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1、第十五章? 分散染料染色&1.前言分散染料是一类分子较小（分子量200500）结构比较简单的染料 。它不含有璜酸基so3-，羧基COOH等强亲水基。而只含有一些羧基；氨基，硝基等弱极性基，是属于水活性很低的 非离子型染料。分散染料需经研磨形成0.52微米的微细颗粒并借助于分散剂悬浮于水中，以此悬浊液进行染色。无论从染料分子的大小还是从分子结构特征来看，分散染料是最适合于涤纶纤维的染料。分散染料液能上染呢纶，淡湿牢度较低，它也能染腈纶。但难以获得深色。因此，分散染料对涤纶的染色意义就更为重要。近年来，随着涤纶纤维的发展，分散染料发展很快，结构不断更新，性能不断改善。目前，分散染料的发展趋向主要表
2、现为（1）。多能化，即同时上染涤纶及混纺纤维如棉涤纶的染料。（2）大分子化。能适用于高温高压或热熔法染色的分子量较大，牢度较高的染料。（3）杂环化，即引入杂环结构以使染料发色鲜艳。染色性能良好并适应现代染色和印花工艺的需要。&2 涤纶纤维的染色性能。涤纶纤维的强力高弹性好，耐磨，干湿抗皱性好，具有很好的服用性能。但是涤纶纤维也有缺点，如易摩擦起球，不易染色等等。结构因素：涤纶纤维大分子属线性分子链，分子链上没有大的侧链或侧基酚环或芳环，以及基团与基团之间能紧密靠近。因此结构比较紧密，分子间的微隙小，一般染料很难向纤维内部扩散。缺乏极性基团：涤纶分子中没有强的极性基团，没有-OH等亲水性基团，只
3、有极性较小的酯基除端基外，吸湿中心很少，加上涤纶的结构紧密，所以吸湿性很差。在纤维状态下具有强烈的疏水性，造成了染色的困难。用于纤维素纤维和蛋白质纤维的染料及其染色方法一般不能用于涤纶纤维的染色。纺丝和热处理与染色关系涤纶纤维的染色性能随着纺丝条件及染色前处理条件而变化因为纤维的微结构（结晶度、结晶大小、取向度）不但取决于纤维纺丝成型工艺条件，而且随着染整加工条件而变化。拉伸比：在纺丝或成形中，拉伸比上升，结晶度上升，取向度上升，可及区下降，上染速率下降。热处理 纤维经热处理后由于微结构的变化，其吸附性能变化很大。随着热定型温度的提高，开始阶段上染率逐渐下降，（扩散系数也下降）。温度为1701
4、80摄氏度时最低，以后又重新上升。为什么180的时候最低呢？这是由于180摄氏度以下时，随着温度的升高，纤维的无定型区产生微晶并逐渐增多，使纤维吸附染料的速度以及上染率逐渐降低。当温度升至180摄氏度的时候，结晶度加快，微晶在无定型区所占的面积更少，当温度有利于结晶合并成小的结晶拆散而使结景区增大，有利于染料吸附扩散，上染率增加。以上是基于两项结构理论分析的分析。基于折叠晶体结构的解释，根据折叠定向结构的看法乃是随着热处理温度的提高，无定型区临近分子链段靠近并集束，当温度升温到180摄氏度时，可能出现较有规则的折叠排列时染料分子难以向纤维内部扩散。当温度超过180摄氏度时，分子振动激烈，折叠结
5、晶区增大而出现疏松排列部分，使染料分子易于向纤维内部扩散上染速率加快，上染率也增加。纤维的微结构变化可通过其玻璃化温度来反映。不同的玻璃化温度的纤维上染速率各不相同。分散染料只有当温度高于玻璃化温度后，上染的速率才迅速加快。存在所谓的染色温度TD.通常TD比玻璃化温度高十几度，这是因为TD是上染转变温度，只有当分子链断运动速度增加到一定程度后，分子链断向形成的瞬间分子之间的孔隙大于染料分子，染料分子才能扩散进去所以TD要比Tg高。综上所述,由于涤纶纤维染色的特点，它对染料的要求和使用染色方法与纤维素纤维和蛋白质纤维不同。对于染料的选择，为了使染料更容易进入纤维的微隙，要求使用分子结构简单，分子
6、量小的染料。染料分子中不应该含有水溶性的基团，在水中的溶解度很低，即也是疏水性的，和涤纶纤维的疏水性相适应。染色工艺方面：因为涤纶纤维具有热塑性，为了有利于染料扩散进入纤维，可以采用较高的染色温度，使纤维分子链断的运动增加，温度增大，并使染料分子的动能增大。所以常采用热熔法染色。&3、分散染料的染色性能溶解法：分散染料分子不含磺酸基和羧基等水溶性基团，因而难溶于水，在水中不电离是非离子型染料。但由于含有一些极性基团象NH2, -OH N=N- 或亲水性基团的存在，使其具有微量的溶解度。因此在分散染料溶液中既含有染料的原分子，又含有不同的晶体染料和染料的颗粒，处于东平衡状态。研究分散染料在水中微
7、弱的溶解度对研究分散染料的上染性能非常重要。因为分散染料在水中对涤纶纤维的染色，主要靠这些微量溶解的颗粒进行的。但水溶性要适当，过低则上染速率太慢，过大，分散染料上染百分率过低。一般分散染料的溶解度比还原染料要高，比水溶性染料要低的多。影响溶解的因素：染料结构中极性基团的性质和数量分子量MD的大小。疏水部分不同，其溶解度不同。分子量上升，疏水部分增加，溶解度下降。温度; 温度上升，溶解度增加。电解质；电解质增加，溶解度下降。?在溶液中加入一些分散剂，由于其增溶作用，上染速率增加，但此时温度增加，作用下降，溶解度降低。颗粒的大小；溶解度和颗粒的大小又近似的关系。颗粒越小，溶解度越大。晶型转化；
8、如果一种染料存在几种结晶，则染料通过染液还会发生晶型转变。但较不稳定的晶型转变成较稳定的晶型。染料的上染速率和平衡上染量都会下降。化学稳定性：分散染料在某些条件下，结构会发生变化，使染料的水溶性，色光，上染性能，染色牢度等都发生变化。产生的原因可能又以下几点：1、染料中某些基团的水解。? 分子中含有脂基，酰氨基、氰基的染料在高温下容易发生水解。2、染料的还原分解：偶氮类分散染料在还原剂的作用下发生水解。特别是在高温碱性条件下，纤维素有一定的还原性。因此如果在高温碱性条件下分散染料染的涤/棉，或涤/粘混合纺织物，就可能发生这种状况。染料分子中如果含有羟基，在碱性条件下，羟基能发生离子化，使染料得
9、水溶性增加，上染率降低。所以结论是：分散染料染色时，不要在碱性条件下进行，一般控制在酸性条件下PH67较为适宜。色光较鲜艳，上染百分率较高。热稳定性? 主要是升华牢度的问题。由于分散染料分子结构比较简单，分子极性较小，同比分散染料之间的分子作用力和染料分子与纤维分子之间的分子作用力较小，染料分子比较容易离开固体表面跑向空间，即有升华的趋势。所以一定在蒸汽后，就出现升华现象。升华的速率和温度成正比。分散染料的这种升华现象具有独特的性能。可以利用这种性能进行气相染色，转移印花。转移印花就是先将花型印在纸上然后转移到织物上，但这种性能又出现耐热牢度的问题。分散染料对热稳定性除影响染色织物的使用外，也
10、影响染色工艺本身，尤其是在热熔染色时，对热熔法染色工艺的选择以及染料的拼色等有很大的影响。根据分散染料的升华牢度高低，可以将分散染料大体上分成三组以供选择和使用。E类? 升华牢度差? 匀染性好? 分子小? 适用于浸染、移染印花SE类? 中等? 热熔S? 类? 高? 差? 大? 热熔?第? 23? 次课? 2? 学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：掌握涤纶纤维的染色性能、分散染料的染色性能主要有：掌握涤纶纤维的染色性能、分散染料的染色性能本次课题（或教材章节题目）：第十五章 分散染料 第四节 染色原理 第五节染色工艺第六节 涤棉混纺织物的染色 教学要求：掌握涤纶纤维的染色原理、工艺重? 点：
11、上染过程、吸附等温线难? 点：上染过程、吸附等温线教学手段及教具：多媒体课件讲授内容及时间分配：第一节 染色原理 染色工艺第二节 涤棉混纺织物的染色课后作业阐述涤纶纤维的染色原理及注意事项论述涤纶及混纺织物的染色工艺参考资料染色理论化学及有关杂志?&4.染色原理上染过程浸染染色的上染过程。分散染料在水中的溶解度很小，必须借助分散剂形成悬浮液进行染色或浸轧。在悬浮液中，少部分分散染料溶解成单分子，此时在悬浮液中存在着稳定性不同的结晶变体，染料的颗粒。这些颗粒又是大小不同的和溶解了的纤维分子它们在溶液中处于一个动态平衡状态。由于涤纶纤维的结构紧密，通常认为只有染料分子才能扩散进入纤维，这样染色时，
12、染料分子达到纤维的表面，很快被纤维所吸附，并向纤维内部扩散。随着染色进行染料分子不断上染纤维，使染液的动态平衡破坏，染液中的染料颗粒，染料的晶体不断溶解，直到纤维达到上染平衡为止。颗粒，晶体相当于供给染料分子的仓库。染料颗粒虽然也能被纤维表面吸附，但它们只能固着在纤维的表面不能被纤维内部吸附。热熔法染色的上染过程：热熔法是先将织物浸轧染料分散体系溶液，烘干，浸轧这时染料主要以结晶颗粒沉积在纤维的表面和纤维内部形成了一个浓度梯度C梯，染料不断的从纤维表面向纤维内部扩散，直到纤维表面的所有的染料晶体消耗为止。焙烘固色大致可分为升温，纤维表面的吸附和染料向纤维内部的扩散三个阶段。这三个阶段不是同时开
13、始的，但有一定程度的重叠。升温到一定的程度吸附开始，吸附-开始，扩散就立即开始，但吸附比扩散结束的早，这是由于纤维上的染料含量是一定的。当纤维表面的染料部分消耗后，扩散过程仍未结束，内外还存在着浓度差。扩散过程还要继续一个阶段。通常在完成吸附过程后要维持一定的时间，易使扩散充分。扩散不充分，不但色泽不鲜艳，摩擦水洗牢度差，而且在然后受到高温处理的染料会继续扩散，引起色泽变化。但过分的延长时间也是不必的，因为在染料向内部扩散的同时，吸附在纤维表面的染料还可以升华到大气中，上染率反而有所下降。二、吸附等温线。分散染料上染涤纶纤维属于分配性吸附等温线。即在一定的温度下，染色达到平衡时染料在纤维上的浓
14、度和染液中的浓度比是一个常数。以Df染色达到平衡后纤维上染上染料浓度微纵坐标，DS溶液中的染料浓度为横坐标作图，可得一直线，直线斜率为K.?DfkDs它完全符合分配定律，因此分散染料上染涤纶纤维实质是染料在溶液和纤维之间的一个分配过程。纤维阶段可以看成是一个固体溶剂，纤维介质可以看成是一种固体溶剂，染料上染到纤维上形成固体溶液。所以有人认为：分散染料上染纤维的机理是分散染料溶解在涤纶纤维中。分配系数主要取决于染料和纤维的结构和性质：当染料的结构和性质与纤维的结构和性质接近，两相容易相容。即相似相溶原理。染色的温度：温度越高，吸附等温线越低，亲和力下降。其原因是分散在水中的溶解度随温度的增加在纤
15、维上增加的更快。所以温度上升，K下降，Df上升，DS上升。如果在一定的温度下逐渐增加染浴中染料的量，最后可达到一饱和点，在这以后再增加染料，纤维上的染料浓度不再增加。这一点的Df值成为该纤维的染色饱和值：它表示再某一染色温度下，该染料所能上染的最大的数量。?这意味着，如果提高染色温度，染料利用率虽然降低，但却有可能借增加染料用量以使纤维染的更活的颜色。? 同一种纤维上染不同的分散染料时，其染色饱和值各不相同。染料的结构相差越大，饱和值相差越多。如果用几个结构相差很大的染料进行拼色，发现其混合染色饱和值几乎等于几种染料单独染色的饱和值之和，这叫做分散染料染色饱和值的可加性。?但如果几个结构相似的染料染色拼染时，则其饱和值与各染料独自染色的饱和值相似，失去了可加性。实验还证明结构相近的染料具有所谓的同晶特性。同晶特性：在晶格中一种染料分子可以取代另一种染料分子，由于这些染料在溶液中可以形成混晶，混合染料的溶解度和单一染料的溶解度相近，这可能是这些染料不具有加成性的主要原因。另外还有人认为由于分散染料在纤维上并非先合成不定位吸附，如果发生吸附，对结构相近的染料来说，吸附的量也必相近。存在竟染作用，这也可能时加和性差的原因之一。生活中
