酸性染料的染色特点和适用范围

凡含有酸性基团，能在酸性、弱酸性或中性染液中直接上染蛋白质纤维和聚酰胺纤维的染料，称为酸性染料。其酸性基团绝大多数为磺酸基，少数为羧基，易溶于水，在水溶液中电离成为染料阴离子。

与直接染料相比，酸性染料的结构比较简单，分子中缺乏较长的共轭双键系统，因此对纤维素纤维缺乏亲和力。

根据酸性染料的化学结构、染色性能、染色工艺条件的不同，酸性染料可分成三类：强酸性染料、弱酸性染料和中性染色的酸性染料。强酸性染料，要求在强酸性条件下染色，颜色鲜艳，染物的湿处理牢度较低，一般用于羊毛的中、浅色染色；弱酸性染料，一般在弱酸性条件下染色，染物的湿处理牢度比强酸性染料高，用于羊毛、蚕丝、锦纶的染色；中性染色的酸性染料，在中性或弱酸性的条件下即可上染蛋白质纤维。这三类染料的性能比较见表3－5。

强酸性染料又称为匀染性酸性染料，弱酸性和中性染色的酸性染料耐羊毛缩绒处理，又称为缩绒性酸性染料。

表3－5　三种类型酸性染料的比较

（一）酸性染料对羊毛的染色原理

羊毛分子中既含有氨基，又含有羧基，可以用下面的简式表示：

氨基是碱性基，羧基是酸性基，在水中，氨基和羧基发生离解，形成两性离子：

在中性溶液中，羧基电离的数量多于氨基电离的数量，此时纤维带负电荷。若在溶液中逐步加入酸，使溶液pH 值逐渐降低，则氨基电离的数量上升，而羧基的电离受到抑制，纤维所带的负电荷逐步降低。当溶液的pH 值达到某一值时，纤维中电离的氨基和羧基数目相等，纤维则呈电中性，此时溶液的pH 值称为该纤维的等电点。据测定，羊毛的等电点为：pH＝4.2～4.8。羊毛中氨基的含量为0.8～0.9mol／kg。溶液的pH 值进一步降低时，纤维中电离的氨基数量超过电离的羧基数，此时纤维带正电荷。

综上所述，当溶液的pH 值在等电点以下时，纤维带正电荷，纤维中—含量较高；当溶液pH 值在等电点以上时，纤维带负电荷，纤维中—COO－含量较高；在等电点时，纤维中和—COO－的含量相等，纤维不带电荷。

1.强酸性染料染色　强酸性染料分子结构较简单，磺酸基在整个分子中所占的比例较大。在一般的染色浓度下，染料在染液中电离成为阴离子，很少聚集。在染液中还存在无机酸的酸根阴离子，如Cl－、。随着溶液中H＋被羊毛吸附，染料阴离子和无机酸根阴离子由于库仑力的作用也必然被羊毛吸附。由于无机阴离子在染液和纤维中的扩散速率远大于染料阴离子，因此首先是无机阴离子进入纤维，与纤维中的— 结合，此时溶液中无机酸根阴离子浓度的降低速率大于染料浓度的降低速率。随后，由于染料分子与纤维之间除了静电引力外，还有范德瓦尔斯力和形成氢键的能力，因此染料阴离子逐渐取代无机阴离子与纤维中的—＋NH3发生离子键结合，整个吸附过程可简单表示如下：

式中：A－——无机酸根阴离子；

D－——染料阴离子。

在整个染色过程中染液内H＋、D－和A－的浓度变化如图3－13 所示。

上述分析也同时说明，当羊毛用强酸性染料染色时，在染液中加入中性电解质，以提高无机阴离子的浓度，具有缓染作用，并能促进染料的移染，有利于获得匀染。硫酸根阴离子对羊毛的亲和力比氯离子大，所以元明粉的缓染作用比食盐强。同理可知，在染液中加入阴离子表面活性剂也起缓染作用。

强酸性染料上染羊毛的速率与染液的pH 值有关，图3－14 是在不同酸性的染浴中的上染速率曲线。强酸性染料结构简单，与纤维之间的范德瓦尔斯力和氢键力较小，它与纤维的结合主要是离子键结合。在酸性较弱时，纤维所带的正电荷少，纤维中的— 少，所以上染速度和上染百分率均较低。

图3－13　染色过程中溶液内离子浓度变化示意图

图3－14　酸对酸性染料上染的影响（染料为酸性蓝BS）

1—染液中含3%H2SO4　2—染液中含3%HAc　3—染液不含酸

羊毛表面有鳞片层，结构比较紧密，对染料的扩散有较大的阻力，所以羊毛的染色一般要在近沸的条件下进行。染色饱和值相当于按羊毛中氨基含量计算所得的数值。由于羊毛中氨基含量较高，所以染色饱和值是相当高的。强酸性染料与纤维之间的范德瓦尔斯力、氢键力较小，离子键也有一定的离解性，因此移染性较好，而染物的湿处理牢度则相应较低。

2.弱酸性染料的染色　弱酸性染料的分子结构较复杂，磺酸基在整个分子中所占的比例比较小，纤维和染料之间有较大的范德瓦尔斯力和氢键力，所以除了离子键结合外，还能以范德瓦尔斯力和氢键固着在纤维中。羊毛用弱酸性染料染色时，染液的pH 值一般为4 ～6，在羊毛等电点附近或略高于羊毛的等电点。当染液的pH 值为等电点时，纤维不带电荷，染料依靠范德瓦尔斯力和氢键上染纤维。上染后，染料阴离子再与纤维中的— 成离子键结合。此时在染液中加入中性电解质，对染料被纤维的吸附影响较小，却能延缓染料阴离子与—的结合，起缓染作用。在羊毛等电点以上染色时，羊毛带负电荷，酸性染料阴离子从染液向纤维表面靠拢时，受到静电斥力的作用，所以这时染料上染的原理与强酸性染料不同。当染色时染料阴离子通过热运动靠近纤维时，范德瓦尔斯力和氢键发生作用，克服静电斥力而使染料被纤维吸附。

弱酸性染料染色的饱和值，超过纤维中按氨基含量计算的饱和值。说明此时染料除了离子键外，还通过范德瓦尔斯力和氢键与纤维结合。

在染浴中加入中性电解质，会使纤维上染时受到的静电斥力下降，提高上染速率和上染百分率。

增加染液中酸的用量，会使纤维中— 增加，纤维所带的负电荷减少，上染速率和上染百分率提高。

在染浴中加入阴离子表面活性剂可起缓染作用。

3.酸性染料中性染色　中性染色的酸性染料在中性或近中性的条件下染羊毛时，纤维带有较多的负电荷，染料阴离子必须克服较大的静电斥力才能上染纤维。此时酸性染料上染羊毛的情况与直接上染纤维素纤维相似，染料靠范德瓦尔斯力和氢键上染纤维，并以此两种力固着在纤维中。在染液中加入中性电解质起促染作用，能提高上染速率和上染百分率，在染液中加入酸，显然也能提高上染速率和上染百分率。

（二）酸性染料对羊毛的染色工艺(www.xing528.com)

1.强酸性染料的染色工艺　染液一般处方：

pH＝2～4，浴比1 ∶20～1 ∶30。

染色工艺过程：染物于30～50℃入染，以每1～1.5min 升温1℃的速率升温至沸，再沸染45～75min，然后水洗烘干。

元明粉起缓染作用，并有利于移染。染浅色时，用量应高些。染液中加入阴离子型或非离子型表面活性剂，均有缓染作用，并有利于匀染。染浅色时，硫酸的用量可少些，使上染速率较低，有利于匀染，染深色时，硫酸用量应高些，以获得较高的上染百分率。

强酸性染料上染羊毛的始染温度一般宜30℃入染，并采用缓慢升温以控制上染速率。沸染的时间影响染料的扩散、透染性、上染百分率、移染及匀染性。如果沸染时间太短，透染性差，则不能通过移染而匀染，会影响染色牢度；沸染时间太长，有些染料得色浅、萎暗，并且织物易发毛，毛线易毡并。一般染深色时，沸染时间宜长些。

2.弱酸性染料的染色工艺　染液一般处方：

pH＝4～6，浴比1 ∶20～1 ∶40。

染色工艺过程：染物于50～60℃入染，以每1.5min 升温1℃的速率升温至70℃，再以每2～4min 升温1℃的速率升温至沸。再沸染45～75min，然后水洗。

扩散剂、渗透剂有利于纤维的润湿、膨化及染料扩散，并有缓染和匀染作用。醋酸用来调节pH 值。pH 值根据染料的性能及颜色深浅决定。匀染性差的染料，pH 值适当高些，也可用硫酸铵代替部分醋酸，或分两次加入醋酸。匀染性较好的染料，染液pH 值应低些。染液中是否加中性电解质可按具体情况决定，例如在pH 值为5 以上染深色时，可加10%～15%（对染物重）元明粉促染，但元明粉应在染色一段时间后加入。

弱酸性染料在60℃以下时上染羊毛的速率很低，对匀染性的影响较小，始染温度可比强酸性染料染色时高，一般为50℃。弱酸性染料的移染性低，在染色初期造成的上染不匀不容易通过移染而获得匀染，因此升温速率宜慢些。沸染时间也根据颜色深浅而定，颜色深的沸染时间要长。

3.中性染色的酸性染料的染色工艺　染液处方举例：

pH＝6～7，浴比1 ∶20～1 ∶40。

染色工艺过程与弱酸性染料相同。

元明粉起促染作用，在染色一段时间后加入。硫酸铵在染液中水解，使染液带微酸性，在温度较高时，氨挥发逸出，染液pH 值逐渐降低，有利于获得匀染和较高的上染百分率。

在近中性条件下染色时，羊毛具有一定的还原能力，对还原作用较敏感的染料，在染液中可加入少量的氧化剂，如重铬酸钠0.25%～0.50%，但用量不宜太高，最后染色温度不宜超过95℃。

（三）酸性染料对蚕丝的染色原理及工艺

与羊毛相似，蚕丝分子中既含有氨基，又含有羧基，属于两性纤维。丝朊中氨基的含量为0.12～0.20mol／kg 纤维，比羊毛氨基含量低。丝朊等电点的pH 值为3.5～5.2。

酸性染料是蚕丝染色的主要染料，丝朊对酸的稳定性比羊毛低，在强酸性条件下染色时，蚕丝的光泽、手感、强力都受到影响，因此强酸性染料在蚕丝染色中应用很少，大都用弱酸性染料染色。

弱酸性染料染蚕丝时，染液pH 值一般控制在4 ～5.5，常用醋酸调节。染料阴离子依靠范德瓦尔斯力和氢键上染纤维，在纤维中与— 生成离子键结合，也以范德瓦尔斯力和氢键固着在纤维上。

中性染料染蚕丝时，染液pH 值一般控制在6 ～7，用醋酸铵控制。染料阴离子与蚕丝纤维间最终以氢键、范德瓦尔斯力相结合。

染液处方：

染色温度为90～95℃。

蚕丝绸染色既要求有良好的鲜艳度，也应兼有较高的染色牢度。

影响弱酸性染料蚕丝织物染色的因素是多方面的。对于印染工作者来说，要根据来样色泽和织物组织规格合理选择染料及加工设备，认真研究染料的各种染色性能，制定合理的染色工艺。影响产品质量的工艺因素如下。

1.染液pH 值　蛋白质纤维在酸性介质中能抑制羧基电离或增加正电荷。酸性越强，纤维上带正电荷的染座越多，酸性染料的上染就越快、越多。因此，酸在染色过程中起促染作用。为了提高染料的上染百分率，并控制一定的染色速率，达到均匀染色的目的，生产上应根据酸性染料的结构（包括染料分子大小、形态和生成氢键基团、磺酸基团的多少等），或者说按照染料亲和力的大小，分别采用不同的染色pH 值。如分子较简单的弱酸性染料卡普仑桃红BS 等，一般可用冰醋酸调节染液pH 值在4～5.5 左右。但冰醋酸不宜在染色开始时加入，否则也会因上染快产生染色不匀。而对于分子结构较大、扩散性能较差的弱酸性染料，最好在中性浴染色。

2.电解质　对于在弱酸浴或中性浴染色的酸性染料来说，食盐起促染作用。

3.温度　弱酸性染料由于分子结构相对比较复杂，聚集程度较大。升高温度可降低染料在水溶液中的聚集度，还可以增加染料分子在染浴中以及在纤维上的动能，提高染色速率，增加上染百分率。此外，纤维在高温染浴中可以获得充分的膨化，便于染料分子进入纤维内部，使染色更加匀透。所以温度对染色质量的影响是很大的。若染色温度或升温过程控制不好，则容易产生色差、色花等染色疵病。由于蚕丝绸长时间沸染后容易引起灰伤，光泽变暗，所以染色时，一般宜采用95℃左右的温度，时间为1h 左右。

4.坯绸质量　坯绸质量是指坯绸前处理质量，它对色泽鲜艳度和匀染效果的影响也不可忽视。俗话说，染整加工，坯绸是基础，工艺是关键。对于蚕丝绸的前处理，首先要求脱胶程度均匀一致。若脱胶不匀或不充分，则易产生染色不匀，而且染色绸的手感、光泽也差。为了克服蚕丝染色绸的灰伤疵病，除了注意选择设备和工艺操作外，还应控制染色坯绸的练减率为21%左右，稍低于练白绸（23%左右）。因为在高温染色时，坯绸中的丝胶还可以进一步脱除，倘若坯绸精练过度，染色时就更容易造成擦伤、茸毛等疵病。

5.水质　一般来说，水的硬度对酸性染料的染色可以带来三方面的影响。酸性染料遇硬水中Ca2＋、Mg2＋等重金属离子，便生成难溶性的染料钙盐或镁盐，染色时不仅浪费染化料，而且容易造成色斑色块，引起色泽萎暗。对于一些分子结构比较大的弱酸性染料，如普拉黄R 等，当水质硬度在100mg／L 时，便有沉淀析出。硬度越高，析出的沉淀越多，结果使染色绸得色降低，色泽变淡而萎暗，以至影响染色的正常进行。硬水使染料沉淀析出，这是第一方面的影响。事实上，硬水中Ca2＋、Mg2＋对染料还存在促染作用。当水质硬度小于100mg／L（实际生产用水大多小于100mg／L）时，硬水的主要作用便是促使染料有较高的上染。如卡普仑桃红染色时，水质硬度高时得色浓，硬度低得色淡。所以水质不稳定，用水硬度忽高忽低，则染色绸批与批之间极易产生色差。硬水中的Ca2＋、Mg2＋等离子的促染效果比电解质中的Na＋还要显著，不过促染过快，特别对浅淡色很容易产生色花。所以，染色用水的硬度以控制在10mg／L 以下为宜。其次，水的硬度不同往往也是造成染液pH 值不稳定的因素，硬度高的染液，高温沸染时其pH 值会有显著提高，这对于染色也是一种不利因素。