多組分紡織品活性染料一浴法染色
東化大學 宋心遠
摘要
多組分紡織品是當前發展最迅速的一類紡織品，它服用性能好，但染整加工,特別是染色難度大。論文系統地從該類紡織品的組成,結構出發，分析了它們的染色特性，難點和存在的問題。論文還深入介紹了當前應用最多的活性染料各種多組分紡織品的有關染色問題，包括單體活性染料。活性/分散染料、活性/酸性染料以及活性分散、活性陽離子染料等的一浴法染色，重點介紹了工藝因素和染色助劑，對發展我國這類紡織品的染色和助劑開發具有較好的參考價值。
隨著科學技術的迅速發展，人類生活水平的不斷提高，特別是生態環境保護受到前所未有的重視，纖 維紡織工業有了飛速的發展，紡織品的組成和結構有了明顯的變化，已從傳統的棉、毛、絲天然纖維或滌綸、棉綸、腈綸和粘膠等化纖的一種和兩種纖維組成的產品，發展到多種纖維組成產品，不少紡織品由7 –S種纖維所組成。
紡織品的纖維組成共混、復合有三種途徑，既通過紡絲、混紡、編織或變形，得到多組分纖維、多組分紗線和多組沉積物。由這些多組分纖維、多組分紗線和多組分織物開發了一大批新產品，大大提高了產品的附加值，而且可以更好地體現當今紡織品向健康、衛生、生態和綠色方向發展的理念。
多組分纖維紡織品加工存在不少困難，其中尤以染色困難最多。而活性染料是應用最多的一類染料。本文將簡要討論這種紡織品活性染料、活性/分散染料、活性/酸性染料等一浴法染色。
一、 多組分紡織品的組成、結構和染色性能
多組分纖維紡織品的組成決定于纖維的類別，按化學組成來看，除了包括所有常規纖維的組成外，還包括在紗絲、紡紗以及織造和染整加工時施加的各種加工劑，這些都會改變產品的染色性能。
組分纖維紡織品的結構，除了隨纖維、紗線不同而變化外，還隨織造復合方式而改變。
即使對纖維素纖維來說，天然纖維除了傳統的棉麻纖維外，近年來開發了許多新的纖維，例如竹原纖 維、天然彩
化纖除了傳統纖維的規格有了擴大外，還正在向差別化、功能化以及高性能新型纖維發展，例如海島超細、復合超細、高收縮、抗菌、抗紫外線、導電、發光以及用于過濾、吸音、醫療、太陽能等高科技領域的各種鈉米纖維。這些新型纖維多半是多組分纖維，有的由兩種高分子組成，有的還含有各種功能性材料，它們的形態結構也有別于傳統纖維，故染色性能不同與傳統纖維，當前已大量應用的有氨綸、PLA和PTT纖維等。通過混紡、交織或編織或變形加工，可使紡織品含有多種纖維組成，有的多達”7-8種。例如一種高吸濕散熱排汗速干的紗線就是由多種纖維通過特別的復合紡得的，這種紗線最內層是由超細疏水性纖維組成核心紗，其外層(既第二層或中間層)則是由親水性纖維和疏水性纖維組成。這種紗線的吸濕排汗散熱的作用過程是，親水性纖維從人體吸濕吸汗，最內層的疏水性纖維的毛細管通過芯吸收作甩將汗液吸向最內層，這樣大大提高了紗線的導汗作用，最內層的汗液吸熱后將汗液汽化，并經中間轉向最外層的吸濕性強的親水性纖維，最后從最外層蒸發掉。這樣大大增強了纖維的吸濕、排汗和散熱削作用。這些作用是由處在不同位置上的各種纖維協同作用來完成的。。可想而知，由于纖粬化學組成、 粗細和形態結構，以及在紗線中的位置不同，它們吸附染料的作用力和速度是不同的，所以染色難度很大，它們適用的染料和染色工藝不同干常規紡織品。
從化學組成上分，多組分纖維紡織品中的纖維，不少含有纖維素組分，部分則含有蛋白質組分，少數含有聚酰胺組分，它們都可以用活性染料染色，但是許多組分是不能用活性染料染色的，需要用分散、酸性
一、 多組分紡織品染色的難點和克服的途徑
多組分纖維紡織品由丁含有多種纖維組成，包括多組分纖維或紗線或織物。多組分纖維例如滌/棉 復合超細纖維，它含有不同比例的聚酯酸和聚酯，還含有聚氨酯粘結組成、多組分紗線和織物是由多種纖堆紡制或加工而成的，有的還含有各種加工劑組成。
多種纖維組成給染色帶來不少困難，首先不同組成適合不同染料染色，已經指出，只有部分纖維可以 用活性染料染色，其他組成則要用其他類染料染色，所以說多組分纖維紡織品染色的難點之一需要用多種染料染色。
多種染料染色由于染色條件不同，包括染色溫度、PH值、添加劑(勻染劑、電解質)等不同，因此通常很難同浴染色，不僅增加了工序，降低生產效率，而且耗能耗水，增加工污水排放。一種染料染色會影響另一種染料染色，包括降低上染率、改變色光和降低色牢度，大大降低染色產品質量，各染料的染色工藝不同是難點之二。
多組分紡織品由于含有多種組分，通常需要用多種染料分別染不同纖維組分，因此從染液與纖維的 交換來看，與單組分紡織品用單種染料染色相比，也有很大不同，往往染料上染要困難得多。首先，染色的浴比發生了變化。例如100％的棉紡織品用活性染料染色如果浴比為20 : 1的話，同樣的設備和同樣溝染液體積，棉混紡率為40％的紡織品染色，其實際浴比就變成了50：1。因為活，性染料只能上染棉纖維，混紡的另一種纖維不能用活性染料染色，由于棉纖維只有純棉紡織品的40％，浴比就從20：1增大到50：1。浴比增大，上染速率減小，上染率和固色率也隨之減小。另外影響多組分紡織品染色不僅是浴比變化，由于活性染料上染的纖維組成和不上染的組成是緊密共混在一起的，對多組分
多組分紡織品中的纖維組成不僅對染料上染有阻染或降低上染速度的影響,事實上一些纖維對非染色的染料還會發生沾色作用，有時非常嚴重，例如滌/棉混紡織物染色分散染料對棉纖維的沾色。沾色不僅會降低上染速度和上染率，更嚴重的是會降低色濕牢度和染色重現性，這往往是多組分紡織品染色最困難的問題，這是難點之四。對兩種以上組成的紡織品來說，沾色有時很難克服，嚴重地阻礙了這種紡織品的發展。
克服上述難點三和四，最好的辦法是用單種染料多種組成，例如用活性分散染料染多種纖維組成，但是一種染料對多種組成的上染速度和上染率往往小同，還往往要加入弟二種染料調節，所以浴比、沾色問題仍然存在。
多組分纖維紡織品染色的難點還有很多，由于染色難點多，目前這類產品大多數采用多種染料分浴多步或一浴多步來染色，這樣相對容易控制，但是這樣的染色工序長，耗水耗能高，污水排放量也多，加工效率低，而成本還高。為此，國內外還提出了多種染色新技術，有的已大量應用，例如用可染多種組分的染料，還例如多種染料一浴法染色新技術，特別是活性/分散染料和活性/酸性染料一浴法染色。本文將重點討論活性染料及它與分散、酸性染料一浴法染色工藝和助劑。
三、單種活性染料
活性染料是纖維素纖維染色的重要染料，各種纖維素纖維都可厙活性染料染色。但是由于不同纖維素纖維的超分子結構、形態結構和表面特征各不相同，有的纖維素纖維由于含羧基較多,纖維在水溶液中表面帶的負電荷景惟獰召，闋，仲同種浯幃潦料卜染不同纖維素纖維的速率、平衡吸附量和固色率是不同的。即使用固色率相同，由于活性染料在纖維上的吸附狀態不同，或者由于纖維對光的反射、折射和干涉不同，也都會引起纖維顏色的深麿和伍興右所不同。所以說，一種活性染料多種纖維素纖維組成的紡織品，要使不同的纖維染成均一顏色是困難的，必需通過選用染料、控制工藝和添加適當助劑來實現。
已經指出，纖維素纖維品種繁多。除了常用的棉、麻(苧麻和亞麻)和粘膠纖維(長絲和短纖維，外，近年來不斷出現或應用T許多新的天然和再牛纖維素纖維，這包括Lyocell (天絲)、Modal、Richcel (麗賽)、原竹纖維和竹漿纖維、木棉、大麻、黃麻、水果(菠蘿、香蕉等)纖維、羅布麻和桑皮纖維等。
從活性染料周色動力學知請，圊色速率除了和染料的反應性(活性基種類)外，還與其直接性、擴散性和纖維無定形區大小(或結晶度高低)、纖維孔道大小與長短，以及纖維內外溶液PH值差、染料和助劑‘電解質離予濃度分布等因素有關。不同纖維素纖維這些因素各不相同。
其中較典型的例子如棉/粘膠纖維紡織品染色，由于棉纖維結晶度較高，而孔道直徑則較大粘膠纖維無定形區較高，而存在皮層結構，孔道直徑較細，所以低溫時粘膠纖維上染速率低，棉纖維則較高，反之較高溫度時，粘膠纖維由于無定形區含量較高，上染速率增加快，易染深。又由于粘膠纖維表面帶負電荷較多，所以電解質對粘膠纖維染色影響較大，還由于粘膠纖維在堿性溶液中易溶脹，濕強力較低，對堿性較敏感，所以宜在較弱堿性染液中固色。為了能染得均勻和色牢度較高的產品，應仔細選用染料，控制染色工藝條件(
另一較典型的例子是棉/麻纖維紡織品染色，和棉纖維相比，麻類纖維的結晶度和取向度較高，染料擴散速度和上染率較低，所以染色溫度宜高，染前麻纖維應充分溶脹處理，染色時選用適當溶脹助劑有利于提高麻纖維的固色率，由于麻纖維具有上述超分子結果特征，蕤色纖維的色光還較暗，特別是對一些二色性強的染料染色更為明顯，所以這種纖維染前經濃堿或液氨處理是有利的。
其他各種纖維系纖維也由于結構因素，使紡織染色或顯色特性各有不同。包括含原竹或竹漿纖維、Lyocell出纖維和木棉等新纖維的多組分纖維紡織品。
纖維素纖維和蛋白質等纖維混紡、交織或變形加工的紡織品，理論上也可以用活性染料染這類纖維。對蠶蛹蛋白纖維來說，一根纖維含有蛋白質和纖維素兩種組成，它們都可以甩活性染料染色，粘膠基的大豆或牛奶蛋白纖維也是這樣。纖維素組成和活性染料發生共鍵結合，主要通過伯羥基，在堿性溶液中羥基離解成負離子后，大大加快與染料活性基的親核性反應，而蛋白質則主要通過氨基與染料反應，在等電點以下，蛋白質分子帶正電荷，還可以和染料陽離子發生庫侖引力作用，但共價鍵，固色反應仍主要在I PH值高于等電點的染液中進行。筆者研究證明，活泩染料對蠶蛹蛋白纖維的上染率和固色率均較高，但勻染，性較差，由于含有蛋白質組成，固色PH值不宜太高，否則蛋白質失重率和纖維濕強力損失會很高。在纖維等電點以上時，元明粉等中性電解質起促染作用，而且其用量比染純纖維素纖維紡織品的低。研究還證明選用雙活性基染料和加人專用交聯劑，進行活性交聯染色，不僅固色率高，還由于雙活性基染料或交聯劑可以在染料與纖維、蛋白質與纖維素分子間，甚至在水解染料與纖維分子間形成交聯，不僅大大提高了固色率和色牢度，而且可以減少蛋白質與纖維素分子間，甚至在水解染料與纖維分子間杉成交聯，不僅大大提高了固色率和色牢度
為了減少活性染料染色時堿對蛋白質組成或纖維的損傷，曾開發了一些低堿或中性固色的染料或助劑，在低堿或中陸條件下染兩種纖維，固色高、纖維損傷少、污染也少.
筆者研究還發現，一些活性染料的水解染料對羊毛等蛋白質纖維具有較強的上染能力，和酸性染料，染色行為相似，有較好的牢度，如果有交聯劑存在時，水解染料還可以交聯固著在纖維上，可以大大提高染料利用率，減少污染，減輕染后水洗負擔，節水節能。
活性染料上染蛋白質纖維后，會改變纖維的許多性能，包括疏水性和對染料的吸附性質，活性染料可以看成是纖維的一種接枝改性劑，筆者發現經活性染料染色后的羊毛吸附分散染料的能力大大增強，既活性染料對羊毛分散染料染色有很強的增溶或增強作用。同樣在蠶絲活性染料染色后也有類似效果。這為活陸和分散染料染羊毛、蠶絲及其它合成纖維齣多組分紡織品染色了一條新途徑。
四，活性/分散染料多組分紡織品一浴法染色
纖維素纖維和聚酯纖維的多組分紡織品一般需要用兩種染料染色，活性和分散染料是用得最多的兩種染料，活性染料染纖維素纖維組分，分散染料染聚酯組分。兩類染料染兩種纖維，由于結構和性能差距，很大，染色工藝條件差別也就很大，很難同浴染色，主要矛盾如下:
( 1)染色溫度：活性染料上染和固色溫度較低，通常在6
(2)染液PH值:活性染料固色應在堿性浴中進行，而在堿性浴中，當溫度較高時，許多分散染料會遭到水解、還原破壞，一些聚酯纖維例如PLA纖維還會發生水解損傷，故分散染料宜在弱酸性浴中染色。
(3)電解質和助劑：活性染料染色通常需要添加較多的中性電解質促染，而分散染料在染液中主要成懸浮體存在，大量電解質會降低分散染料懸浮體的穩定，性，使分散染料凝聚和沉淀。分散染料商品中存在大量的分散劑，許多分散劑會和活性染料反應，不僅使活性染料喪失反應性，而且會降低分散染料的l 分散穩定性。
( 4 )染料沾色：兩類染料同浴染色時，它們對非染色纖維會發生沾色，降低色牢度和色光鮮艷度，特別是分散染料對纖維素纖維的沾色。同浴染色，沾色對染色重現性和色牢影響也很大，拼色時由于各種染料染色性不同，會大大降低染色重現性，此外兩種染料同浴溶解和分散也難。
基于上述矛盾，活性和分散染料同浴染色的上染率或固色率、色牢度、色光鮮艷度和顏色重現性均低于分浴染色。所以許多工廠仍采用兩浴法或一浴兩步法染色。兩浴法和一浴兩步法染色矛盾雖然小一些，但加工效率低，耗水耗能多，污水排放量也大，加工成本還高。一浴法、一浴二步法和凹浴法染色特點見表一。
表一活性/分散染料幾種染色工藝比較
染色工藝 | 加工時間 | 色濕牢度 | 重現性 | 加工效率 | 生態性 |
一浴法 | ○ | △ | × | ○ | ○ |
一浴二步法 | △ | △ | △ | △ | △ |
兩浴法 | × | ○ | ○ | × | × |
表中：○一優良;△一較差；×一很差，
在當前大力提倡節能減排的形勢下，大力開發一浴法染色是有重要意義的。雖然進行一浴法染色還存在許多難點，但是隨著技術進步，例如目前已開發了不少新染料、新助劑，染色工藝也有了迅速發展，例如包括目前正在開發的低堿和中陸固色一浴法和低鹽或無鹽染色一浴法等工藝，它們均有很好結果。
低堿和中性固色可以大大提高活性和分散染料在高溫染浴在高溫染浴中的
(1) 開發新的或改良老的活性染料，主要通過分子設計，研制的新的活性染料，包括引入反應性強的活陸基，改變連接基或封端基，增加染料分子大小或共平面性，適當提高染料的直接性，并通過商品化加工或添加適當添加劑或助劑，提高染料的反應性、直接性和勻染怛性。
(2) 對纖維改性，提高纖維的反應性。通過物理化學或化學改性，前者主要是提高纖維的溶脹性，使纖維中的孔道網絡變粗，并增加纖維的無定形區含量，以加快染料擴散速度和增加染料上染和固色率；后者主要是對纖維進行胺化或季胺化，不僅可以引入反應性強的氨或胺基，而引入陽離子季胺基后，還可以提高與陰離子染料的結合力和與其臨近的羥基的反應性。以上措施都可以便纖維在低堿或中性條件下固色，克服多組分纖維紡織品活性/分散染料染色PH值的矛盾。因此開發纖維素纖維改性劑具有重要意義。以上是對纖維素纖維改性，如果對聚酯纖維改陸，降低其染色溫度，則可以克服染色溫度矛盾。筆者曾研究多只滌綸分散染料染色的新型載體，并用于多組分紡織品一浴法染色。
(3) 適當增加固色反應條件或應用低堿中性固色助劑，進行一浴法染色。對浸染來說，進行高溫高壓法染色時，由于染液溫度超過
除了中性固色劑或催化劑外，浸染時增加染液中的中性電解質，軋染時加入雙氰胺等添加劑等，都有利于低堿或中性一浴法染色。
為了克服活性和分散染料染色PH值矛盾，國內外開發了不少所謂PH值滑動劑或調節劑。它們隨著染色溫度不斷提高，逐步發生水解等反應，使染液PH值從堿性逐步變成弱酸性。在低溫堿性(
活性/分散染料高溫高壓一浴法染色，對纖維素/PET纖維多組分紡織品來說難度高一些,因為兩類纖維的染色溫度差距大，染色溫度高，通常為
五、活性/酸性染料多組分紡織品一浴法染色
近年來纖維素與蛋白質多組分纖維紡織品的商品愈來愈多，例如各種所謂蛋白纖維。它們不少是在纖維素基質中共混有少量蛋白質，典型的商品是蠶蛹蛋白纖維。這種纖維雖然可以用單種活性染料染，但兩種組成固色條件不同，如果在活性染料染浴中，加入少量酸性染料，則可以染得更深和均勻。纖維素與蛋白質纖維通過混紡、交織或變形加工可以得到許多性能優良的紡織品，這類紡殳品若要使兩種纖維都染上均勻的顏色，也通常要用兩類染料，主要是活性和酸性料來染色。纖維
克服這些難點的途徑，使活性和酸性或中性染料能夠一浴法染色，仍然是通過開發新的染料(包括活tt和酸性染料)，對纖維改性和應用新的染色助劑來實現。
新的染色助劑包括染浴PH值滑動iS或調節劑，以及防沾色或勻染劑等助劑。沾色主要是活性染料，包括其水解染料對蛋白質和聚酰胺組分的沾色，所以加入防沾色劑后，可以大大減輕這種沾色作用。勻染劑包括對活性染料和酸性染料兩類染料不同的勻染劑。為此近年來研究染料PH值滑動劑的工作不少，筆者也進行了一些研究，它們大多數仍然是隨染液溫度升高，不斷放出質子，使染液PH值由堿性滑向中性和弱酸性，既先使活性染料固色，然后加速酸性染料上染，這樣控制相對較容易一些，因為活性染料染色溫度較低，且它固色時會不斷放出酸性物質，本身有一定的PH值滑動作用。筆者發現，這種PH值滑動劑和活性/分散染料高溫高壓一浴法染色的性能差別很大，首先它滑動的溫度較低，活動的速度也不同，后者主
總的來說，雖然PH值滑動或控制速度及范圍完全與染料上染和固著匹配是較難的，而且一種助劑很難適用所有染料，但是只要仔細選用染料和控制工藝，效果還是小錯的，且比活性/分散染料的好。
六、活性分散和活性陽離子染料多組分紡織品一浴法染色
一種染料具有兩類染料的特性，既具有活染料染色特性，又具有分散或阻離子等染料特性，可以上染兩種以上纖維的染料，是染料生產和應用工作者所追求的目標，應用這些染料染多組分纖維紡織品，不僅染料單一，而且工藝也簡單，前述許多矛盾將小 活性分散染料實質上仍然是一類活性染料，具有常規相同的各種活，染料分子中也具有陰離子，水溶性基團。所不同的是它所具有的阱離于水浴性基圓多半是B一羥基乙砜酸酯鈉鹽的硫酸酯陰離子基，它賦予染料分子水溶性，當染浴加堿劑后，染料的硫酸酯陰離子基水解被脫去，染料分子中只剩下乙烯砜基，變成非離子染料，典型的反應如下：
D-SO2-CH2CH2OSO-3--OH-à D-SO2-CH=CH2+HSO-4
具有乙烯砜基的染料既可以和纖維素、蛋白質纖維反應，形成共價鍵結合，它或具水解染料(具有羥乙砜基)又可像分散染料一樣上染聚酰胺、聚酯等疏水性纖維。一般來說，這種染料的母體結構和分散染料類似，不具有永久性的水溶性陰離子基(例如芳環上的磺酸基)。
用這種染料染滌/棉織物時,先在中性浴中升溫至
這類染料目前仍處在研究開發階段，但它的優點是顯而易見的，有發展前途。
類似地，目前也在開發活性陽離子染料，在染料分亍中，既具有活性基，又具有陽離子基，因此可以染色包括腈綸、陽離子可染滌綸在內的多種多組分纖維紡織品，這種具有陽離子基的活性染料還可以用于無鹽染色。和前者一樣這類染料也還處在研究開發階段。
由于活性染料的母體多半為酸性染料。所以通常的活性染料乜可以看成是活性酸性染料。通過合里的分子設計，可使染料母體或活性染料的水解染料像酸性染料一樣牢固上染蛋白質和聚酰胺組成的多組分紡織品，有很高的固色率和色濕牢度。筆者研究發現一些活性染料水解后對羊毛有很好的染色性能，它實質上就像一只酸性染料一樣，可牢固地固著在羊毛上。它們既通過磺酸基等陰離子和纖維的氨基陽離子結合，而且與纖維分子間還存在較強的范德華引力結合，所以濕牢度很好。筆者還發現，如果在耙色時加入適當的交聯劑，則可以進一步提高固色率和濕牢度，因為交聯劑不僅可使水解染料交聯固著在纖維素組分上，而且同樣使它們交聯固著在蛋白質組分上。
組分紡織品的纖維種類愈來愈多，所含纖維數也多，它們不僅染色難度大,而且加工工序長、效率低、重現性、色牢度等都差，更為嚴重的是，應用的染料種類和用量多后，染料利用率低。同時，耗能耗水污水排放量也大，污水治理難度也大。克服這些難點，采用短流程和一浴法染色是嚴有效的途徑，這也是今年來大力開發的原因。
進行短流程和一浴法染色首無要開發新的染料，即對已有染料進行改良或研制新的染料;其次要開發新的染色助劑，即各類一浴法染色助劑；此外還要開發
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