染色工艺与参数控制

阳离子染料染腈纶按染色工艺分为浸染和轧染；按被染物状态可分为散纤维染色、腈纶条染色、针织（或膨体）绒线染色、腈纶织物或腈纶混纺织物染色。改性腈纶、阳离子可染涤纶和阳离子可染改性锦纶等染色参照腈纶染色。

（一）浸染方法

浸染方法有升温控制染色法、恒温快速染色法。

1.升温控制染色法　升温控制染色法是在染料上染过程中严格控制升温速度，缓慢升温，甚至进行分段升温染色，并通过染液的良好循环，保持染浴各部位温度及黏度的均匀性，使染料缓慢均匀上染，有时还要配合使用缓染剂，确保染色均匀性（图8-1）。

图8-1　升温控制染色法升温曲线（腈纶膨体纱染色）

2.恒温快速染色法　恒温快速染色法是指选择在纤维Tg以上、染液沸点以下某一固定温度开始染色，并保温染色45～90min，使染浴中大部分染料上染，然后再升温至沸，短时间沸染，让染料在纤维内充分扩散或移染，以提高染色均匀性和色牢度。也有直接将染液加热到沸点，升温过程染液循环充分，确保匀染，保温染色30～60min。恒温快速染色法可减少或消除升温控制染色法中因温度控制不准确造成的染色不匀，并可缩短20%～30%的染色时间，操作简单，生产效率高。

（二）阳离子浸染工艺参数控制

阳离子染料浸染时影响染色效果的有染色温度、染色时间、pH、缓染剂种类及用量、浴比等工艺参数。

1.染色温度　腈纶是一种合成纤维，对于合成纤维而言，只有在玻璃化温度以上，纤维大分子的链段运动加剧，为染料的扩散、渗透提供了瞬时空间，才有利于染料分子扩散进入纤维内部，染透纤维并与分子内酸性基团结合而固着。

不同品牌的腈纶，因第二、第三单体品种和比例的不同，或纺丝工艺不同，Tg不同，一般为75～80℃，染色温度必须高于玻璃化温度20～30℃，所以染色温度为100℃，沸染。

在Tg以上时，由于分子链运动显著增加，吸附上纤维的阳离子染料与纤维上酸性基团以库仑力结合，上染速率急剧上升，因此每提高1℃，上染速率提高30%，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。为避免这类问题，要求在75℃以上严格控制升温，误差不大于±1℃。

染色结束后必须缓慢降温，快速降温会由于冷却程度不一致导致纤维硬化程度不同，影响手感。(www.xing528.com)

2.染色时间　染色时间是确保染料吸附、扩散、染透纤维的重要参数，也是移染和匀染的保障。染色时间包括升温时间和保温时间，染色时间短会导致染料不能染透纤维或染色不匀，染色时间过长则浪费能源，降低生产效率。不同的染色方法选择不同的染色时间，升温控制染色法采用缓慢升温（图8-1），到100℃后保温染色60min。恒温快速染色法是先升温到85℃，恒温染色60min，然后升温至100℃，沸染30min。

3.染色pH　阳离子染料不耐碱，染色最佳pH为4～4.5，弱酸条件，染浴中加入醋酸、醋酸钠作缓冲剂，用以调节染浴的pH。

4.缓染剂　缓染剂是用于减缓阳离子染料的上染速率，达到匀染的效果。缓染剂分为无机盐和有机类表面活性剂两大类。

元明粉是常用的无机盐缓染剂，对于K值为1～1.5的染料，元明粉无明显缓染作用，对K值为3～5的染料有缓染作用。作用机理：元明粉在水中电离后形成Na+，因体积小，快速移动到纤维表面，与纤维上酸性基团通过库仑引力结合，占据染座，从而降低纤维表面的电位，降低染料向纤维表面移动速度，起缓染作用。随着染色过程的进行，染料与纤维的结合较大，因此阳离子染料在纤维上吸附、扩散后将占据染座的Na+置换下来，最终与纤维结合而上染。

有机类缓染剂分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。季铵盐类阳离子型缓染剂（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酸性基团弱结合。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，其用量要通过饱和系数f进行计算后确定，用量过多会影响到染料的染色饱和值。分子结构较大的阳离子表面活性剂难以渗透到纤维内部，只能在纤维表面作用和覆盖，形成阳离子界面，降低染料与纤维之间的电位差，降低染料的上染速率，起缓染作用，对染色饱和值的影响较小。

阴离子表面活性剂（如匀染剂CN）能与染料阳离子发生弱结合，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。染色过程中，虽然阳离子染料大部分会从弱结合状态分离出来，与纤维的酸性基团反应上染，但难免会损失一些阳离子染料，使染料的平衡上染量降低，所以阴离子表面活性剂更适合用作剥色剂。

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。

5.浴比　阳离子染料染腈纶的浴比对染料上染率和得色量有一定影响，浴比大，有利于染液与纤维的相对运动，对于匀染性较差的阳离子染料，浴比大更有利于得色均匀。但在染料用量一定的情况下，浴比大染料浓度降低，上染慢，得色浅。由于阳离子染料吸尽率较高，与其他染色体系相比影响相对较小。实际应用中，浴比根据染色设备、腈纶纤维（织物）状态、染色深度要求合理选择。低浴比染色是节能减排的重要手段，工艺设计时必须考虑。

阳离子染料轧染方法有汽蒸轧染和热熔轧染两种。

1.汽蒸轧染　汽蒸轧染主要用于腈纶精梳条和丝束的染色，工艺流程为：浸轧→烘干→汽蒸→水洗。一般汽蒸固色采用饱和蒸汽100～103℃，汽蒸时间为10～15min，汽蒸条件由所用染料的扩散性、染色浓度、汽蒸温度及配套助剂使用情况等因素决定。对亲和力高的阳离子染料，由于分子结构大，在纤维内扩散慢，要获得透染和匀染效果，可适当延长汽蒸时间。为保持汽蒸固色时的pH，通常轧染液中添加不挥发性酸（如酒石酸等）或释酸盐（如硫酸铵等）。为防止纤维上染料发生泳移，轧染液中加入少量易于洗涤的非离子型糊料，作为防泳移剂，防止在烘干环节产生阴阳面色差。

2.热熔轧染　热熔轧染主要用于涤/腈等中长纤维织物的染色，工艺流程为：浸轧→烘干→焙烘→水洗。用分散型阳离子染料和分散染料同浴浸轧织物，分散染料染涤纶，分散型阳离子染料染腈纶，焙烘温度取决于腈纶的耐热性能和所选染料的热稳定性。为防止烘干时发生泳移，需要在轧染液中加少量易于洗涤的非离子型糊料，作为防泳移剂。