阳离子染料的详情介绍

阳离子染料是随着石油化工的发展而产生，20世纪50年代随着丙烯腈纤维的出现，瑞士Geigy公司和德国的Bayer公司相继开发出用于丙烯腈纤维的阳离子染料。我国在60年代初也相继研究开发生产出第一代多种阳离子染料。70年代又开发出第二代X型阳离子染料，扩大了色谱范围，改进了染色性能，考虑了三元色之间的配伍性。70年代试制生产了第三代M型阳离子染料，称之为迁移性阳离子染料，可适用于各种丙烯腈纤维染色。

世界生产染料的发达国家，其生产阳离子染料和碱性染料产量的总和只占染料总产量的10%以下。上世纪90年代中统计我国阳离子染料产量有2千多吨/年，只占染料总产量1%多，而且还部分出口。阳离子染料中以X型三原色和阳离子桃红FG及艳红5GN 为产量较大的品种。

近年来国内外致力于研究开发染色性能优良、专用性，结构新的品种，以及老产品工艺改进，节能降耗、三废治理等领域。 

阳离子染料可按应用性能和化学结构类型两种分类方法分类。按应用性能中国将现有的染料分为普通型、X 型和M型。按化学结构是依据染料分子中阳离子电荷与染料发色团共轭体的组成形式不同分为隔离型和共轭型两种。 

(1)隔离型阳离子染料:染料分子中的正电荷通过隔离基和染料的发色团的共轭体系相连接，正电荷是固定在季铵盐的氮原子上。阳离子染料的特点是给色量稍低，色光不十分鲜艳，但耐热、耐晒、耐酸碱，稳定性好。例如阳离子红GTL（C.I.碱性红 18 (C.I.11085)(英文名称Cationic Red GTL)，其结构式如下：

阳离子红GTL为暗红色粉末，溶于水，呈暗红色，在浓硫酸中呈红光橙色，稀释后成红色，染腈纶呈暗红色。采用N-乙基苯胺羟乙基化，氯化，氨化；2-氯-4-硝基苯胺重氮化与上述氨化物偶合，再经甲基化，过滤，干燥制得。用于腈纶及其混纺织物的印染，也可用于改性腈纶、涤纶的染色，和醋酸纤维织物的印花。

（2）共轭型阳离子染料：染料分子中的正电荷是染料发色团共轭体系的组成部分，正电荷不是固定在某个原子上，而是可以移域的。这类染料的特点是色泽鲜艳，着色力高，但耐晒牢度中等。例如阳离子黄X-6G(C.I.48056)(英文名称Catinic Yellow X-6G) ，其结构式如下：

阳离子黄X-6G为棕黄色粉末，微溶于冷水和热水，印染腈纶呈艳绿光黄色。采用1，3，3-三甲基吲哚啉乙醛与对氨基苯甲醚缩合，经过滤，干燥制得。用于腈纶及其混纺织物的印染，也可用于醋酸纤维，聚氯乙烯纤维和改性腈纶纤维的印花。

阳离子染料是丙烯腈纤维的专用染料，染色方法是在弱酸性（pH值在4.5左右）的浴缸中，以醋酸和醋酸钠为缓冲剂，在电介质和适量助剂存在下，接近沸腾染色。染色机理可分三步： 

（1）染浴中的染料阳离子被吸附于纤维表面。

（2）染料阳离子由纤维表面向内部扩散。

（3）染料阳离子与纤维所含阴离子基团成盐键结合。

在正常染色条件下，最后一步的成盐为不可逆反应，可导致牢度高而染色不匀。首尾两步反应快，第二步扩散慢，它决定整个染色速度。由于染料与纤维间亲合力大，为求得匀染效果，须严格控制染浴温度、pH值、电解质、缓染剂等。

阳离子染料对腈纶的亲和力大，染色时由于吸附快而扩散慢，容易产生染色不匀现象，而一旦产生染色不匀，很难通过延长染色时间的方法纠正。阳离子染料染色时，为得到均匀的染色结果，应适当降低上染速率。影响阳离子染料上染速率的因素除腈纶的种类外，还有以下几个方面：

1.温度

温度是控制匀染的重要因素。腈纶用阳离子染料染色时，在75℃以下上染很少，当染色温度达到纤维的玻璃化温度(75-85℃)时，染料的上染速率迅速增加。因此，当染色温度达到纤维的玻璃化温度时，应缓慢升温，一般每2～4 min升温l℃。也可在85～90℃时保温染色一段时间后，再继续升温至沸。

2.染浴pH值

染浴中加酸，可抑制腈纶中酸性基团的离解，降低纤维上的阴离子基团的数量，使染料与纤维间的库仑引力减小，染色速率降低。pH值对上染速率的影响以含羧酸基的腈纶更为显著，含磺酸基的腈纶的上染速率受染浴pH值的影响较小。染色时应合理控制染浴的pH值。阳离子染料一般不耐碱，染色的最佳pH值一般为4-4.5，染深色时染浴的pH值可高些，染浅色时应在较低的pH值下进行。染浴的pH值一般用醋酸调节，醋酸既可降低染浴pH值，又能提高染料的溶解度。在染浴中同时加入醋酸钠，可稳定染浴的pH值在要求的范围内。

3.电解质

在染浴中加入电解质，如元明粉、食盐等，可降低阳离子染料的上染速率，具有缓染作用。电解质对K值1~1.5的染料无明显的缓染作用，对K值3~5的染料有缓染作用。电解质的缓染作用随染色温度的提高丽降低。染浅色时，电解质的用量可高些，约5%～10%(o.w.f.)，染深色时可不加。

4.缓染剂

在阳离子染料染色中常加缓染剂以降低上染速率，得到均匀的染色效果。阳离子染料的缓染剂有阳离子缓染剂和阴离子缓染剂两类。

阳离子缓染剂是阳离子染料染色最常用的缓染剂，大部分是阳离子表面活性剂，如1227表面活性剂(匀染剂TAN)、1631表面活性剂(匀染剂Ⅳ州)。阳离子缓染剂对腈纶具有亲和力。对于分子较小、与纤维亲和力较小的阳离子缓染剂，由于扩散速率快，染色时首先占据纤维上的染座，等染料阳离子进入纤维后，由于缓染剂与纤维的亲和力小于染料与纤维的亲和力，会逐步被染料所取代，从而使上染速率降低。这类缓染剂用量不能过大，否则会使上染集中在染色后期，反而造成染色不匀。对于分子结构复杂、与纤维亲和力较大的阳离子缓染剂，染色时能与阳离子染料竞染，从而降低阳离子染料的上染速率，但由于阳离子缓染剂会在纤维中占据一定的染色位置，因而使阳离子染料的上染百分率降低。这类阳离子缓染剂用量越高，缓染作用越显著，但染物得色变浅。　阳离子缓染剂的用量根据所用染料的性质和浓度而定，对K值小的染料或染浅色时，阳离子缓染剂用量较高，对K值较大的染料或染深浓色时，缓染剂的用量较低。阳离子缓染剂对腈纶也有饱和值，而且与阳离子染料也存在配伍值的问题，对亲和力较高的阳离子染料应采用亲和力较高的阳离子缓染剂。在染色处方中，阳离子缓染剂和阳离子染料的用量之和不应超过纤维的染色饱和值。

除上述阳离子缓染剂外，还有另外一类阳离子缓染剂，即聚合型阳离子缓染剂，如缓染剂A。这类缓染剂分子较大，聚合度达几百，每个大分子含有几百个阳离子基团，它不可能进入纤维内部，只能覆盖在纤维表面，使阳离子染料与腈纶的库仑引力大大降低，从而降低染料的上染速率。这类缓染剂的缓染能力比阳离子表面活性剂更强，而且不占据纤维中的染座，对腈纶的染色饱和值不产生影响。

阴离子缓染剂大多是带负电荷的芳烃磺酸盐，可与阳离子染料结合成溶解度较低的复合物，并借助非离子助剂的分散作用悬浮于染浴中，所形成的复合物对纤维的亲和力较小。染浴中加入阴离子缓染荆后，由于降低了游离的染料阳离子浓度，使染料的上染速率减缓。随着染色温度的提高，复合物逐渐分解，释放出游离的染料阳离子，使上染速率逐渐提高，从而达到匀染的目的。由于复合物的溶解度较低，为避免产生沉淀，在加入阴离子缓染剂的同时，需要加入非离子型表面活性剂。使用阴离子缓染剂，染料上染百分率的降低较用阳离子缓染荆明显。

使用阴离子缓染剂后，阳离子染料和阴离子染料可以同浴染色，为腈纶混纺织物用阳离子染料/酸性染料、阳离子染料/活性染料一浴法染色创造了条件。 

阳离子染料染色织物后对人体无害，但阳离子染料在生产过程及染色过程，采用了许多对人体及环境有害的化学品。因此无论在生产及染色过程都要依据不同品种采用的原料和染色过程产生的废水、废气等废弃物采取严格的防护措施，严格按照环保要求的指标治理和达标排放。

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