分散染料的染色原理及应用分类

分散染料是一类分子结构较简单，几乎不溶于水的非离子型染料，染色时依靠分散剂的作用以微小颗粒状均匀地分散在染液中，所以称分散染料。主要用于聚酯等合成纤维的染色和印花。

分散染料的应用分类各厂都有一套分类标准，通常以染料的尾注字母来表示。如瑞士山德士公司的产品，按染料升华牢度的高低分为E、SE、S 三类。

E 类：表示染料匀染性好而升华牢度差。低温型，适合于吸尽法染色。

S 类：表示染料匀染性差而升华牢度好。高温型，适合于热熔法染色。

SE 类：表示染料性能介于上述两者之间，中温型。

又如英国卜内门公司生产的分散染料分为以下五类：

A 类：升华牢度低，主要用于醋酯纤维和聚酰胺纤维织物的染色，或用于聚酯纤维的转移印花。

B 类：升华牢度不高，适用于各类合成纤维的染色，特别适合于载体染色。

C 类：升华牢度较高，可在125～140℃条件下染色。

D 类：升华牢度较高，适合于热熔染色，但匀染性差。

P 类：适合于印花。

国产分散染料按照升华牢度的高低通常分为高温型（S、H）、中温型（SE）和低温型三类。

（一）分散染料的染色性能

1.溶解性　分散染料分子不含磺酸基、羧酸基等水溶性基团，因而难溶于水，在水中不电离，是非离子型染料。另一方面，在分散染料分子中含有一些极性基团，如羟基、氨基、取代氨基、取代羟基、偶氮基等。由于这些极性基团的存在，染料仍能以微量的单分子状态分散在水中，从而有利于上染纤维。

分散染料的溶解度随染液温度的升高而提高，在超过100℃时作用更明显。但商品染料中通常加有较多可使染料增溶的分散剂，若调制染液时温度过高，反而会使染料凝结成块，所以实际生产中调制染液时的温度一般不宜超过45℃。

2.分散染料染液的稳定性　分散染料的染液是悬浮液，其稳定性的高低与染色质量有很大关系。在染液中若染料颗粒容易相互碰撞而凝聚成大的颗粒，或容易沉降，染色时则易造成染色不匀，甚至产生色点。

分散染液的稳定性与多种因素有关。染料颗粒越大，在染液中越易沉降。为了制备稳定的分散染液，要求染料颗粒的直径小于2μm，而且颗粒大小均匀。染料颗粒直径若超过5μm，染色时易产生色点。但颗粒太小也是不必要的，若颗粒直径小于0.5μm，增加了不稳定性，在高温高压染色时容易产生染色不匀。

分散染液的稳定性与所用的分散剂有很大的关系。分散剂被吸附在染料颗粒的表面，提高了分散染液的稳定性。因此，选择合适的分散剂和染料匹配，常常是获得高稳定性的关键。

当温度升高，会降低分散剂对染料的吸附，使染料颗粒之间碰撞、凝聚的机会增加。另一方面，温度升高，使小颗粒的溶解度和大颗粒的增长速率提高，这些都会使分散染液的稳定性降低，因此配制好的染料溶液温度宜低，在染色前应避免长时间加热染液。用于高温高压染色的染液，不但要求在低温时稳定，还要求在高温时稳定。

此外，染液中染料浓度高，循环速度快，升温速率也快，一般会使分散染液的稳定性降低。染液中存在钙、镁离子及中性盐类，也会使分散染液稳定性降低。

3.分散染料的稳定性　分散染料在某些条件下结构会发生变化，使染料的水溶性、色光、上染性能、染色牢度等都发生变化。可能的原因是：

（1）染料分子中某些基团的水解。例如，分子中含有酯基、酰氨基、氰基的染料在高温碱性条件下易发生水解：

在常用的分散染料中，分散蓝HGL、福隆深蓝S—2GL、红玉SE—GFL，容易发生上述情况。

（2）染料分子中某些基团被还原。染料分子中的硝基容易被还原：

偶氮类分散染料在还原剂作用下会发生分解：

在高温碱性条件下，纤维素纤维有一定的还原性，因此如果在高温碱性下用分散染料染涤棉或涤粘混纺织物，就可能会发生这些情况，所以常在染液中添加一定量缓和的氧化剂，如间硝基苯磺酸钠来减弱这一影响。

（3）染料分子中羟基的离子化。染料分子中如果含有羟基，在碱性条件下，羟基能发生离子化，使染料的水溶性增加，上染百分率降低。

（4）染料分子中氨基的离子化。在pH 值较低时，染料分子中的氨基会发生离子化，使染料的上染性能和色光等发生变化。

因此，分散染料染色时，染液的pH 值控制在弱酸性范围（如pH 值为5 ～6 或4.5 ～5.5）较为适宜，此时染物颜色较鲜艳，上染百分率较高。

（二）染色原理与方法

分散染料按常规方法在90 ～100℃染色1h，染料上染速率很低，纤维得色很浅。要提高涤纶的上染率，通常有三种方法：在100℃条件下加有载体的载体染色法；提高到120 ～130℃高温高压染色法；200℃左右干热条件下的热熔染色法。

1.高温高压法（high－temperature－high－pressure dyeing process）　高温高压法是涤纶（尤其是纯涤纶）纺织物的一种主要的染色方法。散纤维、毛条、纱可以在高温高压染纱机中进行，纱也可用高温高压筒子纱染色机染色，涤纶针织物可以在溢流染色机或喷射染色机中染色，而涤纶机织物则可用高温高压卷染机染色。

高温高压法染物得色鲜艳、匀透，可染制浓色，织物手感柔软，适用的染料品种比较广，染料利用率较高，但它是间歇生产，生产效率较低，需要压力染色设备。(www.xing528.com)

不管纤维的形态及其所用染色机械是否相同，高温高压染色的共同特点是涤纶在100℃以上，通常是在130℃左右的温度下进行染色。

分散染料的悬浮液中，有少量分散染料溶解成为单分子，因此在染料的悬浮液中存在着大小不同的染料颗粒和染料单分子，染料溶液呈饱和状态。染色时，染料分子到达纤维表面，被纤维表面所吸附，并在高温下向纤维内部扩散，随着染液中染料单分子被吸附，染液中的染料颗粒不断溶解，分散剂胶束中的染料也不断释放出来，不断提供单分子染料，再吸附、扩散，直至完成染色过程。这一过程可以简单地表示为图3－16。

图3－16　分散染料染色过程

分散染料之所以能从溶液中上染纤维，是由于染料和纤维之间存在引力，主要是范德瓦尔斯力、氢键。

提高扩散速率的最常用和最有效的办法是提高染色温度。温度高，染料分子的动能大，纤维无定形区内分子链段运动较剧烈，微隙增大和形成的机会增加。此外，温度高时，水对纤维的增塑膨化作用也增加。

溢流染色机染色举例如下。

染液处方：

55～60℃起染，30min 升温至130℃，染40 ～60min，水洗，皂洗，水洗，必要时在染色后要进一步还原清洗。

所选用的分散染料必须具有较高的分散稳定性和较好的移染性，染色工艺条件如pH 值、升温速率等变化时，对上染百分率和色光的影响较小。

用于高温高压染色的助剂主要有两类：分散剂和高温匀染剂。分散剂在染色过程中起分散作用，商品分散染料中一般都加有大量的分散剂，如果染料本身的扩散性能较好，染料浓度又比较高，则染液内一般不需再另加分散剂，如染料扩散性差或染料用量又较少，则在染液中必须另加分散剂，以便保持分散剂必要的浓度。分散剂用量必须适当，过多会降低染料上染量或产生焦油状物；用量过少，则分散液稳定性差。常用的分散剂是磺酸盐类的阴离子表面活性剂，如分散剂NNO、胰加漂T，它们的扩散效果好，在高温时比较稳定，对得色量的影响小。高温匀染剂在染色中起匀染作用，它由阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂两部分组成。其中阴离子型表面活性剂起缓染作用，非离子型表面活性剂起移染作用。高温匀染剂选择是否恰当，对染色质量影响很大。

图3－17　分散染料染涤纶时的升温上染曲线示意图

70℃入染，升温1℃／min

某些分散染料在高温及碱性条件下会分解破坏或发生离子化，涤纶在高温碱性条件下也容易受损伤。分散染料中所含的分散剂在弱酸性染液中扩散性较好，如酸性过强，也会影响染料的色光和上染百分率，因此高温高压染色时，一般控制染液在弱酸性范围内，pH 值为5～6 （或在4.5～5.5）之间，用酸或强酸弱碱盐调节。常用的是醋酸或磷酸二氢铵等，冰醋酸用量为0.5mL／L 左右，磷酸二氢铵用量为1 ～2g／L。它们的效果比硫酸、氯化铵、硫酸铵等好。如果不控制染液的pH 值，在中性条件下染色，则得色较萎暗，且由于pH 值不稳定，容易造成色差。

染色时，始染温度不宜太高，升温速率不宜太快，否则易造成染色不匀。升温速率太慢，总的染色时间长，生产效率低。分散染料高温高压法染涤纶，升温上染速率曲线如图3－17所示，温度在T1以下时，上染速率过低。染色温度在T1、T2之间时，上染速率快，此时，若温度有差异，极易造成染色不匀，这是控制匀染的关键阶段，称为控温区。在这一温度范围内，升温速率要控制得慢一些。当染色温度逐渐升到T2以上时，染料已大部分上染，上染速率也较低，这时升温速率可快些。

高温高压染色法的最后染色温度一般以130℃左右比较适宜，此时上染百分率较高，得色较鲜艳，而且大多数染料之间的上染百分率的差别较小。若温度太低会降低上染百分率；温度太高，对设备的耐压要求较高。

在升温到达130℃以后的保温染色时间一般为30 ～40min，对扩散速率快的染料或染浅色时染色时间可以短些。

2.热熔法（thermosol dyeing process）　热熔染色是连续生产，生产效率高，适宜于大批量生产，能染浅、中色，染料利用率比高温高压法染色低，特别是染深浓色时，对染料的升华牢度要求较高。染色时织物所受张力较大，热熔染色主要用于涤纶机织物的染色，是目前分散染料染纯涤和涤棉混纺织物的主要方法。

热熔染色是用浸轧的方法使染料附着在纤维表面，烘干后热熔时，由于温度高，纤维无定形区的分子链段运动剧烈，形成较多较大的瞬时孔隙；染料颗粒解聚或发生升华形成染料单分子而被纤维吸附，并能迅速向纤维内扩散。

在热熔时，没有水的增塑溶胀作用，并且热熔时间较短，所以热熔温度比高温高压染色温度高，约在170～220℃之间。

热熔染色法工艺举例如下。

染液处方：

用醋酸或磷酸二氢铵调节pH 值至5～6。

工艺流程及条件：浸轧→预烘→热熔（180～215℃，1～2min）→后处理。

用热熔法染色拼色时所用染料的升华牢度要接近，染液内一般可加入抗泳移剂，但必须不影响染液的稳定性。染液内一般可不加或加很少量的润湿剂，否则会影响色泽鲜艳度和得色量。轧染液pH 值一般控制在5 ～6 时，色光鲜艳；pH 值高，色淡而萎暗；pH 值过低得色也较淡。可用醋酸或磷酸二氢铵调节pH 值。

分散染料热熔染色时，最好使用均匀轧车，轧余率宜保持在65%左右，轧液温度以室温为宜。

烘干时主要应防止染料的泳移，一般采用红外线预烘，再热风或烘筒烘干。也可红外线、热风和烘筒联合使用。为防止泳移，开始以无接触烘燥较适宜，在织物烘干至一定程度后（含水率在25%或30%以下），再用接触烘燥或升高热风温度，以提高烘燥速率。

织物烘干后应立即进行热熔，以保持织物的热量，缩短升温时间，热熔时，分散染料扩散进入纤维内部而固着。热熔温度和时间，对于染料的扩散和固着起关键性的作用。涤纶在260℃熔融，同时有短链聚合物生成。在238 ～240℃时涤纶软化，丧失全部机械性能。在235℃纤维发生消定向作用；而棉纤维在高于230℃温度下处理2min，纤维的物理机械性能会受到影响，并可能发生分解。所以，理论上热熔温度必须在225℃以下，热熔温度除与被染物的纤维性质有关外，还应与染料的性能相适应，即不同的染料，要求不同的热熔温度。有些染料耐热性能较好，升华牢度较高，热熔温度越高，一般得色越好。升华牢度中等的染料，开始时随热熔温度的提高，固色率增加，到一定温度以后，温度增加，固色率不再增加，甚至可能下降。升华牢度很差的染料，热熔温度提高，固色率反而下降。这三类染料的固色率与热熔温度的关系大致如图3－18 所示。

图3－18　固色率与热熔温度的关系曲线

1—升华牢度高的染料　2—升华牢度中等的染料3—升华牢度差的染料

3.载体法（carrier dyeing process）　在染液中加入一些称为载体或携染剂的助剂，使分散染料在温度为100℃左右就能较好地上染涤纶，可以采用常用设备在常压下进行染色。载体大多是一些简单的芳香族化合物。关于载体作用的解释有多种，可归纳如下：载体对纤维有较大的亲和力，染液内的载体很快地被纤维表面吸附，在纤维表面形成一载体层，并不断扩散到纤维中，载体分子与纤维分子之间的作用力减弱了纤维分子之间的引力，使纤维的玻璃化温度降低。载体进入纤维时引起纤维增塑溶胀，同时，分散染料较易溶解于载体，吸附在纤维表面的载体层可溶解较多的染料，使纤维表面的染料单分子浓度增加，提高了纤维表面和内部的染料浓度差，因此促进染料扩散。载体和染料相互作用形成复合物，此复合物比染料本身的溶解度高。

在染液中加入载体，可提高染料在纤维内的扩散系数，并随载体浓度提高而提高。对载体的要求是价格低，使用方便，没有毒性，染色效果好，不引起纤维脆化，染后容易从纤维上洗除，不影响染色牢度等。但目前还没有能完全满足上述要求的产品。