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1、现代 染 色技术简介编译者注美国Text王 leChomista ndCo lori st杂志从8 0 年第1期起连载关于现代染色技术简介短文,它 虽是染色的基础知 识,但均根据最新的理论 学说作系统的介绍。全文共分12篇,将分期连续发表,分别由卜 内门、杜邦 等 染料化学公司及美国N叮thCa ro li na州立 大 学染色专家执笔,内容深入浅出,不仅可供染色及有关技术人员参考,对于其他有关工作人员想要掌握这方面的概 况,也是开卷有益 的材料。本刊自本期起,按期陆续予 以译载,以期达到普及染化知识的目的。(一)染料与 染 色J.R.Aspland一、前、映二二. 口富有浓厚 色彩的物质在逻
2、辑上名为着色剂,可用 以使多数种类物料着色。这些物料在技术上统称为被着色物或被染物。着色剂 可分为染料与颜料二类。染料一般溶解于着 色 时所用的介质中。颜料则不溶解于所用的 介质中。被着色或被染的物料又可分为织物 与非织物或纤维状的与非纤维状的物料。本文为一组短文丛集的第一篇,将讨论 染料对纤维性纺织物的应用。首先应着重提出关于染色的三种主要变 数,即染料的物理和化学性能、被染物和 染 色时所用的介质。欲了解织物的染色,必先掌握各种染料与不同类型纤维之间在所用介 质存在时可能发生的种种相互 反应。这种介 质一般就是水。染色时对色泽变化及其牢度 性能都取决于上述的同类变数。染色显然是一种成熟的工
3、艺,但这并不意味着完全没有问题。今日的困难问题环绕 着纺织纤维的多样化,染料使用品种的繁多和每一品种 中又有各种各样的产品,各种不 同的混纺纱线和 织物的种种光谱,以及关于 染色成品牢度、质量的控制与经济效果都有 千差万别的要求。在这些情况下,较正确地理解染料和染色技术确有必要。用阳离子染料Sumia cryl黄对改性棉织 物 转移印 花的结果见表3。丙烯酸接枝的棉 织物印花级 别较好,氰乙基化的棉织物也 还 好,但狡甲基化和 丙烯胎接枝的效果差。表4中耐光牢度一般都好,但洗涤牢 度大多数 较差。因此在实用上有必要采取一 些 适 当措 施来改进洗涤牢度。表4各种织物用阳离子染料Sumi ac
4、r对 黄进行热转移印花后的色牢度取代程度(克分子%)按“它(养i些)%9刁、时 8刁、时2 7刁、时洗涤沾色羊毛色变化泽 试样织物棉竣甲基化氰乙基化2一3.2一33.2 117.62 6.337.33一44一54一54一5朴4一54一51一2丙烯睛接枝102 12 994一54一54一54一5丙烯 酸接枝阴离子染料可染色的聚 酷4一54苦455l!.e se s.e s.七e s户曰月任q 一85器日晒 时 间2 4 小时李婷 译王汉曾 校 译自纤维学会志35卷,11期,49 2一495页(1979)二、历史背景根据历 史 证明染色技术在约5千年前已 为人们所略知。在中国或印度可能在公元前25
5、0 0年已经开始染色。公元前140 0年的亚麻布已能染成较齐全的各种色彩。实际上公元 巧。年以前已能在织物上 把红、黄、蓝三色 的染料混合配成第二级及第三级的色调。东 方出产的地 毯颜色和 花样绚丽多彩,在公元15c。年 时已登峰造极。三、天然染料始于191 1年。分散染料继而出现于19 2 3年,当时是供新创 的醋醋纤维的需要,醋纤所用 的分散染料都是偶氮和葱醒的 衍生物,在化 学结构上与今日用于聚酷的分散染料相似。19 36年酞著蓝类型的染料再被发现而确认到它在应用上的潜力,使所应用的各种类型绿 色翠蓝颜料和染料呈现鲜艳的色泽。第一种 与纤维有反应 的反应性染料,并能与纤维结 成共价键(习
6、惯上称为活性染料)于工9 5 6年问世,刚好是Pe rki n发 明合成染料后的一百周年。从家 庭 试验室开始发展成为现今的全球性的重要工 业,生产了各种不 同染料品种约有7千余种。从上古直至1 9 世纪中叶所用的染料大多数来源 于植物,在使用时存在很多问题。供 应的来源既不可靠,也没有固定的标准,许 多染料对纤维没有强烈 的直接上色作用。解 决的办法是先用铝、铜、铁等金属盐的溶液 处理,1850年后用铬盐水溶液处理,常需用 复杂的配方,这种染色技术称为媒染。在染色过程中沉淀于 纤维上的媒染剂与染料反应 生成不溶于 水 的复合物,其颜色取决于媒染 剂的本 质。古 代东方出产的地毯都是用媒染染料
7、染色的纤维织造的,其花样色彩虽 属华 丽,但其色光变化莫测,难以控制,不 易匀称一致。天然靛蓝 原 以化学 的结合状态存在于某 些植物中,须经过漫长 的发酵过程,才变成 靛蓝染料的 淡黄色水溶形状,可对棉与毛直 接上色,然后将染成的纤维织物 暴露于空气中,才能转成蓝色。天 然染料染色比不上合成染料那么鲜 艳,自从1 9世纪中叶合成染料创始以来,它们逐渐失去重要性。土产的靛蓝现已甚少 采用,现今唯有苏木仍广泛应用。苏木所染 的颜色,随媒染剂的不 同而多变化,颇引人入胜。五、染料及颜料的制造四、合成染料自28 56年WilliamHenryPerki二发明苯胺紫以来,不仅开展了合成染料与颜料工 业
8、,也创始了合成有机化学工业。偶氮染料在18 62年为尸et erGr王e s:所发 现,为染料中最 大的化学类别。188 4年发现第一 只染棉的直接染料刚果红,对纤维素完 全可以直接上色,无 需媒染剂。冰 染 染料合成的染料传统上称为煤焦染料,因为 它们 的芳香有机原料全为含碳 原子 的 六环结 构,都来源于煤焦。主要的原料为苯、甲苯、蔡、蕙等,这些物料也有大部分来源于石油 化学工业。从原料先制成中间体,这就是染料和颜 色的母体化合物。使原料变成中间体一般要 有一种或多种化学反应过程,名为单元操作 反应过程。其中包括硝化、磺化、卤化、还原、胺化、氧化、径基化等 反应。使 中间体变为染料和颜料还
9、须应用单元操作反应。例如,大多数偶氮染料与颜料是 用芳香胺在冰冷却 的酸生溶液 内用亚硝酸进行重氮化,然后再使所生成的重氨盐与另一芳香胺,蔡酚或苯酚等偶合而得偶氨染料或 颜料。整个的染料和颜料制造工业规 模虽庞大,但大多数染料和 颜料的制造仍只是反复 的分批操作过程,这一点必须有所认识,至 关重要。任何种染料的年产量可能不致 超 过1 0 吨。但合成染料与颜料分属于2 9种不同的化 学结构类型 和 1 2种以上不同 的应用类型,而 即使是一种简单染料,从原料经过中间体到达制成品可能需要经 过8一1 0步单元操作反应 过程。这就极可能意味着在大多数情况下,使其连续制造方式受到限制。染料制造的多步
10、骤性也反映出其所包含 的化学 反应本质。适用于染料或其中间体制造过程中的任何反应过程一定是 比较简单而 直接的方法,而且有极高的得率。偶氮染料制造所包含的重氮及偶合反应常有高达9 5% 以上的得率。它们只是简单的转换与结合间题,故可以从较少数的胺类及偶合组分产生 大量的各种偶氮染料。现今偶氮染料日趋重要,因为染料 中第二类最大的化学结构类型的葱醒染料价格非 常高,且在制造时存在各种环境污染和技术 上的间题。六、染料和颜料的性能所有的染料和颜料必须具备若干有用的 性能。它们须具有充分浓厚 的颜色,并在所 染的物料上牢度性能 良好,色泽耐久而无变化,就是说在使用时如(经水洗曝晒摩擦等) 及在树脂整
11、理后处理时,不致起色调变化或 退色。常须在染物的某种颜色的成本与其牢 度性能之 间求得平衡一致。大 致准 则:牢度 性能愈好,染色成本愈高。商品 染料必须规定 予 以标准化,使能符合规定的均匀一致的色调、色泽深度及其他物理性能。实际所含的 染料成份不超过1 0一2 0 %。染料必须是可溶性的,作分子的分散或 可溶于染色的介质中。水几乎是常用的介 质。使染料分子具有水溶性的 取代基团有两 种类型,一种为染料分子 的整个组成部分,另一种是暂时 引进的,在染色过程中即被去 除。染料中整体可溶性 基团包 括有:磺酸钠 基团类,在水溶液中离解而成为有色的负电 荷染料磺酸根阴离子及无色钠离子(酸性、直接及
12、纤维反应性染料);季按氯化物类,可离解成为有色的正电荷季钱 基 染料阳离子 及无色的氯离子(碱性或 阳离子染 料);轻基,氨基及有取 代 的氨基等,这些都不起离 子 化,在正常染浴 的条件下不起一般性的离解,但也能促起一 些可溶性(分散染料)。暂 时性 可溶基团类包括有:苯酚钠,在 强碱性溶液内以负电荷的染料阴离子 及钠离 子 存在(还原染料及冰染料的偶合组成);硫 代苯酚钠类,在碱性溶液内以 负电荷的染料 阴离子及正 电荷的钠离子存在(还原性或液体硫化染料)。染料在染 色时还要能扩散入 纤 维的内 部。扩散的染料须 留存在纤维上。其留存的 方式有三种:1.它们对于纤维可以直接上色,即与纤维成
13、为以一种或多种离子力、氢键 或范德瓦尔斯吸附力物理 的结合。离子力最简明易 解,是具有正负电荷离子之间的相 互 吸 引 力,存在于染料与纤维之 间。氢键是与共价 电子相连的,即在染料分子与纤维分子间形成共价氢键。范德瓦尔斯吸 引力是 在染料 与纤维靠得很近时在原子 或分子 之 间的吸引力。2.染料与纤维反应形成共价化学键。3.暂时性可溶基团可被除去,而让染 料分子遗留存在被染 的纤维织物之内。颜料在应用的介质中一定是不溶性的;但也必须符合于颗粒大小和在应用的介质 中 具有适 当的流动性质等各种物理性能标准。七、纤维的性质纤维是织物的基本原料,分为 天然纤维(羊毛、棉、丝等),再生纤维(粘胶、醋
14、 醋等),或完全合成的纤维(耐纶、聚醋、丙烯睛等)。都是由长链聚合物分子构成,其取向多少与纤维轴平行。聚合物分子 的结晶区排列很紧密而有规则;无定形区排列较松而无规则。染色时,染料分子必须能多 少从外相(一般含水的)扩散入纤维 内部。因为结晶 区 很难于 被渗透,即使水也不易渗透,故纤 维 的结晶区与非结晶区的 比率对染色的性能 至关重要。聚合物的长链沿纤维的 长轴排列愈完全,则取向度愈高,愈难被染料渗透。棉 纤维易 于吸水而溶胀,故名为 亲水性纤维;吸水难而很少溶胀的纤维,例如 聚酷纤维,则名为疏水性纤维。纤 维的离子性能影响其染 色能力很强。如纤维的聚合物长链带有或能使其带有离子 电荷,则
15、正确地选定染浴 的条件,将使其有 可能与电荷相 反 的染料离子 相互 反应。例如 丝、毛及耐纶等聚合物长链在酸性浴中可经诱 导使其带有正 电荷。这就使它们具有可能 吸 引直接染料、酸性染料及 反应性染料等阴 离子的潜力。反 之,耐纶中的按基在碱性条 件下可离解为竣酸盐的 阴离子,会排斥 染料的阴离子。八、结语本文略述 染料与颜料的历史和生产以及 影响染色 的 染料和纤维的性能。以后各篇将(下转第1 3 页)表2染料染色 温度()以克/升一)染料在棉纤维中的相对扩 故系数( D.1 0g厘米“/秒) 未处理 用氢氧化钠,用液氮 过 的纤一溶 液处理过处理过 维的纤维的纤维白度染浓_1。_贝103
16、1.约1352.2 5 纯天 蓝 : :0.42口.万吕八从 J工J口已n UQ目g d 月任 . n n碑仕门口; ;1.4 81.县丫La口任J住OOC U乙9曰9 曰. O, 上1.94口八月了4q山 八d 乃D口d. 00U八目t s o l i 0 0 :阿猩红C;:;,上乌1八叼 :门人 O一,11匕紫C3丁茎匀.6 了4.5 7奋,.0 9了.Oe12.8 9一15门U八月.通其有效体积增大 便可证明。例如用氢氧化钠 溶液丝光的棉织 物,纤维的有效体积 从。.3升/公斤增加到0.5升/ 公斤,而对织物进行 氨处理后,根据计算结果,该指标达0.6升/公斤。经液氨激活,然后从 纤维中把氨除去 的 织物,其上色率指标与用氢氧化钠处理的织物相 当接近。织物如在液氨激活后立 即进行 染色,可得到更佳指标。直接、还 原和 活性 染料在经液氨处理,但不 去除氨 的织物上的 含量,增加0.5一1.0倍,而对经氢氧化钠处理过的 织物,则增加0.2一。.4倍。这样就可 看到一个极为 重要的优点,即
