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纺织品染色概述
作者:大赢家电玩

  纺织品染色概述_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。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。 ?

  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为有色物体。 ① 染色产品的色泽均匀; ② 染色产品具有良好的染色牢度。 要求: ? ? ? ? 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。 优点:合成简单、色谱齐全,使用方便、价格 低廉。 OH H25C 12 N N NaO3S NHCOCH3 SO 3Na 蒽醌染料: 分子结构中含有 O 的染料。 O 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。 O NH2 SO3Na CH3 O NH CH3 CH3 O NH O NH O O 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。 (CH3)2N C SO 3Na N+ (CH3 )2 SO 3Na ? ? 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: ①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。 ②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 与纤维发生化学反应,形成共价键结合。 ? ? ? ? ? ③ 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。 ④ 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。 ⑤ 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。 ⑥ 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。 ⑦ 酸性染料 这类染料具有水溶性,大都含有磺酸基、羧基 等水溶性基因。可在酸性、弱酸性或中性介质中直接 上染蛋白质纤维。 ⑧ 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。 合成染料应用类别及其应用对象 染料类别 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 棉 ★ ★ ★ ★ ★ ★ 适 用 对 象 麻 丝 毛 锦 涤 腈 ★ ☆ ☆ ☆ ★ ★ ★ ★ ★ ☆ ☆ ☆ ☆ 酸性染料 酸性媒染染料酸性含媒染料 ★ ★ 分散染料 阳离子染料 ★ ★ ★ ★ ☆ ★ ★ (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, N表示标准染法。 ? L表示染料的耐光牢度好, ? (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。 汗渍牢度 日晒牢 度 升华牢度 耐洗牢 度 耐熨烫牢度 耐漂牢度 外界因素 耐气候牢 度 耐摩擦牢度 耐酸、耐碱、耐海水、耐烟熏牢度等 (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。 ?① 偶氮染料(含有致癌芳香胺的禁用染料) R2 N N [H] R2 R1 NH2 H2N R1 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。 ② 致敏染料 指某些会引起人体或动物的皮肤、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,就不会引起过敏。 ?③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。 H2N C NH2 NH2 ? ? (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)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。 DM 聚集 D - + M+ 或 DM D+ + M离子 单分子 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 。 微溶的单分子染料 染料晶体 胶束之中的染料 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。 (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。 4—向纤维内部扩散 边界层 3—在纤维表面吸附 4 3 2—通过扩散边界层 1 2 1—染料在染浴中的流动 流动的染浴 染料对纤维的上染过程示意图 (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。 ?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。 吸附、解吸受温度、pH值、电解质和助剂等影响。 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。 范德华力— 取决于分子 结构、形态、 接触面积、 距离等。 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。 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 孔道模型 ? 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。 ?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 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 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。 ?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。 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; 不仅能用于染色,也能用于前后处理。因为有其 通用性,更受生产厂家欢迎。 由于染液的喷射作用有助于染液向绳状织物 内部渗透,染色浴比也小,织物所受张力更小, 因而获得了更优于溢流染色机的染色效果。 图2-3 溢流染色机 图2-4 喷射染色机 1—织物 2—主缸 3—导辊 4—U形染缸 5—喷嘴 6—热交换器 7—循环泵 8—配料缸 9—加料泵 10—装卸口 卷染机 卷染机是一种间歇式的染色机械,根据其工作性质可 分为普通卷染机、高温高压卷染机。 染色时,织物由被动卷布辊退卷入槽,再绕到主动卷 布轴上,这样运转一次,称为一道。织物卷一道后又换向 卷到另一轴上,主动轴也随之变换。染毕织物打卷出缸。 普通卷染机的缺点是织物运行的线速度不一致,张力 较大,劳动强度较大。 等速卷染机及自动卷染机可以克服上述缺点,自动卷 染机还能调向、记道数和停车自动化。 图2-2高温卷染机 连续轨染机 连续轧染机适用于大规模连续化的印染加工 ,是棉、化纤及 其混纺织物最主要的染色设备。根据所使用的染料不同,连 续轧染机的类型也不同,但它们的组成大致可分为以下几个 部分: 1.轧车 织物浸轧染料的主要装臵。 2.烘干装臵 包括红外线、热风和烘筒烘燥三种。 3.蒸箱 有的染料染后要汽蒸,在蒸箱内通入饱和蒸汽,使 纤维膨化,染料及其它化学药品扩散进入纤维内部。 4.平洗装臵 它包括多格平洗槽,可用于冷水、热水、皂煮 以及根据不同染料进行的后处理。 5.染后烘干装臵 染后的烘干都采用烘筒烘干。 图2-1 连续轧染机 1—进布装臵 2、6—均匀轧车 3—红外线—还原蒸 9—平洗槽 10—皂洗箱 11—长蒸箱 12—平洗槽 13—烘筒烘燥机 14—落布装臵


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