染整工艺原理第8章-阳离子染料染色课件.ppt

1、染整工艺与原理阳离子染料染色第八章Cationic Dyes阳离子染料染色.染整工艺与原理阳离子染料染色一、阳离子染料的结构类型及主要特点阳离子染料的主要结构类型及特点阳离子染料按其所带正电荷的分布情况，可分为共轭型和隔离型两大类。共轭型阳离子染料，其所带正电荷分布在染料发色体的整个体系中，而 并不固定在染料结构中的某个原子上。隔离型阳离子染料所带正电荷的 阳离子基团，通过隔离基（如次乙基CH2CH2等）与染料母体相连，故其所带电荷不参与染料的共轭体系，而固定在染料分子中的某一个原 子上，其阳离子基团通常为季铵离子。阳离子染料因所带电荷的分布情 况不同，其染色性能、色泽鲜艳性、染色牢度等表现出

2、较大差异。.染整工艺与原理阳离子染料染色共轭型阳离子染料由于共轭型阳离子染料所带电荷贯穿于整个共轭体系中，也常称 为离域型阳离子染料。共轭型阳离子染料是阳离子染料中的主要 类型，其染料品种众多，常用于腈纶、酸改性涤纶等染色。共轭 型阳离子染料，从化学结构分主要包括三芳甲烷类、噁嗪类、菁 和半菁类、氮杂菁和氮杂半菁类、萘内酰胺类等。.染整工艺与原理阳离子染料染色1、三芳甲烷类阳离子染料孔雀绿（C.I.Basic Green 4）为一种典型的三芳甲烷类共轭型碱性染料，具有高 的着色力和色泽鲜艳度，其在腈纶上的耐晒牢度虽比在天然纤维(如丝、毛)上有所 提高，却往往仍达不到要求，且其移染性较差。C(C

3、H3)2N+N(CH3)2C2O4 2H2C2O-孔雀绿（C.I.Basic Green 4）.染整工艺与原理阳离子染料染色三芳甲烷类染 料 对 溶 液pH和还原剂较 敏 感，在pH值大于5时，就 会 出 现 变色 或沉淀，在 还 原 性 介质 中 会 被 还原 为 无 色 的隐 色 碱。此类 反 应 为 可逆反应，其结 构 变 化 如下：OH CN(CH3)2(CH3)2N+HOH-(CH3)2N+N(CH3)2COHH CN(CH3)2(CH3)2N(CH3)2N+N(CH3)2C.染整工艺与原理CX-C6H5NCH3阳离子染料染色然而对含有吲 哚 环 及 芳苯 胺 结 构 的三 芳 甲

4、烷 类蓝 光 绿 阳 离子 染 料，在腈纶 纤维上却 可 获 得 满意 的 耐 晒 牢度，因 而 含有 如 下 结 构的 三 芳 甲 烷阳离子染 料具 有 商 业 前景。CH3+N.染整工艺与原理阳离子染料染色 2、噁嗪类 噁嗪类为较为重要的阳离子染料品种，如阳离子翠蓝GB/X-GB，及其分散型 SD-GB，液状剂型L-GB，以及其无锌环保型商品。噁嗪类阳离子染料仍为一老 牌碱性染料品种，色光鲜艳，日晒牢度较好，对染浴pH值的变化较稳定。在腈 纶上表现出较好的日晒牢度。为进一步提高其日晒牢度，通常在氨基氮原子上 接入氰乙基，来进行改善。(C2H5)2NN(C H)25 2+ON-ClRCH2C

5、H2CNNN25 2(C H)N+O阳离子翠蓝GB（C.I.Basic Blue 3）.染整工艺与原理阳离子染料染色3、菁类及半菁类菁类染料是（多）甲川链（n=0或整数）两端分别连接含氮杂环（一般为含 氮杂环或硫氮杂环）而成发色体系的（多）甲川阳离子染料。其两端杂环 相同的称为对称菁染料，如Astraphloxin红：CH3CH3CH3+NCH3CH3 CCH3CCNCHCHCHCAstraphloxin红.染整工艺与原理阳离子染料染色当（多）甲川链只有一端连接含氮杂环时称为半菁染料，如阳离子桃红FG：C CHCHCH3 CH3 C CH3+N NCH3 CH2CH2 ClH2P4O-阳离子桃

6、红FG(C.I.Basic Red 13)对称菁类阳离子染料色泽浓艳，但由于日晒牢度差，一般不用于纺织品的 加工，而较多用于感光材料，如黑白或彩色胶卷的敏化剂（增敏剂）。半 菁类染料分子共轭体系较菁类染料短，主要吸收波长较短的可见光，其色 谱主要为黄、红等浅色，日晒牢度一般较菁类有所提高。.染整工艺与原理阳离子染料染色4、氮杂菁及氮杂半菁类当菁类及半菁类染料结构中（多）甲川链中的一个或几个甲川（CH=）基为N=所取代时，所得氮甲川染料分别称为氮杂菁和氮杂半菁类染料。由于引入了电负性较强的氮原子，使其在腈 纶上具有很好的日晒牢度，一般可达56级，广泛用于腈纶及其 他阳离子染料可染改性纤维的印染加

7、工。如国产阳离子金黄X-GL，除主要用于腈纶的染色和直接印花外，也用于酸改性涤纶、醋纤和氯纶等的染色，为一只重要的阳离子染料品种,目前也有其 分散阳离子型SD-GL和液状商品XL-GL。国外多家著名公司如DYSTAR、KYK、CIBA、CLAR、CKC、NSK等都有生产。.染整工艺与原理阳离子染料染色-OCH3CH3+NCH3CH3CNCHCNCH33CH OSO3阳离子金黄X-GL(C.I.Basic Yellow 28).染整工艺与原理阳离子染料染色5、菁型偶氮阳离子染料菁型偶氮阳离子染料是为适合腈纶印染而发展的一类重要的共轭型阳 离子染料。其大部分为半菁型单偶氮结构，在腈纶上的日晒牢度优

8、良。目前国内外生产的此类产品品种众多。如C.I.碱性红46（C.I.110825）、C.I.碱性蓝41（C.I.11105/11154），其国内品名分别为阳离子红X-GRL和阳离子蓝X-GRRL，目前国内外主要的染料公司都有生产，而且有相应的分散阳离子型及液状产品，以及无锌型产品应市，属于环 保产品。该类染料主要用于腈纶纤维纺织品染色和直接印花，匀染性 能优良。.染整工艺与原理阳离子染料染色同时，国内目前还生产有该类染料的新品种，如C.I.碱性蓝66（C.I.11075），其国内品名为阳离子蓝X-BL，及其分散型阳离子SD-BL，在腈纶上耐晒牢度可达78级，皂洗及汗渍牢度达5级。3 CH3 C

9、H2 NNN=N N+NCH阳离子红X-GRL(C.I.Basic Red 46)CH3O CH3+NS CC2H5 C2H4OHNN=N（C.I.11105）.染整工艺与原理阳离子染料染色CH2CHCH2OCH3 OCH3CH3OCH3 CH3+NS CNN=NH5C2OC2H5NCN=NS+N C H25（C.I.11154）阳离子蓝X-GRRL(C.I.Basic Blue 41)C2H4CONH2阳离子蓝X-BL(C.I.Basic Blue 66).染整工艺与原理阳离子染料染色6、萘内酰胺类萘内酰胺类共轭型阳离子染料具有优良的耐晒牢度，对羊毛沾色较少，因 而可很好地用于毛/腈、毛/改

10、性涤纶等的染色和印花，如Astrazon紫FRR（C.I.Basic violet 20）。X-C2 5H C+5 2 N N OC HCH3Astrazon紫FRR（C.I.Basic violet 20）.染整工艺与原理阳离子染料染色隔离型阳离子染料是通过隔离基，将带正电荷的阳离子基团连接到染料母体 上，按染料母体的化学结构可分为偶氮和蒽醌隔离型阳离子染料。带正电荷的 阳离子基团通常为季铵离子，其染料通式为：阳离子红GTL(C.I.Basic Red 18)隔离型阳离子染料CH2CH2DN+CH3CH3X-CH3X-.染整工艺与原理阳离子染料染色隔离型偶氮阳 离 子 红G T L P/L-

11、GTLP，具有很 高 的 耐 晒牢 度，在 腈纶上可 达7级，对 热、酸碱性稳定，溶 解 性 好，但其移染性、扩 散 性 差，较适合 于浸染 和 连 续 染色。目 前 国外 汽 巴 精 化和 科 莱 恩 也有生产。Cl2O NN=NN C2H5 C2H4N+阳离子红GTLP/L-GTLP（C.I.Basic Red 54）.染整工艺与原理阳离子染料染色蒽醌类隔离型阳离子染料日晒牢度很高，无烟气褪色现象，但发 色强度不及其他结构染料。如阳离子蓝FGL。阳离子蓝FGL（C.I.Basic Blue 22）X-O+NHCH2CH2CH2N(CH3)3NHCH3OX-.染整工艺与原理阳离子染料染色综上

12、，共轭型阳离子染料色泽浓艳，得色量高，而隔离型阳离子染料 色泽则不及共轭型鲜艳，得色量也相对较低。但由于隔离型阳离子染 料中阳离子基团与发色体系隔离，染料母体对光、热、酸碱稳定性提 高，故其耐晒牢度、耐热性、耐酸碱性较一般共轭型阳离子染料为好。共轭型阳离子染料结构中，引入氮原子后，其日晒牢度也大为提高，如氮杂菁、氮杂半菁类结构具有较好的耐光牢度。.染整工艺与原理阳离子染料染色 所谓分散型阳离子染料是将传统阳离子染料的阴离子部分如氯离子、甲基硫酸根、醋 酸根、磷酸根等用分子量较大的萘磺酸、二硝基苯磺酸等芳香族磺酸置换，将其水溶 性基团封闭，形成络合物，之后，加入木质素磺酸钠等扩散剂研磨至一定细度

13、而得到。常用的阴离子物质是萘磺酸。萘磺酸和染料阳离子结合生成溶解度很低的沉淀 物。分散型阳离子染料染色机理.染整工艺与原理阳离子染料染色 化学结构二、腈纶纤维特性3%12%1%3%.染整工艺与原理阳离子染料染色一般的聚丙烯睛纤维是丙烯腈重量比高于85%的共聚体。常用的第二单 体有丙烯酸甲酯(CH2CH一COOCH3)、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯 酯(CH2CHOOCH3)等中性单体，第三单体有丙烯磺酸(CH2CHCH3SO3H)、丙烯酸(CH2CHCOOH)、衣康酸（CH2=CHCOOHCH2COOH）等。纤维的微结构（超分子结构）纤 维 中 存 在着 与 纤 维 轴平行的晶面，而 不 存 在

14、垂直 纤 维 轴 的晶 面，即 纤 维 大 分 子 排列横向有序，纵 向 无 序，没 有 真 正 的晶 体 存 在，存 在 许 多 蕴 晶（横 向 有序的结构）。.染整工艺与原理阳离子染料染色Fibre saturation value纤维饱和值SFGlass transition point玻璃化温度TgCharge of the fibre纤维上电荷Spinning technology (wet or dry spun fibres)纺丝方法(湿纺或干纺)影响纤维染色性能的因素演示者演示者2009-05-22 08:55:42-Unterkapitel dienen als Schalt

15、er.染整工艺与原理阳离子染料染色-SO3-SO3-SO3-3-SO-SO3-3-SO-3-SO-3-SO-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-d3-SO-d3-SO-d3-SO-d3-SO-d3-SO-d-SO3-Fibre saturation value纤维饱和值SFThe SF value can be compared with the available seats in a classroom,where each seat represents a negative charged sulfonic acid group.染整工艺与原理The mos

16、t important control factor of PAN dyeing is the temperatureDue to the permanent charge on fibre and dyestuff the effect of pH on exhaustion is neglectableA lot of unlevel dyeing start with improper dissolving of the cationic dyesThe start temperature of 60C gaurantee a good solubility and an improve

17、ment of productivityCationic dyes has the highest exhaustion rate of all man made fibres between 96%98%A right first time rate of 95%is possible for dyeing of PAN阳离子染料染色Some general explanations about dyeing of PAN.染整工艺与原理阳离子染料染色The V value indicates the dyeing rate of the acrylic fibre.V值是指腈纶的染色速率D

18、yeing rates(V)染色速率(V)Glass transition point Tg玻璃化温度TgThe glass transition point Tg is the temperature area where the PAN fibre starts to exhaust the cationic dyesfrom the dye bath.玻璃化温度是指当PAN纤维开始 从染浴上染染料的温度Below this point the dyestuff is frozen in the fibre and protected e.g.against alkaline 低于玻璃化温

19、 度下染料不上染纤维.染整工艺与原理阳离子染料染色Saturation factor饱和系数fCombination index配伍性KRelative affinity相对亲和力ArStandard dyeing time标准染色时间t70Properties of cationic dyestuff阳离子染料特性演示者演示者2009-05-22 08:55:42-Flchen dienen als Schalter.染整工艺与原理阳离子染料染色The saturation factor is a dyestuff related constant.It is independent of

20、the fibre to the dyed.Using the fibre saturation value(SF)and the saturation factor(f)it is possible to calculate the maximum amount of dyestuff which exhaust onto an acrylic fibre(saturation value Ps):Ps(%o.w.o.g.)=SFfCombination index KThe K values range from 1 to 5.In combination dyeings,dyestuff

21、 with a low K value exhaust onto the fibre first,while dyestuffs with higher value exhaust slower.Saturation factor f.染整工艺与原理阳离子染料染色Relative affinityArStandard dyeing timet70The relative afinity is a measure of the distribution of the dyestuff between fibre and dye liquor.Of course dyes with low aff

22、inity have superior migrating power.The t70 time is a measure for the exhaustion of the dyes from the liquor.The time required for 70%exhasution under defined conditions is important in connection with continuous dyeing and printing of Astrazon dyes.染整工艺与原理阳离子染料染色 The PAN fibre has a permanent negat

23、ive charge due to sulfonic acid group that attracts the positive charged cationic dye under formation of a salt bond.腈纶纤维带有永久性的负电荷,纤维中含有磺酸基团,纤 维上的负电荷与阳离子染料形成盐键Change of the fibre纤维的电荷性.染整工艺与原理阳离子染料染色Spinning technology(wet or dry spun fibres)纺丝技术(湿纺或干纺)A wet spun fibre has a transition point of 75 湿

24、纺玻璃化温 度75 a dry spun fibre of 85.干纺玻璃化温 度85.1301201101009080706050403020100wet spun PANdry spun PANCharcoaldecomposition beginsdyeing temperaturecritical regionnothing happens140.染整工艺与原理阳离子染料染色A retarding agent is like colourless dyestuff that enters the acrylic fibre seats first.Those entering afte

25、rwards move very slowly onto their seats.Effect of retarding agent in the acylic cinema.染整工艺与原理0.35%Astrazon Golden Yellow GL-E 200%f-value=0,460.06%Astrazon Red FBL 200%f-value=0,670,05%Astrazon Blue BRL 200%f-value=0,58 x%Astragal PAN(A retarding agent)f-value=0,61Step 3:Select the dyestuffs and t

26、ake the f-value from the pattern card阳离子染料染色Example for the calculation of A retarding agentStep 1:Find out the Sf-value of the PAN fibre(Appendix pattern card or supplier)Dralon L 900Sf=1.7Step 2:Which degree of fibre saturation is required?Fibre saturation of 80%for package dyeing=0.80*1.7=1.36Cal

27、culate:0.35 x 0,46=0,1610.06 x 0,67=0,0400,05 x 0,58=0,029sum0,230Calculate further:1,36 0,23=1,131,13/0,61 =1,82Result:1,82%Astragal PAN is needed to obtain a 80%saturation of Dralon L 900 fibre using this recipe.Calculate:0.35 x 0,46=0,1610.06 x 0,67=0,0400,05 x 0,58=0,029sum0,230Calculate further

28、:1,36 0,23=1,131,13/0,61 =1,82Result:1,82%Astragal PAN is needed to obtain a 80%saturation of Dralon L 900 fibre using this recipe.Calculate:0.35 x 0,46=0,1610.06 x 0,67=0,0400,05 x 0,58=0,029sum0,230Calculate further:1,36 0,23=1,131,13/0,61 =1,820.35%Astrazon Golden Yellow GL-E 200%f-value=0.460.06

29、%Astrazon Red FBL 200%f-value=0.670.05%Astrazon Blue BRL 200%f-value=0.58xAstragal PAN(A retarding agent)f-value=0.61Result:1.82%Astragal PAN is needed to obtain a 80%saturation of Dralon L 900 fibre using this recipe.Calculate:0.35 x 0.46=0.1610.06 x 0.67=0.0400.05 x 0.58=0.029sum0.230Calculate further:1.36 0.23=1.131.13/0.61=1.82.