关于匀染剂的综述

不同种类染料所用匀染剂的研究进展

Xxx

（xx学院 南京 江苏 210009）

摘要：匀染剂具有缓染性和移染性,可有效改善染料的匀染性达到均匀染色的结

果,从而提高染料的应用性能。综述了分散染料、活性染料、酸性染料、阳离子染料用匀染助剂的进展，为我国匀染剂的应用、复配与研究提供参考。

关键词：匀染剂；分散染料；活性染料；酸性染料；阳离子染料

Development of levelling agent for different

kinds of dyes

Xxx

(university)

Abstract：Levelling agent is one of important textile auxiliaries and it has dying

performances such as migrating and retarding abilities.It can improve the dyeing result evidently. The research and development of levelling agent for disperse dyes, reactive dyes, acid dye and cationic dye weve reviewed, which provide reference for the application,repreparation and development of levelling agent in China.

Key words：levelling agent; disperse dyes; reactive dyes; acid dye; cationic dye

前言：

在织物染色过程中根据纤维特点使用各种不同的染料,包括还原、直接、硫化、冰染、分散、酸性、阳离子染料以及活性染料等。各类染料用于纤维染色时,往往会产生染色不匀的现象,造成色花。解决染色不匀最常用的方法是染色加工时添加匀染剂。不同的染料和染色工艺需要不同的匀染剂。匀染剂就是在染色过程中,能够增强移染或延缓染色速度而获得均匀染色效果的助剂。

分散染料主要应用于合成纤维。聚酯纤维的结构紧密,吸湿性差疏水性强,且具有热塑性,因而分散染料在染涤纶织物时,往往由于操作不当或工艺选择不佳而引发色花等染色不匀现象。

活性染料的特点是与纤维反应生成共价键,并成为稳定的“染料-纤维”有色化合物的整体,使染色纤维具有很好的耐洗牢度和耐摩擦牢度。活性染料的活性基能与棉纤维的伯醇羟基、羊毛和丝的氨基、聚酰胺纤维的氨基、酰胺基等反应。因此,活性染料可以染棉、麻、羊毛、丝和部分合成纤维。活性染料因其优良的性能获得了迅速的发展。

酸性染料分子中含磺酸基、羧基等酸性基团而成有机酸盐的形式,在酸性或中性染浴中可以染蛋白质纤维和聚酰胺纤维。酸性染料可以根据染色时染浴的酸度分为强酸性、弱酸性和中性染料。另外也可根据与金属离子的络合情况分为酸性媒介染料和酸性金属络合染料。由于它们对纤维的亲和力比较大,不易染匀,因此一般要加入匀染剂。酸性染料在染羊毛纤维时,由于纤维疏水性外表皮层和致密的鳞片层的存在,以及羊毛本身的差异性导致羊毛纤维对染料的亲和力存在差异,极易造成染色不匀及毛尖毛根的色差问题。而用酸性染料或中性染料染锦纶时,由于染料分子可与锦纶纤维末端氨基成盐结合,或以氢键形式结合,因此染浴中染料分子对锦纶纤维有很强的亲和力,造成酸性染料在锦纶纤维上的匀染性也很差。

当阳离子染料染腈纶纤维时,由于腈纶纤维第三单体的阴荷性,导致上染速度太快,而扩散速度太慢,易出现染花现象。尤其在三原色拼色时,这种现象比较严重,因此在三原色拼色时对其配伍性要求较高。由于在印染加工过程中易出现染色不均匀或染斑,为了解决这一问题,通常要加入匀染剂。匀染剂的主要作用包括缓染作用、移染作用、渗透作用、净洗作用等。匀染剂一般为表面活性剂。作为腈纶染色用匀染剂有季铵盐型阳离子表面活性剂和近年发展起来的分子量在1000~2000的高分子多元电解质型匀染剂[1]。

随着各种新型纤维以及分散染料、活性染料、酸性染料、阳离子染料的迅速发展,相应的染色用匀染剂得到了很大的提高。近年发展起来的低浴比染色,以及为了适应涤/棉混纺纤维织物印染日益增长的需要,采用的一浴染色工艺,也对染色工艺中使用的匀染剂提出了更高的要求,并出现了相应专用的染料和匀染剂。

1．分散染料

分散染料分子中不含水溶性基团,并能以微细的颗粒稳定地悬浮于分散液中进行染色。它主要应用于涤纶、氨纶、锦纶、醋酯纤维等憎水性纤维的染色。随着纤维染色工艺的不断进步,各种类型的匀染剂得到了长足的发展。 1.1高温染色用匀染剂

用分散染料进行高温高压染色时,常因染料的分散性、匀染性、移染性差以及升温速度控制不当等因素引起染色不均匀。尤其细旦涤纶纤维的线密度很小,表面积增大,染料的上染速度加快,再加上织物结构紧密,染料不易染透,所产生的染色不匀现象比常规涤纶纤维更为突出。在染色时使用高温分散匀染剂可改善织物的匀染效果,提高产品质量。

利用非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的协同效应和增效作用复配出性能优良的高温匀染剂,其中各组分的不同结构有不同的作用。由阴/非离子表面活性剂复配的高温匀染剂产品(有些还加入了一些载体)有很多。如东邦盐A-10是由三苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚和三苯乙烯苯酚聚氧乙烯硫酸铵复配而得;匀染剂FZ-802是烷基酚磺酸钠与多苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚的复配物;匀染剂IonetLD-7-200是由苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚和苯乙烯苯酚聚氧乙烯硫酸酯盐复配而成; 高温匀染剂CR-2是聚醚和聚醚磺化物的混合物;匀染剂GS是丙三醇聚氧乙烯醚油酸酯类非离子表面活性剂和三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚磺酰胺类阴离子表面活性剂的复配物;Palegal SF是由非离子的脂肪族酯类化合物与阴离子和非离子的乳化剂组合而成的一种匀染剂;助剂SQ是分散染料染氨纶的匀染助剂,是以聚乙二醇型非离子表面活性剂为主,配以适当添加剂的复合体系[2]。 表面活性剂的复配产品中有些有较高的起泡性,在快速染色机中和小浴比染色时容易产生问题,因此要求低泡匀染剂。解决的方法有:加入消泡剂,特别是有机硅消泡剂,高温下很有效;采用环氧乙烷和环氧丙烷共聚的方法得到低泡性产品[3]。

1.2 热溶染色用匀染剂

分散染料在热溶染色过程中往往会产生泳移现象,使布面出现色斑、阴阳面、条影等疵点,造成染色不匀。要解决这一问题,必须使用防泳移剂。

目前应用的防泳移剂有两类:一类是海藻酸钠;另一类是丙烯酸的共聚体。海藻酸

钠的匀染性不佳,而丙烯酸共聚体的防泳移能力良好,无染花现象。

BASF公司的Primasol AMK是由聚丙烯酰胺经碱水解、加热除去部分氨、用盐酸调到中性得到,主要在分散染料轧染工艺中做防泳移剂。

防泳移剂TG是将聚丙烯酰胺在碱性条件下水解生成含有—CONH2和—COOH的高分子物,再加入适量微粒子硅胶而得。其中—CONH2有利于吸附染料,—COOH能减少自由水分,并能使大分子易溶于水。带负电荷的微粒子硅胶能与水的界面形成双电层(正电荷层),吸附外层带负电荷的染料颗粒,染料再通过氢键和范德华力与纤维结合,在纤维周围呈浓缩状态。大大增加了染料在纤维上的吸附量,提高了染色深度,匀染性优良且不会产生染斑[4]。

丙烯酸和丙烯酰胺在水溶液中聚合得到的水溶性树脂与多糖变性物(分子量为5万~10万的线形高聚物)复配可得到织物染色用防泳移剂AM-103。该剂防泳移效果好,不粘轧辊,还可以提高染色牢度[5]。

聚丙烯腈水解也可以制备该类防泳移剂。如以聚丙烯腈(PAN)废丝为原料,通过水解可制备防泳移剂HPAN[6]。匀染剂SAZ也是丙烯腈水解产物,能提高分散和还原染料的匀染性。

2．活性染料用匀染剂

活性染料分子结构中带有反应性基团,它可以适用于多种纤维的染色。由于上染速度不同的活性染料拼混使用时常会发生染色不匀的现象,因此必须加入适当的匀染剂。

常用的有非离子表面活性剂,如平平加O等脂肪醇聚氧乙烯醚型匀染剂,它们具有较好的匀染作用。匀染剂FZ-837是脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基苯磺酸钠的复配物,可用于活性染料染色过程。

非离子/弱阳离子型的产品以脂肪胺聚氧乙烯醚为主,如毛用匀染剂NFS、匀染剂WE、Eganol GES等都是脂肪胺聚氧乙烯醚及其复配物,广泛适用于活性染料染色。

两性离子型的匀染剂LD-VRD可提高活性染料的溶解度,有助于克服不同纱线对染料吸收的差异。其限制缔合的作用更可防止敏感性染料染色时产生的染斑,其分散作用可防止聚凝胶形成,也可避免染斑产生,适用于各种染色方式和染色设

备[7]

阴离子型黛棉匀ER为芳香族磺酸聚醚,对活性染料染色具有很好的匀染性,能螯合染浴中的金属离子,改善染色再现性[7]。

近几年还发展了高分子聚合物型匀染剂。主要包括丙烯酸系共聚物,如防泳移剂MS是由聚丙烯酰胺经碱水解后再进行羟甲基化而得,可作为活性染料匀染剂。聚乙烯吡啶(Albigen A)也可作为活性染料的匀染剂。

3．酸性染料用匀染剂

目前,酸性染料匀染剂有两大类。一类是阴离子亲纤维型匀染剂,它通过阴离子与染料阴离子的竞染(缓染作用)达到匀染目的。另一类为亲染料型的非离子或两性表面活性剂,这类匀染剂可提高染料的溶解度且与染料离子有一定的结合力,并具有一定缓染性,通过移染和缓染双重作用达到匀染目的,国外许多公司和研究机构都在开发这一类型的匀染剂。 3.1 阴离子亲纤维型匀染剂

主要包括烷基萘磺酸、土耳其红油、脂肪烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、聚乙二醇烷基醚硫酸盐、萘磺酸-甲醛缩合物等阴离子表面活性剂。 3.1.1 亲纤维型匀染剂匀染机理

在染色时,亲纤维匀染剂和染料分子互相争夺纤维上的染座,由于亲纤维匀染剂分子结构简单,先于染料分子与纤维结合,但和纤维的亲和力小于染料分子和纤维的亲和力,所以随着染色的进行慢慢地被染料分子所取代,从而延缓了染色速率,使染色均匀

3.1.2 亲纤维匀染剂的种类

Lyogen P是蓖麻油酸丁酯的深度磺化物,用于酸性染料染锦纶时,对条花的盖染性极为优异。其结构为：

丙烷磺内酯-氧乙烯化的N-烷基-1,3-丙二胺缩合物,用于锦纶酸性染料染色,匀染效果良好。

烷醇酰胺磺基琥珀酸单酯盐MS是新型的阴离子表面活性剂。这类表面活性剂表面活性好,其分子中的酰胺键—CONH—与皮肤及毛发中蛋白质肽键相似,因此对人体皮肤及眼睛刺激小,易生物降解,且工业生产无三废污染,符合环保要求。MS作为匀染剂应用于羊毛染色,其匀染效果优于平平加O[8]。

采用特殊结构的磷酸酯盐类表面活性剂、芳香族磺酸盐类大分子分散剂、烷基磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐和不饱和油脂硫酸化盐进行复配得到匀染剂CL-1可用于弱酸性染料染羊毛纤维,匀染性、稳定性较好,常温下易溶,使用方便[9]。

3.2亲染料型匀染剂

亲染料匀染剂包括非离子、阳离子和两性表面活性剂。非离子匀染剂包括含有亲水基团(长的聚乙二醇醚链)和疏水基团(主要是脂肪醇、烷基苯酚、链烷基酰胺等)的产品。阳离子匀染剂包括脂肪胺的聚乙二醇醚、多乙撑多胺等。两性产品则包括氧乙烯化的含氮的脂肪烷基化合物,在氮原子上或聚乙二醇醚链的末端带有阴离子基团的产品等。 3.2.1 非离子型匀染剂

非离子表面活性剂平平加O在酸性染料或中性染料染色时作为匀染剂,除了达到匀染目的外,同时也起到一定的净洗作用,使染得的色泽更鲜艳。 3.2.2 阳离子型匀染剂

阳离子表面活性剂中氧乙烯化脂肪胺是最常用的羊毛匀染剂,它的阳离子性不仅对阴离子染料具有优异的亲和力,并且在羊毛染色的酸性pH值范围内对纤维有亲和力。如匀染剂NFS、匀染剂WE等。匀染剂NFS的组成即脂肪胺聚氧乙烯醚,它是性能优良的匀染剂。 3.2.3 两性型匀染剂

国外使用的较先进毛用匀染剂为两性匀染剂,这类表面活性剂与其它表面活性剂相比较,它的耐硬水稳定性良好,耐酸碱和各种金属离子,与其它表面活性剂复配能产生良好的协同效应,与很多助剂可以同浴处理,匀染性好,对羊毛纤维具有优异的染色效果。两性型匀染剂Albegal B是烷基酰胺取代的聚乙二醇酯,对染料和毛纤维都有亲和力,适用于酸性染料染羊毛。酸性染料匀染剂ND-900中也以两性型表面活性剂为主要成分,主要用于弱酸性染料和酸性媒介染料、酸性金属

络合染料对毛纺织品的染色。

Tween、聚氧乙烯酚醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和多元醇聚氧乙烯醚磷酸酯复配得到的匀染剂CL-2具有优良的匀染性和高的表观色深值,有利于匀染和染料利用率的提高[9]。

近来人们为了使用方便开发了通用性毛用匀染剂,可应用于各种毛用染料。这种匀染剂大部分属于非离子/弱阳离子(或两性)表面活性剂的混合体,它要求有合适的环氧乙烷数量,以便使染料与助剂的络合物具有足够的溶解度,不致于凝聚过多,且有利于缓染,不影响上染百分率。毛用匀染剂WE以及匀染剂Eganol GES,Albegal A、B,LyogenUL等均有优良的匀染效果,通用性很强。

4．阳离子染料用匀染剂

4.1 阳离子染料染色过程及匀染机理

腈纶纤维中,含酸性基团的纤维是它的主要品种。根据腈纶纤维中所含酸性基团的类型,可以分为仅含弱酸性基团的纤维和含强酸性基团的纤维。

腈纶纤维大分子结构中的酸性基团(即阴离子基团)与染料阳离子以电价键结合。反应如下:

上述反应实质是染料阳离子(D+)与纤维上的酸性基团交换一个质子或碱金属阳离子(当腈纶纤维上的酸性基团成为钠盐-COONa, -SO3Na等形式时)而产生的化学结合。

根据热力学理论,阳离子染料上染腈纶纤维为单分子吸附,其吸附等温线为Langmuir型。

染色过程中在染液中加入的匀染剂随其化学结构的不同,其作用机理也不

同。一般分为对纤维有亲和力的匀染剂和对染料有亲和力的匀染剂两种类型。个别也有对纤维和染料同时具有亲和力的匀染剂。

理想的匀染剂应能使上染速率曲线变得比较平伏,同时曲线的斜率要尽可能的接近45°,不影响染色的鲜艳度,而不是使上染速率曲线向右平移(即推迟最大上染速率到达的时限)[10]。

经过试验表明[11]：（1）目前广为应用的季铵盐型表面活性剂TAN,较大的抑制了上染初期的速率,但在染色后期易出现集中上染的现象。所以在实际生产过程中,如果染色工艺控制不好,极易出现染花的现象。（2）复配物在阳离子染料染腈纶纤维的过程中起到了很好的匀染作用。在发挥协同效应的基础上,表现出了极好的增效作用,起到了单一表面活性剂所不具有的性能。（3）在阳离子表面活性剂与非离子表面活性剂的复配物中,TAN与匀染剂0和复配物的匀染效果较好,上染曲线呈现45°,同时又有较高的平衡上染百分率,染色过程基本不受温度的影响。（4）LEAB以及LEAB与其他表面活性剂的复配物对不同K值的阳离子染料均有较好的匀染效果。在实验中表现出优于其他匀染剂的性能,是较为理想的表面活性剂。

5．对于匀染剂未来的展望—开发新型匀染剂[13]

5.1 开发复配型匀染剂

利用表面活性剂的协同复配增效作用,通过将两种或两种以上具有不同性能的助剂复配制成的新品种具有比单组分更优异的性能,这是开发新型匀染剂的重要方式。酸性染料用匀染剂中大量使用的都是此类,并获得了优良的使用效果。 5.2 酸性染料开发通用型匀染剂

酸性染料品种较多,但以往各种染料都有特定的匀染剂以解决匀染问题,工厂使用时比较复杂。近年来各化工厂开发出通用型毛用匀染剂,可以适应各种毛用酸性染料,诸如一般酸性染料、金属络合染料、媒介染料等的染色。 5.3 开发专用匀染剂

开发专用匀染剂以适应新纺织纤维和新染整技术的需要是匀染剂的发展方向之一。超细纤维在纺织业中的应用越来越广泛,由于其纤维比表面积明显增加,易发生染料集中上染、染色不均匀等现象。常规匀染剂的使用效果不理想,需要

新型专用匀染剂解决其匀染问题。改性羊毛、丝、棉等改性纤维由于良好的使用效果而广受欢迎,但它们的染色往往需要特殊的匀染剂以达到良好的染色效果。混纺织物更是由于不同纤维、不同染料的共同作用而使匀染剂的作用更加重要。活性染料近年来的迅猛发展,对开发活性染性专用匀染剂也提出了更高的要求。对于不同的染料,往往都有相应配套的专用匀染剂。 5.4 开发新型环保匀染剂

随着ISO14000的颁布与实施以及国内外市场对生态纺织品和环境保护的要求越来越高,环保型助剂成为国内外纺织助剂厂商竞相开发的产品。常用匀染剂中有些品种因含有烷基酚聚氧乙烯醚类和可吸附的有机卤化物,这些物质已经被要求禁用。而环糊精、烷醇酰胺磺基琥珀酸单酯盐和膨润土匀染剂等都是新开发的环保型匀染剂。 5.5 开发其它新型匀染剂

在锦纶纤维使用酸性染料染色时,还可以使用聚乙烯吡啶和聚乙烯吡咯烷酮等聚合物作为匀染剂,匀染性甚至超过常用的阴离子型匀染剂。β-环糊精通过与酸性染料分子形成包合物,可减慢染料的上染速度并提高染料的移染性,以提高酸性染料的匀染性。并且在染色中使用β-环糊精作匀染剂,不影响织物的表面色深,对织物的日晒牢度也没有影响。

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