活性染料

活性染料(又称反应性染料)是其染料离子或分子中含有能与底物上基团键合的反应性基团,并藉此染色的一种染料。在适当条件下,活性基团通过与纤维素上的羟基、与蛋白质聚酰胺纤维上的氨基形成共价键而上染,因此活性染料染色通常具有良好的牢度。活性染料是羊毛尼龙的重要染色方法。[1][2][3]  

结构与特点编辑

活性染料的化学结构式可用此通式表示:W-D-B-Re,式中W为水溶性基团(如磺酸基羧基),D为染料母体或发色基,B为连接基团(有些染料没有桥连基),Re为反应性基团,活性染料的分子结构一般比较简单(相较于直接染料酸性染料而言)。  

优点编辑

活性染料有色谱丰富、成本较低、水溶性好、易染匀色的特点,并且是最重要的纤维素纤维染色方法。[4]由于染色时形成了共价键,它的耐皂洗和摩擦牢度都较好(取决于染料母体和染色浓度),能广泛应用于、粘胶纤维、羊毛聚酰胺纤维的染色中。  

缺点编辑

活性染料在浴染的同时,伴有水解反应,从而降低了染料的利用率。[5]活性染料虽然染色方法简单,但染色时间较长,水和中性盐的用量较大,产生的废液对环保不利。此外,活性染料的耐日晒和氯漂牢度较差,耐候性不佳,蒽醌结构的蓝色活性染料还有烟气褪色现象。  

类别编辑

按活性基团来给活性染料分类,可以分为均三嗪类、嘧啶类、乙烯基类、膦酸基类等等。按母体种类可以将活性染料分为偶氮类、金属络合类、蒽醌类、铜酞菁类等等。一般都是以活性基来为活性染料分类。   部分活性染料,按活性基分类。[6]

活性基 键合部分 染色温度 特点 商品名参考
一氯均三嗪 杂环 80°C 热固型染料,易于存储,遇碱易水解 Basilen E & P, Cibacron E, Procion H
一氟一氯均三嗪 杂环 40°C 价格较高,键合稳定,反应速率快 Cibacron F & C
二氯均三嗪 杂环 30°C 反应性高,易水解,不易储存 Basilen M, Procion MX
二氟一氯嘧啶 杂环 80°C 用于染羊毛,固色率高,酸性条件染色 Verofix, Drimarene K & R
二氯喹噁啉 杂环 40°C 反应性高,可用于低盐染色,小浴比染色工艺 Levafix E & EA
三氯嘧啶 杂环 80-98°C 反应性低,易储存 Drimarene X & Z, Cibacron T
乙烯砜 双键 40°C 反应性高,溶解性好,适合冷轧堆法或连染 Remazol
膦酸基 膦酸基 60°C 适合于分散/活性一浴法染涤/棉混纺布 Procion T

机理编辑

卤代杂环类的活性染料,由于结构中含电负性较强的氮原子,使与之连接的碳原子电子云密度降低,成为带正电性的活化中心,容易与纤维上的基团发生亲核取代反应(SN2)。

 
卤代杂环活性基染色机理


含有乙烯砜结构的染料,是以β-羟乙基砜硫酸酯或其氨基取代的形式售卖。在碱性条件下,α-C上的氢和亲核部分被消去,得到活泼的乙烯砜基结构。由于的极化,β-C上带有部分正电性,并以此与纤维键合。[7]

 

活泼性顺序编辑

不同活性基的反应性排序(由强至弱)[8]

DCT[註 1]>MCDFP[註 2]>MFT[註 3]≈VS[註 4]>MCT[註 5]>TCP[註 6]>MNT[註 7]

 

双或多活性基活性染料编辑

只有单个活性基团的活性染料有时会有固色率低的问题,针对此,开发了许多含有双(或多个)活性基的染料。 多活性基活性染料可以是相同活性基的迭代,也可以是不同活性基的组合,如一个均三嗪结构的活性中心和一个乙烯砜基结构的组合。双活性基染料的优点是有高固色率,并能承受更高的染色温度,因此可以作为一种混纺染料使用,也可以特化染料的某一方面特点,如更好的牢度或是环境友好型染料[4]

用途编辑

活性染料的研究可以追溯到19世纪晚期,第一次有记载的商业化在1950年代,帝国化学工业RatteeStephens首次推广了以氯代均三嗪作为母体和发色基间的连接基。 三氯均三嗪至今仍是常用的活性基“平台”,通常使用胺(或是烷氧基)取代一个氯作为桥连基,将发色基与之相连:

(NCCl)3 + dye-NH2→ N3C3Cl2(NH-dye) + HCl

余下的嗪环上的氯可以置换连接到纤维素纤维上:

N3C3Cl2(NH-dye) + HO-Cellulose → N3C3Cl(NH-dye)(O-Cellulose) + HCl

该过程需要在碱性缓冲溶液浴染中进行。 另一种在商业运输、存储过程中有优势的是乙烯砜基结构,与氯均三嗪类似,与纤维素上羟基键合上染。

 

 
二氯均三嗪和乙烯砜型染料染色过程(Cell = 纤维素; R = 发色基)

 

备注编辑

  1. ^ 二氯均三嗪
  2. ^ 二氟一氯嘧啶
  3. ^ 一氟均三嗪
  4. ^ 乙烯砜
  5. ^ 一氯均三嗪
  6. ^ 三氯嘧啶
  7. ^ 烟酸均三嗪

 

参考文献编辑

  1. ^ Alan Johnson. The theory of coloration of textiles. 1989.  |journal=被忽略 (帮助)
  2. ^ M. R. Sampath. Dyeing of vat dyes. Colourage. 2002, 49 (4): 101-106. 
  3. ^ J. R. Aspland. Vat dyes and their application. Textile Chemist and Colorist. 1992, 24 (2). 
  4. ^ 4.0 4.1 Horst Tappe, Walter Helmling, Peter Mischke, Karl Rebsamen, Uwe Reiher, Werner Russ, Ludwig Schläfer and Petra Vermehren "Reactive Dyes"in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a22_651
  5. ^ Chares M. Horne; Honex; Chapel Hill. A review of vat dyeing on cotton yarns. Textile Chemist and Colorist. 1991, 23 (2). 
  6. ^ Stig Hjortshøj (1999), pp. 44–45.
  7. ^ 陶乃杰. 染整工程(第二册). 北京: 中国纺织出版社. 1990. 
  8. ^ 路艳华; 张峰. 染料化学. 北京: 中国纺织出版社. 2009. ISBN 978-7-50645-817-7.