陽離子染料（cationic dyes）是紡織染料的一種，又稱鹼性染料和鹽基染料。溶於水中呈陽離子狀態，陽離子染料可溶於水，在水溶液中電離，生成帶正電荷的有色離子的染料。染料的陽離子能與織物中第三單體的酸性基團結合而使纖維染色，是腈綸纖維染色的專用染料，具有強度高、色光鮮艷、耐光牢度好等優點。
基本介紹
- 中文名：陽離子染料
- 外文名：cationic dyes
- 別名：鹼性染料和鹽基染料
- 優點：強度高、色光鮮艷
- 用途：腈綸纖維染色
- 出現：20世紀50年代
陽離子染料在我國的發展,陽離子染料的類型,陽離子染料的染色方法和機理,陽離子染料影響因素,陽離子毒性和環境,
陽離子染料在我國的發展
陽離子染料是隨著石油化工的發展而產生，20世紀50年代隨著丙烯腈纖維的出現，瑞士Geigy公司和德國的Bayer公司相繼開發出用於丙烯腈纖維的陽離子染料。我國在60年代初也相繼研究開發生產出第一代多種陽離子染料。70年代又開發出第二代X型陽離子染料，擴大了色譜範圍，改進了染色性能，考慮了三元色之間的配伍性。70年代試製生產了第三代M型陽離子染料，稱之為遷移性陽離子染料，可適用於各種丙烯腈纖維染色。
世界生產染料的已開發國家，其生產陽離子染料和鹼性染料產量的總和只占染料總產量的10%以下。上世紀90年代中統計我國陽離子染料產量有2千多噸/年，只占染料總產量1%多，而且還部分出口。陽離子染料中以X型三原色和陽離子桃紅FG及艷紅5GN 為產量較大的品種。
近年來國內外致力於研究開發染色性能優良、專用性，結構新的品種，以及老產品工藝改進，節能降耗、三廢治理等領域。
陽離子染料的類型
陽離子染料可按套用性能和化學結構類型兩種分類方法分類。按套用性能中國將現有的染料分為普通型、X 型和M型。按化學結構是依據染料分子中陽離子電荷與染料發色團共軛體的組成形式不同分為隔離型和共軛型兩種。
(1)隔離型陽離子染料:染料分子中的正電荷通過隔離基和染料的發色團的共軛體系相連線，正電荷是固定在季銨鹽的氮原子上。陽離子染料的特點是給色量稍低，色光不十分鮮艷，但耐熱、耐曬、耐酸鹼，穩定性好。例如陽離子紅GTL（C.I.鹼性紅 18 (C.I.11085)(英文名稱Cationic Red GTL)，其結構式如下：
陽離子紅GTL為暗紅色粉末，溶於水，呈暗紅色，在濃硫酸中呈紅光橙色，稀釋後成紅色，染腈綸呈暗紅色。採用N-乙基苯胺羥乙基化，氯化，氨化；2-氯-4-硝基苯胺重氮化與上述氨化物偶合，再經甲基化，過濾，乾燥製得。用於腈綸及其混紡織物的印染，也可用於改性腈綸、滌綸的染色，和醋酸纖維織物的印花。
（2）共軛型陽離子染料：染料分子中的正電荷是染料發色團共軛體系的組成部分，正電荷不是固定在某個原子上，而是可以移域的。這類染料的特點是色澤鮮艷，著色力高，但耐曬牢度中等。例如陽離子黃X-6G(C.I.48056)(英文名稱Catinic Yellow X-6G) ，其結構式如下：
陽離子黃X-6G為棕黃色粉末，微溶於冷水和熱水，印染腈綸呈艷綠光黃色。採用1，3，3-三甲基吲哚啉乙醛與對氨基苯甲醚縮合，經過濾，乾燥製得。用於腈綸及其混紡織物的印染，也可用於醋酸纖維，聚氯乙烯纖維和改性腈綸纖維的印花。
陽離子染料的染色方法和機理
陽離子染料是丙烯腈纖維的專用染料，染色方法是在弱酸性（pH值在4.5左右）的浴缸中，以醋酸和醋酸鈉為緩衝劑，在電介質和適量助劑存在下，接近沸騰染色。染色機理可分三步：
（1）染浴中的染料陽離子被吸附於纖維表面。
（2）染料陽離子由纖維表面向內部擴散。
（3）染料陽離子與纖維所含陰離子基團成鹽鍵結合。
在正常染色條件下，最後一步的成鹽為不可逆反應，可導致牢度高而染色不勻。首尾兩步反應快，第二步擴散慢，它決定整個染色速度。由於染料與纖維間親合力大，為求得勻染效果，須嚴格控制染浴溫度、pH值、電解質、緩染劑等。
陽離子染料影響因素
陽離子染料對腈綸的親和力大，染色時由於吸附快而擴散慢，容易產生染色不勻現象，而一旦產生染色不勻，很難通過延長染色時間的方法糾正。陽離子染料染色時，為得到均勻的染色結果，應適當降低上染速率。影響陽離子染料上染速率的因素除腈綸的種類外，還有以下幾個方面：
1.溫度
溫度是控制勻染的重要因素。腈綸用陽離子染料染色時，在75℃以下上染很少，當染色溫度達到纖維的玻璃化溫度(75-85℃)時，染料的上染速率迅速增加。因此，當染色溫度達到纖維的玻璃化溫度時，應緩慢升溫，一般每2～4 min升溫l℃。也可在85～90℃時保溫染色一段時間後，再繼續升溫至沸。
2.染浴pH值
染浴中加酸，可抑制腈綸中酸性基團的離解，降低纖維上的陰離子基團的數量，使染料與纖維間的庫侖引力減小，染色速率降低。pH值對上染速率的影響以含羧酸基的腈綸更為顯著，含磺酸基的腈綸的上染速率受染浴pH值的影響較小。染色時應合理控制染浴的pH值。陽離子染料一般不耐鹼，染色的最佳pH值一般為4-4.5，染深色時染浴的pH值可高些，染淺色時應在較低的pH值下進行。染浴的pH值一般用醋酸調節，醋酸既可降低染浴pH值，又能提高染料的溶解度。在染浴中同時加入醋酸鈉，可穩定染浴的pH值在要求的範圍內。
3.電解質
在染浴中加入電解質，如元明粉、食鹽等，可降低陽離子染料的上染速率，具有緩染作用。電解質對K值1~1.5的染料無明顯的緩染作用，對K值3~5的染料有緩染作用。電解質的緩染作用隨染色溫度的提高麗降低。染淺色時，電解質的用量可高些，約5%～10%(o.w.f.)，染深色時可不加。
4.緩染劑
在陽離子染料染色中常加緩染劑以降低上染速率，得到均勻的染色效果。陽離子染料的緩染劑有陽離子緩染劑和陰離子緩染劑兩類。
陽離子緩染劑是陽離子染料染色最常用的緩染劑，大部分是陽離子表面活性劑，如1227表面活性劑(勻染劑TAN)、1631表面活性劑(勻染劑Ⅳ州)。陽離子緩染劑對腈綸具有親和力。對於分子較小、與纖維親和力較小的陽離子緩染劑，由於擴散速率快，染色時首先占據纖維上的染座，等染料陽離子進入纖維後，由於緩染劑與纖維的親和力小於染料與纖維的親和力，會逐步被染料所取代，從而使上染速率降低。這類緩染劑用量不能過大，否則會使上染集中在染色後期，反而造成染色不勻。對於分子結構複雜、與纖維親和力較大的陽離子緩染劑，染色時能與陽離子染料競染，從而降低陽離子染料的上染速率，但由於陽離子緩染劑會在纖維中占據一定的染色位置，因而使陽離子染料的上染百分率降低。這類陽離子緩染劑用量越高，緩染作用越顯著，但染物得色變淺。 陽離子緩染劑的用量根據所用染料的性質和濃度而定，對K值小的染料或染淺色時，陽離子緩染劑用量較高，對K值較大的染料或染深濃色時，緩染劑的用量較低。陽離子緩染劑對腈綸也有飽和值，而且與陽離子染料也存在配伍值的問題，對親和力較高的陽離子染料應採用親和力較高的陽離子緩染劑。在染色處方中，陽離子緩染劑和陽離子染料的用量之和不應超過纖維的染色飽和值。
除上述陽離子緩染劑外，還有另外一類陽離子緩染劑，即聚合型陽離子緩染劑，如緩染劑A。這類緩染劑分子較大，聚合度達幾百，每個大分子含有幾百個陽離子基團，它不可能進入纖維內部，只能覆蓋在纖維表面，使陽離子染料與腈綸的庫侖引力大大降低，從而降低染料的上染速率。這類緩染劑的緩染能力比陽離子表面活性劑更強，而且不占據纖維中的染座，對腈綸的染色飽和值不產生影響。
陰離子緩染劑大多是帶負電荷的芳烴磺酸鹽，可與陽離子染料結合成溶解度較低的複合物，並藉助非離子助劑的分散作用懸浮於染浴中，所形成的複合物對纖維的親和力較小。染浴中加入陰離子緩染荊後，由於降低了游離的染料陽離子濃度，使染料的上染速率減緩。隨著染色溫度的提高，複合物逐漸分解，釋放出遊離的染料陽離子，使上染速率逐漸提高，從而達到勻染的目的。由於複合物的溶解度較低，為避免產生沉澱，在加入陰離子緩染劑的同時，需要加入非離子型表面活性劑。使用陰離子緩染劑，染料上染百分率的降低較用陽離子緩染荊明顯。
使用陰離子緩染劑後，陽離子染料和陰離子染料可以同浴染色，為腈綸混紡織物用陽離子染料/酸性染料、陽離子染料/活性染料一浴法染色創造了條件。
陽離子毒性和環境
陽離子染料染色織物後對人體無害，但陽離子染料在生產過程及染色過程，採用了許多對人體及環境有害的化學品。因此無論在生產及染色過程都要依據不同品種採用的原料和染色過程產生的廢水、廢氣等廢棄物採取嚴格的防護措施，嚴格按照環保要求的指標治理和達標排放。
標籤：陽離子染料，陽離子黃X-6G，陽離子紅GTL，腈綸專用染料。
