第二節　染色方法

一、紡織品染色的概念

紡織品的染色（dyeing）是指用染料對紡織品進行加工，從而獲得顏色的過程。染色離不開染料，染料是能使紡織品等物質獲得鮮明而堅牢顏色的有色物質。

紡織品的染色需滿足以下條件：

（1）所染得的顏色要與色樣相符，且染色的均勻性和重現性要好。色樣通常由客戶提供，染色后的染品與色樣的色差應控制在指定范圍內，而且各批次染品之間的色光要保持一致。

（2）所染得的顏色要有一定的牢度。染色牢度是指紡織品上的染料經受各種因素的作用而能保持原有色澤的能力，常見的染色牢度包括耐日曬色牢度、耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗漬色牢度、耐熨燙色牢度、耐干洗色牢度等。

（3）染色要符合生態環保的要求。這意味著從染色生產、染品使用到廢水廢氣的排放等全部過程都要符合環保法規，對生態環境和人體健康無害或危害極小，并易于資源的回收和再利用。

二、紡織品常見的形態

紡織品種類繁多，分布廣泛。按紡織品存在形態的不同可分為以下幾大類別。

（1）纖維（fiber）。主要有短纖維和長絲兩種形式。

（2）紗線（yarn）。紡織纖維經紡紗加工而成“紗”，兩根或兩根以上的單紗合并加捻而成“線”。紗線存在形式也多種多樣，如筒子紗、絞紗、經軸紗線等。

（3）機織物（woven fabric）。也稱梭織物，是指由相互垂直排列的一組經紗和一組緯紗在織機上按一定規律交織而成的織物。機織物一般結構堅實，形態穩定，強度高，耐磨性好，但其柔軟性、彈性和透氣性不如針織物。機織物按組織結構的不同可分為平紋、斜紋、緞紋等大類品種，一般用來做襯衫和外套、褲子、時裝類的服裝，目前市場上80%的服裝用織物是機織物。

（4）針織物（knitted fabric）。是由一根或一組紗線在針織機的織針上彎曲形成線圈，并相互串套聯結而成的織物。針織物又分為經編織物和緯編織物。針織物具有良好的延伸性和彈性，手感柔軟，透氣散濕，但針織物尺寸不穩定，易脫散、卷邊、勾絲和起毛起球。針織物一般用來制作T恤衫、內衣、衛衣、運動服等服裝。

（5）非織造布（non-woven fabric）。又稱無紡布，是指定向或隨機排列的纖維通過摩擦、抱合或黏合而相互結合制成的片狀物、纖網或絮墊。近年來非織造布產品發展迅速，種類繁多，常見的有服裝襯里、絮片、包裝袋、餐巾紙、土工布、口罩、手術衣等。

紡織品常見的形態如圖1-1所示。

紡織品按其用途不同又可分為服裝、家紡產品、產業用紡織品三大類別。各自包括的主要產品如表1-1所示。

表1-1　紡織品的產品種類

染色可以在紡織加工的任何階段進行，也就是說，紡織品可以各種形態進行染色，如散纖維染色、紗線染色、織物染色、成衣染色等，因此染色加工可以滲透到各種紡織品領域，印染廠、色織廠、針織廠、牛仔布廠、毛紡廠、絲綢廠、毛巾廠、服裝廠、鞋帽廠、產業用紡織品廠等各種紡織品生產企業往往設有染整車間，配以不同類型的紡織品為加工對象的染色設備。無論紡織品以何種形態存在，其所用的纖維適用的染料及其染色原理都是相同的，掌握了纖維和各種染料的結構與性能及其染色工藝技術，就能觸類旁通。

三、常用紡織纖維及其使用的染料

根據纖維的化學結構特征可將常用的紡織纖維分為纖維素纖維、蛋白質纖維和合成纖維三大類別。不同類別的纖維所適用的染料類別不同。

（一）纖維素纖維及所用染料

纖維素纖維主要有天然纖維素纖維如棉（cotton）、麻（亞麻linen、苧麻ramie、黃麻jute、大麻hemp等）和再生纖維素纖維如黏膠（viscose）、銅氨（cuprammonium）、莫代爾（Modal）、萊賽爾（Lyocell）等纖維。纖維素纖維的結構特征是纖維大分子由β-D-葡萄糖剩基彼此以1，4-苷鍵連接而成，每個葡萄糖剩基上有三個羥基，纖維分子鏈呈線型平面結構。纖維素纖維屬于親水性纖維，具有較強的極性。染色時宜用極性較強、同平面性較好的染料染色。理想的染料分子應該具有如下特征：染色前染料分子小，且具有高度水溶性，以保證染料能夠均勻進入纖維內部；染色后在纖維內部形成大的不溶性分子，或能與纖維形成共價鍵結合，以保證優良的染色牢度。

纖維素纖維染色可用的染料主要有直接染料、活性染料、還原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料（也稱冰染料）等。纖維素纖維的典型代表是棉纖維，因而這幾類染料通常也被稱為“棉用染料”。棉用染料分子一般具有狹長平面結構，分子上帶有水溶性基團，賦予染料以水溶性，比如直接染料和活性染料分子上一般都帶有兩個或兩個以上的磺酸基。但也有的棉用染料分子上并不含水溶性基團，染料不溶于水，如還原染料和硫化染料，染色時必須采用化學方法使之首先變成水溶性形式，上染纖維才能實現后續染色。

在棉用染料中，活性染料是性價比最高的染料。它不僅具有色譜齊全、色澤鮮艷、應用工藝較簡單、適用性強等特點，而且可以和許多纖維（如蛋白質纖維、聚酰胺纖維等）形成共價鍵結合，是取代禁用染料和其他類型纖維素纖維用染料的最佳選擇之一，因此受到了廣泛關注，其消耗量名列棉用染料的首位。而其他類型的棉用染料尤其是直接染料和冰染料，由于部分品種屬于可還原裂解出致癌芳香胺的偶氮染料或隱含有害的芳香胺而被禁用，正在滑向被淘汰的邊緣。

（二）蛋白質纖維及所用染料

蛋白質纖維主要有天然蛋白質纖維如蠶絲（silk）、羊毛（wool）及其他動物纖維和蛋白復合纖維如大豆蛋白復合纖維（soybean protein）、牛奶蛋白復合纖維（milk protein fiber）、蠶蛹蛋白復合纖維（pupa protein）等。蛋白質纖維大分子由多種α-氨基酸剩基按照一定的順序以肽鍵連接而成，分子主鏈上含有大量肽鍵，側基上連有氨基、羧基、羥基、二硫鍵等極性基團，因此蛋白質纖維也屬親水性極性纖維。

蛋白質纖維染色可用的染料主要有酸性染料（又可細分為強酸性染料和弱酸性染料）、酸性媒介染料、酸性含媒染料以及活性染料。蛋白質纖維的典型代表是羊毛纖維，因而這幾類染料通常也被稱為“毛用染料”。毛用染料分子上一般含有陰離子基團，如酸性染料分子上都含有磺酸基，除了賦予染料以水溶性之外，還可在酸性條件下與蛋白質纖維分子形成離子鍵結合，如果需要較高的染色牢度，通常要增加染料分子的相對分子質量并提高疏水性結構部分的比例。酸性媒介染料和酸性含媒染料分子結構上都含有可與金屬離子形成配位鍵結合的螯合中心；活性染料分子在一定的條件下可與蛋白質纖維生成共價鍵結合，由此提高染色牢度。

在毛用染料中，酸性媒介染料色澤鮮艷度雖然不如酸性染料，但其具有較好的耐光、耐洗和耐縮絨牢度，常用于深色染色。由于需用含金屬鉻離子的媒染劑，會對環境帶來危害，近年來使用受到限制，Eco-label已明令禁止使用媒介染料。

（三）合成纖維及所用染料

合成纖維是以石油、天然氣、煤焦油以及農副產品等非纖維性物質為起始原料，再經化學聚合、紡絲成型后加工而制成的纖維。合成纖維傳統的品種主要有聚酯（polyester,PET）、聚酰胺（polyamide,PA）、聚丙烯腈（polyacrylonitrile）、聚丙烯（polypropylene,PP）、聚氨酯彈性（polyurathane elastic,PU）等纖維，其國內商品名稱分別為滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、氨綸，號稱合成纖維“五大綸”。其他合成纖維還有聚乙烯醇縮醛化纖維（PVA，維綸）、聚氯乙烯纖維（PVC，氯綸）、聚乙烯纖維（PE，乙綸）等，目前很少用于服裝，多用于產業用紡織品。近年來，合成纖維的品種不斷豐富發展，如聚酯纖維家族中的聚對二甲酸丙二醇酯（PPT）、聚乳酸（PLA）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等；高性能纖維中的對位芳綸（PPTA）、間位芳綸（MPIA）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、芳砜綸（PSA）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亞胺（PI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚苯并咪唑（PBI）、聚吡啶苯并二咪唑（PIPD）等。

合成反應所用的單體不同，纖維分子主鏈上結構單元就不同，所適用的染料類別也就各有所異。

聚酯纖維以聚對苯二甲酸乙二酯為代表性品種（滌綸），屬于疏水性纖維。分散染料是其染色的專用染料。因聚酯纖維應用廣泛，所以分散染料耗用量大。為與聚酯纖維的疏水性相適應，分散染料也應是疏水性染料，難溶于水，但其分子結構中應含一個或一個以上的極性基團如—NH2、—OH、—NHR等，以增加染料對聚酯纖維的染著能力。

聚酰胺纖維（錦綸）的主要品種是聚己二酰己二胺（PA66）和聚己內酰胺（PA6）。其纖維大分子首尾的一個氨基和一個羧基都是親水性基團，鏈中的酰氨基也具有一定的親水性，因此聚酰胺纖維具有中等的吸濕性。染色所用的染料類別較為豐富，可用酸性染料、分散染料、陽離子染料以及活性染料染色。

聚丙烯腈纖維（腈綸）分子是丙烯腈、酯類單體和含羧基或磺酸基單體通過自由基聚合反應而生成的三元共聚物。陽離子染料是其染色的專用染料。染料結構中含有可在水中電離出帶正電荷的色素陽離子，從而與腈綸纖維大分子上第三單體提供的陰離子染座中心形成離子鍵的結合。

聚氨酯彈性纖維（氨綸）是由芳香族二異氰酸酯和聚醚或聚酯二元醇合成的軟硬鏈嵌段共聚物制成的，分子鏈上含有大量的氨酯基，纖維極性較小，結構松弛。聚氨酯彈性纖維的染色性能尚可，理論上染錦綸的染料都能染氨綸，通常采用分散染料和酸性染料染色。

聚丙烯纖維（丙綸）分子中不含極性基團或能與染料分子相結合的官能團，吸濕性極差，回潮率幾乎為零，故難以染色，是合成纖維“五大綸”中最難染色的纖維。通常采用原液著色的方法使纖維著色。也有對丙綸進行化學改性以改善其染色性能，但往往會改變纖維的本性。

綜上所述，各種紡織纖維可選用一種或多種染料染色，各種纖維適用的染料種類見表1-2。

表1-2　各種染料對常用紡織纖維染色的適用性

注〇表示適用。

此外，將不同的纖維通過混紡、交織、復合等技術手段制成多組分纖維的紡織品，以獲取優良的綜合性能，已成為當前紡織領域中慣常的做法，因而多組分纖維的染色目前已成為染整廠經常采用的加工技術。只有在掌握了單一纖維染料的選用原則、染色原理和染色工藝的基礎上，才有可能較好地解決多組分纖維染色的難題。本書將專列一章講述多組分纖維的染色原理及方法。

后續章節中將按染色性能將纖維分為A、B、C、D四類，如表1-3所示，闡述各種纖維的染色性能及染色工藝。

表1-3　纖維按染色性能分類

四、各種染色方法概述

根據染料與被染物接觸環境與方式的不同，可將染色方法分為原液著色、浸染、軋染、冷軋堆、成衣染色、無水染色等，其中浸染和軋染是最常用的兩種染色方法。

（一）浸染

浸染（exhaust dyeing,dip-dyeing）是將紡織品浸漬于染液中，通過紡織品與染液的相對運動，染料逐漸上染，染液中的染料濃度逐漸下降，最終完成上染及固著的染色方法。浸染屬于間歇式生產，生產效率較低，適用于小批量多品種的染色加工。浸染設備簡單，操作容易，被染物所經受的張力較小，可以染各種形態的紡織品。常用于散纖維、紗線、針織物、毛織物、絲織物、稀薄織物、網眼織物、寬幅織物等紡織品的染色。

根據紡織品和染液的相對運動形式的不同，可將浸染分為以下三種方式。

1.被染物不動，染液動　將被染物裝入染色機，用蓋子旋緊壓好，然后通入染液，在循環泵的作用下，染液可進行順、反向循環流動，反復透過被染物，在一定的溫度和壓力下循環一定的時間后，被染物纖維內外實現透染。散纖維、毛條、經軸紗、筒子紗、絞紗等通常采用這種方式進行染色。

2.被染物動，染液不動　將染液加入染色設備中，被染物在回轉裝置的作用下做循環轉動，或做左右搖擺、上下升降運動，從而獲得均勻染色。如卷染機、繩狀染色機、往復式絞紗染色機等設備均屬此種方式的染色。可用于染機織物、針織物，也可用于成衣染色，如牛仔褲的吊染。

3.被染物動，染液也動　目前正在廣泛使用的噴射染色、溢流染色以及最近興起的氣流染色都屬于這種浸染模式。除了染液通過循環泵和熱交換系統做循環運動之外，織物也會借助噴射、溢流、氣流裝置對染液所產生的動力做相應的循環運行。織物在循環運動中能不斷改變位置和形狀，有利于勻染，可以有效地消除折皺，而且由于織物隨液體流動，所以受到的張力很小，具有勞動強度低、操作方便等優點。適合純滌綸針織物的染色，也適合機織物（包括絲織、毛織）等的染色。

以上各種染色方式中，根據設備染色時溫度和壓力的大小可有高溫高壓染色機和常壓染色機之分。有的設備配有多種裝置，可以一機多用，能染散纖維，也可以染筒子紗、絞紗甚至服裝。圖1-2是幾種常見的浸染染色機設備圖。

浸染中一個重要的概念就是浴比（liquor ratio）。所謂浴比，指的是染液質量與被染物質量之比。因為浸染多為間歇式生產，因此常以一批（或一鍋）待染物的質量為計算基準。染料的用量一般用對纖維質量的百分數（omf或owf）來表示，括號中是英文on mass of fiber/fabric或on weight of fiber/fabric的縮寫。例如，染一鍋50kg重的織物，若采用20:1的浴比進行染色，則需用1000kg的染液來染。下達染液配方時，若染料濃度為2%（owf），則1000L染液中要加入1kg的染料。

浴比的大小對染料的上染速率、上染百分率、勻染性、耗水量、耗熱量等都有很大影響，后面章節將專門進行討論。隨著對現代印染節能、降耗、環保要求的日益提高，小浴比染色正在被大力提倡，各種低浴比染整設備不斷問世。行業中一般把浴比低于8:1稱為小浴比，目前浴比已從最初的20:1以下降至3:1～4:1。

（二）軋染（pad dyeing）

軋染是指織物在染液中經過短暫的浸漬后，隨即用軋輥軋壓，將染液擠入織物組織的空隙中，并除去多余的染液，使染料均勻分布在織物上，之后在一定的條件下（比如經汽蒸或焙烘）完成上染的過程。

軋染和浸染的不同之處表現在以下幾個方面：

（1）軋染一般屬于連續式加工，生產效率高，適合大批量織物的染色。軋染從進布到落布一般只有幾分鐘，而浸染通常染完一鍋需要2～3h。所以軋染設備通常是連續化生產的大型聯合機（圖1-3），而浸染設備則是相對可以獨立操作的單元設備。

（2）軋染中織物與染液的接觸時間很短，織物與染液接觸只是通過浸軋過程（主要有一浸一軋和二浸二軋方式）來實現，一般只有幾秒到十幾秒的時間，因此染液濃度較高；而浸染過程中織物在染液中一般要在浸漬1h左右。這是因為軋染是靠軋輥的壓力排出織物組織內部的空氣并迅速使染料均勻分布在纖維表面，而浸染則通過染液的循環流動使染料不斷移染來完成均勻上染。

（3）軋染液中染料的濃度一般用每升染液中染料的克數“g/L”來表示，而浸染液中染料的濃度用對纖維或織物重的百分比“%（owf）”來表示，軋染染液濃度一般高于浸染。

軋染中一個重要的概念是軋液率（mangle expression，又稱帶液率或吸液率），是指浸軋后每100g干織物上留有染液的質量，也即浸軋后織物上帶的染液質量對干布質量的百分比。浸軋時軋點上施加的壓力越大，軋液率就越小。軋液率過高，在隨后的烘干過程中染料會發生“泳移”現象（參見第二章第一節）而影響勻染效果；軋液率過低，就不足以使染液充分潤濕織物和紗線，也就不能保證染料均勻地到達纖維表面。通常滌/棉織物的軋液率為55%～60%，棉織物的軋液率在60%～70%，而吸濕性更大的黏膠纖維的軋液率在90%左右。

根據染液濃度和軋液率，可換算浸軋后織物上所帶的染料量：

織物上的染料量（g染料/100g纖維）=軋液率（g染液/100g纖維）×染料濃度（g染料/g染液）

（三）其他染色方法

1.原液著色（mass pigmentation）原液著色是性質完全不同的另一種染色方法。其技術途徑是紡絲液在進入紡絲箱體前，已經和著色物質充分混合均勻，然后經過噴絲牽伸等工序直接生產出有色纖維。原液著色通常用于難以染色的纖維（如丙綸、間位芳綸）的上色。但近年來由于原液著色是一種無水染色工藝，不再需要后道染色，不會產生廢水，符合循環經濟發展的要求，因此國家相關部門要求在紡織產業上大力推廣原液著色技術，要求在“十二五”期間有色纖維比重要達到5%～10%。

2.冷軋堆染色（cold pad-batch dyeing）冷軋堆染色簡稱冷堆染色，多用于活性染料染色。指的是織物在低溫下浸軋染液和堿液，利用軋輥軋壓使染液吸附在纖維表面，然后打卷堆置一定時間（通常需要6～10h）并緩慢轉動，期間發生染料的吸附、擴散和固色過程，最后水洗完成上染的染色方式。該染色過程通常是在室溫下進行，省去了烘燥和汽蒸工序，節約了能源，而且染料水解少，固色率高。因此冷軋堆染色具有節能、降耗、減排三大作用，是印染行業節能減排技術發展的方向之一。

3.成衣染色（garment dyeing）成衣染色又稱服裝染色，是指以服裝形態進行染色加工的過程。與傳統染色相比，成衣染色具有批量小、交貨期短的優點，風格獨特，適合于各種天然纖維。有常規染色、扎染、吊染、球染、套染等方式。染料可以有直接染料、酸性染料、活性染料、涂料。成衣染色通常采用浸染方式進行染色，常見的成衣染色設備有滾筒洗衣機（適用于牛仔服及休閑裝）、掛染槽成衣染色機、升降式成衣染色機、GC-20-30型成衣染色機（適于羊毛成衣染色）、SME261-35型成衣染色機（適于多種成衣染色）等。成衣染色過程比較簡單，疵點避裁也好做，報廢率較低，但是尺碼控制、色差控制、手感控制均勻一致不易做到，且都是大浴比，用水特別多，所以成衣染色一般成本要高一些。

我國的服裝染整始于20世紀70年代末，最初是牛仔服石磨、漂洗和雪洗。80年代興起絲綢服裝砂洗，全棉與T/C服裝的水洗（縮水）、柔軟洗、砂洗，以及少量的服裝染色、印花和扎染。90年代，酶處理技術廣泛地用于牛仔服水洗、純棉服裝超級柔軟洗、針織品拋光。近幾年來又興起永久性壓燙樹脂整理技術，用于服裝浸漬處理，尺寸與形態穩定性比以往的織物處理方法有較大提高。洗水行業隨服裝業的發展而發展，不少中高檔服裝離不開服裝的后染整加工，已成為提高服裝品位與附加價值的現代化新技術。