染色时根据不同情况,往往需要使用一定的助剂,以加速染料的上染或延缓染料的上染。凡是具有加速染料上染作用的助剂称为促染剂(accelerating agent)。凡是具有延缓染料上染作用的助剂称为缓染剂(retarding agent)。由于染料与纤维的种类很多,染色原理也不一样,实际染色时,有的要加促染剂,有的则要加缓染剂。同一助剂在一种情况下可以作为促染剂,但在另一情况下,往往又可作为缓染剂。加促染剂除了为提高染色速率外,提高上染百分率也是主要目的。加入缓染剂是为了获得匀染效果,一般会降低染料的上染百分率,所以要注意控制用量。
(一)中性电解质
在促染和缓染中常用的中性电解质有氯化钠(食盐)、硫酸钠(元明粉)等。根据染色情况不同,中性电解质有时起促染作用,有时则起缓染作用。
在染液中表面带负电荷的纤维,例如纤维素纤维,用阴离子染料染色,在染料对纤维素的亲和力较低的情况下,通常可用中性电解质作促染剂。在染液中加入中性电解质后,染液内的钠离子和氯离子(或硫酸根离子)的浓度提高,氯离子受到纤维表面阴电荷的斥力,而钠离子受到纤维表面阴电荷的引力,造成在纤维表面附近的溶液内的钠离子浓度比距离纤维表面较远的溶液内的钠离子浓度高,氯原子的情况则相反,这样的变化,使染料阴离子向纤维表面移动时所受到的电荷斥力减小。另一方面,染料阴离子从染液向纤维表面移动时,即被纤维吸附,为了维持电荷中性,势必伴有相应数量的钠离子一起移动。由于纤维表面附近钠离子的浓度高,在较远的地方浓度低,钠离子从浓度低的地方向浓度高的地方移动需要克服一定的阻力,消耗一定的能量。在染液内加入电解质后,由于钠离子浓度大大增加,降低了纤维附近与其他地方钠离子的浓度差,因此钠离子伴随染料阴离子向纤维表面移动需要消耗的能量比较小。
染料分子结构中酸性电离基越多,即在水溶液中染料阴离子所带阴电荷越多,电解质的促染作用就越显著。
在染液中带正电荷的纤维用阴离子染料染色或带负电荷的纤维用阳离子染料染色时,在染液中加入中性电解质起缓染作用。例如,羊毛用强酸性染料,腈纶用阳离子染料染色时,染料上染速率较快,为了获得较好的匀染效果,常使用中性电解质作缓染剂。
羊毛用强酸性染料染色时,染液的pH 值在羊毛的等电点以下,纤维带正电荷,酸性染料是阴离子染料,染料阴离子与纤维之间存在静电引力、范德瓦尔斯力和氢键,吸附速度较快。染液中加入中性电解质后,电解质的阴离子被纤维所吸引,在纤维表面附近的溶液中(吸附层)的浓度较高,使纤维与染料阴离子之间的静电引力降低,吸附速度降低。电解质的阴离子扩散较快,将先于染料阴离子扩散到纤维中,与纤维离子化的氨基结合。电解质浓度越高,这种结合的可能性就越大。但染料阴离子对纤维的亲和力大于无机阴离子对纤维的亲和力,因此随着染料阴离子的不断被吸附和扩散,将逐渐取代与纤维结合的电解质阴离子而与纤维结合,由于电解质阴离子和染料阴离子之间发生了这种对染色位置的竞争(称之为竞染),因而降低了染料的上染速率。
腈纶用阳离子染料染色时,腈纶中的酸性基团发生电离,纤维带负电荷。染料阳离子受到纤维的静电引力,吸附速度较快。染液中加入中性电解质后,使纤维与染料阳离子之间静电引力减弱,从而使吸附速率降低。电解质的阳离子扩散速率较快,也能与纤维中的酸性基团结合,竞争染色位置,因而降低染料的上染速率。
(二)酸
染液的pH 值对于染料的上染速率也有很大的影响,根据染色机理的不同,染液中加入酸或增加酸的用量,降低染液的pH 值,对有些染料起促染作用,对另一些染料则起缓染作用。(www.xing528.com)
蛋白质纤维或聚酰胺纤维用酸性染料染色时,增加酸的用量,可提高染料的上染速率。蛋白质纤维和聚酰胺纤维分子中含有氨基,增加酸的用量,使离子化的氨基增加,纤维与阴离子染料之间的静电引力增强,吸附速率和固着速率都提高。
在染液中表面带负电荷的纤维用阴离子染料染色时,染液中加入酸也起促染作用。当染料分子中含有羧基等弱的酸性电离基时,加入酸使染料的电离降低,所以纤维与染料之间的静电斥力下降,染料的上染速率提高,例如维纶用中性染料染色时,就会发生这种现象。
腈纶用阳离子染料染色时,增加酸的用量会抑制纤维中酸性基团的电离,使纤维中的染色位置减少,纤维和染料阳离子之间的静电引力下降,因而降低染料的上染速率。
(三)起缓染作用的表面活性剂
这种表面活性剂根据作用机理可以分成两类:一类主要通过与纤维的作用降低染色速率,称为纤维亲和性缓染剂;另一类主要通过与染料的作用降低染色速率,称为染料亲和性缓染剂。
1.纤维亲和性缓染剂 当纤维所带的电荷和染料离子所带的电荷符号相反时,使用与染料离子电荷符号相同的表面活性剂,由于表面活性剂离子与染料离子竞争染色位置,从而使染料上染速率降低。
例如,腈纶用阳离子染料染色时,使用阳离子缓染剂。缓染剂使阳离子染料上染速率降低的机理与中性电解质缓染机理相同,但缓染剂阳离子对纤维的亲和力比电解质阳离子高,因此缓染作用较显著,但对上染百分率的影响也较大。又如,羊毛用强酸性染料染色和锦纶用弱酸性染料染色时,使用含有磺酸基的阴离子表面活性剂,也起降低染料上染速率的作用。
2.染料亲和性缓染剂 染色时,使用非离子或与染料离子的电荷符号相反的表面活性剂,也起缓染作用。非离子型表面活性剂除了有润湿、分散等作用外,它能与染料形成氢键结合而延缓染料的上染。例如,腈纶用阳离子染料染色、纤维素纤维用还原染料隐色体染色、蚕丝用酸性染料染色时,染液中加入平平加O 都能起缓染作用。
当使用的表面活性剂的电荷符号与染料离子相反时,表面活性剂的离子就会与染料离子相结合,使染液中的染料离子浓度及移动速率降低,因而降低上染速率。例如,腈纶用阳离子染料染色时,在染液中加入阴离子表面活性剂,能显著地降低染料上染速率。表面活性剂离子与染料离子形成的结合物的溶解度一般较低,容易凝聚、沉淀,因此在加入这种表面活性剂前要加入非离子型表面活性剂。
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