染料化学课程论文
常见染料品种的染色机理
摘要:本文通过查阅资料、归纳总结，收集了几种常见的染料品种的性能，及其它们的染色 机理.为染料化学的初学者提供了几种常见染料品种的染色机理.
关键字:酸性染料、中性染料、直接染料、活性染料、分散染料、染色机理
染料是一类有色的有机化合物,能使纺织品染成各种颜色.染料必须是能溶解或分散于水中,或者能用化学方法使之溶解,对纤维具有染着力,并具有使用要求的坚牢度.各种类别的染料,使丝织物染色或印花的原理各不相同,下面就介绍几种常见的染料品种及其染色机理.
1、 酸性染料
酸性染料都能溶解于水，因为这类染料最初需要在酸性染浴中进行染色，所以叫酸性染料。酸性染料能染毛、丝、锦纶等纤维，色泽鲜艳，色谱齐全。色牢度较好。在使用过程中，按染色性能和用酸的强弱，分为强酸性染料和弱酸性染料。用于蚕丝织物染色的主要是弱酸性染料。
1.1、 强酸性染料的染色机理
强酸性染料染色时，染液的PH值必定小于蛋白质纤维的等电点①，此时染料和纤维是借助离子键而结合的。因为当染液的PH值小于蛋白质纤维的等电点时，蛋白质纤维带弱的正电荷，为了维持电中性，必须相当数量的阴离子。随氢离子进入纤维内部若加入醋酸调节染液的PH值，那么首先进入纤维内部的应该是较染料阴离子小得多
①
等电点：对于二性离子而言，如果改变二性离子溶液的PH值，二性离子在电场中既不向阴极移动，也不向阳极移动，及总电荷等于零（及不带电荷）。那么此状态称为等电状态，此时的PH值即为二性离子的等电点。
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的醋酸根离子，但由于醋酸根离子对纤维没有亲和力，所以最后吸附在蛋白质纤维上的还是染料阴离子，整个过程反应可以用如下表达式表示：
HAc→H++Ac-
++
H3N—R—COO-②+H+→+H3N—R—COOH H3N—R—COOH+ Ac-→Ac-•+H3N—R—COOH
Ac-•+H3N—R—COOH+DSO3-③→DSO3-•+H3N—R—COOH+Ac- 1.2、 弱酸性染料的染色机理
弱酸性染料和强酸性燃料的染色条件不同。弱酸性染料由于分子结构较强酸性染料复杂，染料分子量大，所以就提高了染料分子和纤维之间的范德华引力，也相应的增加了染料与纤维之间的氢键数目，所以不必借助大量的离子键来完成燃料的上染。染液的PH值大都控制在4.5—7之间（蚕丝纤维的等电点以上），虽然在弱酸或中性条件下，也有一部分染料是通过离子键与纤维结合的，但是由于染液的PH值在丝素的等电点附近，或超过丝素等电点，故染浴中没有足够的氢离子足以使纤维带正电荷，这时纤维呈中性或者是使纤维带负电荷，在它们与染液的结合过程中，范德华力和氢键起到了重要作用。
2、 中性染料
中性染料又称为2 :1金属络合染料，外观都是粉末，均可溶于水，染料分子量大，上色后金属与纤维素分子结合，各项坚牢度都较好，日晒与气候牢度更为良好。
-②+
H3N—R—COO表示蛋白质纤维分子。
-③
DSO3表示染料色素阴离子。
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2.1、中性染料的染色机理
2：1型中性染料由络合的金属原子、染料母体和染料母体上 的亲水性基团三部分组成，因此染料的色光、染色性能和各项坚牢度 都直接与这三个组成部分有关。
这类染料多数是正三价铬位于配位体中心，与母体染料上四个羟 基键合，又与两个偶氮基配价结合成鳌环形配位体。这种金属络合染 料大都是八面体的立体构型。
中性络合染料在水溶液中成为带负电荷的络合离子，它的外配位 层与钠离子成盐结合，染料的水溶性借助于非离子的亲水性基团如黄 酰胺基（—SO2NH2）等，而不像酸性染料那样带有磺酸基。 由于中性染料的分子量大，所以溶解性能较差，但在中性浴中染 料分子对羊毛、蚕丝有较大的亲和力，可与弱酸性染料、直接染 料同浴染色，元明粉或食盐对中性染料由促染作用。
中性染料的上染过程与弱酸性染料十分相似，染色过程中，带阴 电荷的金属络合离子能与纤维上已离子化的氨基（—NH+）产生电荷 引力，染浴pH值直接影响上染速率，加醋酸有促染作用。由于中性 染料本身已有相当大的亲和力，为避免上染太快造成不匀，染色PH 值常控制在中性或近中性，用铵盐调节染浴pH至6～7.
染色时，随着温度的升高，染液中的染料分子和水分子一起进入羊毛或丝纤维的孔隙，最后聚集在纤维上的无定形区。因此，中性染料的染色，氢键和范德华力起良好作用，这与1：1型酸性络合染料
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的性能截然不同，中性染料中色金属铬与纤维之间不像酸性络合染料那样容易生成配价键的结合。
3、 直接染料
直接染料是染料中应用最简便的染料，色谱齐全，价格低廉，具有良好的匀染性能，适用于多种纤维的染色。按照染色性能来分，可以分为匀染性直接染料、盐效应直接染料、温度效应直接染料。 3.1、直接染料的染色机理
直接染料具有磺酸钠基(—SO3Na)或羧酸钠基(—COONa)等水溶性基团，分子结构排列成直线型，芳环结构处于同一平面，因此直接染料对纤维素纤维具有较大的亲和力，在中性介质中直接染色，只要把染料溶解干水，便可进行染色。
直接染料对纤维素纤维的直接性较其他染料高。这主要是由于直接染料的分子量较大，分子结构呈线型，对称性较好，共轭体系长，同平面性好，染料和纤维分子间的范德华力大。同时，直接染料分子中含有氨基、羟基、偶氮基等基团，能与纤维素纤维中的羟基，蛋白质纤维中的羟基、氨基等形成氢键，使染料的直接性进一步提高。
4、
活性染料
活性染料能用于蚕丝、粘胶、锦纶、羊毛、棉织物等染色。活 性染料由两个主要部分组成，一是母体染料，这是发色部分；二是活性基团，是和纤维发生化学反应的官能团。 4.1、活性染料的染色机理
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活性染料的染色机理包括下列基本过程： 4.1.1、吸着（吸色）
染色时，活性染料首先溶解于水，染料和水分子同时进入纤维 内部。染液中染料的吸净程度德量力（上色率）取决于染料的亲 和力和染液中的电解质（盐、碱、酸）的用量。
4.1.2、固着（固色）
染色过程中，染料与纤维之间的化学反应，因各类纤维上官能 不同，故存在较大的差别。可分别用化学反应通式说明如下：
A、纤维素－OH ＋ D－R－X →纤维素－O－R－D ＋ HX
纤维素纤维 活性染料 染色纤维 （Ｄ－染料母体）
B、蛋白质－NH2 ＋ D－R－X → 蛋白质－NH－R－D＋HX
丝、毛纤维 活性染料 染料纤维 （Ｘ－取代基 Ｒ－反应基 活性基团）
吸着在纤维上的染料通过上式反应，染料与纤维化合生成新的整体。反应式中的R代表亲电子的反应基，X代表卤素，通常是氯原子（Cl），也可以是更活泼的氟原子（F），HX代表反应生成的酸。由此可见，在固着阶段，染液中加碱剂，有利于反应的完成。
与此同时，未被纤维吸着而留在水中的染料，不可避免地要与水发生作用，即染料的水解作用。水解染料失去反应能力，不再被纤维固着。反应式如下：
H－OH ＋ D－R－X → D－R－OH ＋ HX 水 活性染料 水解染料
4.1.3、水洗
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染色的最后阶段是洗去未固着的染料；包括已水解的和尚未反应的染料。因为未固着的染料只是物理性的吸附在纤维上，如不洗净，就会影响染色成品的色牢度，湿熨烫对白布严重沾色。这对活性染料印花布的质量控制尤为重要，如果未固着的染料较多，在水洗过程中产生白地沾污，是活性染料应用中不加忽视的问题。为此，必须采取措施，用最佳工艺条件提高活性染料的固色率，对难于洗净的水解染料，在印花后处理时，应考虑使用高效洗涤剂。羊毛制品用活性染料染色后，改用稀氨水帮助未固着染料的去除。
参考文献： 【1】 【2】 【3】 【4】
陆锦昌、周菊仙.丝织物染色.纺织工业出版社,1987年,第一版,13页. 王菊生.染整工艺原理第三册，中国纺织出版社. 印染在线
活性染料的性能和染色机理
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