第二节直接染料染色

直接染料染色直接染料染色●直接染料是指对纤维素纤维无需媒染剂而直接上染的一类染料●直接性就是染料对纤维直接上染的性能，使纤维快速便捷地获得所需要的颜色●由于线性、芳环共平面性及分子结构中含有可和纤维素纤维上的羟基形成氢键的基团，具有很高的直接性，染料的溶解及上染无需借助酸、碱、氧化剂、还原剂、媒染剂等作用，染色工艺简单●价格低、品种多、色谱全、用途广●但耐洗牢度不好（40℃，皂洗3级左右），日晒牢度欠佳，要进行固色处理（可提高1级以上）Ÿ●直接染料主要用于纱线、针织品和需耐日晒而对湿处理牢度要求较低的装饰织物还有类似酸性染料的性质，可以在弱酸性和中性介质中上染蚕丝等蛋白质纤维，特别是深色品种●还可用于皮革及纸张的染色一、直接染料的染色原理及性能●直接染料分子结构呈线性，芳环共平面性，对称性较好，共轭系统较长，具有氨基、羟基、偶氮基、酰胺基等极性基团，与纤维可形成氢键，染料和纤维分子间的范德华力较大，对纤维素纤维具有较高的亲和力，在染液中有较大的聚集倾向●直接染料在纤维内的扩散遵循孔道模型●(1) 纤维吸收染液中的水分发生由表及里的溶胀，形成容纳染料分子扩散所需的孔道●（2）同时，染料分子被纤维表面的分子所吸附，并由外向内扩散至纤维的全部无定形区●（3）染料分子结构较大，在纤维内部扩散过程中会受到较大的机械阻力，染料分子和纤维分子之间的范德华力和氢键作用，在孔道内壁不断发生吸附与解吸●（4）随着染色时间的推移，吸附与解吸作用最终达到或接近动态平衡，染色过程即结束●棉和粘胶纤维的形态结构和超分子结构是不相同的：结晶度不一样，溶胀程度不一样棉（70％）>无张力棉丝光（50％）>粘胶（30～40％）最大溶胀棉截面增加40～50％，粘胶70％～100％●所以，在染色性能上，粘胶得色量及吸收量大于棉，以透染为准，粘胶染色时间短于棉，染色牢度粘胶比棉高二、直接染料的分类●直接染料的各品种化学结构相差很大，染色性能也不相同●最常用分类是SDC（英国染色工作者学会）分类，根据染料浸（竭）染时的匀染性及其对染色温度和中性电解质的敏感性等染色性能分成三类。

●匀染性直接染料、盐效应直接染料（盐控型直接染料）、盐和温度可控的直接染料●A类：匀染性直接染料●分子结构比较简单，一般为单偶氮或双偶氮染料●在水中聚集倾向小，对纤维的亲和力较低，染色速率高，移染性好，匀染性好●即使有盐存在，也具有良好的移染性●常规染色时间内，平衡上染百分率往往随染色温度而降低，故染色温度一般在70～80℃即可●为提高上染百分率，要加入大量的盐促染●水洗牢度差，适于染浅色●B类：盐效应直接染料（盐控性染料）●结构较复杂，常为双偶氮或三偶氮染料，分子含有较多磺酸基团●对纤维亲和力较高，染料在纤维能扩散速率低，移染性能较差●加盐能显著提高上染速率和上染百分率，促染效果明显●要严格控制盐的用量和促染方法以获得均匀的色泽，防止处染率太高，导致染色不匀●湿处理牢度较高，不适于染浅色●C类：盐和温度可控的直接染料●结构复杂，常为多偶氮染料●对纤维亲和力高●含有的磺酸基较少，扩散速率低，染色速率低，移染及匀染性较差●其上染速率可由染浴的升温速率和盐的加入量来控制●使用较高的温度，提高染料在纤维内的扩散速率，提高移染性和匀染性●上染百分率一般随温度的升高而增加，需控制始染温度和升温速度，以获得匀染效果●染浅色时只需加入少量的盐就能获得较高的上染百分率三、直接染料的一般染色过程● 1.浸染和卷染●使用软水，金属离子会引起色泽变化和沉淀●水要脱氯，防止含氯化合物影响染料色光●使用中性电解质促染●氯化钠：硫酸钠：元明粉（含10分子结晶水）＝1g：1.22g：2.78g 硫酸钠和氯化钠可以互换使用，但氯化钠可能对不锈钢设备产生腐蚀，并且含杂较多，故硫酸钠成本虽高，但对染色有利●盐的用量以保证染料有良好的竭染而又不产生沉淀为好，随染色深度、染色物质量和浴比而变化●染色时所需的染料及盐的用量是按被染物质量的百分比来表示的（％，o.m.f.）●盐的加入量必须随染料浓度的增加而增加，并随浴比的增加而增加，以保证获得相同的上染百分率●A类染料染色开始时可加入电解质，B类、C类染料最好在规定的染色温度并保温10min后再加盐，即待染液中的染料大部分上染纤维后再分次加入●染色过程中，电解质可分3～5批加入（间隔10min），逐批增加，防止因染料在短时间内的上染速率突然提高而造成染色不匀疵病●对促染不显著的染料或染浅色，可不加●染液一般含有染料、纯碱、食盐或元明粉●纯碱：1～3g/L，帮助染料溶解，兼有软化水的作用●食盐（元明粉）：0～20g/L●浴比：20：1～40：1●染液调配温水调成浆状→热水（可含表面活性剂）溶解并稀释到规定浓度→加入纯碱●(1) 浸染●染色温度包括始染温度、升温速度和最终染色速度●最终染色温度影响上染百分率和匀染性，染色温度高，平衡上染百分率低，匀染性好●在常规染色时间（1h）内，扩散性能好的已基本达到染色平衡，染色温度不宜太高●在常规染色时间内，得到最高上染百分率的温度称为最高上染温度●可分为：●低温染料：<70℃●中温染料：70～80℃●高温染料：90～100℃●适当降低温度而延长染色时间对生产有利●不易匀染的染料，可采用“高温”染色法——在110～120 ℃在封闭浴中，通过增进移染而获得匀染●（2）卷染●浴比2：1～3：1●染色时间60min左右●染料溶解后，在开始和第一道末分两次加入●始染温度40～50℃●中性电解质在第三、第四道末分次加入● 2.轧染和轧卷染色●流程：二浸二轧→汽蒸（100～105℃，1min左右）→水洗→固色→水洗→烘干●轧染不够匀透●染液浓度：开车时应适当稀释，防止染色前浓后淡的色差●染液温度：40～80 ℃，高温有利于移染●汽蒸时间长有利于提高上染百分率、匀染●染后进行水洗及固色处理●轧卷染色是将织物浸轧染液后，打卷，在缓慢转动的情况下放置一段时间后，完成上染过程。

而后进行水洗、固色等后处理●保温堆置，时间可短些四、温度效应和盐效应●(一) 温度效应●温度对直接染料的上染速率影响不同●结构比较简单的，容易溶解，对纤维亲和力小，扩散速率高●结构比较复杂的，难以溶解，对纤维亲和力高，扩散速率低●扩散速率高低是染料的一种特性●扩散速率高，移染性能好，匀染性好，水洗牢度差，如A类染料●B类、C类染料扩散速率低，一旦发生不匀，难以通过移染纠正，水洗牢度高●高温提高扩散速率，但降低平衡上染百分率●扩散速率高、亲和力低的染料，宜采用较低温度染色，获得较高上染百分率●反之，要采用较高温度染色，有利于在较短的时间内获得较高的上染百分率●粘胶等再生纤维素纤维，无定形区大小及取向度不同，会造成上染不匀，提高温度促进移染，降低染色不匀●（二）盐的作用●在水中离解成色素阴离子上染纤维素纤维●纤维素纤维在中性或弱碱性染浴中带负电荷●元明粉或食盐对直接染料所起的增进上染的作用称为促染。

●通过盐的促染作用，可提高染料的上染速率及上染百分率●范德华力与分子间距离的6次方成反比，有效距离很小●库仑引力与距离的2次方成反比，作用距离远。

●染料阴离子接近纤维界面时，首先受到纤维斥力的影响●只有那些由于分子碰撞，在瞬时间里具有更高动能，足以克服库仑斥力的染料阴离子才能突破障碍进入到一定距离以内。

●此时范德华力超过库仑斥力，发生吸附●盐（元明粉或食盐）的钠离子吸附在纤维表面，可降低电荷斥力，提高上染速率和上染百分率●对含磺酸基较多的盐效应染料，促染效果明显五、直接染料的固色处理●直接染料分子中的磺酸基或羧酸基具有较强的水溶性，仅仅依靠范德华力和氢键固着在纤维上●染色物湿处理牢度较低，易造成褪色或沾色现象●需要进行固色处理●(一) 固色机理●（1）直接染料含磺酸盐或羧酸盐，水中离解成磺酸根或羧酸根阴离子及钠的阳离子采用阳离子化合物作固色剂，与染料阴离子在纤维上发生离子交换反应，生成微溶或不溶于水的盐类，封闭染料的水溶性基团，防止染料在水中电离和溶解而从织物上脱落D-SO3- · Na+ F-NH3+ · Cl-→D-SO3- · NH3+-F+NaCl●（2）某些阳离子表面活性剂或阳离子树脂类固色剂，除与染料之间形成离子键以外，还可与染料和纤维之间形成氢键、范德华引力，能显著提高湿处理牢度●还能在织物表面形成树脂薄膜，进一步封闭染料●增加布面的平滑度，降低摩擦系数，减少染料在“湿摩擦”过程中的溶胀、溶解、脱落，提高皂洗、汗渍、水浸、摩擦等色牢度●（3）含有反应性基团的阳离子固色剂与染料分子反应同时，还能与纤维素纤维反应发生交联，形成高度多元化交联网状体系●反应性树脂固色剂，不但能在染料和纤维之间“架桥”形成大分子化合物，自身也能交联成网状结构● 1.低分子阳离子固色剂●表面活性剂类：可以封闭阴离子染料的水溶性基团，与染料在纤维上生成色淀●非表面活性剂类：改进耐洗牢度● 2.树脂型固色剂具有立体结构的水溶性树脂，应用较为广泛(1) 甲醛缩合物●由双氰胺与甲醛缩合的树脂●能直接降低染料在纤维上的溶解度，含有甲醛，逐渐被无甲醛固色剂取代●（2）多胺化合物●水溶性树脂，无甲醛固色剂●呈网状结构，可与染料构成大分子化合物，与染料中的阴离子基团发生离子键结合而提高湿处理牢度。

●可与纤维中的羟基交联，进一步提高染色牢度●固色后需要焙烘●含有树脂初缩体，有抗皱作用●有色变现象● 3.反应性固色剂●与染料形成盐结合、封闭水溶性基团而生成沉淀●和纤维及染料中的氨基、胺基和羟基等基团交联●提高湿处理牢度五、染其他纤维● 1.染蚕丝●染色牢度较好，但光泽、颜色鲜艳度、手感不及酸性染料●主要用来弥补酸性染料的不足●在中性（为主）或弱酸性下进行●染料在纤维上的固着，有范德华力、氢键、离子键（磺酸基和氨基）●一般在松式绳状染色机上进行● 2. 染锦纶●锦纶为疏水性纤维，分子排列紧密，水中溶胀程度较低●直接染料分子较大，故在锦纶中扩散性能较差，匀染性较差，容易造成环染，对纤维微结构不匀无遮盖性●上染百分率低，颜色不鲜艳。

●不作主色，与酸性或中性染料拼混使用。