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阳离子染料你了解吗

文章出处:染整百科责任编辑:人气:-发表时间:2018-07-10 16:08【
一、阳离子的概述

1、历史

阳离子染料是一类最早生产的合成染料。1856年美国的W.H.Perkin合成的苯胺紫和随后出现的结晶紫和孔雀石绿,都是阳离子染料。这些染料以前被称为盐基性染料,可以染蛋白质纤维及用丹宁酸、吐酒石处理过的纤维素纤维,具有艳丽的色泽,但不耐晒,被后来开发的直接染料、还原染料和酸性染料等替代。


上世纪50年代腈纶工业化生产以后,人们发现在聚丙烯腈纤维上,阳离子染料不仅具有很高的直接性和浓艳的色泽,而且染色牢度比蛋白质纤维和纤维素纤维上的高很多,因而重新引起人们的兴趣。为了进一步适应腈纶和其它一些合成纤维的应用,又合成了许多牢度很高的新品种,例如多甲川结构、氮代多甲川结构和迫萘内酰胺结构等,从而使阳离子染料成为聚丙烯腈纤维染色的一类主要染料。


2、特点:

阳离子染料在溶液中生成带有正电荷的有色离子,与酸根阴离子如氯离子、醋酸根、磷酸根、甲基硫酸根等成盐,从而对聚丙烯腈纤维上染。而在实际染色当中,常用几种阳离子染料拼成某一特定色泽。但是阳离子染料混拼染色往往不易匀染成同一色光,造成花斑和层次。所以在阳离子染料生产时,除了要扩大品种及数量外,还要注意染料品种的配套;为了防止染花,要注意开发匀染性好的品种,此外也要注意提高阳离子染料的气蒸牢度和耐晒牢度等。




二、阳离子染料的分类

阳离子染料分子中带正电荷的基团与共轭体系以一定方式连接,再与阴离子基团成盐。根据带正电荷基团在共轭系统中的位置,阳离子染料可以分为隔离型和共轭型两大类。


1、隔离型阳离子染料

隔离型阳离子染料母体和带正电荷的基团通过隔离基相连接,正电荷是定域的,相似于分散染料的分子末端引入季铵基。可用下式表示:

因正电荷集中,容易和纤维结合,上染百分率和上染速率都比较高,但匀染性欠佳。一般色光偏暗,摩尔吸光度较低,色光不够浓艳,但耐热和耐晒性能优良,牢度很高,常用于染中、淡色。典型的品种有:

2、共轭型阳离子染料

共轭型阳离子染料的正电荷基团直接连在染料的共轭体系上,正电荷是离域的。这类染料的色泽十分艳丽,摩尔吸光度较高,但有些品种耐光性、耐热性较差。在使用种类中,共轭型的占90%以上。共轭型阳离子染料的品种较多,主要有三芳甲烷、噁嗪、多甲川结构等。


三、新型阳离子染料


1、迁移性阳离子染料

所谓迁移性阳离子染料是指一类结构比较简单,分子量和分子体积较小,而扩散性和匀染性能良好的染料,目前已经成为阳离子染料中的一个大种类。其优点如下:

  • 具有较好的迁移性和匀染性,对腈纶无选择性,可以应用于不同牌号腈纶纤维,较好地解决腈纶染色的均匀问题。

  • 缓染剂用量少(由原来的2~3%降至0.1~0.5%),染单色甚至可以不加缓染剂,因而使用可以降低染色成本。

  • 可以简化染色工艺,大大缩短染色时间由(原来的45~90分钟降至10~25分钟)。 



2、改性用阳离子染料:

为了适应改性合成纤维的染色,筛选并合成了一批阳离子染料。适应改性聚酯纤维的有下列一些结构,黄色主要是共轭型甲川系染料,红色为三氮唑系或噻唑系偶氮染料和隔离偶氮染料,蓝色则是噻唑系偶氮染料和噁嗪系染料。



3、分散型阳离子染料:

为了适应改性合成纤维的染色,筛选并合成了一批阳离子染料。适应改性聚酯纤维的有下列一些结构,黄色主要是共轭型甲川系染料,红色为三氮唑系或噻唑系偶氮染料和隔离偶氮染料,蓝色则是噻唑系偶氮染料和噁嗪系染料。



4、活性阳离子染料:

活性阳离子染料是一类新型阳离子染料。在共轭型或隔离型染料分子上引入活性基后,赋予这类染料以特殊的性能,尤其在混纺纤维上不但仍保持鲜艳的色泽,同时可染多种纤维。


四、阳离子染料的性质


1、溶解性:

前面曾叙述过阳离子染料分子中的成盐烷基和阴离子基团影响染料的溶解性。此外,染色介质中如果有阴离子化合物,如阴离子型表面活性剂和阴离子染料,也会与阳离子染料结合形成沉淀。毛/腈、涤/腈等混纺织物不能用普通阳离子染料与酸性、活性、分散等染料同浴染色,否则将产生沉淀。一般加入防沉淀剂来解决此类问题。


2、对pH值敏感性:

一般阳离子染料稳定的pH范围是2.5~5.5。当pH值较低时,染料分子中的氨基被质子化,由给电子转变为吸电子基,引起染料颜色发生变化;若pH值较高,阳离子染料可能形成季胺碱,或结构被破坏,染料发生沉淀、变色或者褪色现象。如噁嗪染料在碱性介质中转变为非阳离子染料,失去对腈纶纤维的亲和力而不能上染。



3、配伍性:

阳离子染料对腈纶纤维的亲和力比较大,在纤维中的迁移性能不好,难以匀染。不同染料对同一纤维的亲和力不同,在纤维内部的扩散速率也不相同,当上染速率差别较大的染料进行拼混时,染色过程中容易发生色泽变化、染色不匀的现象;而上染速率接近的染料拼混时,它们在染浴里浓度比例基本不变,使产品的色泽保持一致,染色比较均匀。这种染料拼染的性能称为染料的配伍性。


为了使用方便,人们用数值表示染料的配伍性能,通常用K 值表示。采用黄、蓝两色标准染料各一套,每套有五个上染速率不同的染料组成,共有五个配伍值(1,2,3,4,5),上染速率大的染料配伍值小,染料的迁移性和匀染性差,上染速率小的染料其配伍值大,染料的迁移性和匀染性较好。将待测染料与标准染料逐一进行拼染,然后对染色效果给予评价,定出待测染料的配伍值。


染料的配伍值和其分子结构存在一定的关系。染料分子中引入疏水性基团,水溶性下降,染料对纤维的亲和力上升,上染速率提高,配伍值减小,在纤维上的迁移性和匀染性降低,给色量增加。染料分子中某些基团因几何构型而引起空间障碍,也使染料对纤维的亲和力下降,配伍值增加。


4、耐晒性能:

染料的耐晒性能与其分子结构有关。共轭型阳离子染料分子中阳离子基团是比较敏感的部位,受光能作用后易从阳离子基团所处位置活化,然后传递至整个发色系统,使之遭受破坏而褪色,共轭型三芳甲烷类、多甲川类和噁嗪类耐晒牢度都不好。隔离型阳离子染料分子中的阳离子基团与共轭系统间被联结基隔开,即使在光能的作用下被活化,也不易将能量传递给发色的共轭系统,使之保存完好,所以耐晒牢度优于共轭型。



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