阳离子染料的历史、特点及在聚丙烯腈纤维染色中的应用

专门用于聚丙烯腈纤维染色的染料是阳离子染料，它还能够用于改性涤纶（CDP）的染色，今天要分享的是阳离子染料的基础知识 。

一、阳离子染料概述

1、历史

阳离子染料是合成染料里最早生产的那一类，1856年美国的W.H.Perkin合成了苯胺紫，随后又出现了结晶紫和孔雀石绿，它们都属于阳离子染料，这些染料以前称作盐基性染料，能染蛋白质纤维，也能染用丹宁酸、吐酒石处理过的纤维素纤维，有着艳丽的色泽，却不耐晒，后来被开发出的直接染料、还原染料和酸性染料等给替代了。

20世纪50年代腈纶实现工业化生产之后，人们察觉到，在聚丙烯腈纤维之上，阳离子染料不但具备极高的直接性以及浓艳无比的色泽，并且其染色牢度相较于蛋白质纤维与纤维素纤维上的要高出许多，所以再度引发人们的兴趣。为了能进一步契合腈纶以及其他一些合成纤维的应用需求，又合成出众多牢度颇佳的新品种，像多甲川结构、氮代多甲川结构以及迫萘内酰胺结构等，进而使得阳离子染料成为聚丙烯腈纤维染色的一类主要染料。

2、特点：

生成带有正电荷的有色离子的阳离子染料，在溶液中与酸根阴离子比如氯离子、醋酸根、磷酸根、甲基硫酸根等成盐，进而对聚丙烯腈纤维上染。在实际染色当中，拼成某一特定色泽常用几种阳离子染料。然而阳离子染料混拼染色常常不容易匀染成同一色光，导致出现花斑和层次 。所以，在阳离子染料进行生产之际，除了需扩大品种以及数量之外，还得留意染料品种是否配套；为了避免出现染花的情况，要关注开发匀染性良好的品种，除此之外，也要注重提高阳离子染料的汽蒸牢度以及耐晒牢度等 。

二、阳离子染料的分类

其阳离子染料分子之中，带正电荷的基团跟共轭体系依照特定方式相连接，随后与阴离子基团去成盐。依据带正电荷基团于共轭系统里的位置，阳离子染料能够被划分成隔离型以及共轭型这两大类 。 。

1、隔离型阳离子染料

隔离型阳离子染料母体与带正电荷的基团借隔离基相连接，正电荷呈定域状态，类似在分散染料分子末端引入季铵基这般的情况。可用下式予以表示：

因为正电荷是集中着的，所以容易跟纤维相结合，其结果是上染百分率比较高，并且上染速率也比较高，然而匀染性实在是欠佳。一般情况下色光偏向于暗，摩尔吸光度比较低，色光显得不够浓艳，不过耐热性能以及耐晒性能是优良的，牢度非常高，常常被用于染中色和淡色。典型的品种存在着这样一些：

2、共轭型阳离子染料

对那种共轭型阳离子染料而言，其具备的正电荷基团是以直接相连的方式连接于染料的共轭体系之上，而且该正电荷呈现出离域分布，这类染料所展现出的色泽极其艳丽，同时摩尔吸光度相对较高，然而存在部分品种，其耐光性以及耐热性却比较差 在使用的染料种类里，共轭型的染料所占比例超过90%，共轭型阳离子染料拥有较多的品种，主要涵盖三芳甲烷、噁嗪以及多甲川结构等 。

三、新型阳离子染料

1、迁移性阳离子染料

一类结构蛮简单的染料，被称作迁移性阳离子染料，其分子量不大，分子体积也较小，不过扩散性挺好，匀染性能也不错，如今已然成了阳离子染料里的一个大类别，它具备如下优点：

2、改性用阳离子染料：

挑出适合改性合成纤维染色的阳离子染料，是经过筛选并合成的，有一批呢。适应改性聚酯纤维的结构有这些，黄色的大多是具备共轭型的甲川系染料，红色的是三氮唑系的或者噻唑系偶氮染料以及隔离偶氮染料，蓝色的乃是噻唑系偶氮染料和噁嗪系染料。

3、分散型阳离子染料：

为了适应改性合成纤维的染色，筛选并合成了一批阳离子染料。适应改性聚酯纤维的有下列一些结构，黄色主要是共轭型甲川系染料，红色为三氮唑系或噻唑系偶氮染料和隔离偶氮染料，蓝色则是噻唑系偶氮染料和噁嗪系染料。

4、活性阳离子染料：

活性阳离子染料，属于一类新型阳离子染料，在共轭型或者隔离型染料分子之上引入活性基之后，赋予了这类染料特殊性能，特别是在混纺纤维上面，不仅依旧保持鲜艳色泽，而且能够染多种纤维。

四、阳离子染料的性质

1、溶解性：

已在前文讲述过，阳离子染料分子里的，成盐烷基以及阴离子基团，对染料的溶解性存在影响。除此之外，在染色介质当中，要是存在阴离子化合物，例如阴离子型表面活性剂，还有阴离子染料，也会跟阳离子染料相结合，进而形成沉淀。毛/腈、涤/腈等这类混纺织物，不能运用普通阳离子染料，与酸性、活性、分散等染料，在同一染浴中进行染色，不然就会生成沉淀。通常得加入防沉淀剂，来处理此类问题。

2、对pH值敏感性：

通常状况下，阳离子染料稳定的pH范围处于2.5至5.5之间。倘若pH值比较低，那么染料分子当中的氨基会出现被质子化的情况，从原本的给电子状态转变成为吸电子基，进而引发染料颜色产生变化；要是pH值比较高，阳离子染料有可能形成季胺碱，或者其结构遭到破坏，致使染料出现沉淀、变色或者褪色等现象。就好比噁嗪染料在碱性介质里会转变为非阳离子染料，从而失去对腈纶纤维的亲和力，最终无法上染。

3、配伍性：

腈纶纤维对于阳离子染料有着比较大的亲和力，其在纤维里的迁移性能欠佳，不容易实现匀染，各种不同的染料针对同一纤维所具备的亲和力是不一样的，于纤维内部的扩散速率也并非相同，当把上染速率差别相对较大的染料开展拼混操作的时候，在染色过程当中容易出现色泽发生变化、染色不均匀的状况，然而当上染速率相互接近的染料进行拼混时，它们于染浴里的浓度比例基本上保持不变，从而让产品的色泽维持一致，染色相对比较均匀，这样一种染料拼染的性能就被称作染料的配伍性 。

人们为了能方便使用，就用数值去表示染料的配伍性能，一般是用K值来表示。采用的是黄、蓝两色标准染料各一套，每套是由五个上染速率不一样的染料构成，一共有五个配伍值（1，2，3，4 ，5），上染速率大的染料其配伍值小，这种染料的迁移性和匀染性差，上染速率小的染料其配伍值大，这种染料的迁移性和匀染性较好。把待测染料与标准染料逐个加以拼染，之后对染色效果作出评价，从而定出待测染料的配伍值。

染料的配伍值，是和其分子结构有着一定关系的。当染料分子之中引入了疏水性基团，那么水溶性就会下降，与此同时，染料对纤维的亲和力会上升，上染速率也会提高，进而使得配伍值减小，在纤维上的迁移性以及匀染性降低，给色量增加。而当染料分子中的某些基团，因为几何构型从而引起空间障碍时，同样会使染料对纤维的亲和力下降，导致配伍值增加。

4、耐晒性能：

染料的耐晒性能跟其分子结构存在关联，共轭型阳离子染料分子里阳离子基团是较为敏感的部位，经受光能作用后容易从阳离子基团所在位置被活化，接着传递到整个发色系统，致使其遭受破坏进而褪色，共轭型三芳甲烷类、多甲川类以及噁嗪类耐晒牢度都欠佳。隔离型阳离子染料分子中的阳离子基团与共轭系统之间被联结基分隔开，即便在光能作用下被活化，也不容易把能量传递给发色的共轭系统，使其保持完好，所以耐晒牢度比共轭型要好。