《纺织品染色概述》PPT课件.ppt

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。要求：染色产品的色泽均匀；染色产品具有良好的染色牢度。,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。,蒽醌染料：分子结构中含有 的染料。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。,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。,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：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。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。,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。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。,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。,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。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。,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。,（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，L表示染料的耐光牢度好，N表示标准染法。,(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。,外界因素,日晒牢度,汗渍牢度,升华牢度,耐气候牢度,耐酸、耐碱、耐海水、耐烟熏牢度等,耐摩擦牢度,耐漂牢度,耐熨烫牢度,耐洗牢度,（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。,偶氮染料(含有致癌芳香胺的禁用染料),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。,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。,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。,（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 D-+M+或 DM D+M-,聚集 单分子 离子染液中聚集体、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。,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。,微溶的单分子染料 染料晶体 胶束之中的染料,（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。,1,2,3,4,边界层,流动的染浴,4向纤维内部扩散,染料对纤维的上染过程示意图,1染料在染浴中的流动,2通过扩散边界层,3在纤维表面吸附,（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。,吸附、解吸受温度、pH值、电解质和助剂等影响。,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。,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。,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。,范德华力取决于分子结构、形态、接触面积、距离等。,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,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。,孔道模型,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,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。,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。,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23 溢流染色机,图24 喷射染色机1织物 2主缸 3导辊 4U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22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置。2.烘干装置 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.平洗装置 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.染后烘干装置 染后的烘干都采用烘筒烘干。,图21 连续轧染机1进布装置 2、6均匀轧车 3红外线烘燥机 4横导辊热风烘燥机5烘筒烘燥机 7透风辊 8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落布装置,