透析紡織印染工業中的酸性染料

湖北十堰市神風化工材料公司 崔利軍

眾所周知，染料是以紡織品印染加工為其主要消耗對象的。隨著我國紡織印染工業以及皮革、紙張等非紡織品著色的發展，國內對染料的需求量與日俱增。由于合成染料的環境污染問題，國外原來一些重要的生產國家和公司呈現不同程度的衰減，這也促成我國染料工業的快速發展和染料出口迅猛增長。我國已經成為世界上染料第一生產大國，也是染料進出口貿易量最大的國家，因此，紡織印染工業中的酸性染料廣受業內關注。

酸性染料的結構特點

染料的酸堿性不是指染液中H+和OH-兩種離子的平衡狀態，而是指染料中的主要顯色基團為陽離子還是陰離子，若染料的顯色基團為陽離子，則該染料為堿性染料。若染料的顯色基團為陰離子，則該染料為酸性染料。酸性染料是一類結構上帶有酸性基團的水溶性染料，在酸性介質中進行染色。酸性染料大多數含有磺酸鈉鹽，能溶于水，色澤鮮艷、色譜齊全，日曬牢度和濕處理牢度隨染料品種不同而差異較大。和直接染料相比，酸性染料結構簡單，缺乏較長的共軛雙鍵和同平面性結構，所以對纖維素纖維缺乏直接性，不能用于纖維素纖維的染色。不同類型的酸性染料，由于分子結構不同，因而它們的染色性能也不同，所采用的染色方法也不同。

酸性染料因結構上帶有酸性基因以及最初的酸性染色環境而得名，像酸性金黃、酸性大紅就屬于酸性染料的范圍之列。按照酸性染料的化學結構和染色的使用條件的差異性，酸性染料又可以分為強酸性染料、弱酸性染料等種類。像羊毛之類的蛋白纖維與聚酰胺纖維的印花與染色工藝都可使用酸性金黃之類的酸性染料進行染色處理，在各種皮革、造紙、化妝品等產品的著色以及一些食用色素都屬于酸性染料的應用范圍之列。酸性大紅、酸性金黃等不同酸性染料在實際的染色性質與染色方法上面也是有很大不同之處的。按化學結構可分為偶氮型、三苯甲烷型、蒽醌型、氧蒽型、亞硝基型和吡唑啉酮型等。酸性染料用途很廣，主要用于蛋白質纖維(如羊毛、蠶絲)和聚酰胺纖維的染色，對聚酰胺纖維、蛋白質纖維等具有直接性，需在酸性溶液中染色。

酸性染料在結構上大多是芳香族的磺酸基鈉鹽，其發色體結構中偶氮和蒽醌占有很大比重，另外還有三芳甲烷、吖嗪及靛藍、喹啉、酞菁及硝基亞胺等類發色體。各種結構中偶氮類酸性染料在品種和產量上都占首位，尤其是單偶氮和雙偶氮的最多，包括黃、橙、紅、藏青以及黑色等各色品種。蒽醌類的日曬牢度較好，色澤也鮮艷，主要是一些紫、藍、綠色染料，尤其以藍色最為重要，某些蒽醌結構的酸性染料可在酸性媒介染料的染色中起增艷作用。三芳甲烷類以紅、紫、藍、綠色為主，一般日曬牢度較差，有些艷藍品種不耐氧漂，但色澤十分濃艷，濕處理牢度較好。氧雜蒽類酸性染料的色澤和應用性能與三芳甲烷類相似，一般不單獨使用，主要用于酸性媒染染料的拼色增艷。

由于酸性染料分子親水性差，尤其是酸性黃色染料的溶解度很小，常溫下很難完全溶解，而是以絮狀懸浮在溶液中，并且以較慢的速度沉降，導致溶液各區域濃度不同，致使化驗室打小樣時，每次吸取的溶液中染料的實際含量與所需要的染料量不一致，打出的小樣與大生產不一致，難以指導生產。因此，為了減少大小樣的差別，必須在配制染料溶液時提高染料的溶解度。因為酸性染料的分子結構決定其疏水性強，而表面活性劑對拒水物質有增溶作用，又因酸性染料為陰離子染料，所以，可用陰離子表面活性劑(勻染劑)或非離子表面活性劑來提高酸性染料的溶解度。但選用的表面活性劑必須對酸性染料的性質(重現性、上色率和配伍性)沒有任何影響，這樣才能減少大小樣的差別。

酸性染料色譜齊全，色澤鮮艷，日曬牢度和濕處理牢度隨染料品種不同而差異較大。和直接染料相比，酸性染料結構簡單，缺乏較長的共軛雙鍵和同平面性結構，所以對纖維素纖維缺乏直接性，不能用于纖維素纖維的染色。不同類型的酸性染料，由于分子結構不同，因而它們的染色性能也不同，所采用的染色方法也不同。

酸性染料的應用范圍與應用領域

酸性染料都是用來染蛋白質纖維的，也就是蠶絲、羊毛、大豆纖維、牛奶纖維等等。這些蛋白質纖維都有基本的氨基酸分子結構，也就是既含有氨基正離子，又含有羧基負離子。它們在酸性條件下，羧基負離子被酸性的氫離子封閉，氨基正離子凸顯，與酸性染料的負離子電性吸引相結合，也就是發生了染色反應。如果是在堿性條件下，溶液中只有氫氧根負離子，它就跟纖維上的氨基正離子結合，搶占了陰離子染料的染座，上染率也就很低了。

酸性染料在羊毛、蠶絲、錦綸上的染色勻染性比較好，但濕處理牢度并非一致。通常情況下，染錦綸的勻染性差，而濕處理牢度則較好；染蠶絲的勻染性比較好，但濕處理牢度遜于羊毛染色牢度。在生產中強酸性浴染色的酸性染料主要用來染羊毛，而弱酸性浴和中性浴染色的酸性染料，除了染羊毛還可用于蠶絲和錦綸的染色。

酸性染料普遍存在色牢度差的問題，為此研究了新一代無醛酸性染料固色劑PCF，外觀呈無色透明液體，可用水任意稀釋，1%固色劑PCF水溶液pH值為2．0。經處理后的染色物，其水洗堅牢度有顯著改進，無色變，更不會有處理后被污染、粘著之顧慮。具有色光變化微小，皂洗、汗漬、摩擦牢度提高明顯的特點。PCF可與各種陽離子、非離子型的表面活性或陽離子型合成樹脂初縮體同浴使用。

酸性染料的分類

染料是能使纖維和其他材料著色的物質，分天然和合成兩大類。染料是有顏色的物質，但有顏色的物質并不一定是染料。傳統的酸性染料是指含有酸性基團的水溶性染料，而且所含酸性基團絕大多數是以磺酸鈉鹽形式存在于染料分子上，僅有個別品種是以羧酸鈉鹽形式存在。早期的這類染料都是在酸性條件下染色，故通稱酸性染料。

酸性染料按其化學結構和染色條件的不同分為強酸性、弱酸性、酸性媒介、酸性絡合染料等。酸性染料依據染料分子結構和染色條件的不同可分為強酸性染料、弱酸性染料、酸性媒介染料、酸性金屬絡合染料及中性染料。酸性染料的勻染性和濕處理牢度隨著染料結構的變化而不同。按染料對羊毛的染色性能來分，酸性染料可分為強酸浴、弱酸浴和中性浴染色的三類。

強酸性染料是一類染料分子較小，對羊毛纖維的親和力低，需在強酸性染浴中(pH≤4)染色，色澤鮮艷，勻染性好。化學結構類型主要有偶氮型、蒽醌型、三芳甲烷型及氧蒽型等。例如：酸性嫩黃、酸性蒽醌藍、酸性湖藍及酸性玫瑰紅等。強酸性染料是最早發展起來的一種酸性染料，要求在較強的酸性染浴中染色，其分子結構簡單，分子量低，含有磺酸基或羧基，對羊毛親合力不大，在羊毛上能勻移，染得均勻，但色光不深，耐洗牢度較差，且染色時對羊毛有損傷，染后的羊毛手感較差。

弱酸性染料分子較強酸性染料復雜，整個分子中所含的水溶性基團相對量較少，對羊毛纖維親和力較大，可在弱酸性或近中性染浴染色。弱酸性染料是在強酸性染料中通過增大分子量、引入芳砜基等基團或引入長碳鏈等方法即生成弱酸性染料。分子結構較復雜，對羊毛親合力較大，能在弱酸性介質中染羊毛，對羊毛無損傷，色光較深，堅牢度有所提高但不勻染。染色時除酸性染料的陰離子與羊毛分子的陽離子以離子鍵結合外，還借助于二者分子間的非極性范德華吸引力相結合。因此弱酸性染料勻染性欠佳，耐洗牢度好，故又稱為耐縮絨染料。化學結構類型以偶氮型和蒽醌型為主。例如：弱酸性黑BR、弱酸艷藍RAW。

酸性媒介染料是用某些金屬鹽（如鉻鹽、銅鹽等）為媒染劑處理后，在織物上形成金屬絡合物的酸性染料。酸性媒介染料染色時用金屬媒染劑(鉻鹽)處理后在纖維上生成染料金屬鉻合物，可提高染料的耐曬和耐濕處理牢度。但處理后的染品色調較暗，色光不易控制，不易配色，染色手續較煩瑣，但能得到耐曬、耐洗、耐摩擦牢度等性能較好的染品。

酸性金屬絡合染料是一類能與某些過渡金屬元素（如銅、絡、鈷等）生成內絡合物的酸性染料。可溶于水，其染品耐曬、耐光性能優良。它的染料母體和酸性媒介染料相似，與酸性媒介染料不同之處是酸性金屬絡合染料是染料與絡合劑先生成染料金屬絡合物，再進行染色，而媒介染料是先染色，再在纖維上生成染料金屬絡合物，前者染色手續簡便。在制備染料時，將金屬原子引入偶氮染料分子中，金屬原子與染料分子比為1∶1，故又稱1∶1金屬絡合染料。染色時不需要再用媒染劑處理。另一類酸性絡合染料分子中不含有磺酸基，而含有磺酰氨基等親水基團，分子中金屬原子與染料分子比為1∶2，故又稱1∶2金屬絡合染料。它在中性或弱酸性介質中染色，所以稱為中性染料。如中性灰2BL（即C．I．酸性黑60）。

酸性染料有偶氮型、蒽醌型、三芳甲烷型等，但大部分屬于偶氮染料。酸性絡合染料的生產與一般染料相似，但必須增加一步與金屬絡合的工藝，例如中性灰2BL，先由2-氨基苯酚-4-磺酰胺重氮化，與1-乙酰氨基-7-萘酚偶合，然后再用水楊酸鉻鈉絡合而成。

酸性染料的技術指標及染色原理

染色技術是使用染料對被染物進行染色加工的一種技術。一般指對紡織品的染色技術。可分為傳統染色技術和現代染色技術。近代紡織品染色始于18世紀，它是隨著化學纖維、染料和化學品以及設備的發展逐步建立起來的，現在已成為獨立的一個學科。

隨著人們生活質量不斷提高，也隨著現代新材料的不斷開發，新型纖維出現愈來愈快，品種愈來愈多，僅從我國生產的化纖來看，目前已有275大類之多。已經大量商品化的新合成纖維包括超細、PLA、PTT和PDT和相關的異形、差別化纖維等；新再生纖維包括Lyocell、竹原纖維等，以及各種多組分化學纖維，包括大豆蛋白、蠶蛹蛋白和牛奶蛋白纖維等。紡織品的組成和組織結構也日新月異，特別是多種纖維的混紡、交織和復合紡織品愈來愈多。

無論是用兩種染料同浴染色，或是一種染料染多種組分，為了使染料對多種組分均衡上染，提高同色性和包牢度，需要制定新的染色工藝，特別是控制升溫程序和調節染浴中的PH值，目前已有許多控制PH值的助劑供應，大多數是利用升溫過程使PH值從堿性滑向中性和酸性，也有反向滑動的，這對PH值敏感的纖維和染料染色非常有效，不僅減少纖維和染料的損傷，還可以提高上染率、同色性、勻染性和色牢度。利用此原理使活性染料與酸性染料可以同浴染棉/錦織物，并利用其水解染料具有酸性染料的性能，在酸性介質可上染錦綸，充分利用染料，并減少了污水中的水解染料。

酸性染料多適用于蛋白質纖維與尼龍纖維及真絲等，其特征是色澤鮮艷，但水洗牢度較差，干洗牢度優異，在天然色染色中使用比較廣泛。酸性染料應用與羊毛染色，染浴PH值是控制工藝的重要因素，對待不同特性的染料，使用強弱程度不同的酸或釋酸鹽。染浴酸性越強，上色越快，染液最終吸色越盡。酸的用量和選擇，以上色率達到90±2．5%為原則，如兩種染法都能達到，則選用PH較高的染法，確保勻染度，能用弱酸就不用強酸。

酸性媒染染料經媒染劑處理后，在羊毛上具有良好的耐光、耐洗和耐縮絨堅牢度，雖然染料色光不如酸性染料鮮艷，但顏色加深且成本低廉，因此仍為蛋白質纖維廣泛應用的深色染料。通常酸性媒染染料在羊毛上的耐光及耐濕處理牢度較酸性染料高，耐縮絨煮呢牢度較中性染料好。同時由于分子量較小，水溶性好，具有良好的勻染性，不僅用于精、粗梳毛紡織品，亦用于地毯紗的染色。經過酸性固色劑PCF處理的織物，無論是干、濕擦牢度，還是其他水洗、汗漬牢度都能達到標準要求。酸性媒染染料對于蠶絲、聚酰胺纖維染色也具有較好的牢度，但由于蠶絲很細，長時間染色處理易使絲斷裂、起毛；在染錦綸時由于親和力高低不等，而且染色后織物上殘余金屬媒染劑，經日光曝曬還會導致纖維強度的降低，故不如在羊毛纖維上應用廣泛。酸性染料是各類染料中品種最多的一類染料，強酸性染料由于對纖維損傷大，手感不良而發展緩慢，而弱酸性染料染色均勻，牢度頗佳，尤適于錦綸染色。

酸性染料一般能溶于水及酒精。通常能電離出Na+或H+、K+等一些無色的陽離子和有色的陰離子，如伊紅、苦味酸等。酸性染料中陰離子為有色離子，它可與細胞中帶正電荷的部分牢固地結合。細胞質中某些物質常帶正電荷，所以可與酸性染料中的有色陰離子牢固結合而被染上顏色。染色作用有時還隨溶液的PH值而變動。因細胞的主要成分是蛋白質，它含有氨基和羧基，在酸性溶液中，當溶液的PH值小于該蛋白質的等電點時，則蛋白質帶正電荷，易被酸性染料染色。在堿性溶液中，當溶液的PH值大于該蛋白質的等電點時，則蛋白質帶負電荷，易被堿性染料染色。酸性媒介染料在羊毛產品上印花，可用預媒或同媒法，不用后媒法。預媒法必須先將羊毛織物用醋酸鉻預處理，然后用酸性媒介染料照酸性染料印花工藝一樣應用。但此法的羊毛織物必須全部預處理，因此未印花部位的羊毛色澤發黃，實際應用不多。同媒法是在酸性媒介染料中挑選能同媒染色的染料，與媒染劑一起調入印漿，并且應用方便，印花方法與酸性染料相似。

酸性染料的染色工藝

染色是根據產品的用途，選用適合的酸性染料和加工方式，還要注意染色后工序對色牢度的影響，如先染色后縮絨的產品，則應選用耐縮絨的酸性染料。酸性染料主要用于蛋白質纖維以及聚酰胺纖維的染色，不論是散毛、毛條、絞紗(絲)、呢絨、絲綢或是這類纖維的針織品或其他織物，在染色前的準備和處理甚為重要。必須做到洗滌干凈、無油污垢漬及斑疵等。生產中往往由于前處理不完善而影響染色物的色澤鮮艷度和染色牢度。一般用少量純堿或洗滌劑在適當溫度處理后，沖洗干凈，使被染物具有均勻的潔白度，才可投入染色，如采用已洗凈的干坯染色，需先用60℃左右溫水或加滲透劑，如滲透劑BX充分潤濕浸透，使纖維膨化，冷卻到起染溫度，隨后加料染色。因酸性染料易溶于水，一般只需用溫水溶解，個別水溶性較差的可先用少量軟水打漿，然后加熱水攪勻，必要時，可用蒸汽沸煮，使染料充分溶解后方可加入染浴。因羊毛的品種各異，加上磨損、炭化、風化或氣候等影響，以及各種產品對染色的要求不同，應正確選用染料，并先作小樣試驗，才能獲得良好的效果。

毛紡織品的生產，在染色與紡織工序上的先后，視毛紡產品品種而定。粗紡呢絨多數是先染后紡，采取散毛染色，也有織成呢坯后匹染的；精紡花呢大都是先染后織，采用毛條或毛紗染色；素色產品則是織造后匹染。混紡織物對羊毛組分采用套染，有時亦可同浴染色。針織用毛紗和絨線的生產，絕大多數是采用絞紗染色；素色羊毛衫也有成衫后染色的。

酸性染料應用與羊毛染色，染浴PH值是控制工藝的重要因素，對待不同特性的染料，使用強弱程度不同的酸或釋酸鹽。染浴酸性越強，上色越快，染液最終吸色越盡。酸的用量和選擇，以上色率達到90±2．5%為原則，如兩種染法都能達到，則選用PH較高的染法，確保勻染度，能用弱酸就不用強酸，酸性染料染羊毛的方法通常有五種。一般生產上常用的是強酸浴染料染色、弱酸浴染料染色、中性浴染料染色、毛粘混紡織物染色。羊毛產品在印花或印色前的前處理很重要，為了使染料能很好地固著在纖維上和獲得較鮮艷的色澤，必須做到坯布的修補完善和清洗干凈，不要時需經漂白和氯化處理。烘干后，經緯紗線平直，不應直歪斜。

尼龍6是大分子主鏈上含有特征結構酰胺鍵的一類高分子材料，它的染色性能類似于羊毛。具有優異的強力、耐磨性及手感柔軟、質感輕盈等良好的服用性能，在合纖中占有重要的地位。尼龍6織物一般用分散染料、酸性染料及中性染料進行染色。對尼龍6織物的染色來說，酸性染料由于通過強的離子鍵或靜電引力作用與尼龍6末端胺基結合而獲得具有優良色牢度的鮮艷色澤，從而成為尼龍6織物染色的首選染料。酸性染料色譜齊全，牢度優異且經常使用。其中日曬牢度基本要在3-4級以上，皂洗、汗漬、摩擦牢度均要在4級以上，配伍性能好，而且有一定的覆蓋性能。尼龍織物染色可用浸染和卷染兩種，為防止產生皺印，尼龍織物用卷染染色機染色，設備在運行過程中無論大卷小卷都能保持張力的恒定，而且都能保持線速度的恒定，不會因為出現由此引起的色差，得色均勻，沒有色皺色條等疵病，染色一等品率高。特別適合小批量的染色，成本投入很小，生產的條件要求不高。

未來染色加工將建立在更加安全完善的生產加工鏈上進行，纖維材料、染料和化學品是環境友好的，對人體和環境不產生有害影響；生產加工是安全、生態的，不會破壞資源和污染環境；是高效和高度自動化的；產品是安全、有益健康和多功能的，以及整個生產鏈是受到嚴格監控的。為了建立清潔染色加工鏈，需要從原料、產品設計、加工和應用整個過程共同努力，建立一個清潔染色生產體系。隨著科學技術飛速發展，新的纖維，特別是多種纖維復合紡織材料會愈來愈多，紡織品的組織和結構會愈來愈復雜，要求的性能會愈來愈新和多，它們的加工，包括染色會愈來愈復雜，將來我國的紡織產品所含纖維種類也會愈來愈多。與此相適應的染料和化學品種類也會增多。因此，染色工藝和染色方法也將會迅速發展。

結束語

總之，傳統古老的染色，隨著現代科技發展和人們生活質量的提高，將會永葆青春，并進一步成為人類不可缺少的加工技術。目前我國已作為紡織染整加工生產大國，應該緊跟時代的進步，加強科技開發，特別是原創性技術開發，使我國盡快成為世界紡織染整強國，使染色加工處在世界領先地位。按照生態紡織品的要求以及禁用118種染料以來，環保染料已成為染料行業和印染行業發展的重點，環保染料是保證紡織品生態性極其重要的條件。環保染料除了要具備必要的染色性能以及使用工藝的適用性、應用性能和牢度性能外，還需要滿足環保質量的要求。我國染料行業經過多年的發展完成了由量到質的飛躍，在質量和檔次以及工業技術水平等方面有了大幅提升，未來的前景值得期待。