第四章_纺织品的染色鲁泰纺织工程

第四章纺织品的染色有机染料与颜料的概念染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色的有色有机化合物。颜料是不溶于水合其他介质的有机或无机的有色化合物。主要区别应用条件不同染料大多溶于水，或者通过处理使其处于可溶状态。颜料则完全不溶，只是物理分散在水或有机溶剂中。结合方式不同染料是直接与纤维通过物理或者化学的作用力结合。颜料则需要借助高分子粘合剂的作用附着在纤维上。应用范围不同染料多用于各类纤维的染色，少量用于食品、造纸和皮革颜料则主要应用于油墨，其次为油漆和涂料工业等。第二节染料化学的发展史古代:公元前2600年最早的使用染料的书面记录。靛蓝和胭脂红即可以使丝绸和棉布染色，也可以用来描眉、画腮红和涂口红。周朝设有专职官员掌握染色，早期的科学书籍如《天工开物》曾记载过染色的工艺。例如马王堆古墓中出土的织物染料已被鉴定，主要是从含靛蓝色素的植物及矿物质（例如失砂）中提炼出来的天然染料。有机合成染料的合成和应用只有一百多年的历史。染料化学家公认1856年William.Henry.Perkin在氧化苯胺合成某种化合物时发明了苯胺紫的工业制造法是染料工业的开始，其后所发明的许多染料都使用苯胺作原料。18岁时的发明：28岁成为皇家学会院士！到了19世纪后期，Kekule研究出苯胺的环状结构后，染料的制造方法又踏进了一大步；后来又有Peter与Griess发明偶氮化合物，直接促进了偶氮染料出现并很快可任意制得各色偶氮染料，其种类约占所有染料的半数。德国Badisch染料公司合成了人造靛蓝，这是合成天然染料在工业上初次获得的成功。硫化染料是Vidal制成了一种黑色染料之后发明的。1897年Bohn与Schmidt发明了酸性染料，因其染色后不易褪色，所以对毛类染色帮助很大。20世纪初期，Bohn发明了还原染料，其坚牢度很优，如阴丹士林蓝。1956年，合成染料发展的一个重要里程碑！发明了可与纤维共价结合的活性染料。实际上，很多老牌的跨国化工企业都是从合成染料起家的，例如大名鼎鼎的拜耳公司，巴斯夫公司等等。侯毓汾杨锦宗中国的染料事业在过去的60多年里取得了长足进步。已经掌握了从研发到生产到使用的所有环节，建立了完善的工业体系。作为世界第一的纺织品大国，我们的染料工业也同样发展为世界第一。每年的大量出口赚取了大量的外汇。但是，我们存在的问题也很严重。那就是染料工业多是以量取胜，高档染料的生产和研发能力明显落后。要从染料大国迈向染料强国，还需要我们新一代人做成更大的努力。(1)新型纤维和改性纤维的染色研究；(2)具有无毒、无环境污染染色的新型染料的研究；(3)具有杀菌、光变色、热变色、阻燃、抗电磁波等多功能纤维用染料的研究；(4)改良现有染料的染色性能使之做到环境友好染色；(5)新型染色方法和染色机械的研究；(6).发明新的染色助剂；(7)非纺织用功能染料的研究等。未来的发展的方向靛蓝结构硫化染料染料的分类及命名染料的分类按照化学结构分类偶氮染料蒽醌染料芳甲烷染料靛族染料硫化染料酞菁染料硝基和亚硝基染料-N=N-蒽醌结构芳甲烷结构酞菁结构按照应用性能分类直接染料活性染料还原染料酸性染料分散染料不溶性偶氮染料硫化染料缩聚染料荧光增白剂食品染料等等纤维素纤维，主要是棉纤维染色羊毛和丝绸的染色涤纶、锦纶等的染色阳离子染料腈纶的染色染料的命名在染料生产发展的初期，染料品种还不丰富，往往直接用染料的颜色作为染料的名称，例如孔雀绿、品红、荧光黄等。在国外，为了垄断商品，厂家一贯保守染料品种化学结构的秘密，因此各有其商品牌号的名称。为了盈利，甚至同一结构的染料，名称各不相同，造成混乱。我国采用了染料三段命名法第一段为冠称，表示染料根据应用方法或性质而分类的名称；第二段为色称，表示染料色泽的名称；第三段为词尾，以拉丁字母表示染料的色光、形态及特殊性能和用途等。根据染料产品的应用和性质的分类，染料的冠称有酸性、中性、直接、还原、活性、分散、硫化、阳离子等。染料的色称采用30个色泽名称：嫩黄、黄、深黄、橙、大红、红、桃红、玫瑰、品红、红紫、枣红、紫、翠蓝、湖蓝、艳蓝、深蓝、绿、深绿、黄棕、红棕、棕、深棕、橄槛、橄榄绿、草绿、灰、黑等。色泽的形容词采用“嫩”、“艳”、“深”三个字。染料命名中的词尾表示色光及性能的字母如下：B─蓝光、C─耐氯、D─稍暗、F─亮、G─黄光或绿光。I─还原染料坚牢度、K─冷染、L─耐光牢度较好、M─混合、N─新型、P─适用于印花、R─红光、T─深、X─高浓度。活性艳红X-B冠称色称词尾，冷染型，带蓝光染料的商品加工染料的商品化染料在合成以后多是大块状、结晶体形式存在，根据未来染色的要求和染整操作过程中的要求需要进行粉碎、溶解、分散或者加入稳定剂使其稳定存在。在没有新型染料母体出现的前提下染料的商品化成为提高染料附加值的一个重要方面分散染料：加入分散剂、扩散剂和润湿剂一起研磨到纳米级颗粒直接染料：加入硫酸钠作为填充剂，加入碳酸钠调节溶解性酸性染料：加入硫酸钠作为填充剂，加入纯碱增加溶解性染色牢度在服用或加工处理过程中，纺织品上的染料经受各种因素的作用而在不同程度上能保持器原来色泽的性能叫染色牢度染色牢度的大小直接关系到一支染料能否工业化。常见染色牢度的评价日晒牢度唯一分为8个级别的染色牢度皂洗牢度分为5级，也叫水洗牢度汗渍牢度同样分为5级摩擦牢度分为干摩擦和湿摩擦牢度两种升华牢度分散染料考察的一个指标其他牢度评价在进行牢度测定时染样要达到标准色深影响染料染色牢度的因素内因外因染料的结构染色的纤维种类染料在纤维上的状态染料与纤维的结合状态染色的色深染色后的处理染色后的纤维的使用环境染料索引《染料索引》的原英文名称ColourIndex，缩写为C.I.《染料索引》第三版中收集的染料品种结构近万种。对每一种染料都列出了它的应用分类类属、色调、应用性能、各项牢度等级、在纺织及其它方面的用途、化学结构、制备途径、发明表及有关资料来源，以及不同商品名称等。《染料索引》的后一部分对已明确化学结构的染料品种按化学结构分别另给以“染料索引化学结构编号”，如C.I.18835为C.I.酸性黄25的化学结构编号、C.I.22155为C.I.直接红13的化学结构编号。因此在《染料索引》中每一个染料品种，除化学结构不明确的以外都有两种编号。现在各国书刊及技术资料中均广泛采用染料索引号来代表某一染料。国外染料名称非常繁杂，借用《染料索引》的这两种编号，便于表示出某一个染料品种的结构、色泽、来源以及其它可供参考等内容。活性艳红X-BC.I.ReactiveRed1染色牢度指染色产品在使用过程中或以后的加工处理过程中，纺织物上的染料经受各种因素的作用而在不同程度上能保持其原来色泽的性能。保持原来色泽能力低的，即容易褪色，则染色牢度低，不容易褪色的染色牢度高。染色牢度是衡量染色产品质量的重要指标之一。染色产品的用途不同，对染色牢度的要求也不一样。如夏季服装面料应具有较高的耐洗及耐汗渍色牢度，而汽车用布则要求有良好的耐日晒及耐摩擦色牢度。4.1.2染色牢度一、染色牢度的概念染料在纤维上的染色牢度受许多因素的影响：染料的化学结构、染料和纤维的结合状态、纤维上的染料浓度、染料在纤维上的分布状态(如染料在纤维上的结晶形态、染料的分散或聚集程度等)、染色工艺、纤维的性质等。●染料的化学结构：如蒽醌、酞菁为母体结构的染料耐日晒色牢度较好，各类偶氮染料的耐日晒色牢度则相差较大，三芳甲烷类染料一般都不耐日晒。●纤维上的染料浓度：同一染料在同一品种纤维上，浓度低的耐日晒色牢度一般较浓度高的差，摩擦牢度的情况则与此相反。二、影响染色牢度的因素●染料和纤维的结合状态：水溶性染料如直接、酸性染料等，含有水溶性基团且染料与纤维之间的结合键能较弱，则耐洗色牢度一般较差，经固色后处理的染色物，耐洗色牢度可得到一定程度的提高。水溶性较差或水不溶性的染料，耐洗色牢度一般均较高。活性染料由于染料与纤维之间产生具有较强键能的共价键结合，因此耐洗色牢度较好。●染色工艺：如活性染料的水解、固色不充分、浮色多、染色后水洗及皂煮不良，均会导致耐洗色牢度降低。染色牢度一般以染料在纺织品上所受外界因素作用的性质不同而分类，主要有：日晒牢度分8级。1级为最低。每级有一个用规定的染料染成一定浓度的蓝色羊毛织物标样。它们在规定条件下日晒，发生褪色所需的曝晒时间大致逐级成倍地增加。这些标样称为蓝色标样。测定试样的日晒牢度时，将试样和八块蓝色标样在同一规定条件下进行曝晒，看它褪色情况和哪一个标样相当而评定其日晒牢度。二、常见的染色牢度及评价皂洗牢度分5级。以5级为最高，在规定条件下皂洗后色泽看不出什么变化；1级最低，褪色最严重。测定试样皂洗牢度时，将试样按规定条件进行皂洗（根据品种不同，皂洗温度一般分为40℃、60℃、95℃三种），淋洗、晾干后，和衡量褪色程度的灰色标准样卡（褪色样卡）比较而评定。在试验时，还可以将试样和一块白布缝叠在一起，经过皂洗以后，根据白布沾色的程度和衡量沾色的灰色标样比较，评定沾色牢度级别。5级表示白布不沾色，1级沾色最严重。汗渍牢度的定级方法和皂洗牢度一样，也分为5级，也有褪色和沾色两种测试方法。摩擦牢度有干、湿两种摩擦情况。试验时按规定条件将白布和试样摩擦，按原样褪色和白布沾色情况分别和褪色、沾色灰色样卡比较而评定级别。其它还有：耐干热(升华)色牢度，耐氯漂色牢度，耐气候色牢度，耐酸滴、碱滴色牢度，耐有机溶剂色牢度，耐海水色牢度，耐烟熏色牢度等。其染色牢度一般也分为5级。●标准浓度（深度）评定染料的染色牢度应将染料在纺织物上染成规定的色泽浓度才能进行比较。因为色泽浓度不同，测得的牢度是不一样的。为了便于比较，应将试样染成一定浓度的色泽。主要颜色各有一个规定的所谓标准浓度参比标样。这个浓度写作“1/1”染色浓度。一般染料染色样卡中所载的染色牢度都注有“1/1”、“1/3”等染色浓度。“1/3”的浓度为“1/1”标准浓度的1/3。染色牢度评价及标准●染色牢度标准国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandardization缩写为ISO)参照纺织品的服用情况，制定了染色牢度的测试方法及标准。各个国家也制定了相应的染色牢度国家标准AATCC标准（美国）JIS标准（日本）GB/T标准（中国）企业标准FZ/T标准（中国纺织行业）纺织品牢度检测时，应根据其适用范围来选用标准，同时应明确执行该标准方法的原理、适用的设备和材料、实验样品的制备、操作方法和程序以及实验报告的要求等。4.1.3染色基本理论（一）染料在溶液中的状态染料的电离染料的溶解染料的分散染料的聚集1.染料的电离•离子型染料在水溶液中会发生电离，从而使染料母体带上电荷–阴离子型染料电离后，母体带上负电荷–直接染料、活性染料、酸性染料、可溶性还原染料属于此类–D上的阴离子基团通常为磺酸基（—SO3-）、硫酸酯基（—OSO3-）、羧基（—COO-）等NaDNaD电离当染料投入水中，染料晶体结构因受水分子的极性作用而遭到破坏，染料能以单分子态与水化合而均匀地分布在水中，称为染料的溶解。–该体系称为染料溶液。一般是澄清、透明的体系。–染料的溶解度一般用每升水中所溶解染料的克数表示（g/L）。2.染料的溶解•影响染料溶解度的因素–染料结构：离子型染料溶解度高，分子型染料溶解度低–相对分子质量大小：大，溶解度低–PH值：利于电离，则利于溶解–温度：T提高，利于溶解–加入助剂•尿素、表面活性剂等助溶剂，使溶解度提高•中性电解质，使溶解度降低•当染料投入水中，染料晶体结构不能受水分子的极性作用而遭到破坏，染料只能以晶体态的形式均匀地分布在水中，称为染料的分散。–该体系称为染料分散液或染料悬浮液。一般是混浊、不透明的体系。–染料的分散必须在分散剂的作用下才能进行，否则会因染料的重力而产生染料的沉降，使体系分层。3.染料的分散•影响分散液（悬浮液）稳定性因素–粒子细化：2μm越小，越稳定–分散剂的性质及用量：分散作用强，用量大，稳定–分散液的温度：低，稳定–要及时配制电离后的单离子染料或溶解后的单分子染料又可能聚集