第三章 直接染料染色
染整工艺原理(Ⅱ)课件：第3章 直接染料染色
7）温度 ✓ 始染40～50℃，使染料吸附均匀； ✓ 中间缓慢升温； ✓ 后期保温90～95℃； ✓ 中、低温染料最后降温保温以提高上染率。见升温曲线
3.染色设备 ✓ 平幅卷染机：平幅状态；张力大；浴比小。 ✓ 绳状染色机：绳状；张力小；浴比大。
4.工艺举例
A 卷染
富春纺（人丝/人棉）、浅蓝色、18匹、55公斤
✓ 含有甲醛成分的其他装饰材料，比如白乳胶、泡沫塑 料、油漆和涂料等；
✓ 室内装饰纺织品、包括床上用品、墙布、墙纸、化纤地 毯、窗帘和布艺家具；
✓ 烟叶和燃料不完全燃烧，香烟主流烟雾中甲醛平均质量浓 度为212 mg/m3，侧流烟雾为18～58 mg/m3。
去除方法 ➢ 室内养花
在24 h照明条件下， ✓ 芦荟能去除90%甲醛； ✓ 龙舌兰能去除50%甲醛； ✓ 吊兰能去除86%甲醛。
纤维素恒等周期为10.3Å（纤维素二糖的单位长
度）；大多直接染料上可形成氢键基团之间距离 10.8Å。
2.范德华力学说 进一步研究后发现：
有些直接染料，间距不是10.3Å，即氢键很少，但仍 然很好上染纤维素;
染料与纤维直接性随芳香环增加而增加;
3.有一定的二色性 二色性常数：用一定波长的偏振光照射染色纤维时， 与纤维轴平行方向与垂直方向的吸收强度之比值。
助溶剂，否则色点。
2）匀染剂----匀染作用 ✓ 缓染 ✓ 移染
缓染及测试方法
✓ 雷米帮A：与纤维作用→上染速率↓ ✓ 帮A为油酰氯与毛发水解产物缩聚而成
移染 平平加O
✓ 与溶液中染料作用→缓染作用 ✓ 与纤维上染料作用→移染作用 ✓ 用量≤0.5克/升
问题： 工厂染色出现轻度色花怎么办？
严重色花怎么办？
第3章 直接染料染色
《生物实验技术》第三章 染色、染料与染色剂
第三章
第三节 染色剂的配方与应用
一、细胞核染料与配方
例：
1. 硼砂洋红（Grenacher's）（葛莱那息尔氏）
洋红
2g
4%硼砂水溶液 100ml
70% 酒精 100ml
• 切片（染5－10min） • 一般动植物（如原生动物，腔肠
动物，扁型动物等）的整体染色
• 昆虫、寄生虫染色
2. 醋酸洋红液（Schneider's） （施尼得氏）
洋红 4~5g 冰醋酸 45ml 蒸馏水 55ml
• 适合于新鲜细胞学材料快速观察，速 染新鲜细胞的染色体。
如：无脊椎动物的精巢、卵细胞、 上皮组织等的中心体和染色体；
植物的根尖细胞及花药等
日 本 小 帘 蛤 肠 道 内 涡 虫
图示洋红染色
洋红染轮虫 醋酸洋红染阔叶葱花粉囊分裂细胞
第三章
第三节 染色剂的配方与应用
显示DNA（Feulgen反应）和多糖类（PAS 反应） 。 缺点是容易褪色。
第三章
第三节 染色剂的配方与应用
一、细胞核染料与配方
6.甲基绿（甲烷绿、甲绿）Methyl green
常用以染染色体。与吡罗红Pyronin（又叫派若宁、焦 宁）合用显示DNA、RNA。
7. 美兰（亚甲兰、次甲基兰、甲烯兰）
（2）吸收作用（absorption）（溶液学说 ）
组织吸收染料作牢固的结合，染料均匀地分布于组织中，叫吸 收。组织的着色与溶液的颜色相同。如：品红
（3）吸附作用（adsorption）
吸附作用是固体物质的特性，它能从周围溶液中吸住一些细小 的物质微粒，吸附作用只发生在两相界面上。可解释鉴别染色
（4）沉淀作用
Go to No9
染色讲稿-直接染料染色-温度效应与盐效应
课后习题
对不同结构特点的直接染料，为提高其对 纤维素纤维的上染率并控制其染色匀透性， 在上染过程中应采取哪些措施，为什么？ 复习染色理论有关纤维的带电性质和染料 的溶液性质中的相关内容。
不用或少量 用盐 注意用盐量 和加入方式 避免使用电 解质
OH N SO3Na NH CO CH3
简单 复杂 复杂
SO3Na
较小 较高 很高
SO3Na N N
极好 较大 较小
优异 较差 很差
SO3Na
较低 较高 较高
CH3 N N CH3
70～80 85～90 95～98
OC2H4 N N N
H5C2O
升温会降 低上染率 高温时上 染率下降 低温下不 利于上染
染料分类
结构
- △ μo
ห้องสมุดไป่ตู้
水溶性
匀染性
湿牢度
盐效应
A 匀染型 B 盐控型
C 温控型
简单 复杂 复杂
较小 较高 很高
极好 较大 较小
优异 较差 很差
较低 较高 较高
较小 显著 极小
直接染料染色的温度效应
A型直接染料：匀染性好、上染率低、易 染色温度与染色热力学 达到上染平衡，染色温度宜低；
第三章 直接染料染色
Dying of cellulose with direct dyestuff
四 直接染料染色的温度效应与盐效应
The temperature effect and salt effect of direct dyestuff
化学工程学院 权衡
直接染料的应用分类与染色性能
温 度 效 应
③ 增加了染料的表观浓度：中性电解质 的加入，增加了染料在染浴中的活度。
直接染料染色—直接染料的染色性能
直接染料的溶解性
直接染料分子中含有磺酸基，能溶解于水，在水中能电离 染料阴离子。 溶解性大小与染料分子中所含的水溶性基团的数目有关。 染料的溶解度也和温度有关，通常温度提高，染料的溶解
度便随着增大。 直接染料会和硬水中的钙、镁、铁等离子作用生成沉淀，
降低染料的利用率，并可能造成色斑等疵病。所以，溶解 染料及染色用水宜用软水。
直接染料染色
直接染料的染色性能
直接染料的染色性能
1.溶解性
➢含水溶性基，能直接溶于水； ➢易聚集，可加温或加纯碱助溶； ➢不耐硬水，需用软水或对水进行软化处理。
2.直接性
Hale Waihona Puke ➢对纤维素纤维有较高的亲和力。
3.盐效应
染色性能
➢加盐促染，但促染效果与染料结构有关。
4.温度效应
➢温度影响上染率，应根据染料结 构选择染色温度。
对染色时间的掌握是以透染为准，粘胶纤维的染色时间要 比棉为短。同样色泽，粘胶纤维的染色牢度也要比棉为好，原因 在于粘胶纤维对染料的吸收相对于棉而言要充分和深入。
直接染料的直接性
直接染料直接性较大：
（1）直链型，具有较好的线性和同平面性。 （2）具有较长的共轭系统，拥有多个双键。 （3）染料分子中的—NH2和—OH与纤维素分子中的—
OH形成氢键。 （4） 分子量很大
直接染料的盐效应
无机的中性盐类，如食盐、元明粉等，在水溶液中 会发生电离。无机的阳离子，体积较小，因此在水溶 液中活泼性较大，容易吸附在纤维分子的周围，从而 降低纤维分子表面的阴电荷，相对地增加了染料阴离 子与纤维素分子间的吸附量，达到促染的效果。因此 中性盐类可作为促染剂，但当盐类增加过多时，又会 因染料胶体状态遭到破坏，结果析出沉淀。
第03章 直接染料染色
第三章
直接染料染色
第一节 直接染料性能及对纤维素纤维的 染色原理 第二节 直接染料的一般染色过程 第三节 直接染料的固色后处理 第四节 直接染料对纤维素纤维上染的温 度效应和盐效应 第五节 直接染料对纤维素纤维的吸附
1
第一节 直接染料性能及对纤维素 纤维的染色原理
由于直接染料的结构差异较大，其上染速率有较大 的不同，因此，在一定时间内达到最高的上染百分 率所需的温度随品种而有所不同。
扩散速率高、对纤维亲和力低的染料，宜采用较
低的温度进行染色，有利于获得较高的上染百分 率；反之，宜采用较高的温度进行染色，有利于 在较短的时间内获得较高的上染百分率。
10
二、盐的作用和电荷效应
13
作业及思考题
1、直接染料染色时加入中性电解质的作用是什 么？说明其作用原理。 2、直接染料分为哪几个类型？各类有何特点？ 分别用什么方法来控制上染过程以纠正染色 不匀现象。 3、直接染料为何须进行后处理，常用的固色剂 及其固色原理如何？ 思考题：用直接染料染粘胶纤维时，为什么容 易染花？如何改善这种染色不匀现象？
5
二、其它纤维的染色
直接染料除用于纤维素纤维的染色外，部分品种还 可用于蚕丝、锦纶、羊毛、维纶等染色。 蚕丝纤维在等电点以下染色时，染料与纤维的结合 力有氢键、范德华力及离子键等。 直接染料一般不作为主色用于锦纶的染色，仅用于 调节色光。 直接染料一般不用于纯毛织物染色。
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第三节
一、直接染料的性能
1、何为直接染料及直接性？ 2、直接染料结构特点？
（1）长链线型、 分子量大；（2）具有共轭性； （3）很好的平面性(芳环成同平面)、对称性； （4）含氨基、羧基(形成氢键)。（5）含磺酸基，易溶于水。
直接染料染色
第二节直接染料的染色 性能
1.染色温度的适应性，各种直接染料的 上染速率相差很大，达到最高上染百 分率的温度也不同。 2.中性电解质的影响：电解质对不同种 类的直接染料促染作用不同，染料分 子中含磺酸基越多，其促染作用越大。 3.染料的溶解度，对水的敏感性以及对 后处理方法的适应性。 4.染色加工对象：丝光棉上的染色速率 和上染百分率一般高于未丝光棉。
第一节直接染料的应用分类
P50～52 匀染性直接染料：移染性、匀染性较好， 70-80℃染色，水洗牢度差。 盐效应直接染料：匀染性较差，逐步加 入元明粉控制均匀上染，水洗牢度较 好。 温度效应直接染料：匀染性较差，中性 电解质促染作用较小，较高染色温度 染色，需要控制升温速率达到均匀上 染。
直接混纺染料：直接D型染料，与分散染 料相容性好，可经受130℃高温，能用 于分散/直接染料一浴一步法染色。用 于纤维素纤维和蚕丝纤维。 直接交联染料：需采用阳离子固色剂固 色处理。兼有树脂整理效果。
5-15g/l食盐，用量由染色浓度和染料性 质决定。 5.固色后处理。 二、卷染工艺实倒：19 tex*19tex翠蓝 色棉平布 48.5kg/卷 1.工艺流程和工艺条件：染色（95100℃，8道，食盐在第3、4道末分2次 加入） →冷水洗2道 →固色（50 ℃， 4道）→冷水洗2道 →上轴。 2.工艺处方：
直接耐晒翠蓝GL 350g 350/48.5*1000=0.722% o.w.f 直接耐晒蓝2RL 7g 7/48.5*1000=0.0144% o.w.f 扩散剂N 100g Na3PO4 100g NaCl 750*2 g 液量 150L
固色液处方： 固色剂Y 冰醋酸 液量
600g 20ml 150l
直接染料染色
第一节概述
染色技术直接染料染色
•
铬盐
• 5、普通阳离子型固色剂
•
原理：阳离子基团与染料阴离子基
团结合
• 种类：表面活性剂
• 6、树脂型固色剂
•
原理：结构中阳离子基团，形成网
状薄膜
• 种类：缩聚物
• 存在游离甲醛
• 7、反应型
•
原理：与纤维发生键合反应，又与
染料发生键合反应，阳离子基团
•
无甲醛
小结
• 直接染料可以应用在蚕丝纤维、锦纶、 羊毛等织物染色。直接染料由于湿处理 牢度较低，必须进行固色后处理，提高 皂洗牢度及摩擦牢度。
轧染
• 浸轧次数：一浸一轧、二浸二轧、一浸 二轧、多浸多轧等。
• 染料的泳移：指织物在浸轧染液后的烘 干过程中，染料随水分的移动而移动的 现象。
• 烘燥方式：
• 红外线烘燥：加热迅速、均匀，用于含 湿量较高织物的预烘。
• 热风烘燥：热空气导热，效率较低 • 烘筒烘燥：接触烘燥，效率高。
• 染料固着方法分汽蒸、热熔两种。
• 4、直接混纺型
•
特点：高直接性和亲和力，湿牢度、
鲜艳度较好，与分散染料相容性好，耐
高温130 ℃，混纺织物染色。
• 5、直接交联染料
•
特点：含有羟基、氨基反应性基团，
得瑟均匀，湿牢度好，颜色偏暗。
4.2 直接染料的染色性能
• 纤维的性质决定其染色性能。 • 1、纤维结构 • 分子量大，直线型，水中电离 • 2、直接染料染色性能 • 水溶性较好 • 亲和力高 • 不耐硬水 • 扩散速率较低
•
连续式染色机
浸染
• 浸染是将被染织物浸渍于染液中，通过染液的 循环及染液与被染物的相对运动，借助染料对 纤维的直接性而使染料上染，并在纤维上扩散、 固着的染色方法。
直接染料染色
直接染料染色直接染料一般能溶解于水，也有少数染料要加一些纯碱帮助溶解，它可不依赖其他助剂而直接上染棉、麻、丝、毛和粘胶等纤维，所以叫直接染料。
直接染料色谱齐全，色泽鲜艳，价格低廉，染色方法简便，但最大的缺点是这类染料的染色牢度大部分都不够好，针对染色牢度较差的缺陷，人们作了许多改革，例如采用化学药品，把已经染上颜色的布进行后处理，提高色布的耐洗和耐晒牢度；也有采用新型的交链固色剂来提高染色织物的后处理牢度。
除此之外，也发现和研制了一些新染料品种，如直接耐晒染料和直接铜盐染料等。
目前，对如何提高直接染料的湿处理牢度，还在进一步的探索之中。
(一)直接染料主要性能直接染料大多数是芳香族化合物的磺酸钠盐，也有一部分是羧酸的钠盐，染料结构以双偶氮或三偶氮为主。
这类染料具有直线、长链、同平面和贯通的共轭体系，因而能跟具有直线、长链型的纤维素大分子相互靠近，依靠其分子间引力而产生较强的结合。
此外，由于染料结构中还含有羟基、氨基或羧基，能与纤维素大分子上的羟基形成氢键，所以直接染料能与纤维结合而完成对纤维素纤维的染色。
直接染料在水中的溶解度大小主要取决于染料分子内水溶性基团的种类和数量，所含的水溶性基团多，在水中的溶解度就大。
提高温度，也会使染料的溶解度增大。
直接染料在水中溶解后，在溶液中形成染料阴离子。
但由于一般的水中含有较多金属的钙、镁离子，这些钙或镁盐能与染料阴离子结合而形成不溶性沉淀，不利于染色的进行，因此，在实际生产中，对印染用水必须进行软化处理。
在染色中较为方便的是在水中加入纯碱或六偏磷酸钠。
纯碱的加入能增大染料的溶解度，但过多就会使染料上染缓慢。
直接染料在溶液中是以染料阴离子形式存在，当溶液中加入少量纯碱，促进了纤维素阴离子的离解而呈负电荷，使染料阴离子和纤维阴离子相互产生较大斥力而不易相互靠近，从而影响了染料对纤维的染色，即纯碱加入染液后起到了增加染料的溶解性及降低了染料对纤维的亲和力而起到缓染作用。
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第三章直接染料染色
3-1 概述
一直接染料应用特点
优点－染色效果对工艺的依赖性相对较弱
缺点－日晒牢度、湿处理牢度较差
对象－粘胶、棉、产业纺织品、皮革、纸张、丝绸…二直接染料结构特点
a 较长的共轭双键系统；
b 分子量大、较好的同平面性和线状结构；
c 含有羟基、氨基等生成氢键的基团；
d 在水中可电离呈染料阴离子。
三禁用染料问题
禁用染料涉及直接染料几十种：德1994年法规禁用料约118只，直接占77只，约占65%（其中联苯结构36种）。
3-2 直接染料的染色原理及性能
1 作用力－范德华力和氢键作用力较大，对纤维素纤维具有较高的亲和力以及在染液中有较大的聚集倾向。
2 扩散模型－孔道扩散模型
3 吸附等温线－Freundlich型吸附等温线
4 染色对象－棉、粘胶、天丝、麻（超分子结构）。
5 直接染料的应用分类－
C.I.D yellow 49 40～60℃
C.I.D yellow 39 80℃
C.I.D yellow 64 80～100℃
C.I.D yellow 69 100℃
3-3 直接染料的一般染色方法
一浸染与卷染
1 浸染与卷染对染料的选择及染色过程
染料的扩散性能、亲和力、拼色效果、染色性能…
2 染浴组成及其作用：
软水剂－多聚磷酸盐、分散螯合剂
脱氯剂－亚硫酸氢钠、大苏打
中性电解质－食盐、无水硫酸钠、元明粉
纯碱－溶解染料、软化水质；注意其负面作用（上染率下降、产生还原性！）
弱氧化剂－硫酸铵、硝基苯磺酸钠
3 工艺条件：
电解质的用量及加入方式取决于染料的亲和力大小；
浴比、升温曲线…
不同直接染料的温度控制及其对上染的影响…
新型染色工艺：退煮染、煮染、染漂；高温染色工艺
二轧染
1 轧染对染料的选择及染色过程
2 染浴组成及其作用：染料、纯碱、润湿剂、增溶剂、防泳移剂…
3 工艺条件及流程：…
4 轧染色差控制
3-4 直接染料的染色后处理
对酸性染料上染蛋白质纤维、活性染料上染纤维素纤维具有同样意义。
一湿牢度差的原因
原因－染料的水溶性、缺少染料与纤维间的化学结合。
改善途径－染后降低水溶性；染料或纤维改性、交链染料成膜等。
二固色机理
1 封闭染料的水溶性基团；
2 与染料形成低水溶性的金属离子络合物；
3 在纤维表面形成立体网状的聚合物薄膜封闭染料；
4 与纤维和染料发生交联，形成多元化交联网状体系。
三 常用固色剂及固色工艺
1 金属盐后处理
仅适用于染料分子中具有能与金属离子络合的结构的染料－直接铜盐染料。
工艺：硫酸铜：0.5-2.5% （owf ）
HAc ： 2-3% （owf ）
T ×t ： 50-60℃ 15-25min
浴比： 1:2-5
效果：颜色变暗变深，一般只适应于深色品种
2 阳离子固色剂：
① 阳离子表面活性剂
NO 3-C 17H 35CONHCH 2CH 2CH 2N C 2H 4OH
CH 3
3抗静电剂SN
工艺：用量0.5-1%；40℃/15-20min
原理：…
效果：手感好，但牢度提高不太明显且色变大，本身不太耐洗（尤其是皂洗）。
② 非表面活性剂型的阳离子固色剂
结构中含有两个或两个以上的阳离子基团（季铵基团），是一种既不属于合成树脂又无表面活性的固色剂。
如多乙烯
多胺类季铵盐、三聚氯氰与多乙烯多胺的高分子缩合物等。
这类固色剂可改进直接染料或活性染料的耐洗牢度，对色变和耐日晒牢度影响都较小。
它能和铜盐混合使用，提高锦纶用酸性染料染色的耐日晒牢度。
③ 阳离子合成树脂
a 固Y
结构：双氰胺-甲醛树脂络合物
原理：封闭水溶基；固色剂成膜
效果：湿牢度可提高1-1.5级（达3级），固色前后色光有变化（不太显著），属非环保品。
b 固M
结构：固Y 与铜盐或醋酸酮作用制成：
原理：封闭水溶基；固色剂成膜；可生成金属络合物 效果：湿牢度可达4级，但变色大。
工艺：固Y （M ）0.8～1.2%；Hac （20%）0.6～1.0%（owf ）；5～20g/l TXt ；50～60℃、15～25min ，固后可不经水洗。
④ 反应型固色剂
结构：由环氧氯丙烷与二甲胺合成
CH
2CH 2Cl +HN CH 3CH3
CH 2CH CH 3CH 3OH
n Cl
n -
H 2N +C NH CO N NH CO NH
C N 2NH 4n
CH 3COO
原理：封闭水溶基；固色剂成膜；可生成金属络合物；染料反应交联成膜。
效果：基本能达到Y、M牢度，变色性较小，环保型。
工艺：固色剂：0.5-2%、pH5-6
T×t：40-60℃、20-30min
其它还有由三乙烯二胺+环氧氯丙烷、再经芳胺盐醚化的固色剂（TCD-K）、用二烯丙基二甲基氯化胺聚合的季胺高聚物无醛固色剂（GS）等。
3-5 直接染料的温度效应和盐效应
一温度效应及其应用
1 温度对上染百分率的影响
直接染料结构差异大，上染速率各不相同，其温度对上染百分率影响较大；对不同的染料其最高染色温度不同。
提高温度会降低染料的平衡上染百分率；
拼色时，三只染料的平衡上染百分率比单独上染时要低，而且染色温度越低，降低幅度越大。
2 温度对扩散速率的影响
温度提高扩散系数明显提高，图2-23；直接染料扩散速率和半染色时间差异很大！
除温度影响外，以下因素对扩散和上染也有明显影响：
①纤维结构：
取向度（拉伸性、无定型区比例）；
纤维表面积（粘胶、铜铵）。
②染料结构：
分子结构→移染性；水溶性基团→扩散；
③T↑21t↓扩散上染速率↑。
兼顾上染率和上染速率：
对A类：移染性好，但染率较低，因而染色温度宜低；
对C类：移染性差，水溶性差，移染差，扩散慢，因而染色温度宜高；
对B类：移染性差，水溶性较好，移染性较差，扩散慢，因而染色温度宜较高。
二盐的作用和电荷效应
1 盐的促染作用
一般其促染作用对水溶大的染料作用明显（B型）；
对纤维无定型区比例大的，促染作用更为明显。
2 促染作用原理
电解质促染作用原理可归纳于下：
①降低了纤维表面的zeta电位：使染-纤斥力↓，有利于染料对纤维吸附。
②降低了染料迁移的位阻：D-上染纤维时伴随着等量的Na+迁移。
然而[Na+]S﹤[Na+]f ，迁移位阻↑；加盐后，[Na+]S
↑，迁移位阻↓。
③电解质加入，增加了染料在染浴中的活度。
④电解质加入，染料胶粒负电性↓，有利于向纤维吸附；使染料溶解度↓，染料吸附密度↑，使[D]f /[D]S↑。
3-6直接染料对纤维素纤维的吸附
一染色纤维的二色性暨染料的在纤维上的存在状态二色性常数：对电矢量和纤维轴平行的偏振光的吸收强度与电矢量和纤维轴垂直的偏振光吸收强度的比值。
若染料分子取向完全和纤维轴平行，则二色性常数为∞；反之，染料分子在纤维中完全杂乱分布，则二色性常数为1。
染料在纤维中的状态影响到染料对纤维的上染性能、色泽及染色牢度。
直接染料在纤维素纤维内的结合模型：
1 染料在纤维中的吸附取向和纤维素大分子的取向是一致的，其在纤维素纤维上表现出显著的二色性，染料与纤维主要以氢键结合；
2 直接染料是沿着纤维大分子链取向并通过氢键吸附在纤维的微晶体表面的；
3 偶极引力和色散力起着重要作用，染料的纤维内聚集、堆积。
二混合染料在纤维素纤维上的吸附
当混合染料对纤维素纤维染色时，染料在纤维上的吸附量较单独染色时要低，随染料的结构不同产生较大的差异。
如图，直接染料对同一染色位置存在着竞染作用，且优先吸附在纤维上的染料也会对另外一只染料的吸附产生电荷斥力或空间阻碍，从而减少染料在纤维上的吸着量。
在实际染色中，混合染料具有良好的配伍性，对染色物获得稳定的色泽具有重要意义。