酸性媒染和酸性含媒染料染色工艺及案例分析

酸性媒染染料和酸性含媒染料是酸性染料的衍生产物，解决了酸性染料染色耐水洗色牢度差的问题，但颜色鲜艳度受到影响，且色谱不全。

1.酸性媒染染料　酸性媒染染料是一类能与金属媒染剂形成螯合结构的酸性染料。酸性媒染染料可溶于水，能在酸性条件下上染蛋白质纤维和锦纶，上染纤维的染料和金属媒染剂作用形成螯合物后，具有很高的耐湿处理色牢度和耐日晒色牢度。常用媒染剂是重铬酸盐。绝大多数的酸性媒染染料属于偶氮类结构，其中主要是单偶氮染料，少量的为三芳甲烷、蒽醌和硫氮蒽结构。能与金属离子形成螯合结构的配位基主要有水杨酸结构和羟基偶氮类结构，蒽醌类结构的是在α位上具有羟基、氨基、取代氨基等基团。

水杨酸结构

蒽醌类结构

o,o′-二羟基偶氮染料

酸性媒染染料价格低廉，耐洗和耐日晒色牢度高，是羊毛制品染色的重要染料，但色泽不鲜艳，常用于一些灰暗颜色的染色。由于染色时采用重铬酸盐类媒染剂，染色废水对环境的污染大，故目前几乎被高坚牢度的活性染料所取代。

2.酸性含媒染料　酸性含媒染料又称作金属络合染料，是分子中含有金属螯合结构的酸性染料，即合成时已将金属离子引入染料。由于染料分子中引入了金属离子，使染料能获得某些深色谱，如黑色、海军蓝色和棕色等，并能改进和提高染料的牢度性能与染色性能，如耐光色牢度、湿处理牢度和耐缩绒牢度等，染色织物色泽较酸性媒染染料鲜艳。

按照染料分子与金属离子的比例不同，酸性含媒染料可分为1:1型含媒染料和1:2型含媒染料。1:1型酸性含媒染料一般是用单偶氮染料和铬盐（硫酸铬、甲酸铬等）溶液在高压体系中加热合成的。

1912年，德国巴登苯胺纯碱公司（BASF）的Bohn首创1:1型金属络合酸性染料。1919年，瑞士汽巴化学（CIBA）和德国巴登苯胺纯碱公司（BASF）推出Neolan和Palatine Fast colours染料，这些染料的中心离子除个别是Co2+外，大都是Cr3+，目前仍被广泛使用。

染料与纤维结合的方式一般有三种：

（1）染料上的磺酸基与纤维上离子化的氨基以离子键结合。

（2）染料上铬离子与纤维上的氨基（或羧基）形成配位键。

（3）染料与纤维之间有范德瓦耳斯力和氢键结合。

以Palatine Fast Pink染料与羊毛纤维结合为例，如图7-5所示。

图7-5　Palatine Fast Pink与羊毛纤维结合示意图

染料和羊毛结合的方式并不是都同时存在，需要根据染料的结构和染色的情况而定。若羊毛与染料结合得过快，容易造成染色不匀的现象。为了解决染色不匀的问题，染色时就会在体系里加入大量的酸，使羊毛上的氨基充分离子化，未离子化的氨基和铬离子之间生成配位键的可能性减小，同时酸也可抑制羊毛上羧基的解离，减少了与铬离子之间的结合，通过这样的方式达到匀染的目的。染色后在水洗的过程中，酸性降低，染料中铬离子又可以与羊毛上的游离氨基（—NH2）以及离子化的羧基结合，使染料与纤维结合得更为紧密，从而提高染色牢度。

1:2型酸性含媒染料是由单偶氮染料在近中性染液中与铬的络合物（如水杨酸铬钠等）一起加热合成的。在弱酸性或中性条件下染色，又称中性金属络合染料，简称中性染料。该类染料的母体结构主要是o,o′-二羟基偶氮染料，两个染料母体可以相同，也可以不同，分别称为对称型（如Acid Red 182，图7-6）和不对称型。

这类染料的分子中含有不电离的亲水基团，如磺酰胺甲基（—SO2NHCH3）、磺酰胺基（—SO2NH2）等。染料的亲水性小、溶解性差、牢度好、相对分子质量大、匀染性差。染料和纤维的结合力主要是靠氢键和范德瓦耳斯力。他们的染色机理与中性浴染色的酸性染料相似。在中性浴中染色用醋酸铵或硫酸铵作为助染剂，染色时间短、染品光泽较好、手感柔软、工艺简便，但成本较高。

酸性含媒染料中含有Cr3+、Co3+等对环境有害的重金属离子，在染料合成及应用过程中随废水进入环境中，严重危害周围水系的生态环境，自20世纪80年代以来，各国对纺织品中重金属离子Cr3+、Co2+含量进行了严格的限制。因此，研究开发环境友好的金属络合染料替代传统的铬、钴等金属络合染料，已成为国内外研究与开发的一个重要方向，近年来我国开发了一些能满足欧盟生态标签新标准的金属络合染料，如青岛双桃精细化工有限公司的尤丽特高级中性染料，浙江省杭州恒升化工有限公司的丽华素（Levasol）系列、丽华特（Levat）系列和丽华特PA（Levat PA）系列品种等，这些染料上染率高，工艺控制容易，匀染性能良好，拼色效果佳，色光与一般中性染料相比更鲜艳，能满足染色印花的要求。

图7-6　Acid Red 182染料结构

1.酸性媒染染料　酸性媒染染料按照酸性染料的染色方法染羊毛，但需要用重金属盐进行媒染，提高染色牢度。根据媒染方法的不同，分为预媒染法（pro-mordanting method）、后媒染法（post-mordanting method）和同浴媒染法（meta-mordanting method）三种，其中后媒染法应用最广泛。

（1）预媒染。预媒染法是将羊毛染色前先用媒染剂预处理，再用酸性媒染染料染色。在媒染过程中，加入还原性的有机酸，可使六价铬还原充分，并可防止羊毛被过度氧化而损伤。预媒法的优点是可及时控制颜色浓度，仿色比较方便，特别适合于染淡色和中等色。缺点是染色过程繁复，工艺流程较长，而且羊毛经铬媒处理后，媒介染料上染太快，容易染花，染色物的耐摩擦色牢度偏低，因此这种方法极少使用。

（2）同浴媒染。同浴媒染法是将酸性媒染染料和媒染剂在同一染浴中染色，由于染浴中有媒染剂存在，所以对染料选择有一定要求。同浴媒染法最大的优点是将染色和媒染两个过程在同一浴中进行，工艺简单，流程短，染色时间短，色光容易控制，对羊毛的损伤小。缺点是适用的染料品种受到限制，给拼色带来麻烦，因上染和络合同时完成，染料在纤维内的扩散不够充分，染深浓色时耐摩擦色牢度不如后媒法好。

（3）后媒染法。后媒染法是先按酸性染料染色方法染色，然后再用媒染剂进行媒染处理。其优点是匀染和透染性好，耐缩绒、煮呢效果好，耐皂洗色牢度好，尤其是深浓色，而且整理过程中色光变化小。缺点是染色流程长，能源消耗多，色光和仿色不易控制，因为最终颜色要在媒染后才能表现出来，但如果严格控制工艺条件和掌握染料染色性能，还是可以克服的。因此实际应用比较多。(www.xing528.com)

2.酸性含媒染料　1:1型酸性含媒染料主要用于羊毛染色，染色方法大致与强酸性染料相似。不过用酸量较大，沸染时间长，元明粉的匀染作用小。由于1:1型酸性含媒染料在染色时能与羊毛上的氨基和羧基发生络合反应，因此导致了pH对染色的影响与强酸性染料不完全相同。1:1型酸性含媒染料的上染率在pH为3～4.5时最高，pH在低于3时上染率反而有所下降。这是因为：当pH低于羊毛等电点，羊毛纤维上的氨基全部离子化，不能与染料上的铬离子发生络合反应，因此染料通过络合作用上染羊毛的量减少，尽管染料与羊毛纤维之间离子键结合不变，上染率还是有所下降。通常染色时，用硫酸调节pH在2.2～2.4。为增强匀染效果，可在染浴中添加非离子型聚氧乙烯醚类的匀染剂。

1:2型酸性含媒染料的染色原理与中性浴染色的酸性染料十分相似，由于染料分子中的金属离子已与染料完全络合，故它不能再与羊毛、蚕丝和锦纶上的供电子基发生配位键结合。在染液中，1:2型酸性含媒染料上磺酸基团电离后形成带负电荷的染料阴离子，可与纤维上离子化氨基通过离子键结合，同时纤维与染料间存在范德瓦耳斯力和氢键结合。

1:2型酸性含媒染料分子结构复杂，相对分子质量大，对纤维的亲和力高，初染速度快，在纤维内的扩散速度慢，移染性差，对由纤维微细结构差别引起的染色疵病的遮盖性差。当温度低于某一范围时，染料的聚集程度较高。因此，如何使染料上染均匀和透染是制订染色工艺的关键。

（一）羊毛中性染料染色

1.染色对象　羊毛散纤维或绞纱。

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。50℃运转5min，加入醋酸和助剂，运转5min后加入已经溶解的染料，再运转5min，在30～60min内升温至沸，沸染30～60min，降温，清洗。清洗液pH为4～5时，加碱中和，40℃中和处理20～30min。

（2）染色设备。散纤维染色机或绞纱染色机。

（3）染色用染料。选用中性染料（1:2型酸性含媒染料）。中性染料与蛋白质纤维之间存在离子键结合，染浴pH越低，染料与纤维之间的离子键结合程度越高，上染速率越快，很容易导致染色不匀。所以染浴pH以控制在弱酸性或中性为宜。通常始染温度不宜过高，缓慢升温，有时也可采用分段升温的染色方法。

（4）染色助剂。醋酸、硫酸铵等均可用于调节pH，采用pH滑移染色法，有利于控制上染速率，更易获得匀染。染色时还需加入匀染剂，提高染色的均匀性。

（二）锦纶织物卷染

1.染色对象　锦纶织物：40D/24F，120根/10cm×89根/10cm，克重164g/m2，门幅150cm。

2.工艺流程

染浴配制→80℃（1道）→升温至100℃（12道）→80℃水洗（1道）→100℃皂洗（4道，净洗剂LS 1g/L）→70℃水洗（1道）→50℃水洗（1道）→冷水洗（1道）→出缸→烘干

3.染色配方

4.操作及注意事项

（1）染色操作流程。现将染料溶解，匀染剂加水到规定水量，加入溶解的染料，然后加冰醋酸，80℃染1道，逐渐升温到100℃（4道），保温染色6～8道，排液，80℃水洗1道，100℃净洗剂洗涤4道，70℃水洗1道，50℃水洗1道，最后冷水洗1道，出缸，烘干。

图7-7　加罩卷染机

（2）染色设备。选用常压加罩卷染机（图7-7）。

（3）染色用染料。中性染料对锦纶有较高的亲和力，染料在锦纶上的吸附量高于锦纶的吸附饱和量，有一定的超当量吸附，染料利用率高，因此能染得深色。中性染料染锦纶具有良好的湿处理牢度和耐日晒色牢度，但色泽不够鲜艳，故实际生产中广泛应用于染深蓝、咖啡、黑色等深色品种。