酸性染料染色工艺及案例分析

传统的酸性染料是指含有酸性基团的水溶性染料，而且所含酸性基团大多数是以磺酸钠的形式存在于染料分子中，仅有个别品种是以羧酸钠盐的形式存在。早期这些染料在酸性条件下染色，故称为酸性染料。

酸性染料具有色谱齐全、色泽鲜艳的特点，主要用于羊毛、真丝等蛋白质纤维和锦纶的染色和印花，也可用于皮革、纸张、化妆品和墨水的着色，少数用作食用色素和色淀颜料。由于酸性染料对纤维素纤维的直接性低，所以一般不用于纤维素纤维的染色。

酸性染料的匀染性和湿处理牢度随染料结构变化而不同。按染料对羊毛的染色性能，酸性染料可分为强酸浴、弱酸浴和中性浴染色三类。

（1）强酸浴染色的酸性染料。该类染料的分子结构简单，分子中磺酸基所占比例高，一般为2～5个，在水中溶解度较高，在常温染浴中基本以阴离子状态存在，对羊毛亲和力较低，染色需要在强酸浴中进行（pH=2.5～4）。这类染料湿处理牢度差，耐日晒色牢度较好，色泽鲜艳，匀染性良好。

（2）弱酸浴染色的酸性染料。该类染料分子结构稍复杂，分子中磺酸基所占比例相对较低，溶解度稍差，在常温染浴中基本以胶体分散状态存在，对羊毛的亲和力较高，染色在弱酸浴中进行（pH=4～5）。这类染料的湿处理牢度较好，匀染性较差。

（3）中性浴染色的酸性染料。该类染料分子结构更复杂，磺酸基所占比例更低，疏水性部分增加，溶解度更差些，在常温染浴中主要以胶体状态存在，对羊毛亲和力更高，染色需在中性浴中进行（pH=6～7）。该类染料匀染性较差，色泽不够鲜艳，但湿处理牢度好。

习惯上又将强酸性浴染色的酸性染料称为匀染性酸性染料，将弱酸性浴染色的酸性染料和中性浴染色的酸性染料称为耐缩绒酸性染料。

酸性染料在羊毛、蚕丝和锦纶上的染色性能并非一致。通常情况下，染锦纶的匀染性差，而湿处理牢度则较好；染蚕丝的匀染性较好，但湿处理牢度逊于羊毛。在实际应用中，强酸性浴染色的酸性染料主要用来染羊毛，而弱酸性浴和中性浴染色的酸性染料，除了染羊毛，还用于蚕丝和锦纶的染色。

羊毛和蚕丝都是蛋白质纤维，因此染色原理相同，但两种纤维所含的氨基酸组成、氨基含量、等电点、超分子结构、形态结构不同，导致染色工艺有很大不同。羊毛纤维表面有鳞片层，染色时需要加热到50℃使其充分溶胀，染料才能扩散进入纤维内部；而蚕丝纤维无鳞片层，表面比较娇嫩，染色设备或工艺选择不当易产生擦伤而失去丝绸柔和的光泽，出现灰伤疵病，所以蚕丝不可用强酸性浴染色的酸性染料，只能用弱酸性浴和中性浴染色的酸性染料，且染色温度也低于羊毛染色。

锦纶为聚酰胺纤维，是一种合成纤维，大分子结构链端有氨基和羧基，可以用酸性染料染色，但由于氨基含量低，含有较多的可形成氢键的基团，还有大量可以与染料发生非极性范德瓦耳斯力作用或疏水作用的亚甲基，所以大多采用弱酸性浴染色的酸性染料。

酸性染料染羊毛、蚕丝和锦纶均以浸染工艺为主，按物理形态分有（羊毛）散纤维染色、（毛）条染色、纱线染色、织物染色等。根据染色设备分有散纤维染色机、筒子纱染色机、绞纱染色机、绳状染色机、喷射溢流染色机等。影响染色的工艺参数有染色pH、温度、时间、电解质、匀染剂、染液的循环流动速度、固色剂、染液的浴比等。

1.pH　羊毛和蚕丝等蛋白质纤维是由氨基酸通过肽键相结合的天然聚酰胺纤维，蛋白质纤维大分子侧链上含有大量的氨基和羧基，氨基和羧基使得这些纤维具有两性特点，例如，以H2N—F—COOH代表纤维，那么在水溶液中氨基和羧基发生离解时，会形成两性离子+H3N—F—COO-。随着pH的变化，氨基和羧基的离解程度不同，纤维带电荷性也不同。当溶液的pH在某一值时，纤维中质子化的氨基和离子化的羧基数量相等，此时溶液的pH称为纤维的等电点（pI）。当pH低于纤维等电点时，质子化氨基（）数量大于离子化羧基（—COO-）数量，纤维带正电荷；当pH高于纤维等电点时，离子化羧基的数量大于质子化氨基的数量，纤维带负电荷。羊毛纤维和蚕丝纤维（丝素）等电点时的pH分别为4.2～4.8和3.5～5.2。不同的pH，蛋白质纤维所带电荷的性质对其他离子（包括染料离子）在纤维上的吸附有直接影响，因此pH是染色过程控制中的主要参数，不同pH条件下，酸性染料可以和蛋白质纤维以离子键、范德瓦耳斯力和氢键的结合形式上染纤维。

根据染料应用分类，匀染性酸性染料对羊毛的亲和力低，移染性好，在较低的pH下能获得很高的上染率，pH可控制在2.5～4。弱酸性浴染色的酸性染料的移染性比较差，亲和力较高。如果在较强的酸性浴中上染，它们在羊毛表面很快被吸附，甚至在纤维表面发生超当量吸附，染料分子发生聚集，难以扩散进入纤维内部。因此，染色时必须很好地控制弱酸性浴pH在5～6，一般用醋酸调节，上染接近完毕时，为了增加染料上染量，可以再加一些硫酸。中性浴染色的酸性染料分子结构大，对羊毛的亲和力更高，移染性更差，一般在加有硫酸铵或醋酸铵的染液中染色，随着染液温度的提高，铵盐逐渐水解，放出氨气，缓慢降低染液pH，使上染率缓慢增加。为了获得均匀的上染效果，染液中除了加入硫酸铵外，始染时可酌情加入少量氨水使染液呈微弱碱性（表7-1）。

表7-1　不同酸性染料染色pH控制

2.染色温度和时间　温度是控制上染的另一重要因素。羊毛的外层是结构紧密的鳞片层，鳞片层对染料扩散有很大的阻力，染浴温度低于50℃，羊毛鳞片层的溶胀度小，染料的扩散速率很低，所以羊毛的始染温度可在50℃。当温度超过50℃后，羊毛的溶胀随温度的提高而不断增加，且在酸性条件下纤维间的氢键被打开，纤维中孔隙增大，染料可以顺利进入纤维内部。要染透羊毛纤维，需要在100℃沸染45～60min。

蚕丝纤维表面比较娇嫩，真丝绸质地轻薄，长时间沸染后因表面擦伤而失去光泽，容易出现灰伤疵病，因此一般宜采用90～95℃染45～60min，有时需要用醋酸—醋酸钠缓冲体系调节染液pH至等电点，以减少对蚕丝的损伤。

锦纶是合成纤维，玻璃化温度为50～60℃，所以始染温度一般不超过40～50℃，同时升温要慢些，也可以采用分段升温，即升温过程设定几个温度点，在这些温度下让锦纶保温一段时间再升温，最终染色温度控制在98～100℃，染色时间30～45min。随着染色温度升高，染色速率增加，染料的移染性和遮盖性也提高，高温下保持一段时间有利于染料更好地扩散进入纤维内部，并有效改善锦纶物理结构差异造成的染料上染量的差异和条花现象。

匀染性酸性染料的移染性和匀染性较好，在低温的染浴中主要以分子或离子的状态存在，在低温时染色可获得一定的上染百分率。在升温过程中造成的染色不匀，可通过高温保温一段时间得以匀染。

耐缩绒性酸性染料在50℃以下的染浴中，聚集程度较高，当温度升高到一定值时，染料聚集体解聚，转变成分子状态，染料在纤维中的扩散速率才能明显增加。耐缩绒性酸性染料对纤维的亲和力高，移染性差，故染色时60～80℃的临界温区内控制升温速度（0.5℃/min左右）是十分重要的，达到染色温度后，通过延长保温时间，可有效提高染色的匀染性。

3.电解质和匀染剂　在酸性染料染色过程中，染料NaD离解成Na+和D-；因加入盐酸或硫酸调节染液的pH，染液中还有H+、Cl-（或）离子。H+在纤维上发生吸附时，必然伴随着相当数量的阴离子一起进入纤维中，阴离子Cl-和D-可与纤维上的离子键结合发生吸附。由于Cl-和D-对纤维的亲和力不同，在纤维中的扩散性能不同，因此在染液和纤维中的浓度分布随时间的变化有不同的变化（图7-1）。由图7-1可知，在较短时间内溶液中的H+浓度快速下降，这是由于H+被纤维快速吸附所致。Cl-浓度在染色初始阶段有显著下降，随着染色时间延长，Cl-浓度逐渐提高，D-浓度则随着染色时间延长逐渐降低，直至达到平衡，这是因为Cl-的结构小，扩散速率比D-快，故初始阶段Cl-浓度的下降速率比D-浓度快，但由于D-对纤维的亲和力远高于Cl-，所以随着染色时间延长，Cl-逐渐被D-所取代，即发生了离子交换作用，该作用过程如下式所示：

图7-1　酸性染料上染蛋白质纤维时染液中不同离子浓度随时间的变化

当染液pH低于纤维等电点时，即强酸性染浴染色，加入电解质食盐或硫酸钠，可增加Cl-（或）浓度，延缓染料离子与氯离子或硫酸根离子的交换，从而起缓染作用，使染料分子逐渐地上染纤维，达到匀染的目的。对于弱酸性浴和中性浴染色的酸性染料，由于染料分子结构较大，对纤维亲和力较高，染色时染浴的pH高于纤维等电点，纤维带负电荷，因此加入电解质不能起缓染作用；对中性浴染色而言，电解质分解的Na+能削弱染料阴离子和纤维表面阴离子之间的电荷斥力，有助于提高染料上染速率，起促染作用。

耐缩绒性酸性染料的匀染，经常使用阴离子、非离子或阳离子类的匀染剂。阴离子型匀染剂在酸性介质中对纤维具有一定的亲和力，与染料阴离子一起对纤维发生竞染作用，它们的扩散速率比染料阴离子快，先于染料与纤维结合，又由于它们的亲和力比染料低，故随后又逐渐被染料阴离子取代下来，从而起到延缓染料上染的作用，达到匀染效果。但阴离子匀染剂会降低染料的最终上染量，降低的程度取决于它们的扩散速率、对纤维的亲和力及用量。阳离子匀染剂的作用是通过在染液中与染料阴离子发生作用，形成弱结合的复合物，降低染液中有效或游离的染料浓度来达到缓染效果，实现匀染。但阳离子型匀染剂不仅会降低染料的上染速率，而且会使染料的最终上染量受到较大的影响，控制不当会引起染料稳定性下降，严重时造成染料凝聚或沉淀，因此阳离子匀染剂的用量要严格限制，并加入非离子的分散剂，提高染液的稳定性。非离子型匀染剂在染液中能与染料分子发生范德瓦耳斯力和氢键力的作用，降低游离染料的浓度，从而降低染料的上染速率，起到缓染作用，达到匀染效果，但在羊毛染色时非离子型匀染剂的缓染作用比阴离子和阳离子匀染剂弱。

两性离子类匀染剂是新型的匀染剂种类，它们能被羊毛纤维吸收，中和羊毛纤维上的部分负电荷，既减少了羊毛与染料之间的静电斥力，还可提高羊毛的润湿性能，使羊毛吸附染料均匀化，有利于降低毛尖和毛根染色的差异，在用量适当的情况下，它们还能提高染料的最终上染量。

在蚕丝和锦纶染色中，匀染剂的作用原理同上，但由于纤维的形态结构不同、亲水疏水性能不同，适用的匀染剂也有所不同。

4.染液的流动　浸染时，染液和被染物的相对运动经常取决于染色设备，但染液的流动是关键，染液的流动速度快，加剧了染料与纤维的相对运动程度，有助于提高染色的均匀性，特别是染料分子结构大、对纤维亲和力高的染料，如弱酸性和中性浴染色的酸性染料，一旦吸附上染，很难靠移染实现匀染，所以要严格控制染色温度，提高染液的流动速度，使染料分子与纤维充分碰撞接触，增加分子间的吸附、解吸作用。当染料浓度比较高时，更需要严格控制染色温度、染液的流动速度和染料的上染速率，确保染料的均匀上染。

5.固色剂　蚕丝和锦纶染色存在湿处理牢度差的问题，需要固色剂固色提高牢度。常用固色剂有阳离子型固色剂和阴离子型固色剂两种。阳离子型固色剂是通过与上染纤维的阴离子染料以离子键结合，降低染料的溶解性，从而提高湿处理牢度。但阳离子固色剂对染色产品的色光和鲜艳度有一定的影响，有时也可采用交联型固色剂固色，也能达到固色效果，且对色光的影响小。阴离子型固色剂是带有磺酸基的酚类缩合物，在酸性条件下，纤维上质子化的氨基与固色剂上的磺酸基形成离子键结合，在纤维表面形成一个阻止染料由内向外扩散的阻挡层，同时固色剂上的磺酸基与染料阴离子之间的电荷斥力也会阻止染料从纤维内向外扩散。

（一）羊毛散纤维（或毛条）染色

1.染色对象　羊毛散纤维、毛条或毛球，也可以是羊绒散纤维或毛条。

羊绒是高档毛纤维，染色时必须注意羊毛和羊绒染色性能的差异。山羊绒纤维表面的鳞片密度小，细度小于羊毛，表面积大，等电点高于羊毛。在低温时，羊绒的上色快，最终色深比羊毛浅，羊绒要达到与羊毛同样的染色深度，必须增加染料用量，其染料用量需比羊毛增加16%～25%。

2.染色配方

3.染色升温曲线

（1）羊毛散纤维染色。

（2）羊绒染色。

4.操作及注意事项

（1）染色操作流程。散毛染色前，将散毛均匀地装填于桶中，用力压实，装满后吊入染槽内。染色时，先放水升温至60℃，保温运转20～30min，使纤维浸湿、膨化，有利于助剂和染料的均匀渗透。降温后重新放水，依次加入匀染剂、冰醋酸和染料，羊绒染色还加硫酸铵，然后运行10min后开始升温染色，借助循环泵的作用使染液由散毛桶的蜂巢多孔芯筒管中喷出，通过纤维，再由内向外单向循环流动。染毕，排液，清洗，吊起散毛桶，取出纤维，脱水，烘干。

（2）染色设备选用。散毛染色常采用NC464型散毛染色机，毛条染色采用N461型和N462型毛球染色机。

（3）染色用染料。毛散纤维或毛条染色后将经历纺纱、织造、后整理（包括湿加工整理），所以应选用耐缩绒性酸性染料。

（二）羊毛纱线染色

1.染色对象　羊毛纱线或绞纱。

2.工艺流程

白坯纱→洗涤→串纱→染色→脱水→串纱→烘干

3.染色配方

4.染色升温曲线

（1）弱酸性浴染料染色。

（2）中性浴染料染色。

5.操作及注意事项

（1）染色操作流程。在染色机中注入适量的水，升温至60℃，保温运转20～30min，使纤维浸湿、膨化，有利于助剂和染料的均匀渗透。然后加入匀染剂，再依次加入元明粉和冰醋酸（中性浴染料只加硫酸铵），最后加染料，运行10min后开始升温，80℃以前升温速度为1℃/min，80℃以后升温速度降低至1℃/1.5min，到98℃保温染色60～90min，然后降温、排液，充分水洗，出机，脱水，烘干。

（2）染色设备。有两种类型，一种是横开门式，染色时先装纱线后进水，如N421型液流式绒线染色机（图7-2）；另一种是吊笼型，染色时先注入规定量的染液，后将纱线吊入，如MZ306型液流式绒线染色机。第一种应用更多。

（3）染料选择。染料可选择弱酸性浴染色的酸性染料，也可选择中性浴染色的酸性染料，但拼色时一定要选同类染料。(www.xing528.com)

（4）染色助剂。匀染剂一般为阴离子型表面活性剂。弱酸性浴染料染色时加元明粉有一定的缓染作用，冰醋酸调节pH到4～6；中性浴染料染色时加硫酸铵调节pH到6～7，不加元明粉。

图7-2　液流式绒线染色机（横开门式）

（三）羊毛匹织物溢流染色

1.染色对象　精纺羊毛机织面料（200～400g/m2）。

2.染色配方

3.染色升温曲线

4.操作及注意事项

（1）染色操作流程。织物装机后，升温至60℃，处理20min，降温至室温，换新水进行染色。按配方加入匀染剂、元明粉、冰醋酸和染料，运行10min后开始升温，70℃前升温速度控制在1℃/1.5min，70℃以后升到1℃/min，到95℃保温染色60～75min，然后降温、排液，充分水洗，出机，脱水，烘干。

（2）染色设备。毛织物匹染可选用卧式溢流喷射匹染机，该染色机的优点是：染色机内温度较均匀，织物在运行中与染液接触均匀，染色均匀性好；溢流染色机的升温速度较绳状染色机快些，染色时间短；易于实现染色工艺程序控制，有助于提高染色质量；浴比小，染化料等消耗低。

（3）染色用染料。弱酸性浴染色的酸性染料，该类染料具有良好的鲜艳度和较好的色牢度。

（4）染色助剂。匹料染色时，可视织物染色难易程度加入不同量的匀染剂或渗透剂。例如，精纺贡呢、华达呢和粗纺麦尔登类产品，组织紧密，重量大，不易渗透，可加入5%（owf）左右的渗透剂，使织物较快润湿、膨化，便于实现均匀染色。

（四）蚕丝纱线染色

1.染色对象　绢纺绞丝脱胶半制品。因绢丝中丝胶含量低，可用初练和复练工艺脱胶，有时只精练一次即可。

2.工艺流程

绞丝准备→湿丝→染色→水洗→固色→水洗→上油

3.染色配方

4.染色升温曲线

5.操作及注意事项

（1）染色操作流程。常温（30℃）湿丝扎平运行3min，加助剂运行5min后再加染料运行5min，加盖升温至98℃保温，浅色和中色保温染色5min，深色保温染色10～20min；开盖降温至90℃加醋酸，再升温至98℃，根据浅色、中色、深色不同分别保温0min、5～10min和10～20min。后处理时，45℃水洗，浅色洗1次，中色和深色洗2次；45℃固色，浅色7min，中色12min，深色17min；升温至50℃水洗1次，升温到60℃上油处理5min。

（2）固色配方。固色剂2%～10%（owf），醋酸1%（owf），平平加O 0.1～0.2g/L。固色剂采用阳离子型固色剂。

（3）上油配方。乳化油0.5%（owf），醋酸1.0%（owf）。

（4）染色设备。选择绞丝喷射染色机（图7-3）。因蚕丝纤维比较娇嫩，长时间沸染导致表面擦伤而失去柔和的光泽，因此采用松式、擦伤少的绞丝喷射染色机。

（5）染色用染料。弱酸性染料。因绢纺绞丝用于针织面料，要求具有良好的色泽鲜艳度，又要兼有较高的染色牢度，弱酸性染料染色比较合适。

图7-3　绞纱染色机

（五）蚕丝织物绳状染色

1.染色对象　真丝双绉。

2.工艺流程

配桶→缝头→润湿→染色→水洗→固色

3.染色配方

4.染色升温曲线

5.操作及注意事项

（1）染色前处理。配桶：根据织物重量和任务数进行配桶，如12107双绉14匹一桶、12101双绉16匹一桶等。缝头：把准备好的织物每两匹缝接，缝头时两头对齐，缝纫密度要适中。

（2）染色操作流程。织物入机后在室温（30℃）水中运转10min，使织物润湿，然后加入已溶解好的助剂和染料运转10min，在30～45min内从室温升温至90～95℃，保温染色20～40min。第四阶段降温：90～70℃为自然降温，70～50℃放掉一半残液并加入部分水运转10min，降到50℃再运转10min，然后加冷水冲洗，最后固色。

（3）固色配方。固色剂1%～8%（owf），醋酸0.2mL/L，平平加O 0.2g/L，40℃固色20min。

（4）染色设备。绳状染色机（图7-4）是丝绸产品常用的染色设备之一，主要适用于轻薄织物和乔其、双绉等绉类机织物以及真丝针织物的染色。绳状染色的优点是：织物在松弛状态下染色，张力小，成品的缩水率很小；透染性较好，绸面较丰满；克服了卷染机染色易出现的深浅边、头尾色差等病疵。

图7-4　绳状染色机示意图

（5）染色用染料。弱酸性染料。由于蚕丝织物常用于高档夏季面料、内衣及装饰品，要求具有良好的鲜艳度和较高的染色牢度，故采用弱酸性染料染色。

（六）锦纶织物溢流绳状染色

1.染色对象　尼丝纺（机织物）。

2.染色工艺流程

精练→水洗→染色→水洗→固色→水洗

3.染色配方

4.染色升温曲线

5.操作及注意事项

（1）染色操作流程。先在40℃用匀染剂和弱酸性条件处理20min，然后加染料逐步升温染色，锦纶6沸染30～60min，锦纶66沸染20～40min，然后降温水洗，最后固色。

（2）固色工艺。固色剂4%（owf），调节pH=4.5，70℃条件下固色20min，固色后充分水洗。

（3）染色设备。尼丝纺为典型的锦纶机织物，可采用喷射、溢流绳状染色机染色，加工过程张力小，织物不宜变形，通常采用逐步升温的染色工艺。

（4）染色用染料。锦纶染色以弱酸性染料为主，有时与中性染料拼混以弥补深色色谱之不足。

（5）染色助剂。为了防止有些锦纶织物在喷射或溢流染色时产生折痕，可在染浴中加入润滑剂。典型的润滑剂如Cibafluid U（享兹曼）、Imacol S（科莱恩）、PalatexS（巴斯夫）、Persoftal L（拜耳）、Brevol Ic（汉高）等。