活性染料是其離子或分子中含有一個或一個以上的反應性基團（俗稱活性基團），在適當條件下，能與纖維素纖維上的羥基、蛋白質及聚酰胺纖維上的氨基等發(fā)生鍵合反應，在染料和纖維之間生成共價鍵結合的一類染料。
n 按照染料索引分類，該類染料稱為反應性染料，我國稱為活性染料
n 活性染料的分子結構簡單，色澤鮮艷，色譜齊全，使用方便，成本較低，含有磺酸基水溶性基團，在水中電離成染料陰離子，對硬水有較高的穩(wěn)定性，擴散性和勻染性較好
n 活性染料還會與水發(fā)生水解反應，降低染料利用率，殘液中染料含量高達30％～40％
n 活性染料染色時間較長，染料和化學品的耗用量大，需加大量中性鹽促染，對環(huán)保不利
n 活性染料的皂洗牢度和摩擦牢度較好，日曬牢度與染料母體結構有關，隨染色濃度提高而改善
n 活性染料耐氯漂牢度較低，蒽醌結構的藍色品種染料有煙氣褪色現(xiàn)象
n 可用于纖維素纖維、蛋白質纖維、聚酰胺纖維，特殊活性基團的活性染料還可用于滌綸等纖維的染色
一、活性染料的結構和類型
n 活性染料結構通式W—D—B—Re
n Re為反應性基團（活性基），可與纖維反應生成共價結合，影響染料的反應性以及染料和纖維間的共價鍵的穩(wěn)定性
n B為活性基與母體的連接基或橋基，部分染料無，影響染料的穩(wěn)定性及染料和纖維間共價鍵的穩(wěn)定性
n D為染料發(fā)色體或母體，影響染料的親和力、擴散性、顏色和耐曬牢度
n W為水溶性基團，一般為磺酸基
二、活性染料和纖維素纖維的反應性
n 1.纖維素纖維的化學結構和反應性
n 纖維素是多糖化合物，其分子鏈主要由β-D-葡萄糖?；舜艘?,4苷鍵聯(lián)結而成
n 反應性主要取決于分子鏈中的葡萄糖剩基上的三個羥基的性質
n 只有無定形區(qū)的葡萄糖剩基上的羥基才可能與染料發(fā)生反應
n 染料可及區(qū)約占纖維總體積的5％～14％，隨前處理和染色時的溶脹狀態(tài)而不同
n 不同大小結構的染料分子，可及區(qū)有差別
n 實際參加反應的羥基僅是可及羥基很少一部分，與各羥基的反應性和空間阻礙等因素有關
n 第2位的反應性最強，但空間阻礙比第6位的大，對體積較大的分子（如染料）反應幾率較低
n 第6位的伯羥基的反應性較強，受空間阻礙影響較小，發(fā)生親核反應的幾率較高
n 第3位的仲羥基受空間影響較大，且易與相鄰的葡萄糖剩基形成內氫鍵，反應性最低
n 在正常反應條件下，第2位空間阻礙較第6位的大，所以染料主要和第6位的羥基反應
n 2.活性染料的反應
n 纖維素和水都可作為親核試劑與染料發(fā)生反應
n 染料與水反應就失去與纖維的反應能力，反應越快，損傷染料越多，固色率較低
n 染料與水反應是均相反應，與纖維素反應是非均相反應
n 水解反應可以發(fā)生在溶液中，也可以發(fā)生在纖維內孔道中
n 一般使用水溶性多元醇代替纖維素纖維進行研究
n 在醇的堿性溶液可發(fā)生如下反應
n AOH → AO- + H+ 醇的離解
n AO- + D → AOD 染料的醇解
n OH- + D → HOD 水解產物
n 醇解相當于和纖維素的反應
三、活性染料的染色過程
n 與其它染料一樣在上染過程中，也存在著吸附、擴散和固著的過 程。
在纖維中擴散的同時，還存在著染料與纖維的鍵合反應和染料與水的水解反應。
四、影響固色反應速率及效率的因素
n 1.染料的反應性及反應性比
n 活性染料的反應性包括與纖維素纖維的反應，也包括水解反應
n 應該提高染料與纖維的反應速率，降低其水解速率
n 要保證染料具有一定的反應性，又要有高的固色效率
n 2. 染料的親和力或直接性
n 活性染料母體一般是簡單的酸性或直接染料，故具有較低的直接性和良好的擴散性
n 活性基越大，直接性有一定提高，擴散性能則有所降低
n 活性染料的親和力或直接性越高，越有利于染料和纖維的反應，固色效率和固色速率都可提高
n 竭染常數(shù)
n 直接性過高，沒有必要
n 并且會使染料的擴散性及勻染性降低，水解染料難以去除
n 3.染料的擴散性
n 與上染速率、勻染性、透染性、固色效率有關
n 對于皮芯結構和低溫染色的粘膠尤其重要
n 比一般直接染料高
n 4.pH值
n pH值升高，纖維素電離程度增加，纖維帶負電荷也多，對染料陰離子的斥力增大，使其親和力（或直接性）降低
n pH值升高，可提高染料和纖維的反應速率，水解反應速度也迅速增加，固色效率越低
n 活性染料應在堿性溶液中進行，但堿性不要太強
n 5.溫度
n 提高溫度，染料水解和染料和纖維的反應速率都增高，對水解影響更顯著
n 溫度越高，染料的親和力或直接性越低，染料平衡吸附量降低，竭染常數(shù)或固色率越低
n 6. 電解質
n 與直接染料促染機理相同
n 加入元明粉等中性電解質可提高染料的吸附速率、平衡吸附量及纖維上的吸附密度
n 電解質濃度過高，將增加染料在溶液中發(fā)生聚集而生成沉淀的程度，影響固色速率和效率、染色勻染性
n 7.助劑或添加劑的影響
n 在軋染或印花時，溶解度較低的染料或染料濃度高時，需加尿素助溶
n 尿素可加速纖維溶脹，其水溶液比純水對纖維的溶脹能力強
n 8.浴比
n 降低浴比可降低活性染料的直接性，增加纖維上的染料濃度，因而可提高固色速率及固色效率
n 9.纖維的結構和性質
n 遵循孔道模型
n 纖維充分溶脹，空隙尺寸增加，染料擴散速率快，提高染料的固色效率
n 纖維越細，纖維比表面積越大，固色速率及固色效率越高
五、纖維素纖維紡織品的浸染工藝
n 活性染料的上染特殊之處：在吸附和擴散的同時發(fā)生與纖維的鍵合反應（固色）及水解反應
n 染料反應性越強，直接性越高，擴散性越低，勻染和透染性就越差
n 因此纖維素染色時，應在近中性上染，待達到或接近吸附平衡后再加堿劑（固色劑），提高染液的pH值，加快固色反應
n 減少染料的水解幾率，提高固色率，而且還會獲得良好的勻染及透染效果
n 固色率：染料與纖維發(fā)生共價結合的染料量占投入染料總量的百分率
n 1.染色特征值
n S值過高或過低都會使勻染性及透染性變差
n S值高的染料，可通過分批加鹽、控制染色溫度和時間來增加移染
n S值小、E值大，不能通過移染達到勻染，須通過分批加堿獲得勻染
n S值較大，E-S值相對較?。?
n 通過加鹽量控制吸附速率 鹽控型染料
n S值很高，E-S值較?。?
n 染料呈聚集狀態(tài)，提高溫度提高勻染性 溫控性染料
n S值較低，E-S值較大：
n 加堿后E值提高較大，稱為堿控性染料或自勻性染料
n R值表示固色快慢，與勻染性有關
n R、F值關系到最終固色效率
n 大部分染料浸染采用染料和堿劑分兩次加入的工藝
n 近年來全料階段（All In）染色工藝
n 2.浸染主要工藝因素
n 不同反應性基團的染料要求不同的染色及固色溫度，反應性強的溫度低，反之較高
n 固色pH值一般以10～11較合適，常用堿劑是碳酸鈉，可維持pH值在10.5左右；促進滲透可使用小蘇打和純堿混合堿劑；水玻璃緩沖能力強，但會增加溶液粘度，用量過高影響滲透
n 活性染料直接性較低，故用量比直接染料高，但要防止過高用量引起染料聚集
n 浴比主要由染色設備決定。浴比小，染料利用率高，但會影響勻染效果
n 3.浸染工藝過程
n 兩浴兩階段工藝、一浴兩階段工藝及全料一階段工藝
n 兩浴兩階段工藝
n 染料在中性浴中上染，然后在不含染料的堿性固色浴中固色
n 吸附浴和固色浴可以續(xù)缸使用，染料利用率高，固色效率高
n 用于紗線浸染生產，染料的固色率和給色量比較穩(wěn)定，不易產生誤差
n 一浴兩階段工藝
n 大多數(shù)紡織品采用
n 質量容易控制，色差較少
n 不能續(xù)缸生產
n 全料一階段工藝
n 工藝簡便
n 染料水解率較高，染色質量穩(wěn)定性較差
n 適于結構較疏松的織物或紗線，或在堿劑堿性較弱的情況下采用
n 以染淺、中色為主
n 卷染也屬于浸染
n 適合小批量、多品種的生產，靈活性較強
n 上染時浴比較小
活性染料的水洗后處理
n 目的是去除未固著的染料、鹽及堿，使染色織物的pH接近中性，是整個染色工藝過程的重要環(huán)節(jié)
n 所有活性染料都存在著固著不充分、在纖維上留下大量水解染料的缺點
n 活性染料的親和性影響了其易洗滌性，低親和性可用冷水去除，而高親和性的染料需要高溫洗滌
n 水洗處理時間一般是染料的上染及固著過程的二倍多，大量的水和熱用于水洗后處理
n 水洗過程：冷水洗、熱水洗、皂洗、熱水洗、冷水洗等
n 冷水洗、熱水洗（40～50℃），稀釋階段，盡可能去除鹽、堿及未固著的染料，提高皂洗效率
n 皂洗前最好在醋酸浴中進行中和，防止染料在皂洗過程中水解，避免堿劑去除不干凈
n 殘留的電解質影響織物耐洗牢度，殘堿影響色光
n 皂洗過程促使纖維內部未固著的水解染料擴散到纖維表面，同時解吸到洗滌液中
n 提高溫度——提高水解染料擴散速率，降低水解染料的親和性，提高染料的解吸效率
n 常規(guī)使用的皂類洗滌劑及非離子表面活性劑并不能加速水解染料的擴散
n 皂洗后熱水洗（70℃，<10min），進一步去除粘附在纖維上的染料溶液
n 水洗后處理的染色物耐水色牢度（水漬牢度）良好，耐洗色牢度較差——檢查電解質、金屬離子、皂洗溫度，可進行二次皂洗
n 耐洗色牢度好、水漬牢度差——提高凈洗效果
連續(xù)軋染工藝
n 包括浸軋染液、烘干、汽蒸（高壓飽和蒸汽）或焙烘（干熱空氣或常壓高溫蒸汽）固色、平洗后處理
n 可分為一相法和兩相法
n 一相法——染料和堿劑在同一染浴中，烘干后進行后續(xù)工序
n 兩相法——浸軋染液和烘干后，浸軋或噴淋含堿劑的固色液，再經過汽蒸或焙烘處理
n 兩相法的染料適用性更廣
n 染料要充分溶解，盡快使用，避免染料水解
n 在軋染液中可加一定量的弱堿劑，提高固色率
n 固色液中，食鹽或元明粉一般接近飽和濃度，減輕染料在浸軋堿液時發(fā)生解吸，減少織物上的染料溶落
n 加入尿素，幫助染料溶解，汽蒸時提高纖維吸濕性，增加纖維的溶脹度，加速染料擴散，提高固色率
n 織物浸軋染液、烘干后應立即浸軋固色液，由于不存在堿劑對染料直接性或擴散性的影響，可選堿性強的燒堿做堿劑
n 固色液堿性強，汽蒸固色時間短，提高生產效率
n 不同類型的染料，堿劑的種類和用量不同
n 浸軋方式：一浸一軋、二浸二軋
n 棉帶液率控制在60～70%，粘膠80～90％
n 溫度可適當高一點，保證染料充分溶解
n 可加適量滲透劑，幫助染液滲透
n 海藻酸鈉糊作防泳移劑，減輕染料烘干時色泳移
n 防染鹽S（弱氧化劑）防止染料在氣體時受還原性物質影響，破壞結構，纖維素纖維在堿性條件下汽蒸時有一定的還原性
n 軋染易發(fā)生頭尾色差——染料對纖維的親和力較高，染料發(fā)生水解
n 要選用直接性低的染料
n 開車時稀釋染液
n 色差產生原因：染液不穩(wěn)定、染料發(fā)生水解
n 浸軋染液后烘干，先熱風或紅外線，再烘筒，減少染料泳移
n 汽蒸（100～102℃飽和飽和蒸汽，1～3min），時間過長，染料水解率提高，固色率提高不明顯
n 上染過程
n 上染原理與浸染相同：染料必須充分溶解并被纖維吸附擴散后才能和纖維充分反應
n 浸軋織物上的染料烘干時只有少量對纖維發(fā)生吸附、擴散和固著，大部分染料沉積在織物表面纖維的毛細管中。
n 在用飽和蒸汽汽蒸時，染料從蒸汽中吸收水分后溶解在纖維間的毛細管中，被纖維吸附的同時向纖維內部擴散，并發(fā)生固色反應
n 要加一定助劑（尿素或雙氰胺）幫助上染及固著
n 可采用軋－蒸工藝，省略中間烘干，不存在泳移現(xiàn)象，適用于毛巾布、天鵝絨等
軋卷堆染色工藝
n 漿織物浸軋染液（染料、堿劑、助劑）后于一定溫度打卷堆置，緩慢轉動，使染料完成均勻吸附、擴散和固色反應，然后經水洗等加工的染色方法
n 具有設備簡單、浴比小、能源消耗小，勻染性和重現(xiàn)性好，固色率較高，適用染料品種多，排放污水少，加工成本低
n 適合加工小批量、多品種的產品
n 最常用的是室溫下卷堆工藝——冷軋堆工藝
n 冷軋堆染色浴比小，上染和固色溫度低，染料擴散慢，固色和水解速率慢，上染和固色時間長
n 上染速率決定室溫堆置時間
n 固色溫度低?？商岣吖躺?
n 染液要加入適當助劑（助溶劑、滲透劑等），加強滲透，幫助纖維溶脹
n 室溫浸軋，必須嚴格控制帶液率，以低些為宜
n 原理上相當于極小浴比的浸染
對蛋白質及錦綸的染色
n 羊毛、蠶絲和聚酰胺纖維中都含有氨基（-NH2），羊毛還含有羥基（-OH）、硫基（-SH），蠶絲羥基（-OH）
n 1.羊毛纖維的染色
n 羊毛胱氨酸中的二硫鍵水解生成的基發(fā)應性最強，氨基次之，羥基最弱，近能在堿性介質中形成-O-后才有較強的反應性
n 羊毛纖維不耐堿，一般需在弱酸性和中性介質中染色，與羊毛反應的主要是硫基和氨基，羊毛中氨基含量比硫基高得多，故染料主要與羊毛中的氨基反應）
n 羊毛纖維的鱗片層會阻礙染料向纖維內擴散，因而需采用較高的染色溫度——染料易水解，水解染料會吸附纖維造成浮色
n 羊毛纖維之間染色性能有差異
n 同一根羊毛，毛根和毛尖染色性質不同，毛尖受大氣損失大，對染料吸附速率快，反應快，必造成染色不勻
n 故染料的反應性適當，具有良好的擴散性和移染性，防止染色時對羊毛造成損失
n 2.蠶絲染色
n 主要成分為絲素，氨基含量必羊毛要少，不易染成深濃色澤
n 與羊毛相比要選用發(fā)應性較高的染料
n 可以在弱酸性、中性或弱堿性條件下上染和固著蠶絲
n 上染方式主要是浸染
n 弱酸性：纖維正電荷，染料離子負電荷，上染速率快，但部分氨基陽離子化，固色率低，濕處理牢度較差
n 中性：染料和纖維都帶有負電荷，電荷斥力造成低上染率平衡，不斷發(fā)生的染料與纖維共價反應，使染料不斷進入纖維，固色率高，濕處理牢度高
n 堿性：纖維帶負電荷多，對染料斥力大，上染百分率低，固色率低
n 3.錦綸
n 親水性較弱，水中不易溶脹，氨基等基團含量低
n 不易獲得深色
n 染色pH值低于纖維的等電點，染料陰離子與氨基正離子通過庫侖斥力結合，染色牢度差
n 染色pH值高于纖維的等電點，染料與氨基形成共價結合，染色牢度較好
n 上染百分率低
