多组分纺织品活性染料一浴法染色

东化大学 宋心远

摘要

多组分纺织品是当前发展最迅速的一类纺织品，它服用性能好，但染整加工,特别是染色难度大。论文系统地从该类纺织品的组成,结构出发，分析了它们的染色特性，难点和存在的问题。论文还深入介绍了当前应用最多的活性染料各种多组分纺织品的有关染色问题，包括单体活性染料。活性/分散染料、活性/酸性染料以及活性分散、活性阳离子染料等的一浴法染色，重点介绍了工艺因素和染色助剂，对发展我国这类纺织品的染色和助剂开发具有较好的参考价值。

随着科学技术的迅速发展，人类生活水平的不断提高，特别是生态环境保护受到前所未有的重视，纤 维纺织工业有了飞速的发展，纺织品的组成和结构有了明显的变化，已从传统的棉、毛、丝天然纤维或涤纶、棉纶、腈纶和粘胶等化纤的一种和两种纤维组成的产品，发展到多种纤维组成产品，不少纺织品由7 –S种纤维所组成。

纺织品的纤维组成共混、复合有三种途径，既通过纺丝、混纺、编织或变形，得到多组分纤维、多组分纱线和多组沉积物。由这些多组分纤维、多组分纱线和多组分织物开发了一大批新产品，大大提高了产品的附加值，而且可以更好地体现当今纺织品向健康、卫生、生态和绿色方向发展的理念。

多组分纤维纺织品加工存在不少困难，其中尤以染色困难最多。而活性染料是应用最多的一类染料。本文将简要讨论这种纺织品活性染料、活性/分散染料、活性/酸性染料等一浴法染色。

一、 多组分纺织品的组成、结构和染色性能

多组分纤维纺织品的组成决定于纤维的类别，按化学组成来看，除了包括所有常规纤维的组成外，还包括在纱丝、纺纱以及织造和染整加工时施加的各种加工剂，这些都会改变产品的染色性能。

组分纤维纺织品的结构，除了随纤维、纱线不同而变化外，还随织造复合方式而改变。

即使对纤维素纤维来说，天然纤维除了传统的棉麻纤维外，近年来开发了许多新的纤维，例如竹原纤 维、天然彩

化纤除了传统纤维的规格有了扩大外，还正在向差别化、功能化以及高性能新型纤维发展，例如海岛超细、复合超细、高收缩、抗菌、抗紫外线、导电、发光以及用于过滤、吸音、医疗、太阳能等高科技领域的各种钠米纤维。这些新型纤维多半是多组分纤维，有的由两种高分子组成，有的还含有各种功能性材料，它们的形态结构也有别于传统纤维，故染色性能不同与传统纤维，当前已大量应用的有氨纶、PLA和PTT纤维等。通过混纺、交织或编织或变形加工，可使纺织品含有多种纤维组成，有的多达”7-8种。例如一种高吸湿散热排汗速干的纱线就是由多种纤维通过特别的复合纺得的，这种纱线最内层是由超细疏水性纤维组成核心纱，其外层(既第二层或中间层)则是由亲水性纤维和疏水性纤维组成。这种纱线的吸湿排汗散热的作用过程是，亲水性纤维从人体吸湿吸汗，最内层的疏水性纤维的毛细管通过芯吸收作甩将汗液吸向最内层，这样大大提高了纱线的导汗作用，最内层的汗液吸热后将汗液汽化，并经中间转向最外层的吸湿性强的亲水性纤维，最后从最外层蒸发掉。这样大大增强了纤维的吸湿、排汗和散热削作用。这些作用是由处在不同位置上的各种纤维协同作用来完成的。。可想而知，由于纤粬化学组成、 粗细和形态结构，以及在纱线中的位置不同，它们吸附染料的作用力和速度是不同的，所以染色难度很大，它们适用的染料和染色工艺不同干常规纺织品。

从化学组成上分，多组分纤维纺织品中的纤维，不少含有纤维素组分，部分则含有蛋白质组分，少数含有聚酰胺组分，它们都可以用活性染料染色，但是许多组分是不能用活性染料染色的，需要用分散、酸性

一、 多组分纺织品染色的难点和克服的途径

多组分纤维纺织品由丁含有多种纤维组成，包括多组分纤维或纱线或织物。多组分纤维例如涤/棉 复合超细纤维，它含有不同比例的聚酯酸和聚酯，还含有聚氨酯粘结组成、多组分纱线和织物是由多种纤堆纺制或加工而成的，有的还含有各种加工剂组成。

多种纤维组成给染色带来不少困难，首先不同组成适合不同染料染色，已经指出，只有部分纤维可以 用活性染料染色，其他组成则要用其他类染料染色，所以说多组分纤维纺织品染色的难点之一需要用多种染料染色。

多种染料染色由于染色条件不同，包括染色温度、PH值、添加剂(匀染剂、电解质)等不同，因此通常很难同浴染色，不仅增加了工序，降低生产效率，而且耗能耗水，增加工污水排放。一种染料染色会影响另一种染料染色，包括降低上染率、改变色光和降低色牢度，大大降低染色产品质量，各染料的染色工艺不同是难点之二。

多组分纺织品由于含有多种组分，通常需要用多种染料分别染不同纤维组分，因此从染液与纤维的 交换来看，与单组分纺织品用单种染料染色相比，也有很大不同，往往染料上染要困难得多。首先，染色的浴比发生了变化。例如100％的棉纺织品用活性染料染色如果浴比为20 : 1的话，同样的设备和同样沟染液体积，棉混纺率为40％的纺织品染色，其实际浴比就变成了50：1。因为活，性染料只能上染棉纤维，混纺的另一种纤维不能用活性染料染色，由于棉纤维只有纯棉纺织品的40％，浴比就从20：1增大到50：1。浴比增大，上染速率减小，上染率和固色率也随之减小。另外影响多组分纺织品染色不仅是浴比变化，由于活性染料上染的纤维组成和不上染的组成是紧密共混在一起的，对多组分

多组分纺织品中的纤维组成不仅对染料上染有阻染或降低上染速度的影响,事实上一些纤维对非染色的染料还会发生沾色作用，有时非常严重，例如涤/棉混纺织物染色分散染料对棉纤维的沾色。沾色不仅会降低上染速度和上染率，更严重的是会降低色湿牢度和染色重现性，这往往是多组分纺织品染色最困难的问题，这是难点之四。对两种以上组成的纺织品来说，沾色有时很难克服，严重地阻碍了这种纺织品的发展。

克服上述难点三和四，最好的办法是用单种染料多种组成，例如用活性分散染料染多种纤维组成，但是一种染料对多种组成的上染速度和上染率往往小同，还往往要加入弟二种染料调节，所以浴比、沾色问题仍然存在。

多组分纤维纺织品染色的难点还有很多，由于染色难点多，目前这类产品大多数采用多种染料分浴多步或一浴多步来染色，这样相对容易控制，但是这样的染色工序长，耗水耗能高，污水排放量也多，加工效率低，而成本还高。为此，国内外还提出了多种染色新技术，有的已大量应用，例如用可染多种组分的染料，还例如多种染料一浴法染色新技术，特别是活性/分散染料和活性/酸性染料一浴法染色。本文将重点讨论活性染料及它与分散、酸性染料一浴法染色工艺和助剂。

三、单种活性染料

活性染料是纤维素纤维染色的重要染料，各种纤维素纤维都可厍活性染料染色。但是由于不同纤维素纤维的超分子结构、形态结构和表面特征各不相同，有的纤维素纤维由于含羧基较多,纤维在水溶液中表面带的负电荷景惟狞召，阕，仲同种浯帏潦料卜染不同纤维素纤维的速率、平衡吸附量和固色率是不同的。即使用固色率相同，由于活性染料在纤维上的吸附状态不同，或者由于纤维对光的反射、折射和干涉不同，也都会引起纤维颜色的深麿和伍兴右所不同。所以说，一种活性染料多种纤维素纤维组成的纺织品，要使不同的纤维染成均一颜色是困难的，必需通过选用染料、控制工艺和添加适当助剂来实现。

已经指出，纤维素纤维品种繁多。除了常用的棉、麻(苎麻和亚麻)和粘胶纤维(长丝和短纤维，外，近年来不断出现或应用T许多新的天然和再牛纤维素纤维，这包括Lyocell (天丝)、Modal、Richcel (丽赛)、原竹纤维和竹浆纤维、木棉、大麻、黄麻、水果(菠萝、香蕉等)纤维、罗布麻和桑皮纤维等。

从活性染料周色动力学知请，圊色速率除了和染料的反应性(活性基种类)外，还与其直接性、扩散性和纤维无定形区大小(或结晶度高低)、纤维孔道大小与长短，以及纤维内外溶液PH值差、染料和助剂‘电解质离予浓度分布等因素有关。不同纤维素纤维这些因素各不相同。

其中较典型的例子如棉/粘胶纤维纺织品染色，由于棉纤维结晶度较高，而孔道直径则较大粘胶纤维无定形区较高，而存在皮层结构，孔道直径较细，所以低温时粘胶纤维上染速率低，棉纤维则较高，反之较高温度时，粘胶纤维由于无定形区含量较高，上染速率增加快，易染深。又由于粘胶纤维表面带负电荷较多，所以电解质对粘胶纤维染色影响较大，还由于粘胶纤维在碱性溶液中易溶胀，湿强力较低，对碱性较敏感，所以宜在较弱碱性染液中固色。为了能染得均匀和色牢度较高的产品，应仔细选用染料，控制染色工艺条件(

另一较典型的例子是棉/麻纤维纺织品染色，和棉纤维相比，麻类纤维的结晶度和取向度较高，染料扩散速度和上染率较低，所以染色温度宜高，染前麻纤维应充分溶胀处理，染色时选用适当溶胀助剂有利于提高麻纤维的固色率，由于麻纤维具有上述超分子结果特征，蕤色纤维的色光还较暗，特别是对一些二色性强的染料染色更为明显，所以这种纤维染前经浓碱或液氨处理是有利的。

其他各种纤维系纤维也由于结构因素，使纺织染色或显色特性各有不同。包括含原竹或竹浆纤维、Lyocell出纤维和木棉等新纤维的多组分纤维纺织品。

纤维素纤维和蛋白质等纤维混纺、交织或变形加工的纺织品，理论上也可以用活性染料染这类纤维。对蚕蛹蛋白纤维来说，一根纤维含有蛋白质和纤维素两种组成，它们都可以甩活性染料染色，粘胶基的大豆或牛奶蛋白纤维也是这样。纤维素组成和活性染料发生共键结合，主要通过伯羟基，在碱性溶液中羟基离解成负离子后，大大加快与染料活性基的亲核性反应，而蛋白质则主要通过氨基与染料反应，在等电点以下，蛋白质分子带正电荷，还可以和染料阳离子发生库仑引力作用，但共价键，固色反应仍主要在I PH值高于等电点的染液中进行。笔者研究证明，活泩染料对蚕蛹蛋白纤维的上染率和固色率均较高，但匀染，性较差，由于含有蛋白质组成，固色PH值不宜太高，否则蛋白质失重率和纤维湿强力损失会很高。在纤维等电点以上时，元明粉等中性电解质起促染作用，而且其用量比染纯纤维素纤维纺织品的低。研究还证明选用双活性基染料和加人专用交联剂，进行活性交联染色，不仅固色率高，还由于双活性基染料或交联剂可以在染料与纤维、蛋白质与纤维素分子间，甚至在水解染料与纤维分子间形成交联，不仅大大提高了固色率和色牢度，而且可以减少蛋白质与纤维素分子间，甚至在水解染料与纤维分子间杉成交联，不仅大大提高了固色率和色牢度

为了减少活性染料染色时碱对蛋白质组成或纤维的损伤，曾开发了一些低碱或中性固色的染料或助剂，在低碱或中陆条件下染两种纤维，固色高、纤维损伤少、污染也少.

笔者研究还发现，一些活性染料的水解染料对羊毛等蛋白质纤维具有较强的上染能力，和酸性染料，染色行为相似，有较好的牢度，如果有交联剂存在时，水解染料还可以交联固着在纤维上，可以大大提高染料利用率，减少污染，减轻染后水洗负担，节水节能。

活性染料上染蛋白质纤维后，会改变纤维的许多性能，包括疏水性和对染料的吸附性质，活性染料可以看成是纤维的一种接枝改性剂，笔者发现经活性染料染色后的羊毛吸附分散染料的能力大大增强，既活性染料对羊毛分散染料染色有很强的增溶或增强作用。同样在蚕丝活性染料染色后也有类似效果。这为活陆和分散染料染羊毛、蚕丝及其它合成纤维齣多组分纺织品染色了一条新途径。

四，活性/分散染料多组分纺织品一浴法染色

纤维素纤维和聚酯纤维的多组分纺织品一般需要用两种染料染色，活性和分散染料是用得最多的两种染料，活性染料染纤维素纤维组分，分散染料染聚酯组分。两类染料染两种纤维，由于结构和性能差距，很大，染色工艺条件差别也就很大，很难同浴染色，主要矛盾如下:

( 1)染色温度：活性染料上染和固色温度较低，通常在6 0℃-8C℃。温度过高，染料水解速率加快，司色效率降低，温度在100℃以上时，部分染料还会遭到还原、水解破坏。分散染料染色，由于聚酯纤维难溶胀、结构紧密，分散染料水溶性很低，所以上染温度都较高，PET纤维在130℃左右，PTT和PLA等新型纤维染色温度虽然较低，也在110℃-120℃范围，故两

(2)染液PH值:活性染料固色应在碱性浴中进行，而在碱性浴中，当温度较高时，许多分散染料会遭到水解、还原破坏，一些聚酯纤维例如PLA纤维还会发生水解损伤，故分散染料宜在弱酸性浴中染色。

(3)电解质和助剂：活性染料染色通常需要添加较多的中性电解质促染，而分散染料在染液中主要成悬浮体存在，大量电解质会降低分散染料悬浮体的稳定，性，使分散染料凝聚和沉淀。分散染料商品中存在大量的分散剂，许多分散剂会和活性染料反应，不仅使活性染料丧失反应性，而且会降低分散染料的l 分散稳定性。

( 4 )染料沾色：两类染料同浴染色时，它们对非染色纤维会发生沾色，降低色牢度和色光鲜艳度，特别是分散染料对纤维素纤维的沾色。同浴染色，沾色对染色重现性和色牢影响也很大，拼色时由于各种染料染色性不同，会大大降低染色重现性，此外两种染料同浴溶解和分散也难。

基于上述矛盾，活性和分散染料同浴染色的上染率或固色率、色牢度、色光鲜艳度和颜色重现性均低于分浴染色。所以许多工厂仍采用两浴法或一浴两步法染色。两浴法和一浴两步法染色矛盾虽然小一些，但加工效率低，耗水耗能多，污水排放量也大，加工成本还高。一浴法、一浴二步法和凹浴法染色特点见表一。

表一活性/分散染料几种染色工艺比较

表中：○一优良;△一较差；×一很差，

在当前大力提倡节能减排的形势下，大力开发一浴法染色是有重要意义的。虽然进行一浴法染色还存在许多难点，但是随着技术进步，例如目前已开发了不少新染料、新助剂，染色工艺也有了迅速发展，例如包括目前正在开发的低碱和中陆固色一浴法和低盐或无盐染色一浴法等工艺，它们均有很好结果。

低碱和中性固色可以大大提高活性和分散染料在高温染浴在高温染浴中的

(1) 开发新的或改良老的活性染料，主要通过分子设计，研制的新的活性染料，包括引入反应性强的活陆基，改变连接基或封端基，增加染料分子大小或共平面性，适当提高染料的直接性，并通过商品化加工或添加适当添加剂或助剂，提高染料的反应性、直接性和匀染怛性。

(2) 对纤维改性，提高纤维的反应性。通过物理化学或化学改性，前者主要是提高纤维的溶胀性，使纤维中的孔道网络变粗，并增加纤维的无定形区含量，以加快染料扩散速度和增加染料上染和固色率；后者主要是对纤维进行胺化或季胺化，不仅可以引入反应性强的氨或胺基，而引入阳离子季胺基后，还可以提高与阴离子染料的结合力和与其临近的羟基的反应性。以上措施都可以便纤维在低碱或中性条件下固色，克服多组分纤维纺织品活性/分散染料染色PH值的矛盾。因此开发纤维素纤维改性剂具有重要意义。以上是对纤维素纤维改性，如果对聚酯纤维改陆，降低其染色温度，则可以克服染色温度矛盾。笔者曾研究多只涤纶分散染料染色的新型载体，并用于多组分纺织品一浴法染色。

(3) 适当增加固色反应条件或应用低碱中性固色助剂，进行一浴法染色。对浸染来说，进行高温高压法染色时，由于染液温度超过100℃，有的达到130℃，因此一些反应性强的活性染料，例如烟酸取代基的杂环活性基染料，可以在100 t以上进行低碱或中性一浴法固色。具有一羟基乙砜活性基的染料，经过,,预活化,,后也可以进行低碱或中性一浴法固色。在染液中加入中性固色剂或催化剂，也可以使杂环美活性基染料在低碱或中性固色。笔者研究发现，

除了中性固色剂或催化剂外，浸染时增加染液中的中性电解质，轧染时加入双氰胺等添加剂等，都有利于低碱或中性一浴法染色。

为了克服活性和分散染料染色PH值矛盾，国内外开发了不少所谓PH值滑动剂或调节剂。它们随着染色温度不断提高，逐步发生水解等反应，使染液PH值从碱性逐步变成弱酸性。在低温碱性( 60℃一70℃，Ph10.5-11)时活性染料发生固色，在高温弱酸性110℃-130℃，PH5- 6. 5)时分散染料发生上染和固着。不过由于PH值滑动的温度和速度与两类染料上染固色速度匹配较难，目前性能好的助剂还不多，有待继续开发。

活性/分散染料高温高压一浴法染色，对纤维素/PET纤维多组分纺织品来说难度高一些,因为两类纤维的染色温度差距大，染色温度高，通常为130℃。活性染料稳定性差,直接性也低，用盐量大。而对PLA和PTT纤维的多组分纺织品来说，困难相对小一些，例如PTT纤维染色温度为110℃ ,PlA纤维还可略低些，用盐量约为PET的一般，所以矛盾较小。更多组分的纺织品染色难度更大，要具体根据纤维组成和含量来设计染色工艺，可以预计，一浴法染色以后会更多。

五、活性/酸性染料多组分纺织品一浴法染色

近年来纤维素与蛋白质多组分纤维纺织品的商品愈来愈多，例如各种所谓蛋白纤维。它们不少是在纤维素基质中共混有少量蛋白质，典型的商品是蚕蛹蛋白纤维。这种纤维虽然可以用单种活性染料染，但两种组成固色条件不同，如果在活性染料染浴中，加入少量酸性染料，则可以染得更深和均匀。纤维素与蛋白质纤维通过混纺、交织或变形加工可以得到许多性能优良的纺织品，这类纺殳品若要使两种纤维都染上均匀的颜色，也通常要用两类染料，主要是活性和酸性料来染色。纤维

克服这些难点的途径，使活性和酸性或中性染料能够一浴法染色，仍然是通过开发新的染料(包括活tt和酸性染料)，对纤维改性和应用新的染色助剂来实现。

新的染色助剂包括染浴PH值滑动iS或调节剂，以及防沾色或匀染剂等助剂。沾色主要是活性染料，包括其水解染料对蛋白质和聚酰胺组分的沾色，所以加入防沾色剂后，可以大大减轻这种沾色作用。匀染剂包括对活性染料和酸性染料两类染料不同的匀染剂。为此近年来研究染料PH值滑动剂的工作不少，笔者也进行了一些研究，它们大多数仍然是随染液温度升高，不断放出质子，使染液PH值由碱性滑向中性和弱酸性，既先使活性染料固色，然后加速酸性染料上染，这样控制相对较容易一些，因为活性染料染色温度较低，且它固色时会不断放出酸性物质，本身有一定的PH值滑动作用。笔者发现，这种PH值滑动剂和活性/分散染料高温高压一浴法染色的性能差别很大，首先它滑动的温度较低，活动的速度也不同，后者主

总的来说，虽然PH值滑动或控制速度及范围完全与染料上染和固着匹配是较难的，而且一种助剂很难适用所有染料，但是只要仔细选用染料和控制工艺，效果还是小错的，且比活性/分散染料的好。

六、活性分散和活性阳离子染料多组分纺织品一浴法染色

一种染料具有两类染料的特性，既具有活染料染色特性，又具有分散或阻离子等染料特性，可以上染两种以上纤维的染料，是染料生产和应用工作者所追求的目标，应用这些染料染多组分纤维纺织品，不仅染料单一，而且工艺也简单，前述许多矛盾将小 活性分散染料实质上仍然是一类活性染料，具有常规相同的各种活，染料分子中也具有阴离子，水溶性基团。所不同的是它所具有的阱离于水浴性基圆多半是B一羟基乙砜酸酯钠盐的硫酸酯阴离子基，它赋予染料分子水溶性，当染浴加碱剂后，染料的硫酸酯阴离子基水解被脱去，染料分子中只剩下乙烯砜基，变成非离子染料，典型的反应如下：

D-SO2-CH2CH2OSO-3--OH-à D-SO2-CH=CH2+HSO-4

具有乙烯砜基的染料既可以和纤维素、蛋白质纤维反应，形成共价键结合，它或具水解染料(具有羟乙砜基)又可像分散染料一样上染聚酰胺、聚酯等疏水性纤维。一般来说，这种染料的母体结构和分散染料类似，不具有永久性的水溶性阴离子基(例如芳环上的磺酸基)。

用这种染料染涤/棉织物时,先在中性浴中升温至130℃染一定时间，然后降温至60℃，加碱剂(例如电碱~处理一定时间，然后皂洗、水洗既可。，‘工艺很简斗，为了促染，在

这类染料目前仍处在研究开发阶段，但它的优点是显而易见的，有发展前途。

类似地，目前也在开发活性阳离子染料，在染料分亍中，既具有活性基，又具有阳离子基，因此可以染色包括腈纶、阳离子可染涤纶在内的多种多组分纤维纺织品，这种具有阳离子基的活性染料还可以用于无盐染色。和前者一样这类染料也还处在研究开发阶段。

由于活性染料的母体多半为酸性染料。所以通常的活性染料乜可以看成是活性酸性染料。通过合里的分子设计，可使染料母体或活性染料的水解染料像酸性染料一样牢固上染蛋白质和聚酰胺组成的多组分纺织品，有很高的固色率和色湿牢度。笔者研究发现一些活性染料水解后对羊毛有很好的染色性能，它实质上就像一只酸性染料一样，可牢固地固着在羊毛上。它们既通过磺酸基等阴离子和纤维的氨基阳离子结合，而且与纤维分子间还存在较强的范德华引力结合，所以湿牢度很好。笔者还发现，如果在耙色时加入适当的交联剂，则可以进一步提高固色率和湿牢度，因为交联剂不仅可使水解染料交联固着在纤维素组分上，而且同样使它们交联固着在蛋白质组分上。

组分纺织品的纤维种类愈来愈多，所含纤维数也多，它们不仅染色难度大,而且加工工序长、效率低、重现性、色牢度等都差，更为严重的是，应用的染料种类和用量多后，染料利用率低。同时，耗能耗水污水排放量也大，污水治理难度也大。克服这些难点，采用短流程和一浴法染色是严有效的途径，这也是今年来大力开发的原因。