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

(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

(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，使染浴中染料阳离子的有效浓度降低，从而产生匀染效果。当温度升高时，这种不稳定的复合物重新分解放出染料阳离子再上染纤维，使染色完成。这类助剂在使用时易过多地降低染料的利用率，故常与非离子型表面活性剂混合使用。实际生产中，应恰当选择各类缓染剂的用量，以获得较好的染色成品，要注意在拼混染色中，应选择配伍值K相近的染料拼色，才能获得均匀的染色效果。

(三)阳离子染料染色工艺及方法腈纶根据散纤维、丝束、纱线、毛条等不同形式可在相应的设备上染色。织物可在绳状染色机、卷染机或轧染机上进行。

纯腈纶织物都采用浸轧或卷染。染色时始染温度宜在玻璃化温度以下，以70℃左右为宜。然后缓缓升温至沸，染色约1h。染淡色时，起染温度要低，升温时间可长些，染浓色时，起染温度可高点，升温时间可短些。染淡色可在3Omin左右，染中色、浓色可在60～90min。

染浴可由染料、醋酸、醋酸钠、缓染剂、无水硫酸钠等组成，各助剂的用量可根据染色之深浅而有所不同。染色时先将染料用使用量一半的醋酸调匀，加水调成浆状后加沸水使染料溶解，然后将其他助剂及剩余醋酸加到染浴中，再将溶解好的染料滤入染浴内，搅匀后即可染色。染色后进行降温，其降温速率要缓慢，过快会影响手感。染色后即可进行水洗，有的也可进行柔软处理，以增进手感。

染色时间对染料的扩散及是否上染充

除浸染和卷染外，涤腈混纺织物多采用轧染，其工艺包括汽蒸法和热熔法两种。

1.浸染

染色处方（纯腈纶织物浸染艳红色）：

阳离子嫩黄7GL（500%）0.12%

阳离子艳红5GN（250%）2.40%

醋酸（98%）2.50%

醋酸钠1.0%

无水硫酸钠8.0%

匀染剂TAN0.5％

染色浴比1：40

75℃始染，1℃/min升温至85℃，保温染色15min，然后以1℃/2min升温至95℃，保温染色20min，再以1℃/4min升温至100℃，沸染45～60min，最后在20～30min内缓慢降至50℃出机。上述染色方法也称为控制升温法，是浸染染色中最常用的染色方法，适用于常压不连续浸轧机、绞纱染色机、液流染色机、平幅无张力卷染机等染色设备。

浸染染色中，还有一种恒温染色怯。恒温染色法是在腈纶的玻璃化温度以上、沸点以下的温度范围内选择一个适当的温度，作为固定的恒温染色温度。在此恒温下，用45～90min基本完成染料的上染，接着在沸点作短时间处理，使染料完全固着，达到最高的染色牢度。采用此法染色的关键是要选择一个合理的恒温上染温度，在这一温度下，腈纶投入染浴染色时并无突然上染的现象，但在整个恒温过程中染料是在不断地上染。当恒温阶段结束时，纤维的上染率最好能达到80%以上，这样就可快速升温到沸点以使染料固着。采用恒温染色法不易染花，得色均匀，容易操作，而且染色时间短，故在实际生产中应用较多。

2.卷染卷染染液的组成与浸染相似，除含有染料外，还有醋酸、醋酸钠、元明粉、阳离子缓染剂等。染料的溶解法和染液配制与浸染亦类同。60℃开始染色，染色4道后升温至98～100℃，沸染8O～90min，再热水洗、皂洗、热水洗、温水洗。所用设备应以能自动调节张力的等速卷染机为好，使织物在染色过程中所受张力尽可能小，否则会影响织物手感。

3.轧染轧

热熔法轧染涤腈混纺织物一般是将分散染料和阳离子染料同浴，即一浴法轧染。由于商品分散染料中含有大量的阴离子型分散剂，能和阳离子染料结合，使染浴不稳定，因此一般是将阳离子染料先制成分散型阳离子染料，使分散型阳离子染料和分散染料同时分散在水中。

分散型阳离子染料热熔染色工艺与分散染料的热熔染色相似，工艺流程是：浸轧→烘干→热溶→后处理。热熔条件是：190～200℃，1～2min。轧染液内含有分散型阳离子染料、醋酸、促染剂、释酸剂、非离子表面活性剂及少量糊料等。加入醋酸是用来调节染液的pH至4～5。由于醋酸易挥发，为使染色过程中pH值比较稳定，一般必须加入硫氰酸铵7～9g/L作为释酸剂。采用尿素和碳酸乙烯酯作为促染剂，可使纤维膨化，有利于染料向纤维内扩散。非离子表面活性剂可提高染液的稳定性和渗透性。少量糊料可防止染料泳移。若在热溶后再进行短时间汽蒸，可进一步提高阳离子染料的固色率。