第五章活性染料ppt课件

1、第5章 活性染料及其染色,5-1 活性染料概述,一、活性染料定义 分子中含有活性基团、能与纤维上的-NH2、-OH形成共价键结合的水溶性阴离子染料,染色对象： 蛋白质、纤维素、锦纶,二、活性染料结构通式,D染料母体 染料发色体系； 染色性能; 直接性、匀染性、溶解度、染色温度； 日晒牢度 酸性染料,Re 活性基团 染料反应性固色温度固色效率； 染-纤之间形成的共价键的稳定性 色牢度,D-B-Re,B 桥基,色谱齐全，色泽鲜艳 直接性较低上染率较低 大量盐促染 染料利用率较低染料水解 湿牢度较好共价键结合,三、活性染料染色特点,四、活性染料应用分类,卤代均三嗪类 卤代嘧啶 乙烯砜型,D-SO2C

2、H2CH2OSO3Na,二氯均三嗪、X型,1954年英国ICI公司的Rattee、Stephen 发明； 1956年商品化；商品名procion MX ICI Zeneca BASFDystar 浙江龙盛 活性大固色温度40 45 稳定性差，pH值6.47 最稳定缓冲剂,1、卤代均三嗪类,1957年英国ICI公司、瑞士汽巴公司； 德司达procion H；亨斯迈Cibacron E型 活性较低固色温度9095 稳定性好 高温染色和印花,一氯均三嗪、K型、KD 型,1978年瑞士汽巴公司 亨斯迈 Cibacron F；德司达Levafix EN 活性较强，固色温度4050,一氟均三嗪,1984年

3、日本化药公司 商品名Kayacelon React CN 活性强、直接性大中性高温固色 涤/棉织物分散活性一浴法,3-羧酸吡啶均三嗪、R 型,大连理工大学 活性与K型相比，活性如何,1960年瑞士Sandoz与Ciba公司; 商品名 Drimarene(黛棉丽,2、卤代嘧啶型,三氯嘧啶,Sandoz 公司推出Drimarene(黛棉丽) R 活性较强，固色温度4050,二氟一氯嘧啶、F型,1958年德国Hoechst公司生产； 活性中等，固色温度6070； 台湾永光的Eeverzol系列、德司达 Remazol系列、科莱恩Drimarene S型、 日本住友Sumifix 系列等,3、乙烯砜型

4、,D-SO2CH2CH2OSO3Na,KN 型,活性高，固色温度4050 德司达丽华实E型（Levafix E,4、其他活性基团,二氯喹屋啉型,两个活性基团； 酸性或中性条件下与羊毛反应； Lanasol（兰纳素）CE系列,溴代丙烯酰胺、 PW型,优点 上染率高，大于8590%； 固色率高，大于75% 色牢度高 高温稳定性好适合于高温高压染色,双活性基团,两个相同活性基团 一氯均三嗪 KE型 一氟均三嗪 Cibacron LS：双一氟均三嗪 乙烯砜雷马素,类型,两个不同活性基团 一氯均三嗪 + 乙烯砜 M型 一氟均三嗪 + 乙烯砜 Cibacron FN,两个相同活性基团 1971年，ICI公

5、司开发了procion H-E型； 1984年，ICI公司开发了procion H-EXL型； Ciba公司开发了Cibacron E； 日本化药公司开发了Kayacelon E； 中国开发了KE型活性染料,两个不同活性基 1980年，日本住友 Sumifix Supra 1984年，德国Hoechst Remazol S、SN 1989年，上染八厂ME型 上海万得 Megafix B型 BASF公司，Basilen FM Ciba公司 Cibacron C：一氟均三嗪 + 改良乙烯砜型，轧染 Cibacron FN：一氟均三嗪 + 改良乙烯砜型，浸染,5-2 活性染料染色原理,一.活性染料上

6、染过程 吸附：直接性低加中性盐促染 扩散：染料扩散到纤维内部，并与纤维反应 固着：染料与纤维共价键结合 固色反应与水解反应同时进行,亲核取代反应卤代杂环类 亲核加成反应乙烯砜型,二、活性染料与纤维素纤维反应-固色反应,a：染料反应活性 杂环中N原子数量,1、亲核取代反应,吡啶 嘧啶 均三嗪,吸电子基，活性增加;供电子基，活性下降 数量越多,影响越大,二氯均三嗪 一氯均三嗪,二氟一氯嘧啶 三氯嘧啶,取代基性质、数量与位置,离去基 吸电子性越强，易离去,一氯均三嗪 一氟均三嗪 烟酸均三嗪,F,Cl,b：纤维亲核能力 S（W）-NH2 CellO_ CellOH,离子化纤维素负氧离子进攻中心碳原子（

7、碱性）； 与中心碳原子发生亲核加成反应生成不稳定的中间产物； 离去基离去,C：反应历程,中心碳原子电子云密度越低，反应越容易进行 X型活性染料活性强反应温度低40即可 K型活性染料活性较弱反应温度高9095,问题: K型活性染料染加入叔胺化合物，对固色有何影响,叔胺化合物亲核能力强先与染料形成季胺化合物，季胺化合物具有很强的吸电子能力使中心碳原子的电子云密度大大降低染料活性,2、亲核加成反应,砜基吸电子效应碱性条件下碳原子上氢电离 砜基强吸电子效应使乙烯基双键产生极化-位碳 原子形成正电中心与纤维亲核加成反应,硫酸酯吸电子性C-H键有极性易断裂发生消除反应形成乙烯砜基,3、双活性基团 不同基团

8、组合,亲核取代反应卤代杂环类 亲核加成反应乙烯砜型,三、活性染料与水反应-水解反应,X型活性染料水解反应,均三嗪环上一个氯水解？ 还是二个氯全部水解,K型活性染料水解,K型活性染料水解温度较高,40,另一个氯能否进一步水解？ 看活性！与X、K型比如何,进一步与纤维反应、水解反应温度,反应温度介于 X、K 双温染色,3、影响水解因素 染料反应性 染色温度 染色pH值,固色效率 固色反应速率与水解反应速率之比 固色率 与纤维成共价键结合的染料量与染色开始时投入的染料总量之百分率,四、固色效率、固色率及其影响因素,A、考虑简单情况： 不考虑纤维素上羟基位置、内外相OH-的影响 根据染色动力学研究,水

9、解反应速率,活性染料与纤维素反应动力学,固色反应速率,直接性，一般为几十几百,30 （pH710,固色效率Ed,假设染色浴比130，上染率30% 棉纤维1公斤染液体积30 L 染色前染料为100克上染30克，残留70克 棉纤维有效体积为0.22升/公斤 Df= 30/0.22 = 136克/升 Ds= 70/30 = 2.33 克/升,58,上染，固色同时进行与扩散系数有关； 纤维内外相OH-浓度不一样，水解程度差异 pH值、中性盐浓度 与纤维半径、孔道体积等有关,B 考虑复杂情况,固色反应速率 式4-9 孔道溶液中水解速率 式4-10 外相溶液中水解速率 式4-11,V为浴比；P为孔道体积；

10、V/P为染浴与孔道体积比；D扩散系数,固色效率： 与染料反应性比值、直接性,浴比、孔道体积、纤维内外相溶液中染料离子浓度nd与氢氧根离子浓度比值nh、纤维半径、扩散系数有关,K=Da /Di,Da-纤维上染料浓度,Di-内相溶液中染料浓度,Nd、nh：纤维内外相溶液中染料离子浓度、氢氧根离子浓度比值,A：染料反应性及反应性比值 染料反应性固色反应速率 水解反应速率 反应性比值kf/kh固色效率,影响固色效率因素,B：染料的亲和力或直接性 直接性大上染率固色效率 直接性太大，匀染性差、水解染料不易洗除,C：染料的扩散性能 扩散性能好 上染速率 匀染性 固色效率,pH值 CellO- 固色 水解

11、pH值太高对固色不利 纤维溶胀 pH值 11， pH值 固色效率,D: pH值,pH值11， CellO-负电荷斥力上染率 固色效率下降 pH为1011，一般碳酸钠、代用碱（固色碱,E：温度 固色反应速率 水解反应速率 温度固色效率 不同染料根据活性取不同固色温度； X型、K型、KN型、M型固色温度,F：电解质 Zeta 斥力 上染率 固色率 G：浴比 小浴比 浓度 上染率 固色率,染色方法 浸染 轧染 轧蒸 轧焙 湿蒸 冷轧堆,5-3 活性染料对纤维素纤维染色工艺,一、上染过程 相同 四个过程 不同-吸附、扩散过程中 固色反应-过早固色匀染性 水解反应-失去与纤维反应能力,二、上染固色曲线,

12、先染色 中性条件减少水解 后固色 染色平衡后，加碱促使染料与纤维反应,加碱前 上染率平衡 固色率几乎为0,加碱后 固色率 上染率 why and 直 接性大小,分析上染固色曲线,加碱,问题：直接性大小匀染性关系，如何控制,S高 匀染性分批加盐、控制温度与时间 S低 加碱时引起不匀分批加碱,匀染性控制,分染色、固色二阶段,三、竭染特征值SERF及其物理意义,解释物理意义,A染料直接性和S、E值 加碱前，称为第一次上染：吸附、扩散 加碱后，称为第二次上染：固色、重新吸附、扩散 S：Substantivity 表示染料达到第一次平衡上染率，反映了染料直接性 S高染色不匀分批加盐、控制温度与时间 S低

13、固色不匀分批加碱,第一次上染 取决于染料直接性、染料浓度、染色温度、食盐 第二次上染 取决于固色温度、加碱方式 E：Exhaustion 表示加碱后总上染率,B.染料移染性、匀染性和MI、LDF 第一次上染 未形成共价键结合，吸附、解吸移染匀染性好 移染性与染料结构、浓度、染色温度、电解质等有关。 第二次上染 移染难,A 移染指数MI（Migration Index） 第一次上染织物对未染色织物在染色条件（不加染料）的移染率。 大于90%，移染性好 Q1移染织物的颜色深度（白布移染后K/S值） Q2被移染织物的颜色深度（色布移染后K/S值,表示方法,B 匀染因子LDF（Level Dyeing

14、 Factor,大于70%为好,R：Reaction rate 表示加碱5min或10min时固色率与最终固色率比值； T50：达到最终固色率一半所需时间； F：Fixation，最终固色率 主要取决于固色效率： 固色效率高数值大 固色效率高则E-F差值小，共价键增加,C.固色速率、固色率和T50（或R）、F值,一浴一步法 染色、固色同浴同时中进行 一浴二步法 先中性浴染色后加碱固色 二浴法 先中性浴染色，后碱性浴固色 通常采用一浴二步法,四、活性染料浸染,1.染色方法,一浴一步法 染料与碱同时存在，染料水解多，利用率低 操作方便，色光易控制 一浴二步法 染料水解少利用率高 二浴法 染料利用率

15、 色光难控制,2.工艺流程 染色固色皂煮水洗,3.工艺配方 活性染料 X% 食盐 2060克/升 匀染剂 0.5克/升 碳酸钠 1030克/升 温度、时间,活性染料 活性染料选择：各类染料均可 活性染料溶解：用热水，温度低于染色温度 X型：冷水或3040； K型7080； KN、M型6070 注意现配现用,4.工艺因素分析,食盐 促染作用 用量大 20120克/升 早（染色开始时就加） 危害 大量盐排放改变江河水质，生态环境 措施 开发代用盐 开发低盐活性染料 无盐染色,羧酸盐比无机盐促染效果好随羧基增多而增大; 一元羧酸盐-甲酸钠效果最好; 二元羧酸盐-邻苯二甲酸钾效果更明显; 三元羧酸盐最

16、好；多元羧酸盐，如柠檬酸钠 芳香酸盐比脂肪酸效果好，钾盐比钠盐更好； 综合成本,开发代用盐,阳离子对促染起主要作用； 阴离子会改变水的类冰结构，对上染也有影响,对染料母体（直接性、磺酸基）、活性基进行筛选、改性 Ciba公司开发成功Cibacron LS低盐型活性染料。食盐用量普通染料1/41/2 ，重演性好； 住友公司开发Sumifix supra系列染料（MCT+ VS），食盐用量普通染料的1/21/3，废水中染料含量只有常规工艺的2030% ； Dystar 推出低盐染色Remazol EF系列染料，活性基是乙烯砜基，食盐用量普通染料的1/3； Clariant推出 Drimarene

17、HF系列染料，共4个品种,开发低盐活性染料,无盐染色,纤维素改性，带正电荷上染率、固色率,匀染剂 匀染作用 控制方法,碱剂 pH值 10.5 氢氧化钠 磷酸三钠 硅酸钠 碳酸钠 碳酸氢钠 13.4 11.4 10.4 10.3 8.4,一种无机碱-固色剂，形成纤维素负氧 离子加速与活性染料之间反应； 中和固色、水解生成酸； 具有较高的碱度和良好的缓冲性能,染色性能好,碳酸钠作用,碳酸钠 15-25克/升，深色30克/升 分次加，麻烦 成本高 COD 2800 真丝：碳酸钠,代碱剂,液体混合碱剂(代碱剂) 包括供碱组分 缓冲组分 分散剂 螯合剂 具有用量少、使用方便、固着率高等优点,配方举例 氢

18、氧化钾 33.2 磷酸钾 17.6 硅酸钠 10.3 分散剂和螯合剂 5.0 水,温度 X K KN M 染色温度： 2030 6070 4060 6070 固色温度： 4045 9095 6070 6070 时间 染色 3045min 固色 3045min,作用 提高湿牢度； 除去浮色； 防止洗脱的染料重新污染 防止白地沾污（印花） 要注意共价键的断键问题,皂煮,碱性皂洗 共价键易断裂 水洗数次加醋酸中和用水量大 酸性或中性皂洗 本身酸性，中和后pH值,皂洗方法,209、LS、帮A 23克/升 碳酸钠 0.2克/升 95、1020 min 表面活性剂复配 浮色能除可能重新沾污,碱性皂洗,高聚

19、物皂洗剂,分散剂 皂洗能力强 使水解染料及浮色分散在水中； 螯合剂（聚丙烯酸盐PAA、聚羧酸） 屏蔽染液中的金属离子 提高抗沾污能力增强皂洗功效,活性染料皂洗酶,原理 对水解染料以及未固着染料有分解消色作用； 对已经与纤维发生共价键结合的染料无任何影响； 特点 缩短工艺流程； 环保，使用更安全； 提高湿磨擦牢度 上海雅运纺织助剂有限公司与德国拜耳公司（拓纳,酶洗工艺： 酶用量0.25g 温度5O6O、pH值-、20min 注意染料适应性 乙烯砜型、乙烯砜/一氯均三嗪型、乙烯砜/ 一氟均三嗪型活性染料酶洗效果 皂洗 双一氯均三嗪和烟酸型活性染料 皂洗,5.工艺举例 A 卷染（花富纺、玫红、25匹

20、、65Kg） 活性紫X-2R 520g 活性红X-3B 1000 g 平平加O 60 g 元明粉 4800 g 碳酸钠 1500 g 水量120升,B.绳染（富春纺、35Kg、翠蓝） 活性翠蓝K-GL 5000g 活性嫩黄K-6G 110 g 元明粉 20 Kg 平平加O 200 g 碳酸钠 4000 g 水量 1000升,翠蓝类染料是酞菁平面结构，对纤维素直接性低。上染率（50%）、固色率均比较低。如何想办法来提高呢,活性染料浸染,纤维素的阳离子化,6.X型活性染料双温染色 1.定义 X型活性染料按常规工艺染色、固色后再添加 碱剂，并提高染色温度以提高固色率的方法； 2.作用 固色率提高约1

21、520,40-45,产物1,产物2,3.作用原理,产物1 可以进一步与纤维反应、水解，反应 温度多少,80,产物2 进一步与纤维反应、水解反应,80,pH值？ 固色反应、水解反应产生盐酸pH值下降加碱 X型活性染料双温染色 温度80 加碱 可提高其上染率,一氯均三嗪及乙烯砜双活性基团活性染料双温染色方法,CN 200810162189,M型或B型活性染料用量0.0110、元明粉或食盐10 100g/L，纯碱230g/L，浴比1615； 或M型或B型活性染料用量0.0110，元明粉或食盐10 100g/L，代碱剂310-F 24g/L，浴比1615； 或M型或B型活性染料用量0.0110，元明粉

22、或食盐10 100g/L，碱稳剂310 12g/L，烧碱0.82g/L，浴比 1615,1、工艺配方,本发明染料利用率提高25；碱剂用量可节省20 30； 染色后阶段温度升高，水解染料的解吸率增加，纤维 上浮色减少，皂煮后减少水洗; 本发明减少污水的排放，有利于环境保护,2、染色过程,棉、麻或粘胶织物-双温染色-皂洗-整理,3、染色特点,五. 活性染料轧染,活性染料一相法轧染 活性染料二相法轧染,将染料和碱剂放在同一染浴中，织物浸轧染液后， 经烘干、汽蒸或焙烘以及平洗等过程 将染料和碱剂分放在二个染浴中，织物浸轧染液烘 干后再浸轧碱液 烘干、汽蒸或焙烘、平洗等,1.工艺流程 浸轧烘干汽蒸或焙烘

23、染后处理,一）活性染料一相法轧染,浸轧染液 活性染料 X g/l 润湿剂 13 g/l 尿素 050 g/l 5%海藻酸钠 3040 g/l 防染盐S 1 g/l 碱剂,染料： 各类染料水溶性、扩散性及易洗涤 润湿剂：降低表面张力，使染液快速、均匀渗透到织物内部 尿素： 助溶；吸湿、膨化纤维固色率 5%海藻酸钠：防泳移剂，防止染料在烘干过程中产生泳移 防染盐S：防止汽蒸时还原性物质破坏染料而使色光萎暗 碱剂染料,X型-小苏打 KN型-小苏打 K、M型-纯碱,浸轧方式 均匀轧车 一浸一轧或二浸二轧 轧液率棉60-75% 开车前冲淡10-20%否则前浓后淡 有直接性，回流液染料浓度 染料水解,轧染

24、匀染性与什么因素有关,烘干均匀烘燥 红外线 热风 烘筒 红外线热风烘筒,焙烘（轧烘焙工艺）或汽蒸（轧蒸工艺） 焙烘：150160 汽蒸：100102 染料溶解、纤维溶胀扩散进入纤维内部,焙烘：150160，13min 高温下纤维吸湿溶胀染料溶解、扩散进入纤维内部与纤维形成共价键结合； （X型染料）碳酸氢钠分解pH值固色反应速率 湿度低纤维溶胀不足导致固色率（6070）； 色牢度、鲜艳度差; 尿素用量多，污染环境,汽蒸：100102，时间染料 X型1560s： K型36min； KN型、M型12min 织物进入蒸箱后升温蒸汽在织物表面冷凝，纤维吸湿、溶胀染料溶解扩散到纤维内部形成共价键结合； （

25、X型染料）碳酸氢钠分解pH值固色反应速率 湿度较高，发色较充分； 用汽量大，能耗高,汽蒸或焙烘：促使纤维溶胀、溶解溶解 染料上染 湿度、加尿素等措施 能否省略烘干工序？ 效率低、固色速率、染料水解,浸轧烘干汽蒸或焙烘染后处理,湿短蒸,存在问题 湿织物直接汽蒸，升温速率汽蒸固色时间 织物含水量高达6070%活性染料会发生大量水解 降低固色率和色牢度,浸轧后不烘干，湿织物经短暂汽蒸处理完成上染过程,纤维吸收水 与纤维氢键结合 纤维孔道中水，不易自由流动，与染料反应速率较低 织物上自由水 大部分可以自由流动，容易和活性染料反应，是染料发生水解的主要因素,织物上水分与染料水解,实施方法,选用适当染料和

26、碱剂水解少 采用专用汽蒸设备快速升温，织物水分60%70% 棉织物30%左右 粘胶织物35%左右，湿态汽蒸快速固色 基本上吸附水，自由水很少水解少 保证纤维孔道中充满水、溶胀好有利于染料在孔道中溶解、扩散和对纤维吸附和固着,用蒸汽/空气混合气体或高温过热蒸汽作加热,烘房湿度2530，温度110130*2min 适用染料：活性较强 适用碱剂：碱性较弱，碳酸钠/碳酸氢钠,不需要红外线预烘 节约能源 减少泳移匀染性 流程短,设备投资少， 固色率较高,湿短蒸工艺优点,染色工艺举例：纯棉纱卡、炭灰色 染色处方gL 雷马素红RGB 10.8 雷马素金黄RGB 19.0 雷马素蓝RGB 24.6 渗透剂NF

27、 1.5 防染盐S 1 碳酸钠 10 温度130*3 min、相对湿度25,1.工艺流程 浸轧染液烘干浸轧碱液汽蒸或焙烘染后处理,二）活性染料的二相法轧染,2.工艺参数分析 浸轧染液 染料 X g/l 润湿剂 13 g/l 尿素 050 g/l 5%海藻酸钠 3040 g/l 防染盐,浸轧碱液 碱剂 X型： Na2CO3 1020 g/l K型: NaOH 1525 g/l KN型: Na2CO3 1020 g/l M型: NaOH 1525 g/l 食盐 2060 g/l 防止染料溶落,六、活性染料冷轧堆染色,冷轧堆染色定义 织物浸轧含有活性染料、碱剂的染液后，在室温下打卷堆置 一定时间，使

28、染料完成吸附、扩散、固着的工艺。 作用 提高固色率 降低能耗,特点 工艺流程短，设备简单，对环境污染小； 节约能源（不经烘干和汽蒸）； 浴比小、固色率高(比常规轧蒸法提高1525%)； 不产生泳移等病疵,冷轧堆染色原理 温度高 水解加剧 固色率下降； 温度低 减少染料水解 提高固色率； 固色反应速率也慢 需要较长时间,冷轧堆染色工艺 染料活性较高；溶解性好；直接性低 X、K、KN、M型均可,润湿剂：降低表面张力，使染液快速、均匀渗透到织物内部 尿 素：助溶；吸湿、膨化纤维 5%海藻酸钠 防染盐,促染剂：促染作用 碱剂 pH值比卷染、轧染高染料 活性大者，碱性弱； 活性弱者，碱性强,X型： Na

29、2CO3 530 g/l K型： NaOH 1215 g/l KN、M型 染料10 g/l时, Na3PO4 10 g/l + 染料克数/ l 染料10 g/l时，Na3PO4 57 g/l + NaOH 34 g/l,温度：室温 时间染料活性与碱剂碱性强弱、浓度,注意事项 打卷堆置，布层无气泡； 布卷要用塑料薄膜包好，以免水分蒸发而色差； 布卷应缓换转动，否则织物中染液因重力作用下淌而上下深浅不一； 轧液率低， 60%，否则易色差,5-4 活性染料染蛋白质纤维,一. 活性染料染真丝 酸性染料：色艳、牢度欠佳。 中性染料：牢度较好，色光不艳。 直接染料：手感、光泽、牢度不佳，弥补色谱。 活性染

30、料：色光较艳，牢度也较好,蚕丝纤维,1.染色原理,pH值 810 810 1012,分布位置 表面、无定形区 结晶区,含量（mol/kg） 0.20 0.60 1.25,来源 末端、侧链 酪氨酸 丝氨酸,反应基团 NH2 Ar-OH R-OH,碱浴法（中性染色碱性固色） 中性条件下，染料与纤维发生共价键结合； 加碱后进一步反应； 染色特点 固色率较高，牢度好； 得色浅（pH值高，上染过程有斥力，上染率,2. 染色方法,酸浴法（pH为46） 活性基团首先在酸性条件下水解，染料母体起作用； 染料母体类似于酸性染料，染色工艺与酸性染料相似。 染色特点 得色浓艳、上染率高； 固色率低，牢度差,中性浴法（pH为67） 活性基团与染料母体共同起作用 活性基团：在中性（pH为67）条件能反应 活性 染料母体：类似于酸性染料，染色温度母体； 关键看温度 染色特点 得色浓艳，上染率较高、固色率较高； 牢度较好,染色配方 活性染料 X% 平平加O 0.5 g/L 元明粉 30 g/L 碱剂： 最重要 温度*时间 染料,3. 染色工艺（碱浴法,双活性基团染料 碳酸钠 碳酸氢钠 0 1 2 4 1 2 4 FN-3G 32.2 43.7 40.8 40.2 48.0 48.9 50.6 M-3BE 61.4 73.5 72.8 71.1 72.5 74.3 74.