第十一章阳离子染料的染色
阳离子染料染色
阳离子染料染色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，但也可利用这一性质，选用适当的阴离子助剂进行缓染或制备分散型阳离子染料。
阳离子染料的染色
①、变形性大：腈纶纤维在玻璃化温度以 上时，纤维显现的热塑性对压力和强力很 敏感，特别是湿热时很容易变形。所以此 时不能承受大的机械应力。生产中主要用 松弛设备加工，像浸染染色很少用轧染染 色。膨体纱就是利用纤维的热塑性。
②、高温泛黄：腈纶纤维在经较长时间的 高温处理时，结构发生变化而泛黄。泛黄 的原因一般认为是聚丙烯腈分子链段发生 环化，特别氧和碱的存在，泛黄更为严重。
阳离子红2GL250% 1.2 * 0.61=0.732
阳离子艳蓝RL500% 0.21 * 0.38=0.080
匀染剂
0.8 * 0.58=0.464
合计1.726<国产腈纶的饱和值2.3
实际应用意义：纤维的饱和值，染料的 饱和值，是衡量腈纶纤维的染色性能， 鉴定合理染色工艺的重要指数之一。 饱和值低的腈纶纤维染浓色就比较困 难。染色时，所用的染料量不能超过 此染料在该纤维上的饱和值，否则会 造成染料的浪费并会影响染色牢度。
2、染色性能
含酸性基团越多，扩散系数越大。因为 酸性基团增加，纤维的库仑斥力增大， 微隙增加，上染速率增大。另一方面， 提供的染座增加。
染色温度。聚丙烯腈纤维染色时，阳离 子染料会在纤维表面发生吸附，但在 纤维玻璃化温度以下，染料是难以向 纤维内部扩散的。一旦超过染色玻璃 化温度以后，上染速度随着温度的提
高而提高。大约每提高一℃，上染速率 可以增加３０％左右，所以聚丙烯纤 维对温度很敏感，而且纤维的移染性 能很差，易染色。
3、染色饱和值：纤维上所能吸附的染料 的最大值称为纤维饱和值Sf P194。 Sf 越大，表示对染料的吸收量越大。使 用时，根据纤维的饱和值计算染料和 助剂的最大用量； Sf小的(1.2-1.7)纤维 宜于染浅淡色， Sf大的(2.1-2.7)纤维宜 于染深浓色和黑色。
阳离子染料染色
阳离子染料染色方法
阳离子染料染色方法一、引言阳离子染料是一种常用于染色的化学物质，它通过与物质表面产生电荷相互作用来实现染色效果。
本文将介绍阳离子染料的染色方法及其应用领域。
二、阳离子染料的基本原理阳离子染料通常具有正电荷，可以与带有负电荷的物质相互作用。
在染色过程中，阳离子染料的正电荷与物质表面的负电荷发生静电相互作用，从而将染料分子吸附在物质表面，实现染色效果。
三、阳离子染料的染色方法1. 浸泡法浸泡法是最常见的阳离子染料染色方法之一。
将待染物质浸泡在含有阳离子染料的溶液中，使染料分子与物质表面发生相互作用。
浸泡时间和温度可以根据染色的需要进行调节。
2. 喷雾法喷雾法适用于染色物体较大或不便浸泡的情况。
将阳离子染料溶液装入喷雾器中，通过喷雾器将染料溶液均匀地喷洒在物体表面，使染料分子与物体表面发生静电相互作用。
3. 打印法打印法是一种常用于纺织品染色的阳离子染料染色方法。
将阳离子染料溶液装入喷墨打印机中，通过喷墨打印机将染料溶液喷洒在纺织品上，实现染色效果。
打印法具有染色均匀、操作简便等优点。
四、阳离子染料的应用领域阳离子染料广泛应用于纺织、印刷、造纸、皮革、塑料等行业。
具体应用领域包括：1.纺织行业：阳离子染料可用于染色棉、毛、丝等纤维材料，具有染色均匀、色牢度高等优点。
2.印刷行业：阳离子染料可用于纸张、包装材料等的印刷，具有色彩鲜艳、光泽度好等特点。
3.造纸行业：阳离子染料可用于造纸过程中的染色，使纸张具有丰富的色彩。
4.皮革行业：阳离子染料可用于皮革的染色，使皮革具有不同的颜色和纹理。
5.塑料行业：阳离子染料可用于塑料制品的染色，使其具有丰富的色彩和良好的耐久性。
五、阳离子染料染色方法的优缺点阳离子染料染色方法具有以下优点：1.染色均匀：阳离子染料能够与物质表面充分结合，染色效果均匀。
2.色彩鲜艳：阳离子染料具有丰富的色彩，染色后物体色彩鲜艳。
3.操作简便：染色过程简单，无需复杂的操作步骤。
4.适用范围广：阳离子染料可用于多种物质的染色，适用范围广。
阳离子染料染色特性
阳离子染料染色特性主要包括配伍性、染色饱和浓度、饱和系数以及染料的移染性1. 配伍性由于腈纶上吸附上染的的染座（酸性基团）有限，染料拼色和单色染色时性能差异较大。
不同结构的染料对纤维的亲和力不同，同时扩散性能也不一样亲和力高的，在染色初始阶段在纤维表面吸附速率快，但在纤维内扩散速率慢，同时容易取代已上染的亲和力低的染料，产生“竞染”现象。
“竞染”导致产品色泽不一，难以达到理想拼色效果阳离子染料的配伍性通常用配伍指数或配伍值表示配伍指数是反映染料亲和力和扩散速率高低的综合指标，是拼色时选择染料的依据配伍指数确定：（1）选择上染性能不同而具代表性的染料作为参比标准，通常采用黄、蓝两色标准染料各一套，每套由5只染料组成，每只标准染料都有相应的配伍指数（K），上染最快的为1，最慢的设为5（2）测试时选择色泽差异大的一套标准色染料与其进行拼色，从拼色结果来判定其配伍性（3）若试验染料与其只参比染料配伍性一致或相近，则参比的标准染料的配伍指数就为试验染料的配伍指数配伍指数越趋近于1，染料对纤维的亲和力就越高，上染速率越快；配伍指数越趋近于5，染料对纤维的亲和力就越低，上染速率越慢；配伍指数不仅可作为拼色时选择染料的依据，同时根据K值大小，可用于指导和控制工艺条件，调节染色速率的快慢，有助于提高产品的匀染性传统型的配伍指数通常划分为5类配伍指数相近的染料，在上染过程中，染料色泽始终保持一致；差异大的，难以保证前后色泽一致配伍指数较小的染料，对纤维亲和力高，不易匀染，但竭染率高，适合染深浓色配伍指数较大的染料，匀染性好，竭染率相对较低，适合染浅淡色一般配伍指数在3左右的阳离子染料适应性较广对移染性好的第三代迁移型染料一般不再进行配伍性分类2.染色饱和浓度及饱和系数上染发生在纤维上有限的酸性基染座上，因而要使染浴中拼混的获得预期的色光和染色浓度，就需要知道所用染料对该种纤维的染色饱和浓度借助于染料的染色饱和浓度，有助于正确控制染浴中各染料使用的最高量，以节约染化料，提高产品质量染料饱和系数表征该染料在对纤维染色时的饱和特性3.移染性带正电荷的阳离子染料一旦与纤维上的酸性基团结合后，移染性较差，尤其是分子结构复杂、阳离子性和疏水性强的国产普通型阳离子染料很难通过延长保温时间来达到匀染效果，需严格控制染色温度、pH值、助剂、染料浓度，实际生产往往使用缓染剂达到匀染新型染料对纤维亲和力降低或自身具有缓染性，匀染性优良配伍指数越大，亲和力越低，移染性好。
阳离子染料染色
实验方案
试样编号
阳离子艳红 5GN （ ％）
owf
1＃
0.5 0.5 2 1
2＃
0.5 0.5 2 1 1 1:100
阳离子嫩黄 7GL （ ％）owf 冰醋酸（ ％）
owf
醋酸钠（ ％）
owf
腈纶毛线每份 重g 浴比
实验准备
• 1仪器设备：染杯、烧杯、量筒、移液管、恒温水 浴锅、玻璃棒 • 2染化药品： 冰醋酸、醋酸钠、阳离子艳红5GN、 阳离子嫩黄7GL、 • 3实验材料：腈纶毛线3组，每组分5份，每份重 1g. • 4染料母液配制：1g/L阳离子艳红5GN溶液、1g/L 阳离子嫩黄7GL、1g/L阳离子翠蓝GB
阳离子染料染色
第一组
目录
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冰醋酸 （ ％） owf 醋酸钠 （ ％） owf 硫酸钠 （ ％） owf
1＃ 1
2＃ 1
试样编号 匀染剂 1227 （ ％） owf
腈纶毛线 重(g)
1＃ 0.5
2＃
0.5231来自11浴比
1:100
4
4
实验准备
• 1仪器设备：染杯、烧杯、量筒、移液管、 恒温水浴锅、玻璃棒 • 2染化药品： 冰醋酸、硫酸钠、醋酸钠、匀 染剂1227、阳离子艳红5GN • 3实验材料：腈纶毛线一份 • 4染料母液配制：1g/L阳离子艳红5GN溶液
阳离子染料染色—阳离子染料的结构分类及性能
非共轭阳离子染料 迁移型阳离子染料
分散型阳离子染料
一、共轭阳离子染料
非定域阳离子染料 特征：阳电荷处于染料分子的发色体的共轭体系中。 特点：共轭型的阳离子染料，色泽鲜艳，得色量高，耐晒牢 度小于隔离型阳离子染料。
原因是：由于阳离子基团处于染料发色体的共轭体系中， 而阳离子基团是反应活泼性较大的基团，故易受到阳光作 用，导致发色系统的破坏。
阳离子染料染色
阳离子染料的结构分类及性能
阳离子染料
阳离子染料是一种色泽十分浓艳的水溶性染料 在溶液中电离生成色素阳离子以及简单的阴离子，是含酸性
基团腈纶纤维的专用染料 阳离子染料染腈纶的特点
方法简单，操作容易 牢度好，色光鲜艳 卷染或浸染
阳离子染料的结构分类及性能
共轭阳离子染料
据染料分子结构特点四、分散型离子染料开发目的：降低亲和力，提高迁移性，解决阳离子染料与 阴离子染料不相容问题
方法：阳离子染料与芳香族磺酸盐形成复合体 特点：标有SD，如阳离子黄SD-5GL 80℃以下，呈非离子分散状态，对纤维亲和力低，但可与
分散染料一样吸附在纤维表面，并能均匀地扩散和渗透
如阳离子桃红FG
H3C
CH3
C C
N
CH = CH
CH3
C2H4Cl
N
H2PO4
CH3
二、具有定位电荷（非共轭型）的阳离子染料
阳离子基团与母体的共轭体系通过隔离基隔离，通式为：
O
NHCH3
CH3SO4
O NHCH2CH2CH2 N ( CH3 )2
隔离基 鎓离子
特点：
1.阳离子多为季铵离子，并固定在某一原子上 2.阳电荷集中，容易与纤维结合 3.上染率高、匀染性差 4.日晒牢度很好 5.耐热性能较好
第十一章阳离子染料
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隔离型阳离子染料
O
NHCH3
CH3SO4 O NHCH2CH2CH2N(CH3)3
阳离子蓝FGL
H N + N CH3 N N N(CH3)2 Cl
O2N
Cl CH3 N＝N N C2H4N(CH3)3 Cl
阳离子红M-RL
阳离子红GTL
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共轭型阳离子染料
阳离子黄X-6G
苯乙烯类，分子结构中有苯乙烯结构，也是半菁，其通式如下：
Y C CH CH N N R2 R1 Y C CH CH N N R2 R1
这类染料分子中只有一个吲哚杂环，共轭双键体系比菁类短，而比半菁长，
故主要是红色。色泽比较鲜艳，但日晒牢度不佳，是腈纶纤维常用的染料。
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CDP---阳离子可染涤纶（加入少量第三组分SIPM，即间苯二甲酸二甲酯5磺酸钠) ECDP---常压阳离子染料沸染涤纶。用SIPM为改性剂的CDP纤维,其结构仍较紧密,染色还 需要在高温高压条件下进行,能耗大,设备复杂等缺点,而且不能与羊毛、蚕丝等混纺或交 织染色。因此若需要常压可染则还应加入第四组分，增大纤维中的非晶区和改善非晶区 大分子的活动性,来降低聚酯大分子的刚性，从而获得阳离子染料常压沸染的染色效果。 第四单体一般为聚乙二醇、间苯二甲酸二甲酯、己二酸二甲酯、丁二醇等。
N(C2H4Cl)2 Cl
N CH2CH2OH 蓝色
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第三节 新型阳离子染料
改性合成纤维用阳离子染料
适用于改性聚酰胺纤维的阳离子染料
有下列结构：黄色是共轭型甲川系染 料，红色为隔离型偶氮染料，蓝色是
O NHC3H6N(CH3)3 蓝色 CH3 N C N + N CH3 N 红色 N C2H4N+(CH3)3 C 2H5 2I O NHC3H6N(CH3)3 2Cl
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2、染色性能 含酸性基团越多，扩散系数越大。因为 酸性基团增加，纤维的库仑斥力增大， 微隙增加，上染速率增大。另一方面， 提供的染座增加。 染色温度。聚丙烯腈纤维染色时，阳离 子染料会在纤维表面发生吸附，但在 纤维玻璃化温度以下，染料是难以向 纤维内部扩散的。一旦超过染色玻璃 化温度以后，上染速度随着温度的提
3.阳离子纤维的饱和系数f:将纤维饱和 值除以染料在纤维上的饱和值，所得 的商成为饱和系数。f=Sf/SD。根据染 料的饱和系数和纤维的饱和值，即可 计算出染料饱和值。 f越小，表示染料上染量越高，易染浓色。 拼色时要求各染料用量（包括助剂） *fi<=纤维的饱和值Sf
例： 染料用量 f值 阳离子嫩黄7GL50% 1.0 * 0.45=0.45 阳离子红2GL250% 1.2 * 0.61=0.732 阳离子艳蓝RL500% 0.21 * 0.38=0.080 匀染剂 0.8 * 0.58=0.464 合计1.726<国产腈纶的饱和值2.3
第二节阳离子染料的结 构分类及性能
一、染料特点： 1.色素离子带正电荷，ＤＸ→Ｄ+＋Ｘ- ， 以季铵盐形式存在。 2.色谱齐全，颜色鲜艳，给色量高，日 晒和皂洗牢度很高。 3.匀染性差（尤其是染浅色），需加匀 染剂。 4.主要用于聚丙烯腈纤维，也可用于改 性涤纶和改性锦纶的染色。
5.分子结构中含有氨基或取代氨基等碱 性基团，能与阴离子成盐，易溶于水， 与纤维上阴离子形成盐式键，此处还 存在氢键、范德华力。 二、阳离子染料的发展： 1855年问世，称盐基染料，后改名为碱 性染料，是最早出现的合成染料。 早期用于蛋白质纤维及纤维素纤维，得 色浓艳，着色力强，但牢度很低，易 褪色，工艺复杂。
纤维饱和值对某一特定纤维来说是一个 常数，但对不同厂家不同的排号，因 COOH,-SO3H含量不同，纤维的饱和值 是不同的。 腈纶纤维的染色饱和值Sf大致与纤维上 酸性基团的含量相当；Sf越大，表示 可染深色， Sf越小，表示可染浅色。 2.染料的饱和值SD：P199指染料在规定 条件下，在某一纤维上的染色饱和值。
4.色泽鲜艳，上染百分率高，给色量好， 湿处理牢度和耐晒牢度较高，但匀染 性较差，尤其是在染淡色。 二、染色机理：在染浴中，腈纶纤维表 面带有阳离子电荷，阳离子染料生成 阳离子染料，阳离子在染液中扩散， 纤维阳离子对染料阳离子的静电引力 使染料被纤维表面吸附，成盐式键结 合。此处还有氢键和范德华力。
一、腈纶的化学组成： 聚丙烯腈一般由三种单体组成P193-194 第一单体：丙烯腈（主体）85%以上12% （结构主 体） ；作用：减弱聚丙烯腈大分子间 作用力，改善手感和弹性，克服脆性， 有利于染料分子进入纤维内部。
第三单体：染色单体，占1-3%，是改善 纤维的染色性能。 ①含酸性基团的单体：如丙烯磺酸钠、 苯乙烯磺酸钠；这一类用阳离子染料 染色。 ②含碱性基团的单体：如乙烯吡啶、丙 烯基二甲胺；这一类用酸性染料染色。 ③不含第三单体的腈纶：P194
二、腈纶的性质：P194 1、耐热性能：与其它合成纤维一样，腈 纶纤维有玻璃化转变温度，腈纶纤维 的玻璃化转变温度随品种而异，差距 很大，大约在８５-１００℃之间。在 水中，由于水的增塑作用，腈纶纤维 的玻璃化温度下降到７０-８５℃之间， 链段开始运动。
①、变形性大：腈纶纤维在玻璃化温度以 上时，纤维显现的热塑性对压力和强力很 敏感，特别是湿热时很容易变形。所以此 时不能承受大的机械应力。生产中主要用 松弛设备加工，像浸染染色很少用轧染染 色。膨体纱就是利用纤维的热塑性。 ②、高温泛黄：腈纶纤维在经较长时间的 高温处理时，结构发生变化而泛黄。泛黄 的原因一般认为是聚丙烯腈分子链段发生 环化，特别氧和碱的存在，泛黄更为严重。
高而提高。大约每提高一℃，上染速率 可以增加３０％左右，所以聚丙烯纤 维对温度很敏感，而且纤维的移染性 能很差，易染色。 3、染色饱和值：纤维上所能吸附的染 料的最大值称为纤维饱和值Sf P194。 Sf越大，表示对染料的吸收量越大。 使用时，根据纤维的饱和值计算染料 和助剂的最大用量； Sf小的(1.2-1.7) 纤维宜于染浅淡色， Sf大的(2.1-2.7) 纤维宜于染深浓色和黑色。
后来用于腈纶的染色，得色浓艳，对纤 维的直接性较大，牢度很高，因色素 离子带正电，又称为阳离子染料。 注意两者的区别。 三、分类：P195-196 1、共轭型阳离子染料 2、非共轭型阳离子染料 3、迁移型阳离子染料 4、分散型阳离子染料
第三节阳离子染料的染 色性能和原理
一、阳离子染料的一般性能： 1.弱酸性介质中比较稳定，溶解度较好， PH值过高容易发生色光变化，甚至分 解沉淀。 2.染色时用稀醋酸调PH=4-5。 3.避免与阴离子助剂或染料同浴，或选 用适当阴离子助剂达到缓染或制备成 分散型阳离子染料。 D+ -+H+ →腈纶-SO 腈纶 -SO H→腈纶 -SO 3 3 .D+ 3
H2O -+D+ →腈纶-COO腈纶 COOH→腈纶 -COO .D + 定位吸附/盐式键 H2O -+D+ →腈纶-SO 腈纶 -SO H→腈纶 -SO 3 3 3 .D + 定位吸附 /盐式键 三、饱和值： 1.纤维的饱和值：通常是指苯－腈纶纤 维，用标准染料在１００℃，回流４ 小时，PH４．５，浴比１：１００用 足量的染料使平衡上染百分率达到９ ５％时的百分率。
实际应用意义：纤维的饱和值，染料的 饱和值，是衡量腈纶纤维的染色性能， 鉴定合理染色工艺的重要指数之一。 饱和值低的腈纶纤维染浓色就比较困 难。染色时，所用的染料量不能超过 此染料在该纤维上的饱和值，否则会 造成染料的浪费并会影响染色牢度。
四、匀染性： 1.造成匀染性差的原因： Ⅰ亲和力大：阳离子染料对腈纶纤维的 亲和力一般较高，亲和力大造成上染百 分率高，上染速率快。 Ⅱ扩散活化能高，扩散活化能为７２千 卡／克分子。造成对温度特别敏感。 Ⅲ存在玻璃化温度：在腈纶纤维的玻璃 化转变温度以下时，染料的上染速率很 慢，当达到玻璃化温度时，腈纶纤维的 结构逐渐松弛，染色速率显著增加。大