第四节 阳离子染料
阳离子染料是一类色泽十分鲜艳的水溶性染料，染料在水溶液中电离为阳离子，通过电荷引力，使在染液中带阴离子的纤维染色。阳离子染料主要用于腈纶的染色。
阳离子染料是在碱性染料的基础上发展起来的。碱性染料是含有伯胺、叔胺等碱性基团的盐基染料，在水溶液中能电离出色素阳离子，在棉、羊毛、蚕丝上的染色牢度很差，而在腈纶上的染色牢度较好，皂洗、摩擦、熨烫、汗渍等牢度可在4级以上，只是耐晒牢度较差。由于碱性染料在牢度、品种等方面不能满足腈纶染色的需要，人们在碱性染料的基础上开发出了能适合腈纶染色的新一类染料，即阳离子染料，它是腈纶染色的主要染料。
一、阳离子染料的类型
1.按化学结构分类
按化学结构，阳离子染料可分为两类，一类是共轭型或非定域型阳离子染料，它的阳离子基直接与染料母体的共轭体系相连，如阳离子黄2RL：
另一类是非共轭型或定域型阳离子染料，它的阳离子基不与染料母体的共轭体系贯通，而是通过次乙基等隔离基连接起来的季铵盐染料，如阳离子红GTL：
2.按应用分类
按应用，国产阳离子染料分为普通型、X型、M型（或E型）、SD型（分散型）、活性阳离子型。
（1）普通型。配伍值K=1～2或4，前者适于染中深色腈纶针织内衣、腈纶条散纤维、腈纶膨体纱及腈纶毛毯的印花等。后者适于中浅色腈纶膨体纱，且于拼色增艳，相容性好。
（2）X型。配伍值K=2.5～3.5，适于腈纶膨体纱、毛/腈混纺纱、腈/黏混纺纱，匀染性中等，X型阳离子染料是国产阳离子染料中主要类别，品种较多。
（3）M型。配伍值K=3～4，一般相对分子质量＜300，迁移性好，适于中浅色腈纶匹染，匀染性好，也称为迁移型阳离子染料，染色时可以少加或不加缓染剂。
（4）SD型（分散型）。即分散型阳离子染料，用芳香族磺酸取代染料的阴离子，封闭了染料的阳离子基团，使其溶解度几乎为零，使染料的分散性增加，扩散性提高，借以改善阳离子染料的匀染性。
（5）活性阳离子型。既能上染羊毛，又能上染腈纶，色泽鲜艳、匀染性好，适宜pH为5，通过氨水后处理，可以进一步提高上染率和固色率。
二、阳离子染料的染色机理
阳离子染料对腈纶的上染实质上是一个离子交换过程。染料离子主要借助与纤维上的酸性基团以离子键的作用上染，此外，同时纤维上的极性基团（如氰基）以及染料分子结构中的多种极性取代基等，使染料与纤维间存在着如偶极之间、偶极与诱导偶极间等分子间作用以及染浴中纤维表面负的双电层电位——ξ电位（44mV），都使阳离子染料对纤维具有较高的亲和力，从而被吸附上染纤维。
吸附在腈纶表面的阳离子染料，随着染色温度升高，尤其达到或超过纤维玻璃化温度（Tg）以后时，表面吸附的染料很快向纤维内相扩散。一般认为阳离子染料在腈纶内相的扩散模型为自由体积模型，即阳离子染料从一个染座上解吸下来，再吸附到另一个染座，并逐渐向纤维内部扩散，在各染座间呈跳跃式的传递，最后主要以离子键在纤维的染座上固着。
三、阳离子染料的染色性能
1.酸碱稳定性
阳离子染料易溶于水，在弱酸性介质中比较稳定，在碱性条件下容易发生色光变化，甚至分解沉淀，而pH过低也会引起染料色光的变化和染料的分解。阳离子染料染色时，染液pH一般控制在4～5。
2.染色饱和浓度SD及饱和系数f
不同的阳离子染料对腈纶的上染能力不同，每一染料都有各自的染色饱和值。纤维的染色饱和值Sf和某一染料的染色饱和值SD的比值称为该染料的饱和系数f。饱和系数f表示以孔雀绿作为标准，判断某阳离子染料上染腈纶的能力，染料的f值越小，说明这一染料的上染量越高。饱和系数对确定的阳离子染料是一个常数。根据染料的饱和系数和纤维的染色饱和值，可计算出该染料在腈纶上的染色饱和值。
由纤维的染色饱和值和所用染料的饱和系数可计算染料的合理用量，或判断染色配方中染料配比的合理性。染色时，染料用量不能超过该染料的染色饱和值，或拼色时各染料用量的总和不能超过纤维的染色饱和值，否则会造成染料的浪费。即：
[D1]f1+[D2]f2+[D3]f3+……≤Sf
式中：[Dn]为染料的用量（对纤维重的百分数），fn为染料的饱和系数，Sf为纤维的染色饱和值。
3.配伍性
阳离子染料染腈纶时，染料阳离子与纤维上的阴离子基团结合，染料的上染属于定位吸附。由于纤维中阴离子基团的数目有限，在染色时会出现纤维的染色饱和现象以及染料之间对染座的竞争，因此在拼色时，必须考虑染料之间的竞染性或配伍性能。配伍性表示拼色染色时，各染料上染速率的一致程度。若拼色染色时各染料的上染速率相等，则在染色过程中，上染在纤维上的各染料量的比例不变，被染物只是颜色加深，而色相不变，此时称这些染料是可配伍的（或相容的）。拼色染色时，若采用相容性好的染料进行拼色，则有利于得到均匀的染色产品，而且有利于减少各批染色物的色差，染色的重现性好。决定染料配伍性能（相容性）的主要因素是染料对纤维的亲和力和扩散速率。亲和力大而扩散系数小的染料与亲和力小而扩散系数大的染料相拼，有可能是可配伍的。但实际上以亲和力和扩散系数都相近的染料的配伍性最好。
阳离子染料的配伍性一般通过相互比较而得到，其中应用最广的表示方法是配伍值（K值）。配伍值是反映阳离子染料的亲和力大小和扩散性好坏的综合指标。英国染色家协会（SDC）用数值1～5表示染料的配伍值，其中配伍值为1的染料亲和力大、上染速率最快；配伍值为5的染料亲和力小、上染速率最慢。拼色时应选用配伍值相同或相近的染料，以得到较好的染色效果。一般认为，K值较大的染料染色速率较慢，匀染效果较好，可用于染浅色，而染深色时可选用K值较小的染料。
阳离子染料配伍值的测定是利用具有代表性的黄、蓝两套染料作为参比标准，每套有5个染料，其K值分别规定为1、2、3、4、5，将被测染料与这5个黄或蓝的参比染料进行拼混染色，根据染色的结果，判断被测染料与哪一个参比染料的配伍性最好，则该参比染料的配伍值就是被测染料的配伍值。
四、新型阳离子染料
随着腈纶的开发，对阳离子染料的研究也更加深入。为了改善染料的染色性能，提高染色牢度，并适应其他纤维的染色，又开发了一些新的阳离子染料。
1.迁移型阳离子染料
迁移型阳离子染料（M型染料）是指一类结构比较简单，相对分子质量和分子体积均较小，而扩散性和匀染性能良好的染料，目前已经成为阳离子染料中的一个大类。
对于迁移性阳离子染料，即使在染色过程中出现上染不匀，也可通过适当延长高温染色时间，使染料发生迁移，而获得均匀的染色效果。
2.分散型阳离子染料
为了适应腈纶和其他合成纤维混纺织物的染色，出现了一种分散性阳离子染料，即将阳离子染料中的阴离子（Cl-、CH3SO-4、ZnCl-3、CH3COO-等）置换成相对分子质量较大的基团，如萘磺酸、二硝基苯磺酸等芳香族磺酸，使其溶解度下降到几乎不溶，在染液中以分散状态存在。在染液温度较高的条件下，分散型阳离子染料会发生解离，释放出染料阳离子。
将分散型阳离子染料与木质素磺酸钠等分散剂混合、研磨，这类染料可以制成粉状、超细粉状或液状，如我国的SD型分散阳离子染料。
分散型阳离子染料在染液中以悬浮状态存在，染色时染料吸附在纤维表面，随着染液温度升高，染料逐渐解离，释放出的染料阳离子向腈纶内部扩散，并与纤维以离子键结合。
与普通阳离子染料相比，分散型阳离子染料的上染速率较低，匀染性好，染色时可不加缓染剂；染料对染液pH的变化不敏感，可在pH为3～6的染浴中染色。
分散型阳离子染料可用于腈纶或改性合成纤维的染色，可与分散染料或阴离子型染料同浴，用于腈纶混纺织物的染色，染液稳定性好。
3.活性阳离子染料
活性阳离子染料是一种新开发的染料，染料分子中含有活性基团（一氟均三嗪）和季铵阳离子基。这类染料主要用于羊毛与腈纶混纺产品的染色，可用一种染料同时对羊毛和腈纶染色。
采用活性阳离子染料对羊毛/腈纶混纺产品染色时，染料首先吸附在羊毛纤维上，随着染液温度的升高，羊毛纤维表面的一部分染料转移到腈纶上，并扩散进入腈纶内部，通过离子键与腈纶结合；羊毛纤维上的活性阳离子染料通过活性基与羊毛纤维发生反应，形成共价键与羊毛结合在一起。