活性染料染色原理

第节授课教师李美真授课班级纺织0授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03第五节缩呢授课教师李美真授课班级纺织03第五节缩呢授课班级纺织09第四章纺织品染色•第一节概述–染料概述–光、色、拼色和电子计算机配色–染色基本理论–染色方法和染色设备•第二节直接染料染色•第三节活性染料染色•第四节还原染料和可溶性•还原染料染色•第五节不溶性偶氮染料染色•第六节硫化染料染色•第七节酸性染料染色•第八节酸性媒介染料染色•第九节酸性含媒染料染色•第十节分散染料染色•第十一节阳离子染料染色•第十二节涂料染色•第十三节新型纤维及羊绒的染色•第十四节混纺和交织物染色•第十五节针织物染色•第十六节染色发展动向染色第四章纺织品的染色第节授课教师李美真授课班级纺织0授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03授课教师李美真授课班级纺织03第五节缩呢授课教师李美真授课班级纺织03第五节缩呢授课班级纺织09第四章纺织品染色内容：活性染料的结构活性染料的染色性质活性染料的染色机理活性染料的应用第三节活性染料reactivedyes染色要点：1.活性染料的结构与染色性能的关系2.活性染料染色工艺要点第三节活性染料reactivedyes染色活性染料：又称反应性染料。分子结构中有一个或以上的活性基团，在适当条件下，能够与纤维发生化学反应，形成共价键结合。活性染料的历史：汽巴公司、赫斯特公司、卜内门公司、我国在1958年也开始生产活性染料。一、活性染料的性质1、水溶性染料，水中电离为负离子染料。2、优良的湿牢度和匀染性。(活性染料在纤维上一经染着，就有很好的染色牢度，尤其是湿牢度)3、色泽鲜艳（色泽鲜艳度、光亮度特别好）,色谱齐全（一般不要其它类染料配套），使用方便，成本低廉。4、染料在水中会发生水解，染料-纤维键稳定性较差，会发生断裂,因此利用率低，难以染深色,需固色。5、适用范围：纤维素纤维，蛋白质纤维，聚酰胺纤维，还常用于印花。6、耐氯牢度差，耐气候、烟熏牢度差。二、活性染料的类型化学结构式:S-----D---B---Re||||染连活水溶性基团料接性多为磺酸基发基基(母体上常有1-3个)色体H2ODye—SO3NaDye—SO3ˉ+Na+呈染料负离子型离去基团母体染料接上活性基即可制得活性染料。活性基应用最多的是卤代均三嗪，卤代嘧啶，乙烯砜等几类。活性染料的母体结构：1、偶氮类活性染料偶氮活性染料多以单偶氮结构为主，尤其是红、黄、橙等浅色系列。近年来为改善这类染料的直接性，提高固色率，满足低盐或无盐染色要求，常通过增大母体结构及分子量，提高母体结构的共平面性，以及增加与纤维形成氢键的基团数等来达到目的。单偶氮结构为主：黄、橙、红色SO3NaNNOHNHSO3NaNaO3SNNNClNHCl活性艳红K-2BP(C.I反应性红24)第八章活性染料双偶氮结构：紫、黑、棕、灰等深色品种。金属络合结构：紫、深蓝、黑色OSO3NaNaO3SOH2CH2CO2SNCuNNaO3SNHCOCH3O活性艳紫KN-4R(C.I.反应性紫5)SO3NaNaO3SNNNH2NaO3SOHNNNaO3SOH4C2O2SSO2CH2CH2OSO3Na活性黑KN-B(C.I.反应性黑5)第八章活性染料2、蒽醌类活性染料蒽醌类活性染料主要为溴氨酸的衍生物，4位氨基上引入活性基；其色泽艳丽，具有较好的应用性能和各项牢度。主要为艳蓝。SO2CH2CH2OSO3NaOOSO3NaNHNH2活性艳蓝KN-R(C.I.反应性蓝19)第八章活性染料3、酞菁类活性染料含酞菁类母体结构的活性染料大多为翠蓝色，以及经分子内拼色等得到的绿色，色泽十分鲜艳，具有较高的耐光牢度。SO3NaaSO2NHCH2CH2NH(SO2NH2)(SO3Na)CuPcNNNClNHSO3Nabcab++=3.5~4.0c（）活性翠蓝K-GL(C.I.反应性蓝14)通常黄、橙、红浅色色调的染料系用单偶氮及双偶氮染料，紫、灰、黑、褐色等暗色系用金属络合染料，艳蓝及绿色常用蒽醌衍生物或酞菁染料。染料母体主要是偶氮、蒽醌、酞菁等，以单偶氮类为多。1、均三嗪型活性染料X1、X2可为卤素原子，根据数目和种类的不同又可分为一氯，二氯，一氟等。三、活性染料的结构与染色性能的关系制备氯代均三嗪活性染料的重要原料是三聚氰氯：HONHNaO3SNNNClClNH2SO3NaCl+HONaO3SSO3NaNNNClClNa2CO30℃～5℃①一氯均三嗪活性染料（国产K型活性染料）一氯均三嗪染料反应性较弱，稳定性好，80℃以上水溶解，染料-纤维键较稳定，固色率在80%以上。反应性低的活性基，可在较高的温度及较高的pH值下进行染色；还适用于印花工艺（印浆稳定），易于后处理。②二氯均三嗪活性染料(X型)，是最普遍使用的三嗪染料反应性活泼。30-50℃水中溶解；染料-纤维键稳定性差，需固色，固色率低；常用于低温染色。反应性太强，活泼性太高，染料容易水解，无法保存。反应性高的活性基，应在较低的温度下进行，在碱性较弱的条件下进行固色。一氯甲氧基均三嗪（CibacronPront）染料。其反应性介于一氯均三嗪与二氯均三嗪之间，具有较好的印浆稳定性，特别适用于短蒸印花工艺。NNNNHDOCH3Cl③一氟均三嗪活性染料（CibacronF，R型）比一氯均三嗪型活性基团更为活泼。适于中低温染色的工艺(40～60℃)。采用负电性更强的氟来取代氯2、卤代嘧啶型活性染料：活性基为卤代嘧啶基NNClHClD－NHNNClClClD－NH嘧啶基是二嗪结构，核上碳原子的正电性较弱，因而比均三嗪结构的反应性低。所以嘧啶型活性染料最不易水解，“染料-纤维”键的稳定性高，特别适于高温染色（涤棉染色）。NNFClFD－NH二氟一氯嘧啶的活性基(国产的F型活性染料)，具有中等的反应活泼性，而有较高的固色率，适合40-80℃染色，纤维-染料键稳定性好，价格高，多用于羊毛。更重要的是它与纤维的结合键有很好的耐酸和耐碱的水解稳定性。3、乙烯砜型活性染料（雷马素活性染料，DyStar公司生产）（KN型）活性基是β–硫酸酯乙烯砜，通式为D-SO2CH2CH2OSO3NaNaOHD—SO2CH2CH2OSO3Na→D—SO2CH=CH2染色时碱性介质中先脱去硫酸酯基，形成乙烯砜基后再和纤维反应。DyStartextiledyes:Textiledyes,fabricdyeing,dyestuff,reactivedyes,aciddyes,sulfurdyes,directdyes,basicdyes,vatdyes,dispersedyesetc反应性介于X型（二氯均三嗪）和K型（一氯均三嗪）之间，性能较稳定，染色温度50～70℃。有理想的匀染效果（即使染色条件很差），但鲜艳度差，固色率较低85%（固色过程中染料-纤维键水解严重，耐碱能力较差）D—SO2CH2CHOSO3NaD—SO2CH=CH2D—SO2CH2CH2—O—纤维素OHOH+纤维素—+卤代氮杂环活性基的反应性能和杂环的π电子云密度分布有关,常见氮杂环的π电子云密度分布如下:NNNNNNNNNN0.9791.0100.9510.9870.9570.9261.0260.8990.9600.8831.1001.0491.1121.0801.116吡啶哒嗪嘧啶吡嗪均三嗪表10-7各类染料活性基团反应速率与固色温度、键稳定性的关系活性基团反应速率(水解常数)(pH值11，40℃，min－1)固色温度℃(纯碱条件)键稳定性(pH值6，60℃，min-1)二氯均三嗪二氟一氯嘧啶二氯喹噁啉一氟均三嗪乙烯砜一氯均三嗪3.3×10-12.61×10-21.7×10-20.65×10-24×10-34.7×10-420~4030~5030~5040~6050~7070~901.3×10-51.2×10-71.1×10-61.4×10-41.1×10-61.2×10-7键长数据表10-8各类活性基团染料的键稳定性键稳定性活性染料类型酸性水解碱性水解乙烯砜型4~5级2~3级一氯均三嗪型3级4级二氯均三嗪型2~3级3~4级二氯喹噁啉型2~3级3~4级三氯嘧啶，二氟一氯嘧啶4级4~5级注：酸性水解条件：HAcpH值3.5，40℃，1h；碱性水解条件：纯碱pH值11.5，90℃，1h，最后用褪色卡平级常用各类活性染料相对反应性强弱见图。二氯均三嗪类二氯喹恶啉类甲砜代嘧啶乙烯砜类（雷玛素）一氯均三嗪氯化嘧啶类丙烯酰胺类小反应性大4、膦酸基型活性染料（国产P型活性染料）染料在弱酸性条件下与纤维素纤维发生反应，形成共价键结合。(固色催化剂为氰胺或双氰胺)卜内门公司于1976年开发的染料，商品名为ProcionT适用于分散染料/活性染料一浴法（涤纶/纤维素纤维混纺织物）的染色，固色率高达90％左右。因为分散染料遇到碱剂会影响给色量与鲜艳度。5、a—溴代丙烯酰胺型的活性染料O‖D—NH—C—C=CH2︱Br(卤基，如Cl)典型代表兰纳素（Lanasol），国产为PW型，很适合染羊毛、羊绒，其鲜艳度高，牢度好，固色率在羊毛上为90％以上，在丝绸上为85％左右。Lanasol染料实质上是一个含双活性官能团的染料，专用染色助剂阿尔贝哥B（AlbegalB）。6、羧基砒啶均三嗪型活性染料（国内的R型）对纤维素纤维染色时，直接性大，反应性强，能在高温和中性条件下与纤维素纤维反应，可用于涤纶纤维/纤维混纺织物的一浴一步法染色。芳香环7、双活性基活性染料：具有双活性基⑴一氯均三嗪基+β–硫酸酯乙烯砜（M型）固色率高，一个活性基水解，另一个活性基仍在同纤维发生反应，反应性高，稳定性好。⑵两个一氯均三嗪（KE型，KP型）可提高固色率至80％～90％的水平，而且由于染料分子的增大，提高对纤维的亲合力，在高温染色条件下有利于染料的渗透与匀染。双侧型。呈线状结构，直接性较高，更适用于吸尽染色法，国产KD、KE型大多属于此类。单侧型。单侧型由于大多数不呈线状结构，染料与纤维的共平面性较差，直接性低，主要适用于印花这种染料固色率很高架桥型。NNNRNHDClNHNNNRClDNHNNNClNHNNNRClNNNNHNHBClNHNNNNHClDD四、新型活性染科1．低盐染色活性染料该染料分子结构较大，磺酸基含量较少，染料分子同平面性较强，含有可形成氢键的基团，染料对纤维的亲和力较大。盐的用量可降至普通活性染料染色的50％-65％。2．活性分散染料是含有活性基的难溶性染料，不含磺酸基、羧基，在水中以悬浮状态存在。活性分散染料可对纤维素纤维、锦纶、涤纶等纤维进行染色，特别适用于纤维素纤维与合成纤维混纺织物的一浴法染色，五．活性染料的反应性能（上染原理）1.亲核取代反应纤维上的负离子取代染料活泼基团上的氯原子，发生亲核取代反应取代基：纤维素-Oˉ，蛋白质-NHˉ，聚酰胺纤维-NHˉ，水中OHˉ。含取代基的物质称为亲核试剂。纤维负离子的亲核性＞OHˉ2、亲核加成反应具有碳碳双键活性基的染料可与亲核试剂发生亲核加成反应。典型代表：①β—硫酸酯乙烯砜②含膦酸基的活性染料在氰胺或双氰胺的催化作用下，在高温和弱酸性条件下可形成磷酸酐，再与纤维素纤维反应，以酯键的形式结合。其反应过程如下；③а—溴代丙烯酰胺基的活性染料与羊毛纤维反应时，可发生亲核取代和亲核加成反应其反应过程如下；六.活性染料的染色过程：上染（吸附，扩散）→固色→皂洗（一）和纤维素纤维的反应：1、活性染料的共平面性不如直接染料强。直接性太高，溶液中染料量减少，不利于扩散和透染。染料的扩散性好，纤维与染料的接触多，利于透染和匀染。2、碱性条件下固色：加碱（纯碱，磷酸三钠，小苏打）反应性强的染料，应在弱碱条件下固色。3.pH值太高，虽然纤维-染料键形成加快，但染料的水解也在加速，影响更大。4.温度提高温度，使纤维-染料与染料水解都增加，但对水解的影响更大。此外温度太高，还会降低平衡上染百分率（对X型