活性染料的基础

1、 活性染料基础一、染料的概述1、 染料分子结构中的含有可与纤维中的-OH、-NH2等发生反应的活性基团，染料与纤维形成共价键结合，染色牢度较好，特别是湿处理牢度，但某些染料耐酸、耐碱稳定性较差，有些染料耐氯漂牢度较差。2、 染料水溶性较好，色泽鲜艳，色谱齐全，匀染性好，传统活性染料成本较低。3、 主要用于纤维素纤维染色，也可用于蛋白质纤维染色（毛用活性染料）、聚酰胺纤维染色。4、 用传统活性染料上染率和固色率率较低，主要用于染中浅色；染色过程中需加大量电解质促染，废水汇总盐浓度较高。5、 新型活性染料的开发主要是在提高利用率和固色率、提高染深性、低盐染色的活性染料方面。二、活性染料的结构一般如

2、下： SBDR 其中，S是水溶性基团，如SO3Na； B是染料主体，决定燃料的颜色，牢度，鲜艳度以及直接性； D是连接基，通常是NH-； R是染料的活性基团，它决定了染料的反应性，固色性，耐水解稳定性，储存稳定性等性能。 根据R基团的不同，活性染料可以分为以下几种：（一）、含活泼卤素原子的碳氮杂环活性基 活性染料的反应性与活性基中的C原子的正电性相关，C原子的正电性越强，活性基的反应性越强、1、均三嗪型活性基 结构通式： （1）二氯均三嗪型活性染料（X型） 结构通式： 特点：反应性强，适用于低温（2545度）染色，可在碱性较弱的条件下与纤维反应，又称普通型或冷染型活性染料。但染料容易水解，固色

3、率较低，储存稳定性差。 （2）一氯均三嗪型活性染料（K型） 结构通式： R：-NH2、-NHCH3、-NHAr-、-N(CH3)Ar、-OR等。 特点：反应性弱，适用于高温（90度以上）染色，可在碱性较强的条件下与纤维发生反应，又称热固性活性染料，染料不易水解，储存稳定性较好，“染料-纤维”共价键的水解稳定性比X型染料好。 （3）一氟均三嗪型活性染料（F型） 结构通式： 特点：反应性介于X型和K型染料之间（X型>F型>K型），适用于在4060度染色，具有高反应性和高固色率，“染料-纤维”共价键的水解稳定性比X型染料好。 2、卤代嘧啶活性基 结构通式： （1）三氯嘧啶型： X1=X2

4、=X3=Cl 如 Drimarene X型（Sandoz公司）、Reactone（Ciba-Geigy公司） （2）二氯一氟嘧啶型（X1=X2=Cl,X3=F） 如Drimarene Z型（Sandoz公司） （3）二氟一氯嘧啶型（X1=X2=F,X3=Cl） 如Drimarene R型（Sandoz公司）、Drimalon F型（Sandoz公司）、Verofix（Bayer）F型（国产染料） （4）一氯嘧啶型： 结构式： 如：VerofixP型（Bayer），卤代嘧啶活性型染料的特点是： （1）反应性低 如在取代基相同的条件下，嘧啶型比均三嗪型染料的反应性低；二氯嘧啶型及三氯嘧啶型比K型染

5、料的反应性还低。在嘧啶环上引入吸电子基，染料的反应性提高。 （2）稳定性高，不易水解，“染料-纤维”共价键的耐酸、耐碱的水解稳定好，适合高温染色。3、喹恶啉活性基： 结构通式： 如Levafix E型染料（Bayer） 特点：反应性比K型染料强；在碱液中稳定，比K型和X型染料稳定性高；可采用短蒸法与纤维素纤维反应固色。（二）乙烯砜活性基（-SO2CH=CH2） 结构通式：DSO2CH2CH2OSO2Na 如国产KN型染料、Remazol（Hoechst公司）、Sumifix（日本住友公司） 商品染料的羟乙基砜硫酸酯基在碱性染色条件下生成可与纤维反应的乙烯砜基： DSO2CH2CH2OSO3Na

6、DSO2CH=CH2 特点： （1）反应性：X型>KN型>K型，染色温度5070度，在弱碱条件下固色； （2）“染料纤维”共价键的耐酸稳定性好，耐碱的水解稳定性差； （3）染料溶解性好，色泽鲜艳。（三）乙烯砜氨基衍生物 特点：反应性比KN型低，稳定性提高。（四）溴代丙烯酰胺 如毛用PW型染料、Lanasol染料（CibaGeigy公司） 特点：（1）反应性高，固色率高； （2）适用于蛋白质纤维染色； （3）耐晒、湿处理牢度好，耐水解稳定性好。（五）膦酸基活性基 结构通式： 如：国产P型染料、Procion T型染料（英国ICI公司） 活性黄P4G： 特点： 在弱酸性条件下（PH=5

7、.56.5），用氰胺或双氰胺为催化剂，在高温（210220度）下脱水，膦酸基形成膦酸酐，与纤维素纤维的OH发生加成反应而固色。 可与分散染料拼混，用于T/C混纺织物的印花和染色。（六）其他活性基 （1）N羟甲基活性基结构式为：D-NHCH2OH 特点：在酸性条件下与纤维素纤维的OH反应。 （2）羧基吡啶均三嗪基活性基 结构式： 如国产R型染料，Kayacelon React染料（日本化药） 特点：在高温、中性条件下固色，适用于T/C、T/粘等混纺织物的一浴一步法染色。（七）复合活性基 在染料分子中引入双活性基或多活性基染料，目的是提高染料的固色率。单活性剂基染料的固色率一般在50%70%，复合

8、活性剂基染料固色率可达80%90%。 引入多个活性基后，染料对纤维的亲和力提高，为便于去除浮色，染料中水溶性基团较多。活性基团可以相同，也可采用不同的活性基。（1） 双一氯均三嗪基如国产染料：KE型、KP型、KD型；英国卜内门（ICI）公司的Procion SP型（印花用），Procion SP型（染色用）。A 双侧型染料 染料分子量较大，直接性较高，常含有较多水溶性基团，常用于竭染法染色。 B 单侧型染料 染料分子一般为非线性结构，同平面性较差，直接性较低，主要用于印花，固色率高，水解染料少。如Procion SP型、国产KP型活性染料。C 架桥型染料 具有架桥型结构的染料直接性较高，常用于

9、竭染法染色工艺，如（2） 一氯均三嗪活性基+乙烯砜活性基 结构通式： 如国产的M型，ME型，Megafix B型；国外的Basilen EM(BASF公司)，Remazol S型、SN型（Hoechst公司），Sumifix Supra（日本住友公司）。 特点：1) 反应性强，可在5080范围内染色；轧染时可缩短汽蒸时间；2) 固色率高，色泽鲜艳；3) 兼有两种活性基的特性，如克服均三嗪型染料的“染料纤维”键耐酸性差的缺点，同时克服乙烯砜型染料耐碱性差的缺点。“染料纤维”共价键的耐酸、耐碱稳定性较好。（3）两个一氟均三嗪基（如汽巴公司：Cibacron LS型染料） （4）1个一氯均三嗪基+2

10、个乙烯砜基 此类染料品种减少，如Cibacron red C-2G。这说明并非染料中的活性基越多，其染色性能越好。三、染料母体 染料母体结构包括偶氮类、蒽醌类、酞箐类等。其大部分与酸性染料相似，少数与酸性含媒染料相似。它决定染料的颜色（色泽、鲜艳度）、染色性能（溶解度、直接性、扩散性、浮色是否容易除去、染色牢度等）。 （一）偶氮类 1.浅色（黄、橙、红等）多采用单偶氮染料 2.蓝色等深色染料采用双偶氮染料； 3.某些暗色品种（紫、棕、灰、黑、褐等）采用单偶氮的金属络合染料。 （二）蒽醌类 主要是蓝色品种，其中溴氨酸的芳胺化合物是重要的染料母体。 蒽醌类活性染料颜色鲜艳，亲和力较低，扩散性能好，

11、日晒牢度好。在活性染料中同时引入蒽醌染料（蓝色）与偶氮染料（黄色）的母体，即采用混合型母体可制备绿色染料。 （三）酞菁类 翠蓝色染料，色泽鲜艳，日晒牢度好，但染料直接性大，水解染料不易洗净。如下图所示活性翠蓝KGL，其中a1，a+b+c3.5（四）其他母体 1.甲 金属络合物 这类新型蓝色染料具有金属络合染料的深色谱和染色牢度好的优点，而且色泽鲜艳。 2.其他染料母体 吡啶酮类、双氧氮蒽类、二氮蒽类、三芳甲烷类等。其中吡啶酮类、双氧氮蒽类染料的摩尔消光系数高，色泽鲜艳，染色性能和染色牢度较好。印染过程中采用双氧氮蒽类活性染料，可替代价格高的蒽醌类染料。四活性染料的作用机理 （一）亲核取代反应

12、对于含氮杂环活性基的活性染料： 1.活性染料与纤维素纤维的反应 以二氯均三嗪类活性基与纤维素纤维的反应为例。与氯相连的碳原子电子云密度低，能形成易接受纤维素负离子进攻的反应中心，从而发生亲和取代反应。当一个氯被取代后，与另一个氯相连的C原子电子云密度提高，取代反应不易进行。如果是高温强碱的反应条件下，还可能与纤维素负离子进一步发生键合反应，生成如下化合物。 反应过程如下：第一步：纤维素负离子的亲核加成反应，生成不稳定的中间产物； 第二步：CCl键的离解，氯以氯离子形式进入溶液。 催化剂：常用碱如Na2CO3、NaHCO3、Na3PO4等。 同样是亲核取代反应，一氯均三嗪与二氯均三嗪染料有着很大

13、的不同： （1）从结构上看，一氯均三嗪以-NHR（或者-OR）代替了均三嗪环上的氯原子，-NHR（或OR）具有供电性，使相邻C原子上的电子云密度提高，稳定性提高，从而降低了相邻碳原子的反应性。 （2）一氯均三嗪的结构决定了其反应需要较为剧烈的条件 1）浸染时，较高的固色温度及PH； 2）连续轧染时，汽蒸的时间要长； 3）轧卷染色时，堆置时间要长。 （3）一氯均三嗪染料在储存时可以保持相对的稳定，具有更长的储存周期。2、二氟一氯嘧啶型活性染料与羊毛纤维的反应 蛋白质纤维中含有-NH2、-OH、-SH等亲核基团可与染料发生反应，形成共价键。由于纤维中-NH2比例最多，染料与纤维的反应以-NH2为主

14、。（二）亲核加成键合机理 乙烯砜型染料与纤维素纤维的反应属于此类反应。以活性基为乙烯砜硫酸酯为例。 碱性条件下，砜基具有较强的吸电子性，使得-C上的H比较活泼而容易离解。硫酸酯的吸电子性使CH键具有极性，容易断裂，发生消去反应，生成乙烯砜基。 乙烯砜型活性染料容易受到亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应。这是因为砜基的电负性较高，-C电子云密度较低，从而容易与纤维素的负离子发生加成反应：五、活性染料的水解反应活性染料的水解是指在碱性条件下，活性基团与水中的OH-发生亲核取代或者加成反应，生成的水解活性染料不能再与纤维发生键合反应，使得染料浪费。 水解反应与键合反应是相随相伴的，其反应原理与条件是相

15、同的。因此在选择染料时不能单纯选择反应速度快的染料，应兼顾染料固色速率的提高和降低染料的水解。六、影响活性染料固色率的因素 活性染料浸染或者卷染，常先在中性浴中染色一段时间后，加碱剂进行固色处理。加碱后，上染的燃料量增大。固色率低于上染率，如上图所示。（一）染料性质的影响 1.染料反应性的影响 （1）染料结构：凡能降低中心碳原子上电子云密度的因素，都能提高染料的反应性； （2）活性基：种类不同，反应性不同；同一活性基，取代基不同，反应性不同；同一活性基，离基不同，反应性不同。 （3）染料母体：分子量高，反应性低；结构复杂，反应性低。 （4）桥基： 亚氨基在碱性条件下离子化，使亚氨基的供电子性增

16、加，提高了均三嗪环和反应中心碳原子上的电子云密度，使反应性降低。 N-甲亚氨基不会发生离子化，反应性高。 甲酰胺基，反应性较高。（5）外界因素： 染液PH值高，反应性较高； 固色温度高，反应性较高； 中性电解质浓度大，反应性较高。 2.染料亲和力的影响 染料的上染是固色的前提，染料的亲和力越大，染料的上染率越高，染料的固色率也越高。染料的亲和力过大，染料的扩散性差，影响染料的固色率，同时水解后粘附在纤维上的染料也不易除去。3.染料扩散性的影响 染料扩散性好，染料在纤维上的分布越均匀，染料与纤维发生键合的概率越高，固色率越高。（二）染色工艺条件的影响 1.PH值 （1）PH高，碱性强，利于纤维素离子化，纤维素负离子的浓度增加，纤维溶胀大，键合反应速率提高，固色率一般也将提高。 （2）在PH值较低时，【Cell-O-】随着PH值升高而增加。 （3）超过某一PH值，【OH-】比【Cell-O-】增加的快，水解比例增加。 （4）PH值太低，反应速度很慢。 因此，PH值一般选为711。 2.固色温度 （1）温度升高，反应速度提高，但水解速度也提高，固色率降低。 （2）温度提高，平衡上染百分率将降低，也影响固色率。 （3）选择合适的温