阳离子染料的结构与性能解析

阳离子染料是最早合成的染料品种。1856年珀金（Perkin）合成的苯胺紫就是第一个阳离子染料，它具有与酸反应的游离碱性氨基，因此最初被称为碱性染料（basic dyes），这类染料是有机阳离子化合物，后来统称为阳离子染料（cationic dyes）。腈纶的发展推动了阳离子染料的发展。

阳离子染料是一种水溶性染料，在水中电离成色素阳离子，通过电荷引力与腈纶中的酸性基团结合上染。阳离子染料色谱齐全，具有鲜艳的颜色和高发色强度，有些甚至有荧光；染色性能优良，各项色牢度好，尤其是耐日晒色牢度高。

阳离子染料分为普通型阳离子染料、迁移性阳离子染料、分散型阳离子染料、活性阳离子染料和功能型阳离子染料。

1.普通型阳离子染料　普通型阳离子染料指X型阳离子染料以及能用于腈纶染色的碱性染料。大部分普通型阳离子染料染色牢度优良，对腈纶的亲和力高，初染率高，但匀染性差。染色时，由于腈纶中的酸性基团电离使纤维表面带负电荷，与带正电荷的阳离子染料发生库仑引力作用，使染料在纤维表面吸附。随着染色温度的升高，当达到腈纶的玻璃化温度以上，染料扩散进入纤维内部，并与纤维大分子上的酸性基团以离子键结合而上染固着纤维。普通型阳离子染料存在的最大问题是超过腈纶玻璃化温度时染料快速上染，阳离子染料一旦与酸性基团结合，迁移性很差，因此在接近玻璃化温度时要严格控制升温速度，从而控制染色速率，防止染色不匀。有时还需要加缓染剂，确保染色均匀性。

2.迁移性阳离子染料　迁移性阳离子染料指M型阳离子染料，这类染料对腈纶的上染及结合不同于传统阳离子染料，染料的相对分子质量较小，通常在230～280，对腈纶的亲和力低，扩散性好，移染性好，匀染性优良，可使染色升温时间大大缩短，在沸染过程中具有良好的迁移性，适用于含不同酸性基团的腈纶，对于解决易染花的色泽如咖啡色、豆沙色、红棕色等，有特殊的意义。

3.分散型阳离子染料　分散型阳离子染料是阳离子染料与阴离子物质反应生成不溶于水的染料色淀，所用的阴离子物质（Y-）有α-萘磺酸、对硝基苯磺酸等，最常用的是α-萘磺酸与阳离子染料（D+）结合生成溶解度很低的沉淀（DY），过滤后，加入木质素磺酸钠等分散剂，研磨至一定细度制成分散型阳离子染料。这类染料在水中呈悬浮状，对腈纶的亲和力低，容易在纤维表面均匀吸附，随着染色温度升高，逐渐电离生成阳离子染料，并扩散进入纤维，与腈纶上的酸性基团反应形成离子键在纤维内部固着。

分散型阳离子染料（SD型）比一般阳离子染料具有更高的移染性，初染率低，匀染性好，可少用或不用缓染剂，与其他染料进行同浴一步法染色，可染含腈纶或常压可染涤纶的混纺织物，还可染含羊毛、涤纶、锦纶等纤维的混纺或交织产品。

4.活性阳离子染料　活性阳离子染料分子内含有活性基团和季铵阳离子基团，可同时对羊毛和腈纶两类纤维进行染色，获得均一的颜色。染色时，染料溶于水呈阳离子性，向纤维扩散转移，首先吸附羊毛，随着温度提高，有相当部分的染料由羊毛纤维表面转移到腈纶上，并向纤维内部渗透，染料中的阳离子基与腈纶中酸性基团形成离子键，活性基团与羊毛纤维上氨基反应形成共价键，实现一个染料染两种纤维的目的，活性阳离子染料主要用于羊毛和腈纶混纺产品的染色。

5.功能型阳离子染料　功能型阳离子染料是一类集染色和功能整理于一体的新型染料，是在传统的阳离子染料上引入功能性基团，可在腈纶或改性涤纶及其混纺织物染色时，获得防水、抗紫外、抗菌等功能效果。

阳离子染料对腈纶有很强的亲和力，染色深度与腈纶的纤维饱和值[S]f有关，染料的染色饱和值和配伍指数是阳离子染料染腈纶的重要特性指标。

1.阳离子染料的染色饱和值和饱和系数　腈纶中的酸性基团为阳离子染料上染的染座，上染过程为定位吸附。在标准染色条件下染色，当全部染座被阳离子基团占据，再增加染料，上染量不再增加，染色达到饱和，此时上染纤维的染料量称为染料的染色饱和值[S]D。(www.xing528.com)

用测试纤维饱和值的方法，对同种腈纶，不同阳离子染料进行试验，可得到不同阳离子染料对该种腈纶的染色饱和值[S]D，纤维的饱和值与染料的染色饱和值之比为该染料的饱和系数（f），如下式所示。

染料的饱和系数f是阳离子染料的特征常数，它与纤维饱和值[S]f共同用于评价某个阳离子染料对特定腈纶染色时，能否染得深色以及该染色配方是否经济合理。

2.阳离子染料配伍指数（K）阳离子染料的配伍指数是间接表示上染速率的参数，是与染料的亲和力和扩散速率相关的综合指标，由下式表示：

式中：K为配伍指数；为阳离子染料在标准状态时的扩散系数；为染料的标准亲和力；R和T分别为气体常数和绝对温度。

阳离子染料的配伍指数通常分为5类（A～E），与染色性能的关系见表8-1。阳离子染料对纤维的亲和力越大，纤维对染料的吸附越快，上染速率就越快。

表8-1　阳离子染料的配伍指数与染色性能

配伍指数的测定方法：采用黄、蓝两套标准染料，每套有5只染料组成，且已知上染速率由快到慢，对应的配伍指数为1～5。未知配伍性的染料与标准染料拼色染色，选择拼色效果显著的一套标准染料，如黄色染料与标准蓝色染料拼色染色。观察每个拼色染色过程中的颜色变化，若配伍性一致，则整个上染过程色相不变，只是颜色深浅的变化，未知染料的配伍指数与此标准染料的配伍指数一致。实际染色中，经常面临两种染料甚至更多染料的拼色染色，应选择配伍指数一致或接近的染料进行拼色，才能确保染色产品的色光稳定一致。配伍指数较小的染料亲和力高，不易染匀，但上染率高，适合染深浓色；配伍指数较高的染料亲和力低，染色均匀性好，上染率较低，适合染浅淡色。配伍指数在3左右的阳离子染料适应性较广。

国产阳离子染料类型与配伍值信息见表8-2。

表8-2　阳离子染料类型与配伍指数

阳离子染料应用于阳离子可染涤纶和阳离子可染改性锦纶等染色时，色泽浓艳度不及腈纶，耐日晒色牢度也比腈纶染色的差，染色成品的耐热性各品种参差不齐。