纺织品染色概述

1、第四章 纺织品的染色,一、教学目标 掌握纺织品染色的基础知识及几种常用染料的性能和染色方法；能够合理地选择和使用染料，正确制订染色工艺进行染色加工，获得高质量的染色成品。 二、教学重难点 染色基本理论； 直接染料、活性染料、还原染料分散染料、阳离子染料等的染色过程。,第一节 概述,一、染料概述 1、 染料和颜料的概念 2、 染料的分类和命名 3、 染色牢度 4、 禁用染料和天然染料 二、颜色的形成和配色 三、染色的基本理论 四、染色方法和常用的染色设备,第一节 概述 什么是染色? 是把纤维材料染上颜色的加工过程。即借助染料与纤维发生物理或化学结合，或者用化学方法在纤维上生成颜料而使整个纺织品成

2、为有色物体。 要求： 染色产品的色泽均匀； 染色产品具有良好的染色牢度。,研究染色的目的 在于能够合理地选择和使用染料，正确制订染色工艺进行染色加工，获得高质量的染色成品。,一、染料概述 (一)什么是染料? 能够通过介质与染着物以某种方式结合在一起，从而使染着物带上颜色，并具有一定染色牢度的化学物质。,染料应具备的条件: 1、有颜色。 2、能溶于水或分散在水中。 一般都是有色的有机化合物，大都能溶于水，或通过一定化学试剂处理，转变成可溶于水的物质。,3、能上染纤维 染料必须对纤维有亲和力。 注意：不同类型的染料对不同种类的纤维有不同的亲和力，某类染料对某一种或几种纤维有较大的亲和力，而对其他种

3、类的纤维却只有较小或无亲和力，因此应用染料时，要针对具体的纤维进行染料类别的选择。 4、具有一定的染色牢度。,（二）颜料 也是一种有色物质，不溶于水，对纤维没有亲和力，不能直接上染纤维，但能依靠粘着剂的作用，机械地附着在纤维材料表面。,染料与颜料的异同点： 共同点： 1、具有深浓的颜色和较高的化学稳定性； 2、能以方便的方法，使被染物体着色； 3、具有使用要求的染色牢度；,颜料与染料的主要区别： 1、颜料（涂料）不溶于水 2、对纤维没有亲和力 3、可以是有机物，也有无机物 4、依靠粘合剂粘到织物上 5、在油漆、油墨、橡胶行业也有广泛应用,(三) 染料分类 不同纤维所用染料不同，按照来源分为天然

4、染料和合成染料。 天然染料： 多数需要媒染，过程复杂、牢度差、色谱范围有限，鲜艳度差。但是环保绿色。 合成染料： 价格便宜，色谱全，染色方便。,主要有两种分类法：化学分类法和应用分类法。 1、化学分类法 根据染料的分子结构类型（共同的特性基团）与制造方法来分。 适用于对染料分子结构和染料合成的研究。 如：偶氮染料、蒽醌染料、靛料染料、硫化染料、甲川染料、三芳甲烷染料、杂环染料、酞菁染料等。,偶氮染料： 分子结构中含有偶氮基（N=N）的染料。根据偶氮基的数目可分为单、双、多偶氮染料，是整个染料品种中最多的一类，约占全部染料的60左右，以浅、中色居多。有直接、分散、活性、酸性、阳离子、冰染料等。

5、优点：合成简单、色谱齐全，使用方便、价格低廉。,蒽醌染料： 分子结构中含有 的染料。 数量仅次于偶氮染料。 主要有还原、分散、活性、酸性、阳离子等。颜色以中、深色居多。,三芳甲烷染料： 染料分子结构中还有三个芳基连接在一个碳原子上。 包括碱性、酸性等染料。其色泽浓艳，但日晒牢度极差。,2、应用分类法 根据染料的应用性质、使用对象、应用方法来分类。 适用于对染料应用性能的研究。 染色工艺是按应用分类来讲的。,如： 直接染料 这类染料因不需依赖其他药剂而可以直接染着于棉、麻、丝、毛等各种纤维上而得名。 活性染料 又称反应性染料。它的分子结构中含有一个或一个以上的活性基因，在适当条件下，能够与纤维发

6、生化学反应，形成共价键结合。, 还原染料 这类染料不溶于水，在强碱溶液中借助还原剂还原溶解进行染色，染后氧化重新转变成不溶性的染料而牢固地固着在纤维上。 硫化染料 这类染料大部分不溶于水和有机溶剂，但能溶解在硫化碱溶液中，溶解后可以直接染着纤维。但也因染液碱性太强，不适宜于染蛋白质纤维。, 硫化还原染料 硫化还原染料的化学结构和制造方法与一般硫化染料相同，而它的染色牢度和染色性能介于硫化和还原染料之间，所以称为硫化还原染料。, 分散染料 这类染料在水中溶解度很低，颗粒很细，在染液中呈分散体，属于非离子型染料，主要用于涤纶的染色，其染色牢度较高。 酸性染料 这类染料具有水溶性，大都含有磺酸基、羧

7、基等水溶性基因。可在酸性、弱酸性或中性介质中直接上染蛋白质纤维。, 碱性及阳离子染料 碱性染料早期称盐基染料，是最早合成的一类染料，因其在水中溶解后带阳电荷，故又称阳离子染料。 目前世界各国生产的各类染料已有七千多种，常用的也有两千多种。由于染料的结构、类型、性质不同，必须根据染色产品的要求对染料选行选择，以确定相应的染色工艺条件。,（四）染料命名,我国对染料的命名统一使用三段命名法，染料名称分为三个部分，即冠称、色称和尾注。 1、冠称 表示染料的应用类别。 即根据其应用方法或性质分类的名称，如分散、还原、活性、直接等。,2、色称 表示用这种染料染色后织物所能得的颜色的名称，一般有下面四种方法

8、表示。 （1）采用物理上通用名称，如红、绿、蓝等。并可采用形容词“嫩、艳、深”等来修饰色泽。如：嫩黄、艳蓝、深绿等。 （2）用植物名称，如桔黄、桃红、草绿、玫瑰等。 （3）用自然界现象表示，如天蓝、金黄等。 （4）用动物名称表示，如鼠灰、鹅黄等。,3、尾注 用一定的数字、符号来表示染料的色光、牢度及其它性质等。 如： B-表示带蓝光或青光； G-表示带黄光或绿光； R-表示带红光； Y-表示带黄光；O-表示橙光； V-表示带紫光等。,有时可用两个或多个字母表明色光的强弱或性能差异的程度，例如：BB、BBB（可以写成2B或3B），其中2B较B的色光稍蓝，3B又比2B稍蓝，依次类推。 注意：由于各

9、染料厂的标准不同，即使两个厂的同一类别，同一颜色，甚至是同一化学结构的染料，其色光符号也往往很难比较。,尾注中还常表示染料的力份。如：100%、200%等。 染料的力份（又称强度）： 是指染料厂选择某一浓度的染料为标准，通常把标准染料的力份定为100%；而将每批产品与它相比较而言，用百分数来表示。即同种染料，在相同条件下用相同用量，染出颜色的浓淡程度比较。则50%的力份是标准染料的一半浓，200%就比标准染料浓一倍。 值得注意的是，100%，200%等并不是表示纯染料的实际百分含量，它们不是一个绝对值，而是一个相对值。,举例如下： 还原蓝RSN: 还原为冠称，表示染料的应用类别； 蓝为色称，表

10、示染料的颜色； RSN为词尾， R表示染料的色光为红光， S表示标准浓度，N表示标准染法。 分散蓝2BLN: 分散为冠称，表示染料的应用类别； 蓝为色称，表示染料的颜色； 2B表示染料的色光， L表示染料的耐光牢度好， N表示标准染法。,(五) 染色牢度,染色品在染色后使用或加工过程中，在各种外界因素的作用下，能够保持其原来色泽的能力。 一般牢度分为5级（日晒牢度分为8级），级数越高牢度越好。,外界因素,日晒牢度,汗渍牢度,升华牢度,耐气候牢度,耐酸、耐碱、耐海水、耐烟熏牢度等,耐摩擦牢度,耐漂牢度,耐熨烫牢度,耐洗牢度,（六）禁用染料 1、禁用染料 禁用染料是指某些染料因在生产制造过程中的劳

11、动保护问题而被禁止生产的染料。如苯胺黑在生产过程中会产生有毒物质而被明令禁止生产。而现在指可以通过一个或多个偶氮基分解出有害芳香胺的染料。 目前常用染料中涉及到的总共有240种（含涂料），这些禁用染料在整个染料种类中占有很大的比例，再加之配色的需要，纺织品上含有禁用染料的比例就更大。, 偶氮染料(含有致癌芳香胺的禁用染料),德国规定的首批禁用染料：,直接染料77种；酸性染料共26种；不溶性偶氮染料色基6种；碱性染料有3种 ；活性染料及还原染料：较少。活性染料中受禁用的均为国产染料；由于其染料中使用了某些芳香胺中间体而成为禁用染料。 如：个别的硫化染料和涂料。, 致敏染料 指某些会引起人体或动物

12、的皮肤、粘膜或呼吸道过敏的染料。 强过敏性染料， 即直接接触的病人发病率高，皮肤接触试验呈阳性。 较强过敏性染料，即有多起过敏性病例或多起皮肤接触试验呈阳性。 一般过敏性染料，即发现国民性病例较少。 轻微过敏性染料，即仅发现一起过敏性病例或较少皮肤接触试验呈阳性。 很轻微过敏性染料，即仅有一起皮肤接触试验呈阳性。 无过敏性的染料。,目前市场上初步确认的致敏染料有27种，其中有26种分散染料，1种酸性染料。 用分散染料染色的聚酰胺纤维及氨纶纤维，常常只有中等湿牢度，当用这些染色织物作内衣，出汗时可能就会有染料转移到皮肤上，从而引起过敏反应。分散染料对聚酯纤维染色的湿牢度一般较高，只要染色工艺恰当

13、，就不会引起过敏。,致癌染料 致癌染料是指染料未经还原等化学变化即能诱发人体癌变的染料。 其中最著名的品红（C.I.碱性红9）染料早在100多年前已被证实与男性膀胱癌的发生有关联。 目前市场上已知的致癌染料有14种，其中分散染料3种、直接染料3种、碱性染料3种、酸性染料2种和溶剂型染料3种。,（七）天然染料 从动物、植物、矿物中提取的。大多数是从植物中提取的，属于植物染料。 天然植物染料一般无毒、无害，对皮肤无过敏性和致癌性，具有较好的生物可降解性和环境相容性，而且资源丰富，一些天然的植物染料来自药用植物，它本身也有一定的保健功效。,但是用天然植物染料染色，也存在不少问题，主要以下三点： （1

14、）天然植物染料含量低，提取时需消耗的植物数量大，不利于环境保护，提取后的植物三废治理也是一个问题，而且成本也高。 （2）天然植物染料除少数外，大多数的染色牢度较差，即使使用媒染剂牢度仍然不理想。而且不少天然植物染料在洗涤和使用过程中会变色泛旧或色光变灰。特别是拼色时，由于不同植物染料的牢度差异较大，变色更为明显。,（3）植物染料染色大多数都要应用媒染剂来提高色牢度和固色率，许多媒染剂是有害的，会造成较严重的污染。 另外，并不是来自天然植物的染料都是无毒的，目前对它们的毒性系统研究不多，因此有必要对它们的毒性进行评定。,二、光、色、拼色和电子计算机配色,（一）光和色 光：一种电磁波。可见光波范围

15、在380-780nm。 色：是光作用于人眼所引起的一种视觉反映。 染料具有颜色是对可见光选择性吸收的结果，人们看到物体的颜色是其反射色。,黑色：物体完全吸收可见光。 白色：物体完全反射可见光。 无色：可见光全部透过。 灰色：可见光均匀部分吸收。,（二）拼色（配色） 用两种或两种以上的染料拼得所需的色调。 原色 品红 黄 青 品红 黄 二次色 红 绿 蓝 红 三次色 黄灰 蓝灰 红灰 （三）电脑测配色（三刺激值匹配） 配色速度快、试染次数少，提供处方多，经济效益高等。,三、染色基本理论,（一）染料在染浴中的溶液性质,1. 水溶性染料：直接、酸性、活性染料等，含有磺酸基、羧基，季铵盐等水溶性基团。

16、 DM D- + M+ 或 DM D+ + M-,聚集 单分子 离子 染液中聚集体、离子、分子存在动态平衡。,染料聚集的影响因素：分子结构、温度、电解质、染料浓度,2. 难溶性染料：分散、还原染料 。,三种状态之间保持动态平衡关系。 分散稳定性与颗粒大小、温度、电解质、分散剂性能等有关。,微溶的单分子染料 染料晶体 胶束之中的染料,（二）染料的上染过程,分为三个基本阶段: 1.吸附:当纤维投入染浴以后，染料先到达扩散边界层，然后渐渐地由溶液转移到纤维表面，这个过程称为吸附。 2.扩散: 吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，直到纤维各部分的染料浓度趋向一致。 3.固着:染料固着在纤维内部。,1,

17、2,3,4,边界层,流动的染浴,4向纤维内部扩散,染料对纤维的上染过程示意图,1染料在染浴中的流动,2通过扩散边界层,3在纤维表面吸附,（1）染料的吸附 染料的吸附是一个可逆过程，和解吸同时进行。,染色初期，吸附快（多），解吸少。 中期，染液浓度逐渐降低，纤维上染料渐多，吸附速率减慢，解吸加快。 最终，吸附速率和解吸速率相等，达到吸附平衡。,吸附、解吸受温度、pH值、电解质和助剂等影响。,直接性染料能从染液中向纤维表面转移的特性。是亲和力的定性表示，一般用上染百分率表示。,染料对纤维的直接性来源分子间引力:主要是范德华力、氢键、库仑力。,库仑力取决于染料和纤维的带电性质，如蛋白质纤维、腈纶等。

18、,范德华力 取决于分子结构、形态、接触面积、距离等。,氢键氢原子与电负性较强的氧、氮原子之间形成的特殊分子间力。,（2）染料向纤维内扩散,扩散速率比吸附速率慢的多，是决定染色速度的关键性阶段。,影响扩散速率（扩散系数）的因素： 染料结构； 纤维结构； 染料直接性（或亲和力）； 染色温度；纤维溶胀剂。,染料的扩散模型,纤维中存在许多曲折而互相连通的小孔道，染色时，水使纤维溶胀，孔道直径增大，染料分子通过其向纤维内部扩散。同时在孔壁有吸附与解吸现象。,孔道模型,染料在亲水纤维，棉、粘胶、毛等中的扩散。,自由体积模型,纤维总体积中未被大分子链段占据的一部分体积自由体积，Tg以下时，以微小孔穴分布于纤

19、维中；Tg以上时，由于分子链段的运动，可能会出现体积较大的自由体积，染料可以沿其扩散。,染料在疏水纤维（合成纤维）内的扩散。,（3）染料在纤维上的固着,主要通过范德华力、氢键、离子键及共价键等方式结合。不同纤维与染料结合力，在染色中所起的作用不同。 举例：新买牛仔裤用盐水泡可减弱褪色现象。,染料固着过程较快，或与上染过程同时进行。 是对染色牢度影响最大的一个阶段。,四、染色方法和常用的染色设备,（一）染色方法分类 1、按纺织品形态不同 织物染色：应用最多。 纱线染色：色织物，针织物。,2、按加工方式不同 浸染：染品浸入染液中，织物与染液相互接触一定时间，完成染色过程。 特点：间歇式生产，劳动强

20、度大。适用于散纤维，纱线，小批量织物，丝绸织物，毛织物等。 另外，浴比大。,轧染：是先把织物浸渍染液，然后使织物通过轧辊的压力，把染液均匀轧入织物内部，再经过汽蒸或热熔等处理的染色方法。 特点：连续式生产，劳动效率高，劳动强度低，它适用于大批量织物的染色。,（二）常用染色设备 在染色过程中，要提高劳动生产率，获得匀透坚牢的色泽而不损伤纤维的纺织品，首先应有先进的加工方法。要根据不同的产品、不同的染料，合理选择和制订染色工艺过程，所用染色设备必须符合工艺要求。 染色设备直接影响染料的上染速度、匀染性、染料的利用率、染色操作、劳动强度、生产效率、能耗、染色成本及加工质量。 染色设备对染色工艺及染色

21、产品的适应性是评价染色设备好坏的重要标准。,染色设备的种类很多 1、按照机械运转性质 可分为间歇式染色机和连续式染色机； 2、按照染色方法 可分为浸染机、卷染机、轧染机等；,3、按被染物状态 可分为散纤维染色机、纱线染色机、织物染色机。 合理选用染色机械设备对改善产品质量、降低生产成本、提高生产效率有着重要作用。,1、 散纤维染色机,2、筒子纱染色机,3、织物染色机,溢流染色机 溢流染色机是特殊形式的绳状染色机。由于染色时织物处于松弛状态，受张力小，染后织物手感柔软，得色均匀，故都用于高压条件下合纤织物、经编织物、弹力织物等的染色。近年来也制造了一些常压溢流染色机，可供天然纤维织物常压染色之用。 该机容易操作，使用简便，但染色时浴比大，染料和用水量大。,喷射染色机 喷射染色机占地小，产量高，可节约材料、动力和劳动力。它不仅有高温高压式，而且有常压式；不仅能用于合成纤维，也能用于天然纤维；