質(zhì)、緩染劑等。

陽離子染料可按應(yīng)用性能和化學(xué)結(jié)構(gòu)類型兩種分類方法分類。按應(yīng)用性能中國將現(xiàn)有的染料分為普通型、X 型和M型。按化學(xué)結(jié)構(gòu)是依據(jù)染料分子中陽離子電荷與染料發(fā)色團(tuán)共軛體的組成形式不同分為隔離型和共軛型兩種。

(1)隔離型陽離子染料:染料分子中的正電荷通過隔離基和染料的發(fā)色團(tuán)的共軛體系相連接，正電荷是固定在季銨鹽的氮原子上。陽離子染料的特點(diǎn)是給色量稍低，色光不十分鮮艷，但耐熱、耐曬、耐酸堿，穩(wěn)定性好。例如陽離子紅GTL（C.I.堿性紅 18 (C.I.11085)(英文名稱Cationic Red GTL)，其結(jié)構(gòu)式如下：

陽離子紅GTL為暗紅色粉末，溶于水，呈暗紅色，在濃硫酸中呈紅光橙色，稀釋后成紅色，染腈綸呈暗紅色。采用N-乙基苯胺羥乙基化，氯化，氨化；2-氯-4-硝基苯胺重氮化與上述氨化物偶合，再經(jīng)甲基化，過濾，干燥制得。用于腈綸及其混紡織物的印染，也可用于改性腈綸、滌綸的染色，和醋酸纖維織物的印花。

（2）共軛型陽離子染料：染料分子中的正電荷是染料發(fā)色團(tuán)共軛體系的組成部分，正電荷不是固定在某個(gè)原子上，而是可以移域的。這類染料的特點(diǎn)是色澤鮮艷，著色力高，但耐曬牢度中等。例如陽離子黃X-6G(C.I.48056)(英文名稱Catinic Yellow X-6G) ，其結(jié)構(gòu)式如下：

陽離子黃X-6G為棕黃色粉末，微溶于冷水和熱水，印染腈綸呈艷綠光黃色。采用1，3，3-三甲基吲哚啉乙醛與對氨基苯甲醚縮合，經(jīng)過濾，干燥制得。用于腈綸及其混紡織物的印染，也可用于醋酸纖維，聚氯乙烯纖維和改性腈綸纖維的印花。

陽離子染料是隨著石油化工的發(fā)展而產(chǎn)生，20世紀(jì)50年代隨著丙烯腈纖維的出現(xiàn)，瑞士Geigy公司和德國的Bayer公司相繼開發(fā)出用于丙烯腈纖維的陽離子染料。我國在60年代初也相繼研究開發(fā)生產(chǎn)出第一代多種陽離子染料。70年代又開發(fā)出第二代X型陽離子染料，擴(kuò)大了色譜范圍，改進(jìn)了染色性能，考慮了三元色之間的配伍性。70年代試制生產(chǎn)了第三代M型陽離子染料，稱之為遷移性陽離子染料，可適用于各種丙烯腈纖維染色。

世界生產(chǎn)染料的發(fā)達(dá)國家，其生產(chǎn)陽離子染料和堿性染料產(chǎn)量的總和只占染料總產(chǎn)量的10%以下。上世紀(jì)90年代中統(tǒng)計(jì)我國陽離子染料產(chǎn)量有2千多噸/年，只占染料總產(chǎn)量1%多，而且還部分出口。陽離子染料中以X型三原色和陽離子桃紅FG及艷紅5GN 為產(chǎn)量較大的品種。

近年來國內(nèi)外致力于研究開發(fā)染色性能優(yōu)良、專用性，結(jié)構(gòu)新的品種，以及老產(chǎn)品工藝改進(jìn)，節(jié)能降耗、三廢治理等領(lǐng)域。

陽離子染料對腈綸的親和力大，染色時(shí)由于吸附快而擴(kuò)散慢，容易產(chǎn)生染色不勻現(xiàn)象，而一旦產(chǎn)生染色不勻，很難通過延長染色時(shí)間的方法糾正。陽離子染料染色時(shí)，為得到均勻的染色結(jié)果，應(yīng)適當(dāng)降低上染速率。影響陽離子染料上染速率的因素除腈綸的種類外，還有以下幾個(gè)方面：

1.溫度

溫度是控制勻染的重要因素。腈綸用陽離子染料染色時(shí)，在75℃以下上染很少，當(dāng)染色溫度達(dá)到纖維的玻璃化溫度(75-85℃)時(shí)，染料的上染速率迅速增加。因此，當(dāng)染色溫度達(dá)到纖維的玻璃化溫度時(shí)，應(yīng)緩慢升溫，一般每2～4 min升溫l℃。也可在85～90℃時(shí)保溫染色一段時(shí)間后，再繼續(xù)升溫至沸。

2.染浴pH值

染浴中加酸，可抑制腈綸中酸性基團(tuán)的離解，降低纖維上的陰離子基團(tuán)的數(shù)量，使染料與纖維間的庫侖引力減小，染色速率降低。pH值對上染速率的影響以含羧酸基的腈綸更為顯著，含磺酸基的腈綸的上染速率受染浴pH值的影響較小。染色時(shí)應(yīng)合理控制染浴的pH值。陽離子染料一般不耐堿，染色的最佳pH值一般為4-4.5，染深色時(shí)染浴的pH值可高些，染淺色時(shí)應(yīng)在較低的pH值下進(jìn)行。染浴的pH值一般用醋酸調(diào)節(jié)，醋酸既可降低染浴pH值，又能提高染料的溶解度。在染浴中同時(shí)加入醋酸鈉，可穩(wěn)定染浴的pH值在要求的范圍內(nèi)。

3.電解質(zhì)

在染浴中加入電解質(zhì)，如元明粉、食鹽等，可降低陽離子染料的上染速率，具有緩染作用。電解質(zhì)對K值1~1.5的染料無明顯的緩染作用，對K值3~5的染料有緩染作用。電解質(zhì)的緩染作用隨染色溫度的提高麗降低。染淺色時(shí)，電解質(zhì)的用量可高些，約5%～10%(o.w.f.)，染深色時(shí)可不加。

4.緩染劑

在陽離子染料染色中常加緩染劑以降低上染速率，得到均勻的染色效果。陽離子染料的緩染劑有陽離子緩染劑和陰離子緩染劑兩類。

陽離子緩染劑是陽離子染料染色最常用的緩染劑，大部分是陽離子表面活性劑，如1227表面活性劑(勻染劑TAN)、1631表面活性劑(勻染劑Ⅳ州)。陽離子緩染劑對腈綸具有親和力。對于分子較小、與纖維親和力較小的陽離子緩染劑，由于擴(kuò)散速率快，染色時(shí)首先占據(jù)纖維上的染座，等染料陽離子進(jìn)入纖維后，由于緩染劑與纖維的親和力小于染料與纖維的親和力，會(huì)逐步被染料所取代，從而使上染速率降低。這類緩染劑用量不能過大，否則會(huì)使上染集中在染色后期，反而造成染色不勻。對于分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、與纖維親和力較大的陽離子緩染劑，染色時(shí)能與陽離子染料競?cè)荆瑥亩档完栯x子染料的上染速率，但由于陽離子緩染劑會(huì)在纖維中占據(jù)一定的染色位置，因而使陽離子染料的上染百分率降低。這類陽離子緩染劑用量越高，緩染作用越顯著，但染物得色變淺。　陽離子緩染劑的用量根據(jù)所用染料的性質(zhì)和濃度而定，對K值小的染料或染淺色時(shí)，陽離子緩染劑用量較高，對K值較大的染料或染深濃色時(shí)，緩染劑的用量較低。陽離子緩染劑對腈綸也有飽和值，而且與陽離子染料也存在配伍值的問題，對親和力較高的陽離子染料應(yīng)采用親和力較高的陽離子緩染劑。在染色處方中，陽離子緩染劑和陽離子染料的用量之和不應(yīng)超過纖維的染色飽和值。

除上述陽離子緩染劑外，還有另外一類陽離子緩染劑，即聚合型陽離子緩染劑，如緩染劑A。這類緩染劑分子較大，聚合度達(dá)幾百，每個(gè)大分子含有幾百個(gè)陽離子基團(tuán)，它不可能進(jìn)入纖維內(nèi)部，只能覆蓋在纖維表面，使陽離子染料與腈綸的庫侖引力大大降低，從而降低染料的上染速率。這類緩染劑的緩染能力比陽離子表面活性劑更強(qiáng)，而且不占據(jù)纖維中的染座，對腈綸的染色飽和值不產(chǎn)生影響。

陰離子緩染劑大多是帶負(fù)電荷的芳烴磺酸鹽，可與陽離子染料結(jié)合成溶解度較低的復(fù)合物，并借助非離子助劑的分散作用懸浮于染浴中，所形成的復(fù)合物對纖維的親和力較小。染浴中加入陰離子緩染荊后，由于降低了游離的染料陽離子濃度，使染料的上染速率減緩。隨著染色溫度的提高，復(fù)合物逐漸分解，釋放出游離的染料陽離子，使上染速率逐漸提高，從而達(dá)到勻染的目的。由于復(fù)合物的溶解度較低，為避免產(chǎn)生沉淀，在加入陰離子緩染劑的同時(shí)，需要加入非離子型表面活性劑。使用陰離子緩染劑，染料上染百分率的降低較用陽離子緩染荊明顯。

使用陰離子緩染劑后，陽離子染料和陰離子染料可以同浴染色，為腈綸混紡織物用陽離子染料/酸性染料、陽離子染料/活性染料一浴法染色創(chuàng)造了條件。

陽離子染料染色織物后對人體無害，但陽離子染料在生產(chǎn)過程及染色過程，采用了許多對人體及環(huán)境有害的化學(xué)品。因此無論在生產(chǎn)及染色過程都要依據(jù)不同品種采用的原料和染色過程產(chǎn)生的廢水、廢氣等廢棄物采取嚴(yán)格的防護(hù)措施，嚴(yán)格按照環(huán)保要求的指標(biāo)治理和達(dá)標(biāo)排放。

標(biāo)簽：陽離子染料，陽離子黃X-6G，陽離子紅GTL，腈綸專用染料。

陽離子染料是聚丙烯腈纖維的專用染料。陽離子染料在制造過程中通常采用氯化鋅使成復(fù)鹽沉淀析出，其商品中鋅的含量很高，一般在15%～20%。ETAD明確規(guī)定鋅是染料中需控制的重金屬之一，所以，環(huán)保型陽離子染料的開發(fā)主要是染料中含鋅的問題。通過技術(shù)改造，新的制造技術(shù)不再采用氯化鋅，而改用其他對環(huán)境和生態(tài)無害的沉淀劑，這樣制得的陽離子染料符合環(huán)保型染料要求，如英國D&G Dyes公司的Viocryl Red GRLS ZF 200%、Viocryl Navy FBL ZF、Viocryl Black FL ZF 200%等都是不含鋅的陽離子染料。

陽離子染料因染料色素上帶有正電荷而得名，具有色譜齊全、色澤鮮艷、價(jià)格低廉、染色工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，是一種合成染料。通過共聚、接枝共聚、添加劑法等多種方法可賦予滌綸以陽離子染料的可染性，其品種也較多。普通的陽離子染料可染滌綸必須在高溫、高壓或加入載體的條件下才具有良好的染色性，而高溫會(huì)促使陽離子染料水解，因而又開發(fā)了常壓不用載體沸染的陽離子染料可染滌綸。易染纖維使織物經(jīng)簡單的染色工藝就可以獲得豐富多彩的色彩，因而色彩豐富的織物需要用易染纖維。