有许多染料对植物或动物纤维并不具有亲和力,因此不能获得坚牢的颜色,但可用一些方法使它与某些金属盐形成络合物坚牢地固着在纤维上,这样的染料叫媒染染料或媒介染料。使用的金属盐称为媒染剂。不同的金属盐,可得到不同的颜色,这就是媒染染料的多色性。天然的植物染料大多是媒染染料。
酸性媒染染料含有磺酸基、羧基等水溶性基团,是一类能与某些金属离子生成稳定络合物的酸性染料。酸性媒染染料既是酸性染料,又具有媒染染料的基本结构和性质,能像酸性染料那样上染羊毛。
酸性媒染染料染色时若未用媒染剂处理,湿处理牢度很差。经媒染剂处理后,在染料、纤维、金属离子之间生成络合物,才使染物具有良好的湿处理牢度。常用的媒染剂是重铬酸钾或重铬酸钠。
酸性媒染染料色谱较全,价格便宜,耐晒牢度和湿处理牢度都很高,耐缩绒和煮呢的性能也较好,匀染性好,是羊毛染色的重要染料,常用于羊毛的中、深色染色,在散毛、毛条和匹染染色中都有广泛的应用。但染色时工艺较复杂,染色时间较长,颜色不及酸性染料鲜艳,常排放出较多的含铬废水。
染色方法有预媒染法、后媒染法及同浴媒染法三种。预媒染法是羊毛先用媒染剂处理,然后用酸性媒染染料染色。后媒染法是羊毛先用酸性媒染染料染色,再用媒染剂处理。同浴媒染法是将染料和媒染剂放在同一浴中,染色和媒染同时进行。实际生产中最常用的是后媒染法。
酸性媒染染料的染色需经染色和媒染两个步骤来完成,所以工艺较繁复。为了应用方便,可事先把某些金属离子以配位键形式引入酸性染料母体中,成为金属络合染料,称为酸性含媒染料,一般分成1 ∶1 型和1 ∶2 型两种。前者要在强酸性条件下染色,称为酸性络合染料。后者在弱酸性或近中性条件下染色,称为中性络合染料,简称中性染料。
酸性络合染料易溶于水,颜色较鲜艳,耐晒牢度一般为5 ~6 级,有的可达7 级。湿处理牢度大部分优于酸性染料而稍低于酸性媒染染料,对羊毛的亲和力较高,上染速率快,移染性较低,匀染性较差,染物经煮呢、蒸呢后色光变化较大。
中性染料分子体积较大,在水中溶解度较低,在染液中电离成染料阴离子,与纤维分子间生成氢键,并有较大的范德瓦尔斯力。
中性染料染毛织物,各种染色牢度较高,中、浅色耐晒牢度也较好,染物经煮呢、蒸呢后色光变化较小,各染料之间的扩散性能的差异较小,但颜色鲜艳度不及酸性络合染料,匀染性、遮盖性也较差。
(一)酸性媒染染料染色
1.酸性媒染染料对羊毛的染色原理 预媒染法染色时,羊毛先用媒染剂处理,然后在酸性溶液中用酸性媒染染料染色。
用重铬酸钾或重铬酸钠作媒染剂时,重铬酸根离子和铬酸根离子有如下的平衡:
溶液的pH 值降低,重铬酸根离子增加;pH 值升高,铬酸根离子增加。
当pH =3 ~4 时,羊毛带正电,纤维中— 含量较高,所以及很容易被吸附,并与—成离子键结合。及 是相当强的氧化剂,可以氧化羊毛中胱氨酸基和蛋氨酸基中的二硫键,或酪氨酸基中的羟基,本身被还原成Cr3+。总的反应可写成下式:
在反应过程中要消耗大量的H+,所以溶液的pH 值会升高。上述氧化反应在60℃以下时进行得很慢,温度升高,反应速度提高。为了获得比较匀透的媒染效果,要缓慢升温,在溶液中加还原性的有机酸,有利于 的还原,也有利于维持溶液的pH 值,并可减少羊毛的损伤。
媒染处理后,必须将羊毛充分水洗,除去羊毛上残剩的重铬酸盐,防止羊毛进一步被氧化损伤,然后用酸性媒染染料染色。酸性媒染染料依靠与纤维之间的静电引力、范德瓦尔斯力和氢键上染纤维,并与纤维上的Cr3+发生络合。Cr3+与邻,邻′-二羟基偶氮染料形成1 ∶1型和1 ∶2 型两种络合物。一般认为pH 值较低时,主要生成1 ∶1 型络合物,在pH 值较高时,主要生成1 ∶2 型络合物。Cr3+与水杨酸衍生物类染料,理论上可形成1 ∶1 型、1 ∶2 型、1 ∶3 型三种类型的络合物,目前大多数人倾向于形成1 ∶2 型络合物。
总之,金属原子与酸性媒染染料络合物沉积在羊毛纤维上,与羊毛纤维的结合有以下几种形式。
(1)羊毛纤维上离子化的氨基与染料分子中的磺酸基以离子键结合。
(2)铬离子(Cr3+)与羊毛纤维上电离的羧基(—COO-)络合。
(3)铬离子(Cr3+)与羊毛纤维上未离子化的氨基形成配位键。
(4)羊毛纤维与染料之间的氢键、范德瓦尔斯力结合。
羊毛与铬及染料三者的结合情况如图3-15 所示。
图3-15 酸性媒染染料在羊毛上固着的示意图
染料与纤维的上述结合,使染物具有较高的染色牢度。
预媒染法染色时,染料上染纤维后即可与Cr3+发生络合而难以扩散,因此透染性和匀染性较差。实际生产中已基本被淘汰。
后媒染法先用酸性媒染染料在弱酸性条件下(pH 值为4 ~6)染色,然后用媒染剂处理。染色时染料上染的原理与弱酸性染料染色时相同,染料在纤维中比较容易扩散,透染性和匀染性比预媒染法好。媒染剂处理一般也在弱酸性浴中进行,等被羊毛吸附,被还原成Cr3+后即与染料发生络合。
同浴媒染法一般在近中性的条件下染色,染料的上染、的吸附及还原,染料与Cr3+的络合这些过程在染色阶段先后完成。
2.酸性媒染染料对羊毛的染色工艺
(1)后媒染法染色。工艺过程:染色→在染液中加入媒染剂,媒染处理→水洗。
染液处方:
染色过程:40 ~50℃开始染色,5min 后开始升温,在45 ~90min 内缓慢升温至沸,沸染30~60min。
酸的用量可因染料性能而异,匀染性差的染料,用酸量宜较少;匀染性好而上染百分率低的染料,用酸量宜多些。深色时的用酸量也宜高些。染色时应尽可能使染料充分上染,以提高染料的利用率,并避免加入重铬酸盐后产生沉淀,造成色花。(www.xing528.com)
(2)媒染剂处理。将上述染液降温至70℃左右,加入重铬酸钾,用量一般为染料量的1/2 ~1/3。对氧化敏感的染料,重铬酸钾的用量为染料量的1/4,但最少不得低于染物重的0.4%,使染液中保持一定的重铬酸钾浓度。用量太少,影响络合,得色浅,染色牢度低。但最多不得高于染物重的2.5%,否则损伤羊毛,染物手感粗糙。某些染料也会被氧化破坏,影响色光。加入重铬酸钾后,在20 ~30min 内升温至沸,沸处理45 ~69min,染后水洗。
后媒染法染色时染物的颜色要到媒染剂处理后才能确定,媒染剂处理前(即染色后)很难判断染物的颜色是否符合要求,若媒染处理后染物的色泽不符合要求,复染时又需经染色和媒染剂处理两个阶段,因此仿色较困难。后媒染法较适用于深色品种的染色。
3.同浴媒染法染色
染液处方:
浴比1 ∶20~1 ∶40。
同浴媒染剂组成:K2 Cr2 O7 ∶ (NH4)2 SO4 =1 ∶2。染液中还可加适量氨水,使pH 值在6~8.5。
染色过程:40~50℃开始染色,在40~50min 内升温至沸,沸染1~1.5h,水洗。
同浴媒染法的工艺较简单,染色时间短,羊毛的损伤少,仿色较容易,但适用的染料品种较少。染液pH 值较高,上染百分率较低,染深色时摩擦牢度较差。
(二)酸性含媒染料染色
1.酸性含媒染料对羊毛的染色原理
(1)酸性络合染料(酸性金属络合染料)。酸性络合染料染羊毛,一般在强酸性条件下进行,此时染液的pH 值在羊毛的等电点以下,羊毛带正电,在染液中染料以两性离子或阴离子形式存在。纤维与染料带负电部分或与染料阴离子间的静电引力,纤维与染料之间的范德瓦尔斯力和氢键以及染料分子中的铬与纤维上的某些基团(如—NH2、—COOH)发生络合,使染料很易被纤维表面所吸附,初染率较高,一开始就容易造成染色不匀。由于染料与纤维之间存在配价键结合,因此染料在纤维中的扩散性较差。
酸性络合染料能以多种形式固着在纤维上:
①染料分子中的铬与纤维上的—NH2、—OH、—COOH 等发生络合,生成配价键结合。
②染料分子中的磺酸基与纤维上的—生成离子键结合。
③染料与纤维之间的范德瓦尔斯力、氢键。
(2)中性染料。中性染料染羊毛一般在pH 值为6 ~7 的条件下进行,这时羊毛带负电,中性染料在染液中成为阴离子,染料阴离子依靠范德瓦尔斯力和氢键被纤维吸附,由于染料分子体积较大,在纤维中的扩散性能较差。
在染液中加入中性电解质起促染作用,在染液中加入酸或增加酸的用量,也起促染作用。
2.酸性含媒染料对羊毛的染色工艺
(1)酸性络合染料。
染液处方:
pH=1.5~2,浴比1 ∶20。
染色过程:35 ~40℃开始染色,以每1 ~1.5min 升温1℃的速率升温至沸,沸染60 ~90min,逐步降温清洗至pH 值为4~5,再加碱中和处理。
硫酸的用量以调节pH 值为1.5~2.0 为准,pH 值是获得较高的上染百分率和较好匀染的关键因素,必须很好控制。元明粉起缓染和匀染作用,对于染料分子中含两个或两个以上磺酸基的染料作用较大,对于分子中只含一个磺酸基的染料作用较小。
若染液中加1.5%~2%平平加O,则硫酸用量可降至4%~4.5% (owf),控制pH 值为2.2~2.4,以后中和时可适当降低中和剂的用量。
酸性络合染料初染速率高,所以始染温度宜低,升温速率要慢,沸染时间要长些,以获得较好的匀染,否则易造成色花等疵病。
中和处理前染物一般先冲洗到pH 值为4~5,中和后洗液pH 值为6~7。中和时的用碱量应根据pH 值作调整。中和后若染物pH 值过低,以后蒸呢时用的包布易脆损,长期贮存时,羊毛会损伤。
(2)中性染料。
染液处方:
pH=6~7,浴比1 ∶20~1 ∶40。
染色过程:40 ~50℃开始染色,在45 ~70min 内升温至沸,沸染30 ~60min,逐步降温清洗。
羊毛在中性染液中长时间沸染易受损伤,所以调节染液pH 值至6~7 较好。
若在染液中加少量醋酸,得色较鲜艳,并有促染作用,加入中性电解质一般也有促染作用。
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