阳离子染料的发展及特性简介

第一章　阳离子染料概述

第一节　阳离子染料的发展

阳离子染料是一种色泽十分浓艳的水溶性染料，在溶液中能电离成色素阳离子，通过电荷引力，能使带酸性基团的腈纶染着。

在阳离子染料问世之前，人们使用碱性染料，也称盐基染料，对含有酸性基团的聚丙烯腈纤维进行染色，发现不仅染料色泽依旧鲜艳，而且染色的工艺简单，染色的牢度也比在其他纤维上染色有很大提高。因而研究开发了一系列适合于腈纶染色的阳离子染料。《染料索引》将碱性染料和阳离子染料归为一类，英语统称C．I．Basic　Dye。在我国，习惯上将这些染料的老品种称为碱性染料；将腈纶出现后专为其研制的染料品种称为阳离子染料。与碱性染料相比，阳离子染料在染色性能与染色牢度方面改善很多，是目前用于腈纶染色的主要染料品种。

阳离子染料和腈纶之间是离子键结合，电性的强弱对染色工艺影响很大。对染料来讲，隔离型的染料正电性强一些，共轭型的染料正电性弱一些；而对腈纶来说，在纤维结构中导入的酸性基团因分子组成不同，电性强弱也不相同。在实际染色过程中，电性强的匀染性较差，尤其对浅驼、棕、灰黑等三拼色系中的许多色号不易实现匀染。

为了实现匀染，20世纪70年代，瑞士的汽巴—嘉基（Ciba—Geigy）公司率先研制出迁移型阳离子染料，该染料上染后具有迁移性好、匀染性优异的性能，可适用于具有不同酸性基团的腈纶品种。我国的同类产品于20世纪80年代由原上海染化三厂研制成功，商品为M型阳离子染料。由于这类染料的相对分子质量小，染料具有极佳的迁移性，不仅容易实现匀染，而且可使染浴的升温时间缩短1／4～1／3；染中、深色时可不加缓染剂，染浅色时只加少量缓染剂；同时可不必过多地考虑腈纶的品牌、产地、批次对染色的影响。

分散型阳离子染料与传统阳离子染料不同，它采用芳香族磺酸取代染料阴离子，封闭了染料的阳离子基团，使其溶解度几乎为零，使染料分散性增加，扩散性提高，从而改善了阳离子染料的匀染性能，如上海染化三厂生产的SD型阳离子染料。这类染料在染浴中主要呈分散状（即悬浮液），随着染浴温度的升高而上染，在最后的染着阶段，染料与纤维仍以离子键结合。这类染料在明显改善阳离子染料对腈纶染色匀染性的同时，还可与其他类型的染料进行同浴一步法染色，为腈纶甚至常压阳离子可染改性涤纶与其他纤维如羊毛、蚕丝、涤纶、锦纶等混纺产品的染色提供了极大的便利。

活性阳离子染料是近年来国内研究开发用于毛腈混纺产品一浴法染色的染料。这是在同一染料分子中兼含活性基团和季铵阳离子基的双官能团染料，可同时上染腈纶和羊毛。阳离子基团是染料唯一的水溶性基团，因此这类染料的染色方法仍然按照阳离子染料的染色方法进行。其最大的优点是不必顾及两类混纺纤维的比率以及两种染料的沉淀问题，染色就像对一种纤维染色一样，可使羊毛和腈纶获得一致的色泽和色光。

我国的染色工作者利用个别具有光变性的阳离子染料研究开发了一套腈纶变色染色技术，为阳离子染料拓展了一个新的应用范围，为丰富人民生活增添了一类新的品种。目前已发展出驼、咖啡、橄榄色系20～30个色号。

稀土染色用于腈纶的染色始于20世纪80年代初期，仅次于稀土用于羊毛的染色。稀土染色是指在染浴中添加一定量的稀土元素（多为镧系的氯化物），以期起到匀染作用的一种染色方法。目前可以确定的是稀土（指氯化混合稀土）可以成为阳离子染料染色时无机缓染剂的一种，其缓染效果优于元明粉，同时在一定程度上能够提高阳离子染料染色的得色量和染色鲜艳度。

为了解决传统阳离子染料的匀染性问题，人们还研究开发了阳离子染料染色用缓染剂。至今仍在使用的缓染剂主要有无机盐类如元明粉、稀土等；有机表面活性剂类如各种阴离子型、阳离子型缓染剂，像阴离子型的Irgasol DAW、扩散剂NNO，阳离子型的Astragal PAN、缓染剂1227等。上海染化三厂生产的缓染剂A为新一代聚合型阳离子缓染剂，它最突出的特点是染色时不占据染座，染色时可不必考虑缓染剂的用量多少对染料得色的影响，同时它还具有缓染作用强、用量少、作用范围广（如对各种配伍值的阳离子染料都能起到缓染作用）、在高温沸染时仍有缓染作用等特点。

根据阳离子染料对腈纶的染色机理，人们制造了阳离子可染涤纶，实现了在常压条件下用阳离子染料染色，不仅可节约能源，减轻污染，增加染色的鲜艳度，提高升华牢度，还赋予涤纶毛型感。采用阳离子染料对改性锦纶染色，可解决锦纶湿处理牢度差的问题。

第二节　阳离子染料的基本特性

阳离子染料大都比较鲜艳，选用三原色可拼染各种色谱。商品形态多数是粉末状，易溶于水，醋酸和酒精能加快染料润湿，加热可帮助溶解。染料的溶解度好坏差别较大，使用时务必溶解完全，然后进行染色。

阳离子染料的强度都比较高，有200%、250%、400%、500%，由于力份高，用量省，称料要求精确。同类结构的染料品种的不同牌号，或者甚至是同一牌号的不同批号所染出的色光有时相差甚远。因此，当更换染料品种的牌号及批号时，应先做强度和色光的对比试验。

阳离子染料通常在弱酸性染浴中进行染色，有些品种对酸碱比较敏感，遇碱常会引起色光的变化。

阳离子染料对腈纶有很强的亲和力，当染液升温至80℃左右，纤维达到临界温度时，染料上色急速，容易产生色花。染色深度与纤维饱和值有关，染料和助剂的用量各有一定的极限。在生产上拼色应用时，通常选用配伍值相同的三原色配套使用，并用鲜艳色染料调节色光。

阳离子染料对其他纤维的染色，都不及染在腈纶上的色泽浓艳，日晒牢度也以腈纶的染色为好（5～7级），染色成品的耐热性（汽蒸和熨烫）各品种参差不一。

碱性染料的应用范围较广，对腈纶也有一定的应用价值，但日晒牢度一般在5级以下。对蚕丝和羊毛染色的应用，局限于色光鲜艳和色牢度要求不高的产品。碱性染料对棉布的印染生产已被坚牢度好的染料所代替。

第三节　贮运注意事项

阳离子染料一般用铁桶包装，内衬塑料袋，大桶为50kg，小桶25～30kg不等。

运输时应避免剧烈碰撞，不使铁桶损坏而造成损失。贮藏时，应放置在阴凉通风和干燥处，防止铁桶锈烂。容器要密闭，以免受潮后染料结块影响质量。如遇铁桶破损，应及时更换干净新桶，重新包装完好。(www.zuozong.com)

阳离子染料粉末一般轻而细，开桶取用后，应立即将容器紧闭盖密，以免飞扬而沾污别物。

第四节　阳离子染料的分类

一、按化学结构分类

阳离子染料可以按照染料所带电荷的分布情况或按发色体的化学结构分类。

1．共轭型

这类染料所带电荷与发色体的共轭系统贯通，阳电荷分布在共轭系统中。大部分阳离子染料都属于这一类型，其结构如下：

这类染料色泽鲜艳，着色量高，上染率也很好，匀染性较隔离型阳离子染料好，在阳离子染料中占有较大比重。

2．隔离型

这类染料所带阳电荷偏于发色体的一边，不与染料发色体的共轭系统贯通，染料分子中的阳电荷（离子）固定在某一原子上，容易和纤维结合。这类染料又名非共轭型阳离子染料，给色量稍低，匀染性差，色光不十分鲜艳，但耐热、耐晒、耐酸碱的稳定性好。其结构如下：

另外，所有腈纶染色用的黑、藏青和棕等深色色谱的阳离子染料，均是由黄、红、蓝、橙、绿单色染料拼混而成。

在常用的阳离子染料品种中，多数是共轭型含杂环结构的次甲基菁染料和杂环偶氮染料，色泽鲜艳，应用性能较好。此外，由萘酐和香豆素制备的阳离子染料也具有独特的性能；萘内酰胺中间体制成的阳离子染料可得到坚牢的深色，而且对羊毛沾污较少。

阳离子染料的化学结构类型见表13—1—1。

表13—1—1　阳离子染料的化学结构类型

注　染料的阴离子部分可以为Cl－、CH3OSO－3、ZnCl－3、H2PO－4等。

二、按应用分类

阳离子染料的品种较多，品种往往随着应用的开发而发展。现有的阳离子染料不仅用于腈纶和腈纶混纺织物的染色和印花，而且也能用于改性涤纶、改性锦纶和丝绸的染色。由于各种产品的工艺对染料要求不一，可将国产阳离子染料做如下分类（表13—1—2）。

表13—1—2　阳离子染料按应用分类