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分散／活性染料一浴法染色工藝

發(fā)布時(shí)間：2021-04-01 點(diǎn)擊：

定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機(jī)械2021年4月1日訊 聚酯纖維和纖維素纖維混紡織物常采用活性染料和分散染料染色，染色方法一般可以分為：二浴法、一浴兩步法、一浴一步法。

二浴法包括先分散染料高溫高壓或載體染色后活性染料染色，和先活性染料染色后分散染料高溫高壓或載體染色；一浴兩步法也包括先分散后活性，和先活性后分散兩種，當(dāng)一種染料上染或固色結(jié)束后，不排盡染液，只調(diào)節(jié)pH值和溫度后加入第二種染料染色；一浴一步法簡稱一浴法，指兩種染料配成同一染浴，于酸性、中性、堿性或滑動pH值條件下，在同一升溫過程中分別對兩種纖維上染和固色，然后水洗和皂洗，完成整個染色過程。

一浴法染色主要優(yōu)勢是：縮短染色時(shí)間；節(jié)約能耗和用水，減少污水；簡化染液配制與加料的操作，以及減少由此帶來的相關(guān)問題。本文主要對聚酯／纖維素一浴法染色及其所用中性固色活性染料進(jìn)行綜述。

分散／活性染料一浴法染色難點(diǎn)

1、染色溫度

分散染料在聚酯纖維中擴(kuò)散速率很低，所以染色溫度高，一般為110～130℃，遠(yuǎn)高于常用活性染料染色溫度，載體染色時(shí)，雖然可在100℃左右，這對活性染料來說還是較高的，活性染料染色大部分溫度在60～90℃，溫度高不僅固色效率低，而且染料直接性降低后難染的深色。

2、染色pH值

活性染料大部分是在堿性條件下固色的，而分散染料高溫高壓染色應(yīng)在弱酸性介質(zhì)中進(jìn)行，載體法染色也是在弱酸性介質(zhì)中進(jìn)行。因大多數(shù)分散染料在堿性條件下很容易發(fā)生水解或還原破壞，使染料發(fā)生色變或退色，而活性染料如在弱酸性條件下固色，不僅固色效率低，而且染料和纖維之間的共價(jià)鍵的斷裂速度也快。

3、電解質(zhì)

活性染料浸染時(shí)為了提高上染速率和上染百分率，需要加入一定量的中性電解質(zhì)，特列是在染色溫度高和浴比大時(shí)，加入量更多。分散染料是靠分散劑呈懸浮體分散在染液中，分散穩(wěn)定性隨染液中電解質(zhì)含量的增加而降低，大量的電解質(zhì)使分散染料顆粒增大，甚至產(chǎn)生沉淀，從而降低其上染率和勻染效果。

4、染料之間或活性染料和分散劑之間的相互作用

許多分散染料及分散劑在溫度較高的條件下，會與活性染料發(fā)生反應(yīng)，使分散染料和活性染料的固色率均降低，特別容易發(fā)生在染色或固色溫度較高的情況下，如高溫高壓法染色。采用載體法染色時(shí)，載體也會與活性染料發(fā)生反應(yīng)。

5、染色牢度

由于兩種染料不僅上染對應(yīng)的纖維，還會嚴(yán)重對另一種纖維發(fā)生沾色，特別是分散染料對纖維素纖維，例如對棉纖維的沾色，會大大降低其皂洗和摩擦牢度，這也是當(dāng)前這類混紡織物染色牢度較差的重要原因。

6、染色困難、重現(xiàn)性低

聚酯纖維與纖維素纖維混紡織物一浴染色時(shí)，無論是分散染料還是活性染料，它們只能染其中一種纖維，因此實(shí)際染色浴比比染純紡織物大得多，而且浴比隨混紡比而變動，例如若活性染料染純棉織物的浴比為20：1，同樣染液染棉混紡比為40%的混紡織物時(shí)，浴比就增大至50：1，因?yàn)橄喈?dāng)于只有原來重40%的棉纖維在相同量的染液中染色。浴比增大，降低了上染速率，也就降低了上染率和固色率，所以增加了染色的困難。實(shí)際上不僅是浴比增大了，對混紡織物來說，共混在一起的纖維，還存在相互機(jī)械阻染作用。如當(dāng)活性染料上染纖維素纖維時(shí)，纖維素纖維附近的聚酯纖維會阻礙活性染料靠近纖維素纖維表面，而且在紗線內(nèi)部纖維問的毛細(xì)管中的染液很難流動，此時(shí)染料實(shí)際上是在擴(kuò)散邊界層中擴(kuò)散，這種機(jī)械性阻礙作用很明顯。

目前分散／活性染料一浴染聚酯／纖維素纖維混紡織物最大的困難是沾色嚴(yán)重、濕處理牢度差和重現(xiàn)性低幾個問題。圖1為聚酯纖維與棉混紡織物采用兩浴、一浴兩步和一浴法染色時(shí)分散染料的沾色比較，沾色是濕處理牢度差的主要原因。

分散染料不僅上染聚酯纖維，還會對兩種纖維沾色，如果采用兩浴法分散染料先染色工藝，可以采用還原清洗和皂洗來去除分散染料的沾色，染色產(chǎn)品無論是

棉纖維上或聚酯纖維上殘留的沾色染料基本上可以去除干凈，所以產(chǎn)品的皂洗和摩擦牢度較好。如果是分散染料和活性染料一浴或一浴兩步法染色，織物上有活性染料存在，不能采用還原清洗，只能用皂洗來去除沾色染料，由于洗滌效果差，兩種纖維上的沾色分散染料不易洗凈，所以色牢度差。

染料要求

一浴法染色，首先要選用沾色性能不強(qiáng)的分散染料，選用耐酸及高溫上染率高，即可以進(jìn)行低鹽、低堿固色的活性染料。同時(shí)應(yīng)合理制定染色工藝流程，縮短染色時(shí)間，選用適當(dāng)?shù)娜旧鷦纳苿蛉?、提高色牢度和染色重現(xiàn)性。

1、活性染料要求

在80～90 ℃的中性水中溶解，酸性和堿性水都會導(dǎo)致染料分解。與分散染料分別溶解，然后混合配用。按照親和力高低分為高、中、低三檔，親和力高適宜染深色，但勻染性差；親和力低適宜染淺色，但勻染性好。

2、分散染料要求

高溫中性浴中穩(wěn)定，受元明粉影響小，與活性染料相容性好，染料吸盡性好，無須進(jìn)行還原清洗，固色及后處理后色牢度下降較少，色牢度高，pH值不能波動，色澤重現(xiàn)性好。

一浴法染色理論基礎(chǔ)

活性染料反應(yīng)速率除主要取決于活性基外，還隨pH值和溫度而變化，溫度和pH值是相關(guān)兩因素，在堿性條件下，固色溫度較低，而在較高溫度下固色pH值較低，可在弱堿性或中性條件下固色。根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)研究，溫度相差20℃對固色速率的影響相當(dāng)于改變一個pH值單位，因此在分散染料高溫條件下，可以降低活性染料固色pH值。

如二氟一氯嘧啶類和一氯均三嗪類活性染料從40℃、pH值為10～11到100℃、pH值為7左右的區(qū)域有相同的固色速率；乙烯砜類活性染料在40℃的固色pH值應(yīng)為11～12，在100 ℃時(shí)pH值應(yīng)為9～10才有相同的固色速率；三氯嘧啶類活性染料反應(yīng)性較低，在pH值為13時(shí)，固色溫度要60～70 ℃，即使在100 ℃，固色pH值也約為11～12。

解決固色率的矛盾可從選用高直接性染料、適當(dāng)控制升溫速率和加入較多電解質(zhì)來補(bǔ)償，因?yàn)槿玖系闹苯有噪S溫度升高而降低。加入中性電解質(zhì)可以提高活性染料的上染率和固色率，染色溫度越高，需要加入的鹽用量也就越高。分散／活性染料一浴法染色溫度高，滌綸染色在130℃，PTT纖維也要在110℃染色，所以常需加入較多的元明粉來促染，以補(bǔ)償升高溫度染料直接性降低所需的鹽（硫酸鈉）濃度，染料濃度越高，需用的鹽濃度也越高，染色溫度越高，需用的鹽濃度也越高。

但是，電解質(zhì)的加入對分散染料染色非常不利，不僅會降低它的分散穩(wěn)定性，還會降低其固色率、移染性和勻染性，增加對纖維素纖維的沾色，降低染色牢度。

分散／活性染料一浴法染色工藝

1、弱酸性高溫高壓法一浴工藝

活性染料和分散染料在弱酸性浴中和有酸接受體存在時(shí)，活性染料發(fā)生固色和水解反應(yīng)后pH值不會迅速降低，可在100～130℃范圍和分散染料一浴染色。為保證有較高的固色率，染浴中還需加入較多的電解質(zhì)，并要求活性染料在高溫時(shí)有足夠高的穩(wěn)定性和直接性。

弱酸性高溫高壓法一浴工藝從70℃左右開始升溫染色，染液中加有NaH2P04和NaH2P04pH緩沖體系，染色的pH值不宜過低，根據(jù)各類活性染料稍有不同，反應(yīng)性強(qiáng)和水解穩(wěn)定性較好的可稍低，對大多數(shù)染料來說pH值不宜低于5?；钚匀玖瞎躺璧碾娊赓|(zhì)總是一開始就加到染浴中。加入活性染料和分散染料前將溶液循環(huán)幾次，最后加緩沖劑和釋堿劑。由于pH值較低，與標(biāo)準(zhǔn)工藝相比鹽用量很高，達(dá)60～150g/L，鹽用量取決于顏色深度，這種工藝主要適合染淺色產(chǎn)品。

2、弱堿性高溫高壓法一浴工藝

弱堿性高溫高壓法一浴工藝的染色過程與弱酸性浴相同，選擇分散染料時(shí)應(yīng)挑選耐堿穩(wěn)定性較好的染料。由于pH值較高，所以活性染料固色率高，不僅適用于染淺色產(chǎn)品，也適用染中、深色產(chǎn)品。在弱堿性浴(pH=7～8)染色時(shí)，酞菁結(jié)構(gòu)的翠藍(lán)和艷綠色染料，在130℃染色的顏色比通常方法染色深得多，這是溫度高有利于這些結(jié)構(gòu)較大的染料擴(kuò)散進(jìn)纖維的緣故。

由于大多數(shù)分散染料耐堿性差，所以選擇分散染料要仔細(xì)，許多分散染料不適合此工藝。堿性染色另一優(yōu)點(diǎn)是染色牢度好，原因是堿性染色不僅可起到一定程度的精練效果，還可以去除PET纖維上的低聚物或堿減量殘留的水解產(chǎn)物，去除纖維素上沾染的分散染料，因而可以提高染色的勻染性、重現(xiàn)性、水洗和摩擦牢度。

3、先弱酸性后堿性高溫高壓一浴法染色

先弱酸性浴中染色，130 ℃染色后降溫到適合活性染料固色的溫度，再加堿固色，與一浴二步法不同之處在于，分散染料和活性染料均是在染色升溫之前加入染液，這樣可以大大簡化操作，不必在中途加入活性染料，只需在中途加入堿劑使染液pH值調(diào)整到所需的堿性。它是介于一浴兩步法和完全一浴法兩種工藝之間的一種工藝。這種工藝既避免了分散染料遭堿水解破壞的缺點(diǎn)，還可以減輕電解質(zhì)對分散染料染色的不利影響，減少了分散染料對纖維素纖維的沾色，提高了染色重現(xiàn)性和色牢度。

按此染色工藝，在前階段，包括升溫至130℃染色期間，染液pH值是控制在5～6（最好是5.5），pH值不應(yīng)超過6，也不應(yīng)低于5，這樣分散染料和活性染料均較穩(wěn)定，在130 ℃時(shí)的水解破壞也較少，除了用NaH2P04外，也可以用醋酸和醋酸鈉作pH緩沖劑。

分散劑是防止分散染料對纖維素纖維沾染，需要是耐元明粉的分散勻染劑，應(yīng)用它可以提高勻染效果和色牢度。為防止纖維素纖維和分散劑對分散染料的還原破壞，引起褪色和變色，故加入防止還原破壞的弱氧化劑。染色后進(jìn)行冷水洗、中和、皂洗，再熱水洗、冷水洗。應(yīng)選用適當(dāng)?shù)南礈靹┏浞窒闯慈镜姆稚⑷玖稀?/span>

這種工藝具有一浴兩步法染色的優(yōu)點(diǎn)，又可以簡化操作，因此目前應(yīng)用較多，特別適合于高直接性的低鹽染色活性染料，由于染色后期是在堿性浴中進(jìn)行的，并加有防沾染劑，所以經(jīng)過皂洗各項(xiàng)牢度均較好。

4、pH滑動高溫高壓法一浴工藝

pH滑動高溫高壓法一浴工藝是從一浴兩步法發(fā)展來的，兩類染料先后上染和固著在纖維上，但不必在染色過程中調(diào)節(jié)pH值，只需選用適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)劑，又稱pH滑動劑。它在染色開始時(shí)和染料一起加入，然后像一浴法染色那樣，只需控制升溫過程就可達(dá)到兩類染料分別在最佳上染條件下先后上染和固著。一般是使pH從堿性向酸性滑動，即在升溫過程的前期染液保持堿性，主要發(fā)生活性染料對纖維素纖維的上染和固色，當(dāng)溫度升到90～100℃后，活性染料的上染和固色基本完成，而染液的pH也自動地滑到酸性范圍，使分散染料不至受到水解和還原，保持弱酸性狀態(tài)上染，維持分散染料在最佳條件下上染，直到染色結(jié)束為止（最高染色溫度一般為130℃）。這樣既具有一浴兩步法工藝的優(yōu)點(diǎn)，又不需要染色中間突然降溫或升溫、中間加料及調(diào)節(jié)pH值，具有一浴法操作簡便的特點(diǎn)。這樣兩種染料的固色率均高于在酸性或堿性浴中一浴法的結(jié)果。和兩浴法及一浴兩步法相比，其染色時(shí)間大為縮短。且由于活性染料的上染和固色是重疊在分散染料染色的升溫階段，不需要另外消耗能量。升溫階段時(shí)間雖然較長，但這有利于分散染料發(fā)生界面遷移( 70～90℃)，提高勻染效果。

pH滑動一浴法染色的關(guān)鍵是應(yīng)用pH滑動助劑，這是一類在染色過程中會逐漸釋酸的助劑，它通常是一些酯類化合物的混配物，隨著酯化合物在堿性浴中逐漸升溫發(fā)生水解，釋放出的酸中和染浴中的堿而降低pH值，最后可緩沖在中性或弱酸性，以維持分散染料合適的染色pH值。

pH滑動一浴工藝應(yīng)選用反應(yīng)性較強(qiáng)、水解穩(wěn)定性較好的活性染料，但要同時(shí)滿足這兩個要求是較難的。總之，一些直接性較高的二氟一氯嘧啶類和一氟均三嗪類染料較合適，而乙烯砜類和一氯均三嗪雙活性基染料（包括M型、ME型、B型）以及某些一氯均三嗪類（如KE型或KD型）的染料也可應(yīng)用。

5、中性高溫高壓法一浴工藝

由上述染色工藝可以看出，雖然高溫下活性染料可在弱堿性、中性，甚至弱酸性條件下發(fā)生固色反應(yīng)，但因會放出氫氯酸或氫氟酸，故在染浴中必須加堿（或質(zhì)子接受體），使染液pH值不降低。如果用含季銨鹽活性基的活性染料，發(fā)生固色反應(yīng)后不會產(chǎn)生酸或只產(chǎn)生弱酸或弱堿性物質(zhì)，這樣就不需要加入堿劑或質(zhì)子接受體。在溫度足夠高的條件下，一般可在中性下固色。煙酸取代基的這類染料就可在中性浴中固色。日本化藥1984年生產(chǎn)的此類染料稱為KayacelonReact (MNT)染料，我國1985年也有這類活性染料生產(chǎn)(R 型染料)。

染色開始時(shí)加入分散劑、pH調(diào)節(jié)劑和分散染料、活性染料，再加入所需的元明粉。pH值保持在6.5～7.5（最好為7.0）。元明粉的用量取決于Kayacelon React染料濃度，對未絲光棉染淺色時(shí)（染料濃度0.5%以下）加10～40g/L，染中等顏色（染料濃度0.5%～2%）加40～80g/L，染深色（染料濃度大于2%）加80g/L。絲光棉染色時(shí)元明粉用量為上述的70%。在染淺色時(shí)，染色初期保持低溫時(shí)間長些，以獲得良好的勻染效果，在高溫染色的時(shí)間則宜短，不僅可縮短染色總時(shí)間，還可減輕活性染料水解斷鍵褪色。染深色時(shí)，為了促進(jìn)分散染料擴(kuò)散，高溫保溫時(shí)間則宜長些。

此法選用的分散染料應(yīng)在中性有高的固色率，元明粉存在時(shí)仍有高的分散穩(wěn)定性，對棉纖維沾染很少，而且分散染料和活性染料很少發(fā)生相互作用。一些藍(lán)色的偶氮分散染料易還原變色或褪色，故宜選用葸醌類的藍(lán)色分散染料。適合中性固色的活性染料近年來開發(fā)了不少，但價(jià)格相對較高，而且染色性能、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性也有些問題。在這些問題解決以后，中性染色工藝將會得到迅速推廣，特別是用于一些不耐高溫堿性溶液的纖維，例如蛋白質(zhì)纖維及其混紡織物的染色。

中溫固色活性染料（R型）分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

R型活性染料在較高溫度時(shí)可以在中性固色。為了適合較高溫度下中性固色，一些商品是雙活性基染料，而且相對分子質(zhì)量較高。這些染料適合于高溫染色，高溫還可克服它由于分子較大而擴(kuò)散較慢及移染性較低的缺點(diǎn)，所以仍然有好的透染和勻染性能。這類染料屬于溫度控制型的活性染料。

這類染料染色的另一優(yōu)點(diǎn)是可以大大簡化染色工序，可以采用全料染色工藝，即在染色開始前將染料、鹽和pH值為7～7.5的緩沖液一次性加到染液中，然后升溫染色，一般淺色在110℃左右染色，中深色品種最好升到120～130℃染色。升高溫度除了增加染料分子動能、提高染料的反應(yīng)性外，還可以提高纖維素羥基的離解程度，增加羥基陰離子濃度后，也使親核反應(yīng)大大加快，因?yàn)槔w維素分子上C6位的伯羥基呈弱酸性，在25℃時(shí)pKa 值為13，升高溫度和增加pH值都可以提高Cell-0-離子濃度。用氨基酸模型化合物研究發(fā)現(xiàn)，溫度從20℃升到100℃時(shí)，pKa值相差2個單位，所以說，中性固色時(shí)的溫度越高，固色速率越快。而通過增加pH值雖然也可以增加Cell-0-濃度，但同時(shí)由于OH-也迅速增加，會大大加快水解反應(yīng)。另外，染色時(shí)要有緩沖劑存在，盡快中和反應(yīng)中釋放出的酸性物質(zhì)，雖然煙酸離去基取代釋放下來，由于酸性不強(qiáng)，它不會明顯降低染液pH值，有利于控制染液的pH值。但緩沖劑可以使pH值更加穩(wěn)定。

除了煙酸可作離去基外，許多叔胺化合物都可用作離去基，它們都可以在pH值為7 時(shí)進(jìn)行中性固色，不過煙酸作離去基，染料的直接性較好，又適合較高溫度固色，不少染料具有兩個含煙酸離去基的活性基，固色率較高。但是這類染料發(fā)展并不快，主要問題是產(chǎn)品不夠穩(wěn)定，多半是不同活性基結(jié)構(gòu)染料的混合物，同時(shí)價(jià)格也較貴。

目前不少生產(chǎn)廠家還在不斷研究改進(jìn)。提高產(chǎn)品質(zhì)量后，它們還是可能成為重要的一類活性染料，特別是用于不耐堿的纖維紡織品和分散／活性染料一浴法染色。

R型活性染料的反應(yīng)機(jī)理

R型活性染料由一氯均三嗪染料接上3-羧酸基吡啶而成。由于三嗪環(huán)上氮原子的存在，改變了環(huán)上原來電子云密度分布的狀態(tài)，使環(huán)上某些碳原子的電子云密度降低，較易接受親核的纖維素負(fù)離子的攻擊，而發(fā)生親核取代反應(yīng)。R型活性染料與K型活性染料不同點(diǎn)在于三嗪環(huán)上的氯離子基被季銨基所取代，從而加強(qiáng)了離子基的正電性，故其吸電子能力變大，于是季銨化離子基與纖維素反應(yīng)速率便大大增加。因此R型活性染料的反應(yīng)性比K 型高，而牢度則差不多由反應(yīng)式可見，R型活性染料上的3．羧酸基吡啶是通過三嗪基鍵合到母體染料上的。染色時(shí)，在較高溫度下(110～130℃)，3．羧酸基吡啶脫落，而與纖維素羥基迅速反應(yīng)形成共價(jià)鍵結(jié)合，完成固色過程，且有較高的固色率。

由于R型染料的活性基的活化不僅僅是依靠氮雜環(huán)電子云密度的分布，同時(shí)也依靠消脫基的極性之輔助，因此當(dāng)染料與纖維形成鍵后，就比較穩(wěn)定。這是此類活性染料具有較高反應(yīng)速率而形成穩(wěn)定的纖維一染料鍵的原因。

由于R型活性染料的活性基是中性的，故而染浴為中性，不需加堿劑。R型活性染料在染色過程中，于第一次吸盡時(shí)（約30～60%的吸盡率），在無機(jī)鹽存在下，具有中等的直接性，并且在較高染色溫度下，具有一定的擴(kuò)散作用，以此獲得良好的勻染性。此類染料的吸色率在75～90%之間，如紅R-3B的吸色率約82%，固色率為75%，而一般一氯均三嗪染料和單活性基染料均不能達(dá)到此水平。

R型活性染料染色性能

1、pH對染色的影響

配置1.0% (owf)的染液，在130℃上染30min，以各染料在pH=7.0染色樣為標(biāo)樣。

分散染料染色染液的pH值控制在弱酸性范圍，一般pH值4.5～5.5之間時(shí)染物顏色較鮮艷，上染百分率較高。但是用于浸染的活性染料一般在pH值10～11.5的堿性浴中才能與纖維素纖維起交聯(lián)反應(yīng)，所以滌棉織物一浴法染色用活性染料和分散染料必須在高溫條件下適合在中性條件下染色。由圖10可知，pH值在7.0～8.0之間得色較好，pH值在小于7.0和大于8.0時(shí)得色量較低，所以染色時(shí)要嚴(yán)格控制好pH值。在pH值7.0～8.0之間通過染料篩選完全可以適合滌棉織物一浴法染色，如見下表1經(jīng)篩選的耐堿性較好的部分分散染料。