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活性染料知识大全

发布时间:12-05-23 来源: 点击量:99378
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活性染料染色基本原理

  1、 活性染料的上染

  活性染料首先吸附在纤维表面,然后向纤维内部扩散,由于固着阶段染料与纤维的键破坏了已达到的吸附平衡,且碱剂亦为促染剂。染料进一步被吸附,促使染料更多地与纤维结合。

  由于活性染料亲和力普遍较低,一般要用大量元明粉或食盐促染,为防止染料水解,上染一般在中性条件下进行。

  2、 活性染料的固着--活性染料与棉纤维的反应在碱性条件下,纤维素能形成纤维素负离子,能和活性染料发生亲核取代、加成反应,进而形成染料--纤维共价键,二氯均三嗪型较活泼,只需在较低温度下即可反应,而一氯均三嗪型则需在温度较高、碱性较强条件下才能反应。影响此反应的因素有很多。染料与纤维与水的反应为平行反应,因为水也是亲核试剂,反应条件机理相同。染料一经水解即失去与纤维的反应能力,固色率大为降低。从反应动力学研究得到,固着反应比水解反应快40倍左右,染色时PH一般为10~11为宜,X型可用碱性较弱的小苏打,对K型,则采用Na2CO3、Na3po4,甚至NaOH。染色温度具体根据不同染料性能而定。促染用元明粉,加入要掌握一多二早,分批加入的原则。浴比尽可能小些,以提高固色率。水解染料的存在,对纤维有一定的亲和力,但不够大,它会染着于纤维上,皂煮时不能完全煮下来,有时还会污染到其它纤维,特别是KN型染料耐碱牢度不高,易造成污染现象。水解染料的存在也是湿摩牢度较低的重要原因。

  
 

活性染料染色性能

  活性染料染色时,能将染料直接染到布上,同时由于它有较好的扩散能力,容易使染料扩散进入纤维内部,但由于此时尚未与纤维起化学反应,很容易用水把大部分染料洗掉,因此必须用碱剂促使染料与纤维产生化学反应,把染料固着在纤维上。前者称为染色,后者称为固色。

  
 

活性染料的结构与染色性能的关系

  活性染料的染色性能主要决定于分子中的活性基,此外也和母体染料、连接基有关。

  1、卤代杂环类与纤维的反应主要是亲核取代反应。卤代杂环活性基的反应性能和杂环上的π-电子密度分布有关,亲核取代的位置主要发生在电子云密度低的碳原子上。因此卤代杂环类的反应性主要与染料结构中的以下几类因素有关:

  (1) 卤代杂环中的氮原子个数,因为氮原子的个数越多,则碳原子的电子云密度越低,因此反应性也越强。所以其与纤维的反应性如下:均三嗪(3个氮原子,电子云密度0.883)》嘧啶(两个氮原子,电子云密度0.899)》吡啶(两个氮原子,电子云密度0.951)》吡嗪(两个氮原子,电子云密度0.960)因此用做染料的也主要是均三嗪和嘧啶两类。

  (2) 杂环上的取代基的性质、数目和位置有关。取代基为吸电子基,则反应性增强,若为供电子基,则反应性减弱,数量越多,则反应性变化越显著。因此二氯均三嗪的反应性最强,因为它的杂环上有3个氮原子,有两个吸电子的氯原子。二氟一氯嘧啶的反应性也较强,因为它虽然只有两个氮原子,但杂环上有两个电负性强的氟原子和一个氯原子。反之,如果卤代杂环上引入供电子基,如-NH2,-NHAr等,则染料的反应性都会降低。所以染料厂商在合成染料时都会注意到这一点。

  (3) 另外取代基的位置也能影响杂环上碳原子的电子云密度的大小。

  (4) 我们应该注意的是在染色过程中,某些活性基或连接基可结合质子或失去质子,以致改变活性染料的结构,使染料的反应性增强或降低。例如在酸性介质中,杂环氮原子可结合质子使杂环带正电荷,大大提高染料的反应性。染料在储存时发生的自身催化水解就是这个原因。同理,连接基-NH-,-CO-NH-等在一定的酸性条件下也可以结合质子,提高染料的反应性。反之,在一定的碱性条件下,连接基-NH-则会失去质子带负电荷,使染料的反应性大为降低。因此这类染料只能在弱碱性条件下与纤维反应。

  2、乙烯砜类这类染料与纤维的反应是亲核加成反应,反应分两步进行,先发生消除反应形成碳碳双键,然后发生亲核加成反应。一般说来,在α-和β-碳原子上取代基的吸电子能力越强,反应越快,反之,则越慢。如β-强羟基乙砜硫酸酯就比β-羟基乙磺酰胺硫酸酯的反应性高很多,主要是磺酰胺基的吸电子能力比砜基弱的关系。

  
 

活性染料分类

  活性染料根据其活性基因不同,一般可以分为两类:

  1.普通型(或称冷染性)活性染料:国产X型活性染料属此类。这类染料的活性基因为含有两个活泼氯原子的三聚氯氰。它的化学性质非常活泼,反应能力较强,但染液的稳定性较差,能在低温(20~30℃)下与纤维发生化学反应而染色,同时也只需在低温和较弱碱剂(pH=10.5左右)的条件下完成固色。

  2.热固型活性染料:国产K型活性染料属此类。它的活性基因也是由三聚氯氰组成,只是活性基团上仅有一个活泼氯原子。它的化学活性较低,反应能力也差,染液相对稳定。因此在与纤维进行反应时要求条件较为剧烈,固色温度要达90℃左右,同时还需较强的碱剂,固色时间也要比X型活性染料长。国产KN型活性染料,它的活性基团为β-羟基乙烯砜硫酸酯基,故又称乙烯砜型活性染料,它的反应活性介于X型与K型活性染料之间,固色温度为60~65℃。除此之外,还有含双活性基团的M型活性染料和含其他活性基团的活性染料。

  
 

活性染料染色工艺

  1、 浸染

  主要用于纱线和绳状织物染色,应选用亲和力较大的染料,活性不宜太高,宜用K、KN、M型染料,X型不合适,染色温度不能太低。浸染常采用三种方法:

  ☆ 一浴二步法:我们目前采用此法;

  ☆ 一步法: 把所有染化料一次加入,只适用于绞纱、毛巾等较疏松的加工对象。

  ☆ 二浴法:染缸与固着用缸分开,由于条件不易控制一致,缸差较大,很少采用。

  不管采用何种方法,流程基本相同:染色→固着→水洗→皂洗→水洗染色和固着一般可采用相同温度,便于控制。

  X型采用室温20~30°C;

  K型40~60°C上染,80~90°C固着;

  KN、M型40~60°C上染,60~70°C固着;翠蓝染料由于结构特殊,KN、M型用85°C,K型用95°C染色。

  电解质以染色10′左右后加入为宜,必要时分两次加入,最好事先溶解,固着后的第一次热水洗宜在固着工艺后进行,使固色率保持稳定,减少色差。皂煮的目的是去除浮色,由于水解染料有一定亲和力,皂洗条件可适当剧烈和时间长些,一般不加纯碱,以避免色光改变及沾污。皂煮后水洗务必充分,以防风印,特别是翠蓝。

  2、 卷染

  卷染一般选用低温型染料,染料分两个加入,染浓色时,如有必要可分四次加入,中高温型染料,则必需加罩。卷染工艺适宜小批量、多品种的生产。它染色方便,周转灵活,能染浅、中、深色。由于染料类型不同,对纤维的直接性大小亦不相同,因此染色条件、固色温度、碱剂用量和电解质用量等也各不相同。

  3、 轧染

  一般选择亲和力低,扩散系数大的染料为宜,碱剂选择偏弱,用100°C汽蒸或180°C高温焙烘固着。

  活性染料的轧染分一浴和二浴法。一浴法是将染料和碱剂放在一起,采用的碱剂是小苏打,轧后经汽蒸或焙烘,小苏打分解出Na2C03,使pH升高,有利于染料固色,X型活性染料多用一浴法。二浴法是经浸轧染料溶液后浸轧含碱剂的固色液,再汽蒸固色,采用的碱剂可以是纯碱或磷酸三钠,也可在第一浴中加入小苏打,第二浴固色时加纯碱。

  
 

提高活性染料染色牢度的方法

  活性染料受光照褪色现象是一种非常复杂的光氧化反应,分析光褪色机理,可以在染料结构设计时对光氧化反应制造一些障碍,如染料分子含有多个磺酸基和吡唑啉酮的黄色染料,酞菁甲咕和双偶氮三鳌合环的蓝色染料,以及含金属络合的红色染料可以延缓光褪色,但缺乏鲜艳的红色。

  活性染料染深浓色纺织品的湿摩擦牢度常常较低,原因是水溶性活性染料的浮色转移和有色纤维微粒子的机械摩擦转移。提高活性染料深浓色染色纺织品的摩擦牢度必须从染料选用、染色工艺、织物品种和添加专用助剂等方面综合解决。选用固色率高于70%,最终上染率和固色率之差低于15%的染料,可以减少染色织物的浮色;或者染料一次上染率高于75%,这样浮色容易清除;另外选用染料提升力很高的染料,染深色时染料用量不能超过纤维饱和吸附量的10%。此外,染色艺也是非常重要的,洗除浮色是关键,硬水不利于洗除浮色,应使用救水。最好用非接触式烘燥。还有选择专用提高湿处理牢度的助剂处理。活性染料深浓色染色织物的湿摩擦牢度可以提高0.5—1.0级。

  新型活性染料,特别是含两种不同的活性基,如一氯均三嗪基和乙烯砜基,以及合适的染料母体与连结基组成,同时具有多活性基的特性,缩小了吸附与固着率之差,具有两个不同活性基之间的加和增效作用产生的新特性,染料和纤维成键后有更好的耐酸和耐碱稳定性、耐过氧化物洗涤的能力、更高的固着率和染色重现性,以及适于中温和低温、短时染色等。但是使用这类染料时要注意:

  ①基本三原色的选择,以保证染料的直接性、扩散性、固着行为和牢度性能得到合理平衡。

  ②对日晒牢度较差的需要慎重选择。也可以经过实验选用合适的日晒牢度增进剂,但一般采用紫外线吸收剂对活性染料日晒牢度改进不明显。

  ③染深浓色泽时不少品种的湿摩擦牢度较差,需要慎重地使用和改进。

  对纺织品的汗渍牢度、含有过氧化物的碱性湿态光褪色牢度等。是活性染料研究和开发的重点。

  
 

活性染料染色吸尽染色处方时注意事项

  由于活性染料中的反应基不同,最佳染色温度、染色处方也有变动。为此,首先请确定使用哪种类型的染料。

  活性染料与直接染料相比,直接上染性低,为此,一般在染液中添加无机盐以提高直接性。通常使用50g/L左右的芒硝,深色染色时增加使用量,可进行低盐染色的染料减少使用量。为了达到匀染,分批添加无机盐,使用初次吸尽率低的染料或染液搅拌、循环效果良好的染色机时,一般采用事先溶解有无机盐的染液进行染色的方法。碱作为染料与被染物反应时的催化剂使用。

  在此,重要的不在于碱的种类而是添加有碱的染液的pH平均值,调整至11.5最佳。添加20g/L纯碱后pH值就易达到11.5左右,为此,是极易使用的碱。使用烧碱也不妨,但是,由于其是强碱,pH值调整至11.5有一定的难度。最近,出现了解决了此问题的活性染料用液体碱。

  活性染料的上染速度是基于直接性吸尽与固着的组合,如采用类似其他染料的利用调节升温速度控制上染速度方法来定量调整上染速度是具有一定困难的。利用无机盐与分批添加碱(pH)的方法来调整,颇见成效。为此,可采用分批添加碱或定量配料方法来进行恒温染色。即为对应染色装置的搅拌效率来具体决定添加批量与定量配料。

  坯布染色时,使用浴中柔软剂对防止绳状皱折(存在争议,能不用则不用,影响色光)的固定是非常有效的。染色用水的水质属硬性时,添加金属螯合剂是非常有效的。

  
 

解决活性染料圆网印花出现的色花问题

  活性染料印花时,特别是印大面积地色时经常出现色花现象,分析其原因,可能是由以下几方面造成。

  (1)前处理问题。半制品质量会直接影响印花产品的外观质量和内在质量,如半制品烧毛不净,退浆率低,煮练不匀透,丝光效果差等都会使印花大面积地色出现色花、色点、色斑、色差等疵病。因此前处理要求烧毛光洁度达到4-5级,退浆率>90%,毛效9-10cm/30min,丝光钡值140以上,布面要求煮练均匀而透,ph值7-8。

  (2)活性染料的配伍性要好。染料的配伍性是影响色花的因素之一,它是染料溶解度、渗透性、扩散性、反应性、固色率的综合反应。因此在仿色时应合理选择染料。例如:拼艳绿时应选用活性翠蓝k-gl和黄k-6g,不宜用黄k-4g或黄k-rn拼色。拼黑色时选用活性黑k-br、红k-2bp和蓝m-2ge,而不能选用蓝k-r和黑k-br、红k-2bp拼色,尽管蓝k-r的得色量高,但它和黑k-br的配伍性很差,容易产生色花。

  (3)制作色浆的重要性。用海藻酸钠原糊制浆时,要严格按工艺操作规程,保证色浆精细无杂、无色点,厚薄适中,色浆温度不超过35℃,以保证色浆稳定。色浆中加入尿素可提高织物及色浆的吸湿能力,促进染料的固着,用量在10%以上。

  (4)圆网印花时选用较厚的刮刀,角度要小,压力适中(根据印制效果调节),圆网目数要根据花型结构选用,一般用80目。印制时色浆堆积在织物表面,在烘干过程中易造成色花,因而在深浓色大面积花网后面加压一只光网;印花机车速不宜太快,保质40m/min以内。

  (5)烘干温度不宜过高,控制在90℃以下;落布温度不超过30℃。在蒸化前若过度烘干,会使织物及色浆进入蒸箱后,吸收蒸汽中的潮气,使温度升高、温度下降,造成得色量低且均匀性差。

  (6)蒸化是固色过程,花布进入蒸箱后,织物及色浆含湿量增加,从而使染料和助溶剂溶解,棉纤维溶胀膨化,染料、助剂从色浆向纤维表面转移,并进入纤维内部进行共价健结合,才完成固色过程。由此,蒸化时应保持足够的湿度是活性染料固色的必要条件,采用饱和蒸汽蒸化,温度100-102℃,蒸化时间7-8min。

  (7)蒸化后经水洗,宜用两次皂洗工艺,保证未固着的染料充分洗去,使布面色泽均匀一致。

  
 

活性染料染色过程中常见疵点及解决办法

  1.色斑

  (1)加盐、碱剂时未先溶解或加入后未及时循环稀释,导致局部促染或固色太快太深。加盐或碱剂应尽量先用清水溶解或减少第一次的加入量。

  (2)染料未完全溶解,对难溶的染料需过滤或加热溶解后加入染缸中。

  (3)固色剂错误提前加入。

  2.筒子(经轴)纱内外色差

  (1)染料选择不合理,应尽量选用染色速率适中的染料,或通过加盐、碱的次数及数量,染液“内一外”、“外一内”的循环时间来矫正。

  (2)盐、碱的第一次加入量太多或未溶解稀释,应稀释盐碱或减少第一次加入盐、碱的数量。

  (3)盐、碱含杂量太多,应选用含杂量少的盐碱,并相应加入络合

  剂以消除Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+等离子。

  (4)升温速率太快或温度太高,应选择适合染料性能的染色温度和升温速率。

  3.缸差

  染色温度或各工序升温速度不同、染料组合不好、染料稳定性差、操作不稳定、染料含潮率变化、化料温度不当、盛装染料的工具不干净,等等,这些都会造成染色缸差。

  4.色光不对

  三原色用量较接近、颜色对光或染色温度敏感、染色或皂洗温度和时间有偏差、染料易泳移、表面浮色未洗净、染色时或染后pH值太高、从小样放大样放得不准、混和纤维中不同纤维的上染率不同,等等,这些因素都将造成颜色的色光不同。另外,后处理用料的离子性也将影响色光,当然,染液中含有过多重金属离子时,也将影响纱线的色光。

  5.白芯

  前处理不透、盐或碱加得太快都将造成纱线白芯疵点。

  6.泳移斑

  染料牢度差、纱线洗涤不够干净、染后未经固色、纱线含碱太多、在较干环境下放置太久、混和纤维的不同纤维间颜色相互沾污都将造成泳移斑。

  7.色浅

  加料少或染缸漏料、颜色太深而纱线未经改性处理、染料化解温度不当、染色配方不合理均将造成色浅。

  8.颜色牢度不好

  造成染色牢度不好的原因主要为染料结构本身,但颜色太深则摩擦牢度不好,颜色太浅则日晒牢度不好,这些只能靠良好的助剂来弥补。当然,皂洗不够或洗后pH值太高也会造成颜色牢度不好。

  9.高温沾色

  染料的升华牢度差、未经固色剂适当处理或后处理不够、纱线pH值太高都将造成纱线高温环境下沾色。

  10.同光异谱

  染料组合选择不当、染色pH值过高、选用固色剂不当、纱线经剥色处理易造成纱线的同光异谱现象。

  11.纱硬

  原纱太硬、水的硬度太高、纱线前处理不够、前处理或染色时加碱太多、柔软剂效果不好或用量不够,都将造成纱线偏硬,这对针织织造的影响很大。

  12.纱线强力差

  前处理过度、水中含重金属离子太多、纱线加工过程中加酸太多,特别是高温时酸的用量太高、染后pH值太低将使纱线强力偏低。纱线强力偏低的一种形式是纱线强力出现整体脆损,另一种是纱线出现点断现象,不论发生哪种现象,都只能将纱线报废。


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