如何控制阳离子染料在腈纶上的染色均匀性

匀染是染色产品很重要的评价指标。染色过程中，上染速率高，生产效率就高，但易产生染色不匀，缓染或移染可有效改善染色的均匀性。当然纤维结构、染料结构及染色设备选择和运行状况也会影响上染速率和匀染，本章不展开论述。

所谓缓染（retarding dyeing），就是控制染色工艺条件，使染料逐步上染纤维，防止染料上染过快导致染色不匀；移染（migration dyeing）是指上染纤维的染料从高浓度部位解吸，借助染液转移到低浓度的纤维表面，使染料在纤维（或织物）上分布均匀，即染色均匀。但有些染料对纤维具有很高的亲和力（如阳离子染料上染腈纶），一旦吸附上染，很难解吸，因此无法通过移染实现匀染，只能采用缓染的方式实现匀染。

1.控制升温缓染　合成纤维在玻璃化温度（Tg）以上时，由于分子链运动显著增加，纤维中瞬时空穴剧增，上染速率急剧上升，出现在一个狭窄的温度区间快速上染的现象，易产生染色不匀，一般需要严格控制升温速率，减缓染料上染速率，防止上染过快导致的染色不匀。

涤纶织物分散染料染色时，一般在Tg以上（90～100℃）控制上染速率1℃/min，超细涤纶则控制上染速率0.5～1℃/min为宜，并辅以充分的染液循环，防止染色不匀现象的出现。对于腈纶而言，吸附上纤维的阳离子染料与纤维上酸性基团库仑力结合，一旦上染，造成染色不匀，很难用其他方法改善，必须从源头预防，采用升温速率控制法或恒温快速染色法（详见第八章），有时还需要再加入阳离子缓染剂共同作用减缓染料上染，确保染色均匀。

2.缓染剂缓染　可作为缓染剂的有电解质和表面活性剂两类。常用电解质为硫酸钠和氯化钠，可作缓染剂的表面活性剂有阳离子、阴离子和非离子表面活性剂。

在强酸性染料染羊毛时，电解质加入可起缓染作用（图5-1）。作用机理：电解质中电离的或Cl-先于染料阴离子（D-）与纤维上氨基（）结合，随着染色时间的延长，由于染料大分子与纤维的亲和力使染料阴离子（D-）逐步取代或Cl-，最终与纤维上氨基（）结合上染，电解质的存在减缓了染料上染速率，缓染作用保证了匀染性。

阳离子染料上染腈纶时控制不当很容易染色不匀，特别是染浅色时。因为腈纶是合成纤维，具有热塑性，当染色温度高于Tg，有一个快速上染的温度区间，而且阳离子染料与纤维上阴离子基团（第三单体）库仑力结合，一旦上染纤维很难解吸，因此控制升温速度及加缓染剂是解决匀染的主要办法。缓染剂常用表面活性剂类。阳离子型缓染剂（如缓染剂1227）在染浴中相当于无色的阳离子染料，通过竞染先于阳离子染料与纤维上的阴离子基团弱结合，随着染色过程的进行，逐渐被阳离子染料所取代，从而减缓阳离子染料的上染速率，起到缓染作用。阴离子表面活性剂（如匀染剂CN）能与染料阳离子弱结合，减少阳离子染料与纤维库仑力结合的染料量，降低染料的上染速率，起缓染作用。非离子表面活性剂通过疏水基团与阳离子染料的疏水基团间形成范德瓦耳斯力弱结合，减少与纤维库仑力结合的染料量，降低阳离子染料的上染速率，起缓染作用，当然效果不如离子型表面活性剂。

移染分为界面移染和全过程移染两种。当染料被吸附在纤维表面，还未扩散入纤维内部时，部分染料从纤维表面染料浓度高的部位解吸下来，通过染液转移到染料浓度低的部位，重新被吸附到纤维上，这种现象称为界面移染。每种染料都存在一定程度的界面移染，只是移染能力强与弱的区别。(www.xing528.com)

所谓全过程移染是指被吸附到纤维上，并扩散到纤维内部的染料，先反向扩散到纤维表面，再解吸到染液中，通过染液转移到染料浓度低的部位，然后重新被吸附上纤维的移染过程。全过程移染中染料迁移路径长，且只有与纤维亲和力较低的染料才能实现全过程移染。例如分散染料染超细涤纶，分散染料分子结构小，与纤维的亲和力较低；超细涤纶纤维细，扩散进纤维的染料从纤维内部向表面扩散转移距离短；超细纤维的比表面积大，染料解吸速度快，有利于全过程移染。染料在纤维上的两种移染途径如图5-2所示。

界面移染和全过程移染都与染料在纤维表面的吸附、解吸有关，由于染料的上染过程是可逆的，染料在纤维表面存在吸附和解吸的平衡过程，所以如果能实现移染就能解决匀染问题。影响移染的因素有染料对纤维的亲和力、染色温度和染色时间。在染料和纤维确定的情况下，主要手段是控制染色温度和染色时间。

图5-2　染料在纤维上的两种移染途径

染色温度高，染料在染液中溶解度提高，染料对纤维的亲和力降低，有利于染料从纤维上解吸，通过染液转移到纤维的其他部位，实现界面移染；染色温度高，同样有利于扩散进纤维的染料向纤维界面逆向转移，然后解吸到染液中，转移到纤维的其他部位，即全过程移染。所以，染色温度高有利于通过移染达到匀染的效果。

在一定温度条件下，适当延长染色时间，上染纤维的染料有足够的时间进行界面移染和全过程移染，有利于匀染。但实际应用中，延长时间是有限的，所以染色温度是移染的更重要条件，未达到相应的温度，即使延长时间也无益于匀染。

综上所述，上染过程控制主要通过吸附控制、扩散控制等实现上染快、染色均匀的目的。由于纤维内扩散是上染过程中最慢的环节，所以提高纤维内扩散速率是提高上染速率的重点，提高扩散系数是关键。实现匀染的途径有缓染和移染，但影响的因素较多，有纤维结构、染料结构、染色工艺条件及染色设备选择和运行状况，所以在上染过程控制中需要综合考虑、全方位设计工艺条件才能高效率均匀染色。