染料化学与生产总结.docx

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染料化学与生产总结

概述

着色剂可分为染料和颜料两种。

所谓染料是指采用适当方法，能使纤维和其他物质染成鲜艳而坚牢颜色的有色有机物质。

染料可以溶解于水或其他溶剂，或者可以转变成液态而染色，或者经处理成为分散状态而被应用。

往往某种染料仅能使某些纤维染色，而另一些纤维则不能。

也有些可溶性染料，转变成不溶于水的有色染料，经适当处理后能粘附在物体表面而着色。

颜色对哪种纤维都可以着色，但因其只在表面，固不耐磨。

一：

染色机理

1：

纤维的染色过程基本上可以分为三个阶段

a）吸附：

染料从染液中被吸附到纤维表面

b）扩散：

染料由纤维表面向纤维内部扩散。

c）固着：

染料固着于纤维内部

二：

染料的分类、名称、性能和选择

染料分类

按化学结构偶氮染料:

染料合成简单，色谱齐全。

包括黄到黑多种品种，使用方便，价格便宜

蒽醌类染料：

品种数量仅次于偶氮类，价格高，牢度高

靛类染料：

大多是黄橙红等浅色品种

酞菁染料：

品种不多，仅有色泽鲜艳的翠绿色和翠蓝色，其耐日晒牢度特优

硫化染料：

制作简单、成本低、但色谱不全，以蓝黑为主要产品

甲川（寈类）染料：

主要品种为阳离子染料及少量分散染料

三芳甲烷染料：

在染料分子中三个芳基连接在在一个碳原子上的染料称三芳甲烷染料。

它包括碱性染料和阳离子染料中的红、紫、蓝、绿等品种，色泽鲜艳，但在棉纤维上的耐日晒牢度很差。

如果在染料分子上引进磺酸基则变成了酸性染料。

这类染料的颜色鲜艳，湿处理牢度好，但耐日晒牢度不佳。

如酸性湖蓝v染料。

杂环染料：

除了上述几类外，还有其他如噻嗪、噻唑、喹啉等结构的染料。

按应用性能分类

直接染料

活性染料

不溶性偶氮染料

还原染料

可溶性还原染料

硫化染料

酸性染料

酞菁染料

缩聚染料：

分散染料

除了上述这些染料外，还有目前用于染腈纶的阳离子染料及有公害的氧化染料。

三：

染料名称

1.冠称（或称冠首）

它有三种意义

（1）表示该染料属于那一类，如还原黄、硫化蓝、活性红等，分别属于还原、硫化、活性等不同类型的染料。

由此可知它的应用方法。

（2）表示该染料的化学组成。

如甲基蓝，甲基紫，就么可以知道染料中有甲基结构；溴靛蓝，就可以知道有溴元素，且具有靛类结构

（3）表示该染料是哪一个工厂或公司出品的。

2.色称（或称色相）

（1）采用物理上的通用名称，例如红绿蓝等

（2）用植物名称，如橘黄、桃红、枣红、玫瑰、青莲、草绿、橄榄等

（3）用自然界现象来表示，如天蓝、金黄

（4）用动物名称来表示，如孔雀绿、鼠灰等。

3.尾注

B——青光或蓝光

C——适用于棉；不溶性偶氮染料色基的盐酸盐。

D——适用于染色；稍暗。

E——适用于浸染

EX.conc——特浓

F——染色牢度好，鲜艳；染料粒子细

G——带黄光；带绿光

H——适用于棉毛交织的染色

J——带黄光

K——适用于冷染（指还原染料）；热固型活性染料。

L——耐光性好；染料的匀染性。

N——正常或标准

O——高浓；橙光

P——粉状染料

R——带红光

S——容易溶解；能用于染丝；升华牢度好

V——带紫光

W——适用于染毛织物

X——浓度极高或普通型活性染料

Y——带黄光

conc——高浓度

四染料的性能

1.力份

2.溶解度

3.亲和力

4.直接性

5.上染百分率

6.染料的给色量

7.固色率

五：

染料的选择

1.从环保出发排除禁用染料

2.根据纤维性质选择染料

3.根据被染织物的用途来选用染料

4.根据染料的成本、货源选用染料

5.拼色时染料的选择

6.根据染色机械性能来选择染料

六：

染色牢度

1.耐日晒牢度

2.耐皂洗牢度

3.耐摩擦牢度

4.耐汗渍牢度

七：

染色助剂

1.溶剂

2.药剂

3.还原剂

4.氧化剂

5.促染剂

6.缓染剂

7.润湿剂

8.分散剂

9.助溶剂

八：

染色前准备

1.审样a.审来样的原料成分

b.审色泽要求

c.审组织结构及风格特征

2.打样a.染料选择确定为非禁用染料，以国产染料为主。

若在拼色及牢度上有必要也可拼用少量进口染料。

b.小样与标准样的色差范围是：

纸样3~3.5级，布样为3.5~4级。

如拼色上的困难可以打A、B二组色样，由客户确认

c.拼色所用染料，一般以二拼为主，少量色光难的色样最多三拼，杜绝三只以上染料相拼

d.打小样的工艺要与大样工艺接近。

并从大样生产实践中逐步摸索出大小样之间的差距及关系。

小样色样应由客户确认后进行大样放样，其原则

a.放样数量不能过多，控制在6m左右，前后应接有导布。

b.放大样染液用量在30~40L，不宜配置过多

c.放大样时严格按照工艺规定的温度、时间等要求执行

d.放大样尽量要求一次成功，如一次达不到标样要求可以在染料用量微调的情况下进行2~3次放样，如果三次以上仍达不到要求要考虑重新打小样及工艺。

3.下达工艺生产指定书a.生产工艺流程：

从坯布到成品的所有过程。

b.染色工序中各阶段的工艺操作要求，从称料、化料、配料、染色一直到后处理等

c.对前处理半制品质量要求及验收标准。

d.指定生产所用的设备及要求。

f.生产第一箱布后的质量检验，包括色光、牢度等。

g.生产过程中各工序的操作要求。

质量达标的签验手续。

h.完成生产任务后应将打样、生产样及生产过程的资料全部收集归档。

染料

直接染料

能在中性或弱碱性介质中加热煮沸直接上染棉纤维的一种染料。

染料不借助媒染剂的作用而能直接上染的性能称为直接性。

这种直接性是凭借直接染料与棉纤维之间的氢键和范德瓦耳斯力的结合而形成。

1884年首先由德国化学家P.博蒂格尔合成了第一个直接染料──直接大红4B即刚果红（C.I.直接红28）。

现在，已发展了许多品种，色谱齐全。

直接染料生产过程简单，使用方便，价格低廉，广泛应用于棉纤维染色，也可用于粘胶、真丝等纤维的染色以及制革、造纸等工业产品的着色。

　　分类 　直接染料有四类：

　　普通直接染料 　主要是以联苯胺及其衍生物或以4，4′-二氨基二苯乙烯-2，2′-二磺酸为重氮组分的双偶氮或多偶氮染料，如刚果红。

这类染料对纤维有较大的亲合力，但耐晒、耐洗坚牢度较差。

由于联苯胺已确定为致癌物质，1971年以来，世界各国已先后禁止生产使用，并选用无毒或毒性较小的中间体来代替联苯胺。

代用的中间体有:

4,4′-二氨基苯甲酰苯胺及其同系物，4，4′-二氨基二苯脲及其同系物等。

　　耐晒直接染料 　耐晒牢度在5级以上,其化学结构种类较多，有尿素型、三聚氯氰型、噻唑型、多偶氮型、二嗪型及酞菁型等。

如直接耐晒黑G（C.I.直接黑19）。

　　铜盐直接染料 　分子中含有金属铜，它是由偶氮型染料，经铜盐处理而得。

由于染料与铜离子形成稳定络合物，提高了耐晒牢度。

如直接铜蓝GL（C.I.直接蓝84）。

　　直接重氮染料 　分子中带有伯芳胺基，上染后，可以在棉纤维上再进行重氮化，并与偶合组分偶合，以加深纤维上染料的颜色。

如直接耐晒黑GF（C.I.直接黑22）。

　　生产方法 　工业上生产直接染料的流程（见图），一般都采用重氮化和偶合的方法。

如直接耐晒黑G（G.I.直接黑19）的生产是将对硝基苯胺经第一次重氮化，制成对硝基苯胺重氮盐,再在H酸氨基的邻位上进行第一次偶合，然后加入碳酸钠，调节溶液呈碱性,使对硝基苯胺重氮盐在H酸羟基的邻位上进行第二次偶合，便得到双偶氮染料。

用硫化钠使硝基还原成氨基，酸析过滤，滤饼溶解在碳酸钠溶液中，再加入亚硝酸钠，随即加到盐酸冰水溶液中去，用反加法进行第二次重氮化，生成的重氮盐，再与间苯二胺进行第三次偶合，可得直接耐晒黑G（C.I.直接黑19）染料。

不溶性偶氮染料

又称为冰染料。

是一类在冰冷却下﹐在织物上生成的不溶于水的偶氮染料最早于1880年由英国人霍立代发明。

　　冰染染料色泽鲜艳，水洗及日晒坚牢度均较好，色谱齐全，合成路线简单，价格低廉。

主要用于棉织物的染色和印花，也可用于制备有机颜料。

冰染染料的印染过程

将织物先用偶合组分（色酚）溶液打底，再通过冰冷却的重氮组分（色基重氮盐）溶液，使其在织物上直接发生偶合反应而显色，生成固着的不溶于水的偶氮染料，从而达到上染目的。

色酚

冰染染料的偶合组分，又称打底剂。

大多数是一些含羟基的化合物（不含磺酸基或羟基等水溶性基团），主要为邻羟基萘甲酰胺类，此外还有稠环、杂环的邻羟基酰芳胺类以及少数的乙酰基乙酰胺类。

它们按《染料索引》统一命名。

色基

又称显色剂，是冰染染料的重氮组分，是不含磺酸基或羧基等水溶性基团而带有氯、硝基、氰基、三氟甲基、芳胺基、甲砜基、乙砜基或磺酰胺基等取代基的芳胺类化合物。

色基常以它与色酚AS生成的颜色命名。

这些色基必须经过重氮化反应才能用于显色，使用不够方便。

如将色基重氮化后制成稳定重氮盐即色盐，则印染时只需将色盐溶解，便可直接用来显色。

快色素类冰染染料

由特制的稳定重氮盐与色酚组成的混合物，不需经过打底和显色，而能直接用于印花。

工业上生产的有快色素、快磺素、快胺素三类。

快色素

呈亚硝酸胺形式的稳定重氮盐和色酚的混合物。

如红色基KB的重氮盐用碱处理转变成亚硝酸胺后和色酚AS-D混合配成快色素红FGH（C.I.冰染红6）。

应用快色素印花要用汽蒸以后，在酸性浴中显色，也可通过含酸的蒸汽来显色。

快色素的缺点是稳定性差，不易贮存，对酸非常敏感，甚至连空气中的二氧化碳也会影响其显色作用。

快磺素

呈重氮磺酸盐形式的稳定重氮盐和色酚的混合物。

如蓝色基B重氮化后和亚硫酸钠作用形成蓝色基B的重氮磺酸钠稳定盐与色酚AS－D配成快磺素盐G（C.I.冰染蓝12），印花后需用重铬酸钠作氧化剂处理，再用汽蒸显色。

快胺素

稳定的重氮氨基化合物和色酚的混合物。

如红色基KB的重氮盐加到2－氨基-4-磺酸苯甲酸稳定剂溶液中，经盐析干燥，即可制成稳定的重氮氨基化合物与色酚AS-D配成快胺素G（C.I.冰染红6）。

在应用时和快色素一样，也需用汽蒸和酸处理显色。

快胺素比快色素稳定，有时选用更适宜的稳定剂，形成重氮氨基化合物和色酚配成中性素，印花时只需用中性汽蒸即可显色，使用较为方便。

活性染料

活性染料（reactiondye）也叫反应性染料。

分子中含有化学性活泼的基团，能在水溶液中与棉、毛等纤维反应形成共键的染料。

具有较高的耐洗坚牢度，按活性基的不同，活性染料主要可分两类

对称三氮苯型其通式为：

式中D为母体染料。

在这类活性染料中,活性基氯原子的化学性质较活泼。

染色时，氯原子在碱性介质中被纤维素纤维取代，成为离去基团离去。

染料与纤维素纤维间的反应属于双分子亲核取代反应（见取代反应）。

乙烯砜型这类活性染料中所含活性基为乙烯砜基（D-SO2CH=CH2）或β-羟乙砜基的硫酸酯。

染色时，β-羟乙砜基硫酸酯在碱性介质中经消除反应生成乙烯砜基，然后与纤维素纤维化合，经亲核加成反应，形成共价键。

上述两类活性染料是目前世界上产量最大的主要活性染料。

为了提高活性染料的固色率，近年来在染料分子中引入两个活性基团，称双活性染料。

活性染料除纤维素纤维用的品种外,还发展了蛋白质纤维（例如丝、毛等纤维）用的品种。

活性染料的染色方法；活性染料染棉，最常采用的染色方法：

浸染法，另外还有轧染料。

浸染法：

浸染法又可分一浴一步法，一浴两步法，两浴法三种染色方法。

A：

一浴一步法：

是在碱性浴中进行染色，即在染色的同时进行固色，这种方法工艺简单，染色时间短，操作方便，但由于吸附和固色同时进行，固色后染料不能再进行扩散，因此匀染和透染性差。

同进在碱性条件下染色，染浴的染料稳定性，水解的比较多。

B：

一浴二步法：

先在中性浴中染色，当染料上染接近平衡时，在染浴中加入碱剂，调整PH值至固色规定PH值，（一般为11）这时染料与纤维达到共价结合，达到固色目的。

一浴二步法是活性染料浸染法中比较合理的染色方法，它不仅可经获得较高的上染率和固色率。

而且有良好的匀染效果，因此棉针织物染色常用这种方法。

优点

活性染料由于其用母体染料、连结基和活性基组成，使其在使用时能与纤维形成牢固的共价键结合，而具备一系列其它纤维素纤维染料无法比拟的特点，确立了其作为纤维素纤维用染料的发展和使用重点的地位，突出地表现在下列四个方面：

（1）活性染料是取代禁用染料和其它类型纤维素用染料如硫化染料、冰染染料和还原染料等的最佳选择之一。

（2）活性染料能用经济的染色工艺和简单的染色操作获得高水平的各项坚牢性能特别是湿牢度。

（3）活性染料的色谱广、色泽鲜艳、性能优异、适用性强，其色相和性能基本上与市场对纤维和衣料的要求相适应。

（4）活性染料适用于新型纤维素纤维产品如Lyocell纤维等印染的需要。

缺点

但是活性染料的主要技术问题有下列四点：

（1）利用率不够高，一般为60%~70%，产生大量有色污水，其色度超过几千倍，COD值一般在0.8万~3万ppm，浓废水的COD值要超过5万ppm。

（2）为了抑制纤维表面的电荷，活性染料使用时需耗用相当量的电解质，既增加了劳动强度，又造成废水中的氯离子浓度高达10多万ppm，大大地增加了治理活性染料染色废水的难度。

（3）某些色牢度不能满足市场要求，如汗日光牢度、湿摩擦牢度以及偶氮型红色染料与偶氮型蓝色染料在浅色时的日晒牢度等。

（4）能取代硫化硫化料和还原染料等的深色品种较少。

功能用途

活性染料由于其用母体染料、连结基和活性基组成，使其在使用时能与纤维形成牢固的共价键结合，而具备一系列其它纤维素纤维染料无法比拟的特点，确立了其作为纤维素纤维用染料的发展和使用重点的地位，突出地表现在下列四个方面：

（1）活性染料是取代禁用染料和其它类型纤维素用染料如硫化染料、冰染染料和还原染料等的最佳选择之一。

（2）活性染料能用经济的染色工艺和简单的染色操作获得高水平的各项坚牢性能特别是湿牢度。

（3）活性染料的色谱广、色泽鲜艳、性能优异、适用性强，其色相和性能基本上与市场对纤维和衣料的要求相适应。

（4）活性染料适用于新型纤维素纤维产品如Lyocell纤维等印染的需要。

主要技术

有下列四点：

（1）利用率不够高，一般为60%~70%，产生大量有色污水，其色度超过几千倍，COD值一般在0.8万~3万ppm，浓废水的COD值要超过5万ppm。

（2）为了抑制纤维表面的电荷，活性染料使用时需耗用相当量的电解质，既增加了劳动强度，又造成废水中的氯离子浓度高达10多万ppm，大大地增加了治理活性染料染色废水的难度。

（3）某些色牢度不能满足市场要求，如汗日光牢度、湿摩擦牢度以及偶氮型红色染料与偶氮型蓝色染料在浅色时的日晒牢度等。

（4）能取代硫化硫化料和还原染料等的深色品种较少。

目前解决活性染料存在的技术问题的途径，主要是提高其吸着率和固着率，最有效的方法是在活性染料分子中引入两个异种或同种活性基，特别是前者即引入两种活性基――氯均匀三嗪基和乙烯砜基。

对于用这两个异种活性基和合适的母体染料与连结基组成的新型活性染料来说，除了具有各个组成活性基的特性如低的酸性水解率，高的酸性水解断键稳定性、优良的可洗涤性、好的各项牢度和较小的吸着率与固着率之差外，还具有两个不同活性基之间的加和增交作用而产生的新特性，如更好的耐酸性水解和过氧化物洗涤的能力、更高的固着率、更宽的染色温度范围、更好的染色重现性以及适于中温染色、低温染色、短时染色、高RFT染色等

注意事项

染料在使用中需要注意以下几点：

1、基本三原色的选择是重要的，要充分考虑到它们的溶解性、直接性、扩散性、相容性，在染色条件正常波动下的感受性，固着行动和可洗染性等，以保证染料的直接性和扩散性之间的平衡能很快地达到，染料的直接性、扩散性、固着行为和可洗染性得到合理平衡。

2、染浅中色泽时特别是浅色，由于偶氮型红色染料和偶氮型蓝色染料的日晒牢度较差，满足不了市场需求，需要慎重的选择。

至于采用日晒牢度增进剂需要通过实验，一般说采用紫外线吸收剂来改进活性染料日晒牢度的方法效果不明显。

3、染深浓色泽时不少品种的湿摩擦牢度较差，满足不了市场要求，需要慎重的使用。

改进活性染色物湿摩擦牢度的关键在于棉材质的基本可染性，即棉纤维有表面构造、表面组织、平滑性、粗硬度等，它们与原棉和棉纱的质量以及棉纤的前处理等直接有关。

4、对于市场上提出的纺织品复合坚牢度的要求如汗日光牢度、碱性湿态日光褪色牢度、含有过氧化物的碱性湿态日光褪色牢度等，该类活性染料还存在一定的问题，需要通过实验进行选择，这些问题也是当今含有异种双活性基染料研究和开发的重点。

还原染料

还原染料不溶于水，染色时要在碱性的强还原液中还原溶解成为隐色体钠盐才能上染纤维，经氧化后，回复成不溶性的染料色淀而固着在纤维上，一般耐洗、耐晒坚牢度较高。

例如士林蓝等。

主要用棉、涤棉混纺织物染色；维纶亦可上色；在丝绸行业中，用于人丝、人丝·人棉交织，真丝绸拔染印花。

还原染料染色过程

还原染料染色时，可采用浸染，卷染或轧染。

一般纱线及针织物大都用浸染，机织物大都用卷染和轧染，一般都包括下述四个基本过程。

1.染料还原

染料的还原过程，也就是还原染料隐色体的生成过程，一般都是在碱性介质中进行的。

在还原染料的分子结构中都至少含有两个羰基（=C=O），它们在强的还原剂连二亚硫酸纳（俗称保险粉）的作用下，羰基被还原成羟基（－OH）。

保险粉化学性质非常活泼，在碱性条件下即使温度很低，也可产生较强的还原作用，从而使还原染料被还原为隐色酸。

Na2S204+2H2O－→2NaHSO3+2[H]

还原染料

2=C=O+2[H]—→2≥C-OH

反应中生成的羟基化合物就是染料的隐色酸，它也和染料一样不溶于水，但可溶于碱性介质中，成为隐色体钠盐溶液。

由于隐色体钠盐不常呈现染料原有的颜色，故被称为隐色体：

≥C-OH+NaOH－→≥C－ONa+H2O

　　在用保险粉-烧碱法进行染料还原溶解时，应掌握好烧碱、保险粉的用量和还原温度，才能使染料正常还原，否则会使染料产生过度还原或水解以及分子重排等不正常的反应，致使染液破坏，色泽萎暗，染色牢度降低。

2.隐色体上染

还原染料经保险粉、烧碱还原溶解成隐色体钠盐后，即对纤维素纤维产生直接性，先吸附于纤维表面，然后再向纤维内部扩散而完成对纤维的上染。

由于染液中含有大量电解质，对纤维的直接性较大，故上染纤维的速率较快，染料的移染性能较差，往往不易染匀。

因此，在上染过程中可加入少量缓染剂，如平平加0、牛皮胶等。

3.隐色体氧化

上染纤维的隐色体需经空气或氧化剂氧化，转变为原来的不溶性还原染料并回复原来的色泽，其氧化反应如下：

≥C－ONa－→>C=O

由于不同类型的还原染料有不同的氧化性能，故应对氧化条件进行适当选择，如用空气氧化，或使用双氧水、过硼酸钠氧化等。

4.皂煮后处理

皂煮能将吸附在纤维表面已氧化的浮色去除，使染色织物具有鲜艳的色泽和较好的摩擦牢度。

同时，在皂煮过程中，染料分子会在纤维表面发生聚集，进而形成微晶体，可进一步改善染色织物的各项牢度。

还原染料染色方法

还原染料可用于棉及涤棉和维棉混纺织物的染色。

按染料上染形式不同，可分为隐色体染色法及悬浮体轧染法。

另外还有隐色酸染色法，因不常用，故在此不作讨论。

1.隐色体染色法

隐色体染色是把染料预先还原成隐色体，在染浴中被纤维吸附，然后再进行氧化、皂洗的一种染色方法。

它可分为浸染、卷染和轧染等，目前多用于浸染和卷染。

隐色体浸染适用于纱线染色，卷染法染色透芯程度差，有白芯现象。

根据染料性质不同，可采取不同的还原方式。

（1）干缸法：

在浸染染色时，有的染料还原速度较慢，必须采用较为剧烈的条件来提高染料的还原速率，这种还原方法称为干缸法。

干缸法还原是先将染料用少量水和太古油或拉开粉调成稀浆，然后加入适量温水和规定量的烧碱、保险粉，在规定温度下还原10～15min，待染料充分还原后再经过滤加入含有烧碱、保险粉溶液的染缸中，并冲稀至所需浓度进行染色。

由于还原时用水量极少、相当于提高了烧碱、保险粉浓度，加快了染料的还原速率，使还原反应正常完成。

（2）全浴法：

这种还原方式适用于还原速率较快的还原染料。

其方法是直接将染料放入染槽内，加入规定量的烧碱及保险粉，使染料还原，还原10～15min后即可进行染色。

若对这类染料采用较为剧烈的还原条件，则易造成染料的水解或过度还原，影响染色成品质量

2.悬浮体轧染法

将不溶性染料配成稳定的悬浮液，浸轧在织物上，再经固色处理的染色方法。

硫化染料

硫化染料不溶于水，染色时需使用硫化钠或其他还原剂，将染料还原为可溶性隐色体。

它对纤维具有亲和力而染上纤维，然后经氧化显色便恢复其不溶状态而固着在纤维上。

所以硫化染料也是一种还原染料。

硫化染料可用于棉、麻、粘胶等纤维的染色，其制造工艺较简单，成本低廉，能染单色，也可拼色，耐晒坚牢度较好，耐磨坚牢度较差。

色谱中缺少红色、紫色,色泽较暗,适合染浓色。

分类

硫化染料按染色条件的不同，分为用硫化钠作还原剂进行染色的硫化染料和用连二亚硫酸钠作还原剂的硫化还原染料。

为了使用方便，将硫化染料用焦亚硫酸钠或甲醛次硫酸氢钠（俗名吊白块）进行磺酸基取代而得到水溶性硫化染料，此染料不用还原剂就能直接用于染色。

（1）用硫化钠作还原剂的硫化染料；

（2）用保险粉作还原剂的硫化还原染料（又称海昌染料）；

（3）液体硫化染料是为了方便加工而研制生产的一种新型硫化染料

此类染料的使用类似于可溶性还原染料，配置时可以直接按比例加水稀释，不需再加还原剂，仅部分色泽染浅色时应补加一些硫化钠。

此类染料色谱比较宽广，有大红，紫棕，胡绿，银灰等比较鲜艳的色泽。