5.6.1酸性染料
(1)概述
酸性染料是一類須在酸性介質中進行染色的染料,並因此而得名,並非染料本身呈酸性。酸性染料是皮革染色的常用染料,它在水溶液中電離後生成有色的陰離子和無色的金屬陽離子,所以又稱作陰離子染料。染料中的親水基大多數為磺酸基,少數酸性染料含有羧酸基。酸性染料實際上是以磺酸鈉鹽的形式存在的,分子式常用D—SO3Na表示,D代表有色的染料母體。電離式可表示如下:
D—SO3NaD—SO-3(有色染料陰離子)+Na+(無色)
(2)酸性染料的結構和分類
從染料分子結構來看,酸性染料主要有偶氮、蒽醌、三芳甲烷、吖嗪、呫噸及硝基等類別。偶氮類染料在品種和數量上都占首位,而且以單偶氮和雙偶氮最多,包括黃、橙、紅、紫、藍、棕、黑、藏青等品種。染料分子的化學結構和磺酸基的數量不同。染料的應用條件、色牢度和其他性能也不同。蒽醌類酸性染料主要是一些紫、藍、綠色染料,其中以藍色最為重要。這類染料的優點是日曬牢度較好,色澤鮮豔,其勻染性和濕處理牢度隨染料結構的不同有所差異。三芳甲烷和呫噸類酸性染料以紅、紫、綠、藍為主,日曬牢度差,色澤鮮豔,一般不單獨使用,主要用於酸性媒染染料的拚色增豔。其他類別常用得很少。
酸性染料按照使用的工藝條件不同可以分為強酸性染料、弱酸性染料和中性染料。強酸性染料的分子結構比較簡單,磺酸基的數量比較多,一般為2~5個,在水中的溶解性好,對羊毛、皮革等的親和力較低,染色時染浴的pH通常在2.5~4.0。這類染料的色澤鮮豔,勻染性和日曬牢度都很好,但濕處理牢度較低。弱酸性染料的分子結構比強酸性染料複雜一些,分子中磺酸基的數量也較少一些,溶解度也稍差,對羊毛、皮革等的親和力較高,濕處理牢度好,染色時染浴的pH為4~5,勻染性略差。中性染料其化學結構更複雜一些,磺酸基的數量很少,有些染料品種甚至沒有磺酸基,而隻有親水性的磺酰胺基,因此溶解度相對較差。這種染料在中性(pH為6~7)介質中染色,對羊毛、皮革的親和力大,濕處理牢度高,但色澤鮮豔度較差,勻染性欠佳。
按其應用性能可將酸性染料分為強酸性、弱酸性、酸性媒介及酸性絡合染料等。酸性染料主要用於羊毛、蠶絲及錦綸的染色,也大量用於皮革、紙張、墨水等的染色,它在皮革染色中占有重要的地位。
(3)酸性染料的性質及應用性能
酸性染料比直接染料的相對分子質量低,大多數為400~800,而且多數以磺酸基為水溶性基團。磺酸是強酸,電離常數為2.0×10-2~2.5×10-2,其鈉鹽在水中完全離解,不會發生水解。在酸性染料染浴中加入酸時,可生成色素酸,色素\[D—SO3Na+HCl→D—SO3H(色素酸)+Na++Cl-\]、色素酸有聚集的趨勢,使染料離子變大,因而能使被染物著色濃厚,有利於染料固定於纖維上。在染浴中加入中性鹽如氯化鈉、硫酸鈉等,由於同離子效應而使染料離解減緩,抑製了染料的電離,減少了色素酸的生成,從而達到緩染的目的,所以中性鹽可以起到勻染的作用。酸性染料陰離子與重金屬陽離子會產生有色沉澱,因此在染色時不可用金屬器皿。由於酸性染料對堿土金屬鈣、鎂離子不敏感,因此可在硬度較大的水中使用。用酸性染料染色時,可以和其他陰離子染料同浴染色,但不能和陽離子染料同浴染色。如果先用陰離子染料染色,後用陽離子染料固色,則染色效果較好。在染浴中加入一定量的陰離子或非離子表麵活性劑可以對酸性染料起到勻染作用。酸性染料和直接染料一般搭配用於皮革染色,兩者的相溶性好,染色效果上有著較好的互補性。
酸性染料用於鉻鞣革時,由於革在微酸性染浴中帶陽電荷,因此陰離子染料逐漸與革纖維中帶正電荷的氨基(P—NH+3)以離子鍵結合而發生染色作用。加酸有促染作用,由於鉻鞣革自身呈弱酸性,帶正電荷,與染料親和力較大,所以用酸性染料染色時,如果染料用量不大(小於1%),可以不必加酸,染料能被吸淨和固色。當染料用量較大(染濃色),常在染色後期加入染料用量之半的甲酸固色。酸性染料對表麵帶負電荷的植鞣革或經植物鞣劑複鞣的革、強蒙囿的鉻鞣革以及用合成鞣劑處理後的革,染料的親和力較小,著色淺淡。
酸性染料色譜齊全,色澤鮮豔,滲透性好,使用方便,是一類用途廣泛的染料,主要用於毛線、蠶絲、尼龍、皮革、紙張等的染色。但由於其分子較小,親水基多,因而抗水性較差,不耐水洗,特別是耐堿洗堅牢度差。盡管可將酸性染料分為強酸性、弱酸性、酸性媒介及酸性絡合染料,但用於皮革染色時一般不再細分,染色時染浴的pH都控製在4~6,也不必進行任何媒染處理。
(4)常用於皮革染色的酸性染料化學結構
①酸性大紅GRC.I.酸性紅73(27290)
②酸性紅BC.I.Acidred14(14720)
③弱酸性紅AC.I.Acidred87(45380)
④酸性深棕
⑤弱酸豔藍R
⑥酸性天藍B
⑦酸性淡黃2GC.I.Acidyellow17(18965)
⑧酸性金黃GC.I.Acidyellow36(13065)
⑨酸性橙ⅡC.I.Acidorange7(15510)
⑩酸性品紅6BC.I.Acidviolet7(18055)
酸性紅GC.I.Acidred1(18050)
酸性紅3BC.I.Acidred35(18065)
弱酸深藍5RC.I.Acidblue120(26400)
弱酸深藍GR
酸性綠
酸性黑10BC.I.Acidblack1(20470)
酸性黑ATT由酸性黑10B70%和酸性橙Ⅱ30%拚混而成。
酸性粒子元C.I.Acidblack2(50420),結構式未確定。
酸性媒介深黃GG
酸性媒介橙G
酸性媒介棕RHC.I.Mordantbrown33(13250)
5.6.2直接染料
(1)概述
直接染料是一類無須使用媒染劑就能直接使纖維染色的染料,故名直接染料。從化學結構上看,直接染料幾乎全是偶氮型,且多數為雙偶氮或多偶氮型。在偶氮染料中又包括聯苯胺型、尿素型、二苯乙烯型、三聚氯氰型等。直接染料是在酸性染料的基礎上發展起來的,相對分子質量比酸性染料大,主要為芳香族磺酸鹽,易溶於水,能和纖維分子之間依靠範德華力和氫鍵結合。
直接染料的最大特點是其直接性,直接性體現在:①染料可直接溶於水中不需要借助其他任何助劑;②隻需要無機鹽和調整溫度就可以上染;③在纖維、皮革上直接上色。
直接染料品種多,色譜齊全,應用方便,主要用於棉、粘膠纖維、絲綢和皮革的染色,是皮革染色的大宗染料。聯苯胺類直接染料曾經是直接染料中最重要的一類染料,約占了直接染料的一半。由於聯苯胺有致癌作用,世界各國已先後停止生產並禁用該類染料,因此開發聯苯胺類染料的代用品是亟待解決的問題之一。
(2)直接染料的特點
直接染料分子結構具有三個特點:直線型、共平麵性和較長的共軛係統。化學結構主要為雙偶氮、三偶氮等具有若幹磺酸基的多偶氮染料。已被淘汰的聯苯胺類染料的分子就有較長的共軛係統和分子共平麵性而使該染料對纖維具有較好的直接性。新開發的聯苯胺類染料的代用品也具有這樣的結構特點,其染色的直接性也較好。正是直接染料具有這樣的結構特點,在染色時才表現出了較好的直接性。直接染料為線型分子,這樣染料分子長軸方向平行地吸附在纖維上,使兩者之間最大程度地產生了範德華力。染料分子平麵結構可以使染料與纖維的接觸麵積大而緊密,兩者之間的範德華力也大。再者直接染料分子上含有較多的氨基,可與纖維分子上的羥基形成氫鍵。研究表明,多數直接染料和纖維的結合是氫鍵和範德華力共同作用的結果。
直接染料在染色性質上的特點是:在溶液中容易聚集而形成半膠體溶液,提高染色溫度可以降低染料聚集度,從而提高上染能力;對酸敏感,在染色時不需加酸固色;對水中的鈣鎂離子十分敏感,與之生成沉澱,染色時注意水的硬度;染色時滲透性差,遮蓋力好,色澤濃厚,是皮革染色時主要的表麵著色染料之一;在染色時可與酸性染料配合使用,效果互補,不可與陽離子性物質同浴使用。
(3)直接染料在皮革染色中的應用
直接染料主要用於鉻鞣革的染色,染色時常和酸性染料搭配同浴使用。酸性染料的分子較直接染料小,滲透性好,使著色有一定的深度;而直接染料分子較大,分子中活性基團較多,其染色牢度比酸性染料好,表麵著色能力比酸性染料好,勻染性和滲透性弱於酸性染料,因此兩者經常搭配同浴使用。
由於直接染料在許多方麵相似於芳香族合成鞣劑,因而具有一定的鞣性和填充性。在染色時,若染色溫度過高、染料用量過大,革的粒麵會變粗,柔軟性也會變差,因此皮革染色時盡量在低溫下進行。粒麵比較細致的皮革如綿羊皮染色時,要少用直接染料。直接染料在溶液中有聚集趨勢,著色時會使被染物的缺陷更加明顯,如鉻鞣革粒麵有傷殘時,在傷殘處特別容易聚集染料,造成該處顏色較深,而在有傷疤處因疤塊結構緊密使該處著色淺淡。在有酸、中性鹽存在或水的硬度較大時染色缺陷越加明顯。植鞣革等電點低,帶負電荷,與直接染料親和力小,上染率低,一般不用於植鞣革的染色。