【正文】 第二章 染色第二章 染色染色是把纖維材料染上顏色的加工過程。它是借助染料與纖維發(fā)生物理化學或化學的結合，或者用化學方法在纖維上生成染料而使整個紡織品成為有色物體。染色產(chǎn)品不但要求色澤均勻，而且必須具有良好的染色牢度。根據(jù)染色加工的對象不同，染色方法可分為織物染色、紗線染色和散纖維染色等三種。其中織物染色應用最廣，紗線染色多用于色織物和針織物，散纖維染色則主要用于混紡或厚密織物的生產(chǎn)，都以毛紡織物為主。研究染色的目的在于能夠合理地選擇和使用染料，正確制訂和進行染色加工，獲得高質(zhì)量的染色成品。第一節(jié) 染色基礎知識一、染色理論概述把纖維浸入一定溫度下的染料水溶液中，染料就從水相向纖維中移動，此時水中的染料量逐漸減少，經(jīng)過一段時間以后，就達到平衡狀態(tài)。水中減少的染料，就是向纖維上移動的染料。在任意時間取出纖維，即使絞擰，染料也仍留在纖維中，并不能簡單地使染料完全脫離纖維，這種染料結合在纖維中的現(xiàn)象，就稱為染色。若把海綿浸入染液中，染料溶液也能進入海綿內(nèi)部，可是即使時間長，染料溶液的濃度也不變化，將海綿取出絞擰時，染料和水同時又從海綿內(nèi)擠出來，所以說海綿并未被染色。(一)染色基本過程 按照現(xiàn)代的染色理論的觀點，染料之所以能夠上染纖維，并在纖維織物上具有一定牢度，是因為染料分子與纖維分子之間存在著各種引力的緣故，各類染料的染色原理和染色工藝，因染料和纖維各自的特性而有很大差別，不能一概而論，但就其染色過程而言，大致都可以分為三個基本階段。 當纖維投入染浴以后，染料先擴散到纖維表面，然后漸漸地由溶液轉移到纖維表面，這個過程稱為吸附。隨著時間的推移，纖維上的染料濃度逐漸增加，而溶液中的染料濃度卻逐漸減少，經(jīng)過一段時間后，達到平衡狀態(tài)。吸附的逆過程為解吸，在上染過程中吸附和解吸是同時存在的。 吸附在纖維表面的染料向纖維內(nèi)部擴散，直到纖維各部分的染料濃度趨向一致。由于吸附在纖維表面的染料濃度大于纖維內(nèi)部的染料濃度，促使染料由纖維表面向纖維內(nèi)部擴散。此時，染料的擴散破壞了最初建立的吸附平衡，溶液中的染料又會不斷地吸附到纖維表面，吸附和解吸再次達到平衡。 是染料與纖維結合的過程，隨染料和纖維不同，其結合方式也各不相同。上述三個階段在染色過程中往往是同時存在，不能截然分開。只是在染色的某一段時間某個過程占優(yōu)勢而已。(二)染料在纖維內(nèi)的固著方式 染料在纖維內(nèi)固著，可認為是染料保持在纖維上的過程。不同的染料與不同的纖維，它們之間固著的原理也不同，一般來說，染料被固著在纖維上存在著兩種類型。 指染料與纖維發(fā)生化學反應，而使染料固著在纖維上。例如：活性染料染纖維素纖維，彼此形成醚鍵結合。通式如下：DRX+CellOH → DR0Cell+HXDRX：活性染料分子X：活性基團CellOH：表示纖維素 由于染料與纖維之間的相互吸引及氫鍵的形成，而使染料固著在纖維上。許多染棉的染料，如直接染料、硫化染料、還原染料等都是依賴這種引力而固著在纖維上的。二、染料基礎(一)染料分類 按染料性質(zhì)及應用方法，可將染料進行下列分類。 這類染料因不需依賴其他藥劑而可以直接染著于棉、麻、絲、毛等各種纖維上而得名。它的染色方法簡單，色譜齊全，成本低廉。但其耐洗和耐曬牢度較差，如采用適當后處理的方法，能夠提高染色成品的牢度。 這類染料實質(zhì)上是染料的兩個中間體，在織物上經(jīng)偶合而生成不溶性顏料。因為在印染過程中要加冰，所以又稱冰染料。由于它的耐洗、耐曬牢度一般都比較好，色譜較齊，色澤濃艷，價格低廉，所以目前廣泛用于纖維素纖維織物的染色和印花。 又稱反應性染料。這類染料是50年代才發(fā)展起來的新型染料。它的分子結構中含有一個或一個以上的活性基因，在適當條件下，能夠與纖維發(fā)生化學反應，形成共價鍵結合。它可以用于棉、麻、絲、毛、粘纖、錦綸、維綸等多種紡織品的染色。 這類染料不溶于水，在強堿溶液中借助還原劑還原溶解進行染色，染后氧化重新轉變成不溶性的染料而牢固地固著在纖維上。由于染液的堿性較強，一般不適宜于羊毛、蠶絲等蛋白質(zhì)纖維的染色。這類染料色譜齊全，色澤鮮艷，色牢度好，但價格較高，且不易均勻染色。 它由還原染料的隱色體制成硫酸酯鈉鹽后，變成能夠直接溶解于水的染料，所以叫可溶性還原染料，可用作多種纖維染色。這類染料色譜齊全，色澤鮮艷，染色方便，色牢度好。但它的價格比還原染料還要高，同時親和力低于還原染料，所以一般只適用于染淺色織物。 這類染料大部分不溶于水和有機溶劑，但能溶解在硫化堿溶液中，溶解后可以直接染著纖維。但也因染液堿性太強，不適宜于染蛋白質(zhì)纖維。這類染料色譜較齊，價格低廉，色牢度較好，但色光不鮮艷。 硫化還原染料的化學結構和制造方法與一般硫化染料相同，而它的染色牢度和染色性能介于硫化和還原染料之間，所以稱為硫化還原染料。染色時可用燒堿保險粉或硫化堿保險粉溶解染料。 酞菁染料往往作為個染料中間體，在織物上產(chǎn)生縮合和金屬原子絡合而成色淀。目前這類染料的色譜只有藍色和綠色，但由于色牢度極高，色光鮮明純正，因此很有發(fā)展前途， 某些芳香胺類的化合物在纖維上進行復雜的氧化和縮合反應，就成為不溶性的染料，叫做氧化染料。實質(zhì)上這類染料只能說是堅牢地附著在纖維上的顏料。 用不同種類的染料母體，在其結構中引人帶有硫代硫酸基的中間體而成的暫溶性染料。在染色時，染料可縮合成大分子聚集沉積于纖維中，從而獲得優(yōu)良的染色牢度。 這類染料在水中溶解度很低，顆粒很細，在染液中呈分散體，屬于非離子型染料，主要用于滌綸的染色，其染色牢度較高。 這類染料具有水溶性，大都含有磺酸基、羧基等水溶性基因。可在酸性、弱酸性或中性介質(zhì)中直接上染蛋白質(zhì)纖維，但濕處理牢度較差。 這類染料包括兩種。一種染料本身不含有用于媒染的金屬離子，染色前或染色后將織物經(jīng)媒染劑處理獲得金屬離子；另一種是在染料制造時，預先將染料與金屬離子絡合，形成含媒金屬絡合染料，這種染料在染色前或染色后不需進行媒染處理，這類染料的耐曬、耐洗牢度較酸性染料好，但色澤較為深暗，主要用于羊毛染色。 堿性染料早期稱鹽基染料，是最早合成的一類染料，因其在水中溶解后帶陽電荷，故又稱陽離子染料。這類染料色澤鮮艷，色譜齊全，染色牢度較高，但不易勻染，主要用于腈綸的染色。目前世界各國生產(chǎn)的各類染料已有七千多種，常用的也有兩千多種。由于染料的結構、類型、性質(zhì)不同，必須根據(jù)染色產(chǎn)品的要求對染料選行選擇，以確定相應的染色工藝條件。(二)染料應用與選擇 各種纖維由于本身性質(zhì)不同，在進行染色時就需要選用相適應的染料。例如棉纖維染色時，由于它的分子結構上含有許多親水性的羥基，易吸濕膨化，能與反應性基團起化學反應，并較耐堿，故可選擇直接、還原、硫化、冰染料及活性等染料染色。滌綸疏水性強，高溫下不耐堿，一般情況下不宜選用以上染料，而應選擇分散染料進行染色。 由于被染物用途不同，故對染色成品的牢度要求也不同。例如用作窗簾的布是不常洗的，但要經(jīng)常受日光照射，因此染色時，應選擇耐曬牢度較高的染料。作為內(nèi)衣和夏天穿的淺色織物染色，由于要經(jīng)常水洗、日曬，所以應選擇耐洗、耐曬、耐汗牢度較高的染料。 在選擇染料時，不僅要從色光和牢度上著想，同時要考慮染料和所用助劑的成本、貨源等。如價格較高的染料，應盡量考慮用能夠染得同樣效果的其他染料來代用，以降低生產(chǎn)成本。 在需要拼色時，選用染料應注意它們的成分、溶解度、色牢度、上染率等性能。由于各類染料的染色性能有所不同，在染色時往往會因溫度、溶解度、上染率等的不同而影響染色效果。因此進行拼色時，必須選擇性能相近的染料，并且越相近越好，這樣可有利于工藝條件的控制、染色質(zhì)量的穩(wěn)定。5根據(jù)染色機械性能選擇染料 由于染色機械不同，對染料的性質(zhì)和要求也不相同。如果用于卷染，應選用直接性較高的染料；用于軋染，則應選擇直接性較低的染料，否則就會產(chǎn)生前深后淺、色澤不勻等不符合要求的產(chǎn)品。（三）染料命名 上面所介紹的各類染料，不但數(shù)量多，而且每類染料的性質(zhì)和使用方法又各不相同。為了便于區(qū)別和掌握，對染料進行統(tǒng)一的命名方法已經(jīng)正式采用。只要看到染料的名稱，就可以大概知道該染料是屬于哪一種類染料，以及其顏色、光澤等。我國對染料的命名統(tǒng)一使用三段命名法，染料名稱分為三個部分，即冠稱、色稱和尾注。 主要表示染料根據(jù)其應用方法或性質(zhì)分類的名稱，如分散、還原、活性、直接等。 表示用這種染料按標準方法將織物染色后所能得的顏色的名稱，一般有下面四種方法表示（1）采用物理上通用名稱，如紅、綠、藍等。（2）用植物名稱，如桔黃、桃紅、草綠、玫瑰等。（3）用自然界現(xiàn)象表示，如天藍、金黃等。（4）用動物名稱表示，如鼠灰、鵝黃等。 表示染料的色光、性能、狀態(tài)、濃度以及適用什么織物等，般用字母和數(shù)字代表。染料的三段命名法，使用比較方便。例如還原紫RR，就可知道這是帶紅光的紫色還原染料，冠稱是還原，色稱是紫色，R表示帶紅光，兩個R表示紅光較重。目前，有關染料的命名尚未在世界各國得到統(tǒng)一，各染廠都為自己生產(chǎn)的每種染料取一個名稱，因此出現(xiàn)了同一種染料可能有幾個各稱的情況。三、染色牢度染色牢度是指染色織物在使用過程中或在以后的加工過程中，染料或顏料在各種外界因素影響下，能保持原來顏色狀態(tài)的能力。染色牢度是衡量染色成品的重要質(zhì)量指標之一，容易褪色的染色牢度低，不易褪色的染色牢度高。染色牢度在很大程度上取決于其化學結構。此外，染料在纖維上的物理狀態(tài)、分散程度、染料與纖維的結合情況、染色方法和工藝條件等也有很大影響。染色牢度是多方面的，對消費者來說，一般比較主要的包括：日曬、皂洗、汗?jié)n、摩擦、刷洗、熨燙、煙氣等牢度。另外，紡織品的用途不同或加工過程不同，它們的牢度要求也不一樣。為了對產(chǎn)品進行質(zhì)量檢驗，紡織部門和商業(yè)部門參照紡織品的使用情況，制訂了一套染色牢度的測試方法和標準，下面分別予以簡單介紹。 染色織物的日曬褪色是個比較復雜的過程。在日光作用下，染料吸收光能，分子處于激化態(tài)而變得極不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生某些化學反應，使染料分解褪色，導致染色織物經(jīng)日曬后產(chǎn)生較大的褪色現(xiàn)象。日曬牢度隨染色濃度而變化，濃度低的比濃度高的日曬牢度要差。同一染料在不同纖維上的日曬牢度也有較大差異，如靛藍在纖維素纖維上日曬牢度僅為3級，但在羊毛上則為7～8級，日曬牢度還與染料在纖維上的聚集狀態(tài)、染色工藝等因素有關。日曬牢度共分8級，1級最差，8級最好。 指染色織物在規(guī)定條件下于肥皂液中皂洗后褪色的程度，包括原樣褪色及白布沾色兩項。原樣褪色是印染織物皂洗前后褪色情況。白布沾色是將白布與已染物縫疊在一起，經(jīng)皂洗后，因已染物褪色而使白布沾色的情況。皂洗牢度與染料的化學結構和染料與纖維的結合狀態(tài)有關。除此之外，皂洗牢度還與染料濃度、染色工藝、皂洗條件等有關。皂洗牢度的試驗條件隨構成織物的纖維品種而不同，皂洗溫度可分為40℃、60℃和95℃三種。測試樣品經(jīng)試驗、淋洗、晾干后即用“灰色褪色樣卡”按國家規(guī)定標準評級。皂洗牢度按分為五級九檔，其中一級最差，五級最好，沾色也分為五級九檔，一級沾色最嚴重，五級為不沾色。 染色織物的摩擦分為干摩擦及濕摩擦牢度兩種。前者是用于白布摩擦織物，看白布的沾色情況，后者用含水100%的白布摩擦染色織物，看白布沾色情況。濕摩擦是由外力摩擦和水的作用而引起，其濕摩擦牢度一般低于干摩擦牢度。織物的摩擦牢度主要取決于浮色的多少、染料與纖維的結合情況和染料滲透的均勻度。如果染料與纖維發(fā)生共價鍵結合，則它的摩擦牢度就較高。染色時所用染料濃度常常影響摩擦牢度，染色濃度高，容易造成浮色，則摩擦牢度低。摩擦牢度由“沾色灰色樣卡”依五級九檔制比較評級，一級最差，五級最好。汗?jié)n牢度和氯漂牢度按五級九檔制評級。評定染料的染色牢度，應將紡織物染成規(guī)定色澤濃度才能進行比較，這是由于染色濃度不同，會使測得的牢度亦不同之故。有關染后織物的各項染色牢度的試驗方法，應根據(jù)國家規(guī)定的方法進行，各項牢度的標準也應以國家標準為準。四、禁用染料與環(huán)保染料（一）禁用染料近年來，國際上對環(huán)境質(zhì)量的惡化與生態(tài)平衡的失調(diào)十分關切，人類正面臨有史以來最嚴重的環(huán)境危機，在環(huán)境污染中，大部分直接與工業(yè)和工業(yè)產(chǎn)品的污染有關。作為染料中間體的芳胺，已被一些國家的政府機構列為可疑致癌物，其中聯(lián)苯胺的乙萘胺已被確認為是對人類最具烈性的致癌物。為此，在世界各國，關注染料生產(chǎn)、強調(diào)環(huán)境保護已成為當務之急，美國、歐洲、日本已建立了研究染料生態(tài)安全和毒理的機構，專門了解和研究染料對人類健康與環(huán)境的影響，并制訂了染料中重金屬含量指標。美國染料制造商協(xié)會生態(tài)委員會獨立地研究染料與助劑對于環(huán)境的影響，確定了各種類商品染料中金屬雜質(zhì)的濃度范圍。1992年4月德國在關于日用品法律的第一條款中寫上了有關禁用染料的內(nèi)容，但不明確，于是在1994年7月、1994年12月、1995年7月、1996年7月分別發(fā)布了第二次至第五次修正案，并于1997年7月再就有關條款進行更詳細的補充公布。按德國Bayer公司1994年的分析，在德國市場上涉及的禁用染料有118只，依其應用類別包括直接染料77只、酸性染料26只、分散染料6只、冰染色基5只、堿性染料3只和氧化色基1只。在1999年SDC resource file 中登載著德國VCI（德國化學工業(yè)協(xié)會）根據(jù)內(nèi)部研究和1994年第三版“染料索引”所收集的可還原裂解出22種致癌芳香胺的偶氮染料有141只，它們與德國Bayer公司1994年提出的118只禁用染料相比，有113只染料結構是相同的。若將VCI與Bayer公司提出的禁用染料合并,則共有禁用染料146只,其中直接染料84只、酸性染料29只、分散染料9只、堿性染料7只、冰染料色基5只、氧化色基1只、媒染染料2只和溶劑染料9只。根據(jù)2000年所發(fā)布的EcoTex Standard 100新版測試紡織品中有毒物質(zhì)的標準，涉及到的禁用染料還包括過敏性染料、直接致癌染料和急性毒性染料，另外還包括含鉛、銻、鉻、鈷、銅、鎳、汞等重金屬超過限量指標，甲醛含量超過限量指標，有機農(nóng)藥超過限量指標的染料，以及含有環(huán)境激素、含有產(chǎn)生環(huán)境污染的化學物質(zhì)、含有變異性化學物質(zhì)、含有持久性有機污染物的染料等。從染料分子結構分析和染色織物實