活性染料染色工艺及案例分析技巧

活性染料（reactive dyes）是分子中含有一个或一个以上的反应性基团，在适当条件下，能和纤维素纤维上的羟基，蛋白质纤维及聚酰胺纤维上的氨基等发生化学反应，在染料和纤维之间形成共价键结合的一类染料。按照染料索引分类，该类染料称为反应性染料，我国称为活性染料。

活性染料与其他类染料最大的差异在于其分子当中含有能与纤维的某些基团（羟基、氨基）通过化学反应形成共价结合的活性基，可用下列通式表示活性染料的结构：

W—D—B—Re

式中：W为水溶性基团，一般为磺酸基；D为染料发色体或母体结构；B为母体染料与活性基的连接基或称桥基；Re为反应性基团，可与纤维反应形成共价键。

活性染料按活性基类型可分为卤代杂环类和乙烯砜（vinyl sulfone，简称VS）类，卤代杂环类主要有二氯均三嗪（dichlorotriazine，简称DCT）、一氯均三嗪（monchlorotriazineo，简称MCT）、一氟均三嗪（monofluorine triazineo，简称MFT）、二氟一氯嘧啶嗪（difluorine chloro pyrimidine，简称DFCP）和烟酸离去基型（nicotinic acid，简称NT）等；还可按活性基数量来分类，分为单活性基和双活性基，双活性基主要有MCT+VS、MCT+MCT、MFT+VS、DFCP+VS、MFT+NT、MCT+DFCP、VS+VS等。

活性染料色谱齐全，色泽鲜艳，使用方便，具有优异的各项色牢度，尤其是湿处理牢度。但深浓色的耐湿摩擦色牢度、中浅色耐日晒色牢度和耐汗光色牢度还不够理想，部分染料的耐氯色牢度未达到市场要求。单活性染料固色率较低，双活性染料固色率达90%以上。

目前，90%以上的纤维素纤维都采用活性染料染色，基本取代了禁用的不溶性偶氮染料。活性染料除用于纤维素纤维染色外，还可用于蛋白质纤维、聚酰胺纤维的染色。

所有活性染料的染色都是基于纤维素纤维、蛋白质纤维及聚酰胺纤维分子中含有可与活性染料发生反应的亲核基团，如羟基、氨基及硫醇基等。

亲核取代反应见图6-2，亲核加成反应见图6-3。

活性染料的反应性主要取决于分子中的活性基，卤代杂环类活性基，主要与纤维素纤维发生亲核取代反应，其反应性取决于与卤素相连的C原子的电子云密度，如MFT型活性染料的反应性高于MCT型活性染料的反应性。而乙烯砜类活性基主要与纤维素纤维发生亲核加成反应。

纤维素纤维的反应性主要取决于其亲核性，由纤维素分子结构式可以看出，纤维素分子中的葡萄糖剩基上有三个羟基，其中第2、第3位上是两个仲羟基，第6位上是一个伯羟基。

如果葡萄糖剩基上的三个羟基都发生反应，纤维素纤维的理论取代度为18.5mol/kg纤维。但大多数情况下，取代程度远低于此理论值，这是因为只有无定形区的葡萄糖剩基上的羟基才可能与染料等发生亲核反应，一般认为纤维可及区的羟基只占纤维的5%～14%。实际染色时，并不是可及区中所有的羟基都能反应，这与各羟基的反应性和空间阻碍等因素有关。

染料分子与纤维素分子中葡萄糖剩基的三个羟基反应性是不同的。从羟基的亲核反应性来说，第2位羟基的反应性最强，这是由于与第2位碳原子相邻的第1位的碳原子上连有2个氧原子，氧原子的诱导吸电子作用使得第2位碳原子的电子云密度较第3、第6位的低，所以与第2位碳原子相连的羟基易离解成阴离子，反应性较强。但由于第2位上的羟基受空间阻碍较第6位的大，因而对一些体积较大的染料的反应概率较低，而对分子较小的染料分子受空间阻碍的影响较小，反应概率较高。第6位碳原子上的伯羟基亲核反应性较一般的仲羟基强，而且受空间位阻的影响较小，所以发生亲核反应的概率较高。第3位碳原子上的羟基是仲羟基，受空间阻碍影响也较大，而且还容易与相邻的葡萄糖剩基形成分子内氢键，故反应性最低。在正常反应条件下，活性染料主要和纤维素纤维葡萄糖剩基上的第6位的羟基发生反应。

纤维素纤维在碱性条件下离解成CellO-和H+，且纤维素内相中的氢氧根离子浓度越高，CellO-的浓度越高。在外相加入中性电解质，有助于提高溶液的离子强度，从而进一步提高了内相的氢氧根离子浓度，也提高了CellO-的浓度。

表9-2所示，不同pH情况下，[Cell—O-]/[OH-]s比值随电解质浓度增高而增大。当X≥0.01 mol/L时，[Cell—O-]＞[OH-]s；pH为7～11时，[Cell—O-]/[OH-]s基本不变，但X增大，[Cell—O-]/[OH-]s比值增大；pH＞11时，pH增大，[Cell—O-]/[OH-]s比值减小，所以活性染料与纤维素纤维反应的最佳pH为10.5。

表9-2　电解质浓度和[Cell—O-]/[OH-]s的关系

活性染料与纤维素纤维的反应称为固色反应。活性染料和纤维形成共价结合的染料量占投入染料总量的百分率称为固色率。

影响活性染料与纤维固色反应的主要因素如下。

1.染料的性能

（1）反应性。活性染料的反应性既包括与纤维素纤维的反应，也包括与染色介质（如水）的反应，即水解反应。通常用水解反应速率常数来间接地代表染料和纤维的反应速率常数。因此染料的反应性越强，其与纤维的反应速率常数越大，但其水解速率常数也会增大。

（2）直接性。活性染料的母体一般是简单的酸性或直接染料，故具有较低的直接性和良好的扩散性。

活性染料的亲和力或直接性越高，在一定条件下吸附到纤维上的染料浓度越高，越有利于染料和纤维的反应，固色速率越高。图9-7所示为活性染料固色率随直接性提高而增加的情况。

在实际染色条件下，活性染料吸附平衡不断随染料与纤维反应而变化，因此[D]f/[D]s不能准确求得（特别是一些反应性较强的染料），可用竭染常数SR来代替直接性[D]f/[D]s，它被定义为纤维上固着与吸附的染料浓度之和与染液中残存的染料浓度之比。

图9-7　乙烯砜型活性染料的直接性和固色率的关系

SR=（[D]固+[D]吸）/[D]s

（9-1）

图9-7所示为乙烯砜型活性染料的直接性和固色率的关系，图9-8为乙烯砜型活性染料的竭染常数和固色率的关系。从图中可以看出，固色率随直接性或竭染常数的增加而增加，开始阶段升高很快，以后逐渐变慢，说明直接性过高没有必要。此外，直接性过高会使染料的扩散性及匀染性降低，导致水解染料难以洗除。因而，活性染料的母体一般都是简单的酸性或直接染料，具有较低的直接性和良好的扩散性。

染料的直接性、反应性或反应性比（kf/kh）与固色率F（%）之间可用式（9-2）表示：

式中：E——上染百分率，可表示直接性高低。

（3）扩散性。活性染料的扩散性能不但和上染速率及匀染性、透染性有关，而且由于染料扩散快，在一定时间内和纤维的羟基阴离子接触的概率也高，反应速率和固色率就高。但扩散性的影响要远远低于直接性的影响。

（4）溶解性能。染料的溶解性能越低，染料越容易聚集，不易扩散到纤维内部，固色率越低。总的来说，活性染料的溶解性能是比较好的。

2.染色pH　pH对染料和纤维的反应具有较大的影响。随pH增高，某些染料的连接基会阴离子化，从而降低染料的反应性。纤维素阴离子与氢氧根离子的浓度比值（[CellO-]/[OH-]）在pH高到一定程度后会减小，影响固色率。

pH增高，纤维素电离程度增加，纤维素羟基离解的数量增多，纤维带负电荷增多，对染料阴离子的库仑斥力增大，因而染料阴离子的亲和力（或直接性）降低。当pH大于10.5后，直接性急剧下降，与此同时，染料水解反应的假一级水解速率常数随pH升高迅速增加，如图9-9所示。

图9-8　乙烯砜型活性染料的竭染常数和固色率的关系

图9-9　染液pH与染料直接性和水解反应假一级速率常数的关系

（活性艳红M-2BS）

提高染液pH，虽然可以提高染料和纤维素纤维的反应速率，但水解速率增加得更快，kf/kh减小。由图9-10可以看出，染料对纤维素纤维的固色反应和水解反应的假一级速率常数比值随pH增加而变小。所以pH越高，固色率越低。由此可以看出，活性染料的固色应在碱性溶液中进行，但碱性不要太强，否则水解染料增多，而且反应太快还容易引起染色不匀和不透。

3.染色温度　温度是影响反应的又一个重要因素。提高温度可使染料的水解以及染料和纤维的反应速率都增高，但对水解的影响更为显著。从图9-10可看出，无论是与棉还是黏胶纤维反应，20℃时的kf/kh比40℃的高。

温度越高，染料的亲和力或直接性就越低，染料的平衡吸附量也会降低。如果用竭染常数（SR）来表示直接性也有类似结果（图9-11），即温度越高，竭染常数或固色率越低。

图9-10　染液pH与染料的固色反应和水解反应假一级速率常数比的关系

（活性艳红E-2B）

图9-11　温度对竭染常数（SR）和固色率（F）的影响

（1—活性艳红BB　2—活性艳橙RR）

此外，温度变化还会引起纤维内外相溶液中离子浓度分配的变化，对纤维溶胀性能也有影响。总之，温度越高，固色率越低，固色效率越低；在保证一定固色速率的情况下，固色温度不宜太高。

图9-12　电解质对活性染料染棉上染率的影响（40℃）

4.电解质　活性染料是典型的盐效应染料，加入食盐（NaCl）等中性电解质可提高染料的上染量，固色率也提高。图9-12所示为活性染料对棉的上染量与电解质浓度的关系，随着电解质浓度的增加，染料对棉的上染量均增加，固色率将随之提高。可以认为，电解质提高染料的上染量和固色率的作用除了靠提高直接性外，还包括提高[Cell—O-]/[OH-]比值（表9-2）。根据唐能膜平衡原理，在碱性溶液中，纤维素纤维空隙中溶液的pH低于外相溶液的pH，加入盐可缩小内外相pH差别。

但是，电解质浓度过高，会增加染料在溶液中的聚集倾向，引起染料固色速率随电解质浓度的增加而不断降低，染色匀染性也很差，对固色反应反而不利。

在活性染料与纤维反应过程中，纤维素和水都可作为亲核试剂与染料发生反应。染色时，不但溶液中存在大量水，被水溶胀的纤维内也存在很多水，染料与水反应后，就失去与纤维反应的能力，这种反应越快，损失的染料就越多，固色率就越低。因此研究活性染料及水的反应具有重要意义。

染料和水是均相反应，而和纤维素纤维则是非均相反应。在固色时两种反应同时存在，比较这两种反应是非常困难的。为了方便起见，可先选择适当的水溶性醇代替纤维素纤维来进行研究。在醇的碱性水溶液中可发生以下几种反应：

＜p＞

醇的离解

AO-+D醇解产物染料的醇解

OH-+D水解产物染料的水解

AOH表示醇，D表示染料。醇解（相当于和纤维素的反应）和水解的速率可分别表示如下：

醇解反应速率=ka[D][AO-]

（9-3）

水解反应速率=kh[D][OH-]

（9-4）

式中，ka和kh分别表示醇解和水解反应速率常数，都是假一级水解反应。活性染料的消耗速率（）等于醇解和水解速率之和：

如果kA表示总反应速率常数，它等于：

式中：[D]0和[D]t分别表示反应初始染料浓度和t时间的染料浓度。

实际上，[AO-]不仅和[OH-]有关，还取决于醇的羟基离解常数Ka：

或

式中：Kw为水的离解常数。

由于醇是一种非常弱的酸，在pH低于11时离解度很低，[AOH]可看作常数，故总消耗反应速率常数只与[OH-]有关。由式（9-6）～式（9-8）还可得到醇解反应效率Ea（醇解和水解速率之比）：

由式（9-9）可以看出，反应效率Ea和醇的离解常数Ka、反应性比值（两种反应速率常数比）以及醇的浓度成正比，和水的离解常数Kw成反比。

如果不考虑活性染料与纤维素羟基反应的具体位置，纤维素羟基主要是以阴离子形式参加亲核反应（Cell—O-亲核反应性远大于Cell—OH），而且染料在与纤维反应的同时，还和水（即和OH-）反应形成水解染料。水解反应可发生在外相溶液中，也可发生在纤维内相孔道溶液中。

假定在染色初期，染料分别与水及纤维素发生反应，反应介质的pH以及反应温度等条件不变，染料吸附在纤维表面，不考虑扩散的影响，其固色效率Ed为：

式中：kf为染料与纤维素的反应速率常数；kh为水解反应速率常数；[D]f，[D]s分别为纤维上的染料浓度和溶液中的染料浓度；KCell为纤维素的离解常数；为纤维素浓度。

式（9-10）表明，固色效率与kf/kh、直接性、[Cell—O-]/[OH-]有关。

但上述公式只适用于染色开始时，实际染色时，染料是一边吸附上染一边固色反应。固色时，由于碱的作用，反应加速，但染料的吸附、扩散和反应还是同时存在的，因此，固色效率还和染料的扩散性能有关。染料扩散速率快，接触纤维素羟基的概率高，固色速率和固色效率就高。此外，纤维内相和外相溶液中的[OH-]是不等的，内相和外相的浓度差随溶液的pH、盐的浓度等因素而变化。因此实际反应要比上述讨论的复杂得多。在假定染料的扩散系数D不随纤维上染料浓度而变化，内相氢氧根离子浓度[OH-]i、[Cell—O-]和染液染料浓度恒定，但考虑染料的扩散、纤维的结构以及内外相溶液中离子分配等因素的影响，可得到下式所示的固色反应速率方程式：

式中：为与纤维发生反应的染料浓度；P为每千克纤维所具有的扩散孔道体积；r为纤维的半径；K为染料平衡吸附时的[D]a/[D]i，[D]a和[D]i分别为染料吸附在纤维上和在内相溶液中的浓度；kf为染料和纤维的反应速率常数；kih为内相溶液中染料的水解速率常数。类似地可得到染料在纤维孔道溶液中的水解速率方程式：

式中：为内相溶液中水解染料浓度。

而染料在外相溶液中的水解速率为：

式中：为染浴中水解染料浓度；为染浴中染料水解速率常数；nd为内相和外相溶液中染料的浓度比值；nh为内相和外相溶液中[OH-]的浓度比值。

和醇解反应效率类似，将固色速率和水解速率相比，可得到固色效率Ed：

式中：V为浴比，故V/P为染浴和孔道溶液的体积比。，一般假定等于1。

由式（9-14）、式（9-15）可看出，固色效率不仅与反应性比、直接性（或平衡吸附常数）、纤维素阴离子浓度和氢氧根离子浓度比值有关，还和纤维的结构、纤维半径r、孔道体积P、染料的扩散系数、浴比以及纤维内外相溶液中的染料离子与氢氧根离子浓度的比值有关。这些因素都会随染色工艺条件而变化。因此，温度、pH、电解质浓度以及助剂性质等因素都会影响固色效率及固色速率。

活性染料与其他染料在上染过程中的最大不同之处，就是在吸附和扩散的同时还会发生与纤维的共价键合反应及水解反应。如果染料过早发生固色反应，将会影响染色织物的匀染及透染效果。一般来说，活性染料的反应性越强，直接性越高，扩散性越低，匀染和透染性就越差；反之就较好。

活性染料水解后，虽然可继续发生吸附扩散，但是失去了与纤维共价结合的能力，使染料的固色率降低，影响染色物的湿处理牢度。因此，纤维素纤维染色时，应在近中性上染，待达到或接近吸附平衡后再加碱剂（通常将这些碱剂称为活性染料的固色剂），提高染液的pH，使纤维素纤维的羟基容易离解成阴离子，加快染料和纤维间的固色反应。这样不但可以减少染料在水浴中水解的概率，提高固色率，而且还会获得良好的匀染及透染效果。

活性染料染纤维素纤维纺织品主要有浸染、轧染和冷轧堆染色工艺。染色设备和工艺条件随纺织品种类和染料类别不同而不同。通常都在常压下染色，上染和固色温度及pH则随染料品种而异。

（一）浸染

活性染料浸染工艺分为三个阶段：中性上染阶段，碱性固色阶段，皂煮后处理阶段。图9-13所示为活性染料的上染、固色曲线及染色特征值。

由图9-13知，在未加碱剂前的30min，染料吸附已接近平衡。此时和纤维共价结合的染料量少，几乎可看作零，但加入碱剂后，由于提高了染液的pH，使纤维素阴离子浓度迅速增加。随着固色率的增加，纤维的上染百分率（吸附和固色染料的总和）也相应迅速增加。原因是吸附在纤维上的染料和纤维素分子共价结合后打破了原吸附平衡，纤维上染料解吸速率减慢，因而又有部分染料上染纤维，并与纤维大分子发生共价结合，最后达到新的吸附平衡。在固色的同时，染料还会发生水解，部分水解染料也吸附在纤维上，因而上染百分率始终高于固色百分率。

图9-13　活性染料的上染、固色曲线及染色特征值

为了比较染料的性质，有研究者提出了S.E.R.F.值的概念。S.E.R.F.值就是浸染时用上染曲线和固色曲线中某些点的数值来表示活性染料的染色性质。S值表示在中性盐存在下染料达到第一次平衡的上染率，反映染料对纤维的亲和力或直接性高低。E值表示加碱后染色最终时染料的上染率，第二次上染率可以从E-S求得，S和E-S值的大小关系到第一次上染和第二次上染的匀染性和上染量。R值表示加入碱剂10min（或5min）时的固色率与最终固色率的比值，表示染料与纤维发生反应的固着速率。T50表示达到最终固色率一半所需的时间，也常用来表示染料的固色速率。F值表示洗去浮色后染料的固着率，它反映染料的固色率高低。

活性染料浸染宜选用S值中等的染料（即S值约等于50%，E-S值小于30%的染料）。S值大，E-S值小的染料，上染阶段易发生染色不匀。S值小，E-S值大的染料，固色阶段易发生固色不匀。S值大的染料，染料的直接性大，温度效应明显，所以要严格控制升温速度；S值小，E-S值大的染料，染料的上染主要靠加碱之后的第二次染色，所以必须严格控制加碱方式，缓慢加入碱剂，又称为碱控型染料；S值中等的染料，称为盐控型染料，此类染料染色时，必须控制好电解质的加入方式，缓慢线性加入电解质。若要拼染，必须选择S.E.R.F.值在±15%左右的染料，若S.E.R.F.值大于20%，则不能拼染。

1.影响浸染的工艺参数　影响浸染的工艺参数主要有温度、固色碱剂、中性电解质的性质、浴比、助剂的选用等。

（1）染色温度及固色温度。活性染料的染色温度包括上染温度和固色温度。上染温度与染料的扩散系数有关，由于活性染料是母体结构简单的阴离子染料，在纤维中的扩散系数大，上染温度低，是温度效应染料，一般上染温度为40～60℃。但活性翠兰是铜酞菁结构的染料，分子结构相当于直接染料，因而上染温度较高，为80～90℃。黏胶纤维由于具有皮芯结构，染料不易进入纤维内部，因而上染温度比棉纤维高10℃左右，为70℃以上。固色温度与活性基的反应性有关，反应性强，固色温度低，反之，则高。活性基种类、反应性与固色温度关系见表9-3。

表9-3　活性基种类及反应性与固色温度的关系

对于MCT+VS型双活性基染料，一般以60℃固色60min为宜。

（2）固色碱剂。活性染料固色pH一般以10～11较合适。根据活性基反应性的不同，选用碱剂的碱性强弱不同，也随所要求的固色速率而定。通过实验测定，常用碱剂的碱性强弱及pH（10g/L溶液，25℃）为：

除了碱性强弱之外，各碱剂对溶液的pH缓冲能力也不同。磷酸钠、硅酸钠（水玻璃）和纯碱缓冲能力较强，因此染液pH较稳定。浸染常用的碱剂是纯碱，可维持染液pH在10.5左右。对于再生纤维素纤维织物以及一些较难渗透的棉织物，可用小苏打和纯碱混合碱剂，有利于提高匀染和透染效果。如果用少量纯碱和烧碱的混合碱（烧碱应在后期加入），也可获得较好的效果。水玻璃的缓冲能力虽然很强，但会增加溶液黏度，用量过高会影响渗透，且水玻璃在染液中还会吸附染料，故一般只是在需要高缓冲能力时才选用。

（3）中性电解质。活性染料的直接性一般较低，所以电解质的用量应较直接染料高。通常在染色浴中加入一定量的中性电解质，如食盐、硫酸钠（元明粉），主要是提高染料的上染百分率。工业食盐价廉，但纯度不高，含有较多钙、镁等金属离子，会降低某些染料的色泽鲜艳度和溶解度，而且由于含有氯，会腐蚀设备，一般很少用。元明粉较纯，但用量要适中，过高会引起染料在溶液中的聚集而降低上染百分率、匀染及透染效果，甚至有可能使溶解度低的染料沉淀。电解质的用量随染料用量的增加而增高，一般为20～60g/L（无水元明粉的用量与食盐用量相同，结晶元明粉增加一倍），加入方式是部分染料上染后，分次分批加入。

（4）浴比。由式（9-14）和式（9-15）可知，浴比越小，Ф越小，固色效率和固色率越高。而浴比主要与染色设备有关，目前溢流染色机浴比为10:1～5:1，以V型和O型缸居多，浴比较大的L型缸已淘汰，气流染色机可控制浴比在5:1以下，是节水型的小浴比染色设备。应根据织物的种类、设备和染料性质，选择合适的设备，调整浴比。

（5）助剂。对一些难溶的活性染料还可以加入尿素等助溶剂，以提高染料的溶解度和纤维的溶胀性（含乙烯砜基的染料需用双氰胺代替尿素）。

染色用水不宜含有铁、铜或铬等金属离子，它们会使染料的溶解度降低或色泽萎暗。因此染色应该用软水，可用EDTA或六偏磷酸钠来软化。有时还需加入一些匀染剂，当表面活性剂浓度大于临界胶束浓度时，会形成胶束，染料缓慢释放，即通过缓染来达到匀染的目的。对活性翠蓝这种铜酞菁结构的染料，加入碱剂后，水溶性基团减少，染料更易聚集，还需加入1～2g/L分散剂。

2.浸染工艺　浸染工艺可以分为三种：两浴两步工艺、一浴两步工艺及全料（一步）法工艺。

（1）两浴两步工艺是染料在中性浴中上染，然后在另一不含染料的碱性固色浴中固色。由于染料吸附和固色分别在两个浴中进行，吸附浴和固色浴都可以续缸使用，因而染料利用率高，固色率较高。用于纱线浸染生产，能最大限度地缓和染料的键合和染料水解之间的矛盾，获得较理想的染色效果。在纱线浸染续缸染色或拼色时，染料的固色率和给色量比较稳定，不易产生色差，质量稳定。

（2）一浴两步工艺是大多数纺织品染色采用的方法。此法是把染料、电解质等预先配制成染液，在染物浸染吸附染料后，再加碱剂，同时升高温度进行固色。该工艺质量较容易控制，色差较少，但不能续缸生产。

（3）全料（一步）法工艺是将染料、电解质、碱剂等在染色开始时全部加入染浴，上染同时进行固色。工艺较为简便，但染料水解率较高，染色质量稳定性也较差。只适于一些结构较疏松的织物或纱线（吸附较快），或在碱性较弱的情况下采用，且以染浅、中色为主。

卷染也属于浸染，特别适合小批量、多品种的生产，灵活性较强。染色时，织物大部分时间不是浸渍在染浴中，而是通过不断地交替浸渍染浴，从染浴中带上染液，在卷轴上不断转动，织物所带染液中的染料对纤维发生上染，加入碱剂后，可与纤维发生共价键结合，故上染过程和通常的浸染基本相同。

（二）连续轧染

连续轧染工艺主要包括浸轧染液、烘干、汽蒸或焙烘、皂煮后处理等过程。根据碱剂和染料的加入情况，轧染按照染料和碱剂的加入方式可分为一相法、两相法两种。一相法是将染料和碱剂放在同一染浴中，浸轧后经烘干、汽蒸或焙烘、皂煮后处理等过程，常把汽蒸固色的称为湿热一相法，焙烘固色的称为干热一相法；两相法是浸轧染液、烘干、浸渍或喷淋含碱剂的固色液、汽蒸、皂煮后处理。

染料的上染和固色原理与浸染时完全相同，染料必须充分溶解并被纤维吸附扩散后才能和纤维充分反应。浸轧在织物上的染料烘干时只有少量对纤维发生吸附、扩散和固着，大部分染料沉积在织物毛细管中的纤维表面。在用饱和蒸汽汽蒸时，染料从蒸汽中吸收水分后溶解在纤维间的毛细管中，被纤维吸附的同时向纤维内部扩散，并发生固色反应。在焙烘或常压高温蒸汽中处理时，由于缺少水分帮助染料溶解，固色较难，因此要加一定的助剂（如尿素或者双氰胺），来完成染料的上染及固着过程。

1.两相法　两相法染色由于染液中不含碱剂，pH近中性，染液稳定性好，染料的实用性较广。染料要充分溶解，配制染液后最好在较短时间内使用，特别是一些较活泼的染料，以免染料水解影响得色量。

两相法轧染液中也可加一定量的弱碱剂，以提高固色率。固色碱剂溶液含有一定浓度的食盐或元明粉，起防泳移作用，在织物烘干时，中性电解质会促进染料在毛细管中聚集，提高内相[OH-]，提高[Cell—O-]/[OH-]s，提高固色效率。碱剂的种类和用量应根据染料的反应性和用量而定。如MCT型活性染料的反应性较低，宜用较强的碱剂；DCT型活性染料反应性较强，宜选用较弱的碱剂；MCT+VS型双活性基染料可以根据具体情况，选用碳酸钠或碳酸钠/碳酸氢钠混合碱剂。该工艺目前存在的主要问题是工艺流程长，操作复杂，色光重现性差。

2.湿热一相法轧染　湿热一相法轧染的染料应选用母体结构简单、活性基反应性弱的活性染料，如MCT、VS、MCT+VS、VS+VS型活性染料均可使用，而对于DCT、MFT、DFCP型反应性较强的活性染料则不适用。母体结构简单的活性染料，直接性小，扩散系数大，轧染后头尾色差小；活性基的反应性弱的活性染料如MCT、VS、MCT+VS、VS+VS型活性染料，其工作液稳定，可避免染料在工作液中水解。如DCT型活性染料在20g/L的Na2CO3溶液中100min后，80%的染料会发生水解，而MCT型活性染料在20g/L的Na2CO3溶液中6h后，只有10%的染料会发生水解。染浅色时，染料用量一般是小于等于4g/L；染中深色时，染料用量为4～20g/L；染深色时，染料用量大于20g/L。

由于活性染料合适的固色pH为10.5，常选用5～20g/L的NaHCO3或1:1的Na2CO3：NaHCO3混合液，在高温汽蒸时，NaHCO3受热分解成Na2CO3。

浸轧方式有一浸一轧和二浸二轧两种。织物的带液率尽可能低一些，以减少烘干过程中染料的泳移和水解。一般情况下，棉织物的带液率控制在60%～70%，黏胶纤维织物在80%～90%。浸轧工作液中除了染料和碱剂外，还需加入适当的助剂，如加入1～2g/L的渗透剂，有助于染液尽快完成气液交换；加入30～40g/L的5%海藻酸钠糊做防泳移剂，可以减轻染料在浸轧后烘干时的泳移；加入0～15g/L的尿素，起助溶（VS型活性染料不加）染料、溶胀纤维、增加纺织物的吸湿性的作用；加入0～50g/L的元明粉等中性电解质，起防泳移作用，在织物烘干时，中性电解质会促进染料在毛细管中聚集，提高内相[OH-]，提高[Cell—O-]/[OH-]s，提高固色效率；加入防染盐S（弱氧化剂）可以防止活性染料在汽蒸时因受还原性物质（不成熟棉纤维，含有糖分，在碱性条件下汽蒸时有一定的还原性）或还原性气体的影响使结构破坏而使颜色变萎暗。

织物浸轧染液后一般先经烘干，烘干方式常采用红外线或热风预烘，以减少染料泳移，然后用烘筒烘干。在某些情况下也可省去中间烘干，如棉织物染浅、中色等。烘干后的织物要经过汽蒸（100～102℃饱和蒸汽，3～5min）才能完成染料的上染及固着。在汽蒸过程中，热的冷凝水起溶解染料、溶胀纤维的作用。汽蒸时的高温会进一步提高染料的溶解度和纤维的溶胀速率。此外，升高温度还有助于提高扩散系数，提高染料和纤维的反应速率常数，促使NaHCO3受热分解成Na2CO3。

在选用合适的染料和设备的前提下，织物浸轧染液后可不经过中间烘干，而直接汽蒸，也有很好的固色效果，称为轧—蒸染色工艺，采用该工艺不存在染料的泳移现象，对容易产生染料泳移的织物，如毛巾布、天鹅绒等很适用。(www.xing528.com)

除采用浸轧染液方式外，还有许多新的加工方式，如喷雾、淋液、泡沫以及喂给方式等，喷雾方式特别适合连续的纱线间隔染色，淋液方式则适合平幅的机织物和针织物连续染色，主要适用于起绒织物的湿—湿工艺。

3.干热一相法　是指活性染料固色在无水、有一定助剂（如尿素）条件下焙烘完成。焙烘加热介质一般为热空气。尿素可与染料形成低共熔混合物，有利于固色，此外，加入尿素，有利于溶解染料，溶胀纤维。尿素还可以减轻纤维素纤维在高温碱性条件下焙烘泛黄和损伤，提高色泽鲜艳度。尿素在高温阶段会分解，放出酸性物质，消耗部分碱剂，还会和小苏打反应生成有毒的氰酸盐或异氰酸盐。所以尿素用量过高或焙烘温度过高是有害的。此外，对于乙烯砜类染料不宜加尿素，必须改用双氰胺代替尿素，否则会显著降低得色量。一般焙烘温度为150～160℃，时间2～3min。

4.湿短蒸工艺　为了缩短染色工艺流程，减少染料的泳移，染色工作者尝试采用浸轧—湿蒸工艺，但染色织物湿蒸难度很大。首先，湿织物直接汽蒸，由于水分吸热蒸发，织物升温速度减慢，延长了汽蒸固色时间；其次，织物上含有大量水分（通常浸轧后的带液率为60%～70%）时，汽蒸升温过程中，织物上的活性染料会发生大量水解，降低固色率和色牢度。为了克服这些缺点，1995年Menforts与Zeneca公司开发了Econtrol设备和工艺；1998年Babcock和BASF公司研发了Babco Therm Eco Flash工艺，都称为湿短蒸工艺。前者采用蒸汽和热空气混合气体作为热载体，装有灵敏的湿度探测器，并用电脑控制湿度；后者以高温过热蒸汽（180℃）作为热载体。

湿短蒸工艺就是在选用适当染料和固色碱剂前提下，采用专用汽蒸设备，使织物尽快升温，所含水分从60%～70%很快降到适当水平，再进行湿态汽蒸或蒸焙，使染料快速固色，棉织物含水率降到30%左右，黏胶织物降到35%左右，此时织物上的水分基本上属束缚水和化学结合水，自由水很少，但可以保证纤维孔道中充满水，有利于染料在孔道中溶解、扩散以及对纤维吸附和固着，可大大减少染料的水解。为了使织物上水分能快速蒸发并维持在合适的水平，湿短蒸的蒸箱除了供给常压饱和蒸汽外，还需要具备使蒸汽迅速升温的附加设备，汽蒸时往往用蒸汽/空气混合气体或高温过热蒸汽作加热介质，前者120～130℃蒸焙2～3min；后者180℃左右汽蒸20～75s，在这种条件下固色率较高。

（三）轧卷堆染色

所谓轧卷堆（pad-batch）染色工艺，是将织物浸轧染液（染料、碱剂、助剂）后于一定温度打卷堆置，并不断缓慢转动，使染料完全均匀吸附、扩散和固色反应，然后经水洗等加工的染色方法。该工艺具有设备简单、能源消耗少、匀染性和重现性好、固色率高、适用染料品种多、排放污水少、加工成本低等特点，尤其适合加工小批量、多品种的产品。最常用的室温下卷堆的工艺，即冷轧堆（pad-batch cold）工艺。

普通法冷轧堆浸轧液中含有染料、10～20g/L纯碱、0～200g/L助溶剂尿素、1～2g/L渗透剂等，染色工艺过程包括浸轧染液、打卷后转动堆置8～24h、水洗后处理。若采用快速冷轧堆工艺，只需把10～20g/L纯碱改为50g/L水玻璃（40°Bé）和30g/L NaOH（30%），工作液的pH约等于13.5，堆置时间缩短为2～8h。其中水玻璃不仅抱水性强，而且对pH有很强的缓冲作用，但是易产生硅垢，可加入适量阻垢剂。此外，由于工作液的pH较高，染料易在工作液中水解，所以冷轧堆工艺所用轧槽的容积要小一些，染料和碱剂必须采用混合装置即计量泵加料。

冷轧堆染色的上染和固色温度低，使得染料扩散慢，固色和水解速率也慢，所以上染和固色时间长。由于固色温度低，固色率低，有利于提高固色效率。此外要求染料有良好的溶解和扩散性能，宜选用染料母体结构简单、直接性小、反应性强的染料，不易产生头尾色差。轧卷堆染色最合适的染料是MFT型和MFT+VS型活性染料。

促染剂如食盐、元明粉有利于堆置时纤维吸附染料，提高上染率及固色率。助溶剂如尿素有利于染料溶解和纤维的溶胀，加强染料对纤维的渗透和扩散。

室温浸轧染液，必须严格控制带液率，一般棉织物带液率控制在60%～70%，黏胶纤维为80%～90%。浸轧染液后织物打卷要平整，布层之间无气泡。堆置时，布卷要用塑料薄膜包覆、密封，并不停地缓缓转动，防止布卷表面及两侧水分蒸发或由于染液向下流淌而造成染色不匀。在堆置时，浸轧在织物上的染料被纤维吸附，向纤维内扩散、固着。其原理相当于极小浴比的浸染，因为温度较低，堆置时间较长，有较长的扩散和固着时间，所以固色率高，匀染性好，不会出现在轧染烘干时由于染料泳移而造成的染疵，布面比轧染光洁。

（四）水洗后处理

活性染料的水洗后处理是整个染色工艺过程的重要环节，对于染色物的牢度及染色时间、能源、水的节约具有重要意义。活性染料和纤维在发生固色反应的同时，会有水解染料产生，这部分水解染料多数是无活性的阴离子染料，具有结构简单、直接性低、耐水洗色牢度差的特点，需经水洗后处理去除。

水洗的目的就是去除未固着的水解染料、电解质和碱剂，少数情况还有助剂和固色后不溶性的色淀浮色。这些物质对纤维的直接性和在纤维上的分布状态不同，应该采用不同工艺条件来洗除。

水解染料的去除取决于水解染料在纺织品上的分布，处于纤维表面或纤维间毛细网格孔道溶液中的水解染料，水洗时被水溶液稀释交换而去除。还有相当多的一部分水解染料已扩散进纤维内部，处在纤维内部孔道中，有的吸附在孔道壁纤维素分子链上，有的分散在孔道溶液中。在水洗时，它们发生上染吸附相反的过程，即解吸过程，先从孔道扩散出来到纤维表面，再从表面解吸，然后在纤维外溶液中扩散、稀释而去除。

电解质，特别是中性盐对纤维基本上没有直接性，主要通过水洗液对它发生稀释交换作用而去除，在纤维内孔道溶液中的电解质则先从孔道中扩散到纤维表面，然后稀释交换去除。

碱剂对纤维素纤维有一定的直接性，扩散出来相对较慢一些，并随水溶液pH的降低而去除。

纤维表面一些难溶的染料聚集体或颗粒、色淀等则主要通过机械力脱离纤维，分散到洗液中。

活性染料的水洗过程一般包括冷水洗、热水洗、皂煮、热水洗、冷水洗等。皂洗以前一般要先经过冷水洗10min和热水洗（40～50℃）10min，这是稀释阶段，目的是稀释纤维表面，使毛细管水中溶解状态的染料和少量吸附在纤维表面的染料发生解吸。同时尽可能从织物上去除盐、碱及纤维表面未固着的染料，这样可使下一阶段的皂洗更有效。热水洗涤时间为10min，延长洗涤时间不会提高洗涤效果，因为此时洗涤液已达到饱和。有些染料与纤维之间的共价键耐碱性较差，皂洗前最好在醋酸中进行中和，可以防止染料在皂洗过程中水解，也可避免碱剂去除不净。因为染色物上若含有残碱，烘干后会影响色光，如许多红色染料色光偏黄、萎暗。若皂洗液中电解质的含量超过2g/L，会降低水解染料从纤维内部向纤维表面扩散，从而降低染色物的耐洗色牢度。因此，皂洗以前的水洗过程应将织物上的电解质尽量洗净。

皂煮过程是促使纤维内部未固着的水解染料扩散到纤维表面，同时解吸到洗涤液中。提高温度不但可以提高水解染料的扩散速率，还可以降低水解染料的亲和性，提高染料的解吸速率。皂洗工艺条件通常为95℃×15min。对于深色织物必须皂煮两次。

皂煮后应首先进行热水洗（70℃），进一步冲淡、去除黏附在纤维上的染料溶液。洗涤时间不超过10min。最后进行冷水洗，让溶胀的孔道收缩。

由前述讨论知，染色只需一道水，而水洗后处理大于5道水，水洗后处理的时间一般是染料的上染及固着过程二倍多，因此大量的水和热能用于水洗后处理过程。如何提高水洗效率、减少耗水量是节能减排中的重要方面。

（五）固色剂固色

由于皂煮过程中总有一部分水解染料未除尽，在纺织品服用过程中，这部分染料会解吸下来，导致色牢度降低，理论上讲，增加皂洗后水洗能解决，但耗水量更多，所以必须对于一些色牢度不理想的染料采用阳离子固色剂进行固色，其固色机理、固色剂及固色工艺，都与直接染料固色相同。

（一）棉筒子纱染色（设备型号：AllWIN×145cm）

1.染色对象　32/2英支全棉纱线（648kg）。

2.染色配方

活性W-NN黑　8%（owf）

元明粉　80g/L

纯碱　20g/L

浴比　7:1

3.染色工艺流程

纱线前处理→染色→水洗→酸洗（95%HAc，1g/L；75%HAc，1.5g/L）→水洗→皂煮（90～95℃×15min）→热水洗（50℃×10min）→皂煮（90～95℃×15min）→热水洗（50℃×10min）→冷水洗→固色（固色剂2%～3%，50℃×15min）→柔软（软片3%，40℃×15min）→脱水烘干

4.操作及注意事项

（1）染色可以采用恒温染色法或升温染色法。

①恒温染色法。先加染料，升温至60℃，回流缓慢加入元明粉，保温20min，再回流加入1/10纯碱，保温10min，再回流加入2/10纯碱，保温10min，再回流加入7/10纯碱，保温40min。

②升温染色法。常温加入染料、元明粉，升温至60℃，保温20min，回流加入1/10纯碱，保温10min，再回流加入2/10纯碱，保温10min，再回流加入7/10纯碱，保温40min。

③两者优缺点。恒温染色法重现性优良，适合常规色系及多缸大品种，常规色系如黑色、藏青色、大红色等；升温染色法匀染性好，内外层色差小，适合于敏感色系及单缸小批量的品种，敏感色系如灰色、咖啡色、米色和绿色等。

（2）染色水洗后要进行酸洗，中和残留的碱，避免高温皂洗时染料水解。

（3）水洗后皂煮去除浮色，对于深色，因为水解染料多，要经过两次皂洗。

（4）皂煮后固色，是为了进一步提高色牢度。

（5）纱线染色后柔软处理，以改善纱线手感，方便后道织造加工。

（二）棉针织物染色

1.染色对象　纯棉针织汗布（21英支）。

2.染色配方

活性翠蓝KN-G　1.68%（owf）

活性黄KD-3G　2.86%（owf）

元明粉　90g/L

纯碱　25g/L

软水剂　0.5g/L

浴比　10:1

3.染色工艺流程

坯布缝头→煮漂→水洗→染色→水洗→皂洗→水洗→柔软→脱水→烘干

4.染色工艺曲线

5.操作及注意事项

（1）KN型活性染料属于VS型单活性基活性染料；KD型活性染料属于MCT+MCT型双活性基活性染料。由于VS型活性染料在染色时，需借助于碱剂先脱去硫酸酯基生成活泼的乙烯砜基，才能与纤维素羟基发生加成反应。在染色前预先加入元明粉和1/5的纯碱运行10min，充分溶解后，将过滤后染液缓慢加入，使染料在低温碱性条件下一边吸附一边活化。

（2）元明粉在染前一次性加入，可以使染液中元明粉浓度均匀，利于匀染。

（3）通过控制升温速度，即加入染液运行10min后，以1℃/min升温至60℃，使上染速率和固色速率逐渐提高，避免固色过快。

（4）在60℃纯碱分三次加入，保温15min，即一边活化一边固色。再升温至80℃保温40min，使固色完全。

（5）棉针织物经过前处理后，毛效提高，有利于染色，但是纤维润滑性降低，织物手感粗糙，在绗缝中极易形成针洞。所以针织物在染色后要进行柔软处理，最大限度降低纤维之间的动静摩擦系数，减小纤维与纤维、纤维与绗缝机针之间滑动时所受的动静摩擦力，避免绗缝时形成针洞。

（6）皂洗条件：90～95℃，15min。

（三）冷轧堆染色

活性染料的冷轧堆染色，属于半连续化的轧染工艺。它不仅节能减排优势突出，而且可以从根本上消除传统连续轧染工艺容易因烘干泳移产生边中色差，织物因对张力敏感容易产生折皱的老大难问题。同时，由于冷轧堆染色透芯性好，手感柔糯，可显著提升染色产品的风格，还节约能源，因此该工艺被视为当代染色技术的一项革命，极具推广价值。

冷轧堆染色时，活性染料与纤维的固着反应是在布卷堆置过程中完成的。在带液率相同的条件下，影响固色率的关键因素有三：一是布卷温度的高低，二是染液碱度的强弱，三是堆置时间的长短。这三个因素，具有相辅相成、相互依存的关系，其中一个因素发生改变，其他因素必须做相应调整，否则，染色结果（深度、色光）会发生波动。实际生产中，冬季气温低，夏季气温高，布卷的堆置温度往往差别较大。因而，冬季与夏季生产，对染液碱度和堆置时间的要求，就必然有所不同。

1.染色对象　全棉丝光布：14.6tex×2/14.6tex×2（40/2英支×40/2英支）；433根/10cm×307根/10cm。

2.染色配方

①染液。

②碱液。

3.工艺流程　一浸一轧（轧液率60%），打卷堆置12～24h（冬季温度5～6℃），水洗，皂煮，水洗，烘干。

4.操作及注意事项

（1）染料用60℃温水溶解，而后降温至室温。

（2）浸轧液配制。将染液（A）与碱液（B）混合成轧染液，快速搅匀。

（3）染液的碱度（pH）和堆置（反应）时间是冷堆染色的关键，与色泽的深浅、布卷温度的高低（相当于浸轧液的温度而并非环境温度），具有显著的依附关系。布卷温度低或所染色泽深，染液的碱度相对要高或者堆置的时间相对要长；布卷温度高或所染色泽浅，染液的碱度相对要低或者堆置的时间相对要短。冬季（＜10℃）冷堆染深色时，适宜的染液碱度pH=13.26～13.50[相当1:3水玻璃50g/L和30%（36°Bé）烧碱20～30mL/L]。适宜的堆置时间为14～18h。

（四）活性染料轧染（汽固法）

1.染色对象　纯棉细平布29.15tex×29.15tex（20英支×20英支）。

2.染色配方

①轧染液配方。

活性翠蓝K-GL　40g/L

活性嫩黄K-6G　0.9g/L

尿素　30g/L

②固色液配方。

烧碱30%（36°Bé）　30mL/L

食盐　40g/L

③皂洗液配方。

净洗剂LS　5g/L

3.工艺流程

浸轧染液（一浸一轧或二浸二轧，室温，带液率75%～80%）→热风或红外线预烘→烘筒烘燥→浸轧固色液→汽蒸（101～102℃，1 min）→冷水洗2格→热水洗（75～80℃，2格）→皂洗（95℃以上4格）→热水洗（85～90℃，2格）→冷水洗1格→烘筒烘燥

4.操作及注意事项

（1）棉布轧染拼色时，要选择扩散性、匀染性较接近的，以获得匀染效果。

（2）为防止头尾色差，初开车时，应根据染料直接性的大小、稳定程度以及轧槽大小、车速快慢等摸索合适的开车冲淡率或者另配始轧和补充两种不同浓度的染液进行轧染。

（3）活性翠蓝K-GL和活性嫩黄K-6G属于MCT型单活性基活性染料，在汽蒸固色时，宜用烧碱（或磷酸钠）作固色剂。

（4）轧染液内对难溶的染料可适当加些尿素助溶，有利于染液清澈。

（5）染液配好后最好在短时间内用去，以免染料水解变浅。

（6）浸轧染液后宜用红外线或热风预烘以减少泳移，有较好效果。

（7）浸轧固色液时，带液率控制在60%～70%，汽蒸箱最好为汽封口，液封口带液量高，化学药剂损失大，会增加污水处理负担。

（五）活性染料轧染（焙固法）

1.染色对象　纯棉府绸14.58tex×14.58tex（40英支×40英支）。

2.染色配方

①轧染液配方。

活性艳红M-8B　3.2g/L

活性艳蓝M-BR　7.6g/L

尿素　30g/L

小苏打　30g/L

纯碱　1g/L

渗透剂JFC　0.3mL/L

②皂洗液配方。

净洗剂LS　5g/L

3.工艺流程

浸轧染液（一浸一轧或二浸二轧，室温，带液率75%～80%）→热风或红外线预烘→烘筒烘燥→焙烘（150℃热风焙烘3min）→冷洗2格→热洗（75～80℃，2格）→皂洗（95℃以上4格）→热洗（85～90℃，2格）→冷洗1格→烘筒烘燥

4.操作及注意事项

（1）活性艳红M-8B和活性艳蓝M-BR属于VS+MCT型活性染料，用焙固法时，中色及深色以小苏打作碱剂，轧染液中加30～50g/L尿素，焙烘温度不宜超过150℃。轧染液内加1～3mL/L渗透剂JFC，有助于染液渗透。

（2）染液与固色剂宜分开配制，临用前才拼混。