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1、第七章 活性染料1 概述1.染料分子结构中含有可与纤维中的OH、NH2等发生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.传统活性染料上染率和固色率较低，主要用于染中浅色；染色过程中需加大量电解质促染，废水中盐浓度高。5.新型活性染料的开发主要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。2 活性染料的结构及性能一、活性染料的结构 结构通
2、式：SDBR S：水溶性基团，如SO3Na；D：染料母体，决定染料的颜色、鲜艳度、牢度及直接性；B：连接基，一般为NH；R：活性基团，决定染料的反应性、固色率、耐水解稳定性、贮存稳定性等性能。理想的活性染料应具备如下性能：良好的水溶性反应性强，固色率高，贮存稳定性好染色牢度好扩散性、匀染性好，上染率高染料的提升性、染深性好浮色容易去除，不沾色成本低、污染小。二、活性基团活性染料应同时具有一定的活泼性活泼性和稳定性稳定性。活性基团结构还与染料的溶解度、直接性及扩散性等性能有关。（一）含活泼卤素原子的氮杂环活性基活性染料的反应性与活性基中C原子的正电性正电性有关，C原子的正电性越强，活性基的反应性
3、越强。1.均三嗪型活性基2.结构通式结构通式：3.简写为：（1）二氯均三嗪型活性染料（X型）结构通式结构通式：特点特点：反应性强，适于低温（2545）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，固色率较低，贮存稳定性差。（2）一氯均三嗪型活性染料（K型）结构通式结构通式：R：NH2、NHCH3、NHAr、N(CH3)Ar、OR等。特点特点：反应性弱，适于高温（90以上）染色，可在碱性较强的条件下与纤维反应，又称热固型活性染料，染料不易水解，贮存稳定性较好，“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结构通式结构通式：如Cibacr
4、on F型活性染料特点特点：反应性介于X型和K型染料之间（X型F型K型），适于在4060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结构通式：（1）三氯嘧啶型：如 Drimarene X型（Sandoz公司）Reactone（CibaGeigy公司）（2）二氯一氟嘧啶型（X1=X2=Cl，X3F）：如 Drimarene Z型（Sandoz公司）（3）二氟一氯嘧啶型（X1=X2=F，X3Cl）：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
5、啶型：如 Verofix P型（Bayer）特点特点：（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、耐碱的水解稳定性好，适合高温染色。3.喹噁啉活性基结构通式结构通式：如 Levafix E型染料（Bayer）特点特点：反应性比K型染料强；在碱溶液中稳定，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（SO2CHCH2）结构通式结构通式：DSO2CH2CH2OSO2Na如 国产KN型染料 Remaz
6、ol（Hoechst公司）Sumifix（日本住友公司）商品染料的羟乙基砜硫酸酯基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乙烯砜基：DSO2CH2CH2OSO3Na D SO2CHCH2特点特点：（1）反应性：X型KN型K型，染色温度5070，在弱碱性条件下固色；（2）“染料纤维”共价键的耐酸稳定性较好，耐碱的水解稳定性差；（3）染料溶解性好，色泽鲜艳。（三）溴代丙烯酰胺结构通式结构通式：如：毛用PW型染料 Lanasol染料（CibaGeigy公司）特点特点：反应性高，固色率高，色泽鲜艳；用于蛋白质纤维染色 耐晒、湿处理牢度好，耐水解稳定性好。（四）其他活性基1.膦酸基活性
7、基结构通式结构通式：如：Procion T型染料（英国ICI公司）国产P型染料 活性黄P4G：特点特点：在弱酸性条件下（pH），用氰胺或双氰胺为催化剂，在高温（210220）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。适于涤/棉混纺织物一浴法染色。可与分散染料拼混，用于T/C混纺织物的印花和染色。2.-羟乙基磺酰胺硫酸酯基活性基结构通式：结构通式：特点特点：反应性比KN型低，稳定性提高。4.羧基吡啶均三嗪基活性基如：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。3.N羟甲基活性基 D
8、NHCH2OH在酸性条件下与纤维素纤维的OH反应。（五）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。单活性基染料的固色率一般在5070，复合活性基染料的固色率可达8090。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 HE型(染色用)。A.双侧型B.染料分子量较大，分子呈线性结构，直接性较高，常含有较多水溶性基团，常用于竭染法染色（吸尽染色法）。活性红KE3BB.单
9、侧型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。a+b=4Procion SP-2G 翠蓝色C.架桥型染料分子呈线性结构，直接性较高，常用于竭染法染色工艺。如活性黄（HE型）（2）一氯均三嗪活性基 乙烯砜活性基结构通式结构通式：国产：M型，ME型，Megafix B型国外：BASF公司：Basilen EM Hoechst公司：Remazol S型、SN型 住友公司：Sumifix Supra活性艳红 M3BEMegfix Red B3BFSumifix Supra Brill Red3BF特点特点：反应
10、性强，可在5080范围内染色；轧染时可缩短汽蒸时间；固色率高，色泽鲜艳；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个乙烯砜基此类染料品种减少，如Cibacron red C-2G。并非染料中活性基越多，染色性能越好。三、染料母体活性染料的染料母体决定染料的颜色（色泽、鲜艳度）、染色性能（溶解度、直接性、扩散性、浮色的易洗性、染色牢度等）。染料母体大部分与酸性染料相似，少数与酸性含媒染料相似。染料母体结
11、构包括偶氮类、蒽醌类、酞菁类等。（一）偶氮类浅色（黄、橙、红等）多采用单偶氮染料。活性艳橙KG蓝色等深色染料采用双偶氮染料。某些暗色品种（紫、棕、灰、黑、褐等）采用单偶氮的金属络合染料。活性紫K3R（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。溴氨酸 活性艳蓝 KNR蒽醌类活性染料颜色鲜艳，亲和力较低，扩散性能好，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。活性翠蓝 KGL（四）其他母体1.甲 金属络合物2.(formazan)3.
12、甲 活性深蓝4.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。采用双氧氮蒽类活性染料，可替代价格高的蒽醌类染料。3 活性染料的合成合成方法：在染料母体中引入活性基含活性基的化合物作为染料中间体合成染料一、均三嗪型活性染料的合成1.染料母体与三聚氯氰直接缩合2.活性艳蓝XBR3.活性艳蓝KGR2.中间体先与活性基缩合，再合成染料大多数偶氮类活性染料，特别是氨基萘酚磺酸为偶合组分的活性染料，常采用这种方法。活性艳红X3B 活性艳红
13、K3B二、乙烯砜型活性染料的合成一般先制成带活性基的中间体，再合成染料。1.偶氮类活性染料2.常用羟乙砜基苯胺羟乙砜基苯胺为重氮组分，与偶合组分反应。3.活性艳橙 KN4R2.蒽醌类活性染料由羟乙砜基的胺类羟乙砜基的胺类与溴氨酸缩合，引入羟乙基砜基，再酯化。活性艳蓝KNR三、嘧啶型活性染料的合成由嘧啶的卤代物与染料母体缩合而成。四、喹噁啉型活性染料的合成由2,3二氯喹噁啉的酰氯衍生物与染料母体缩合而成。五、多活性基染料的合成（自学）4 活性染料的反应机理一、亲核取代反应亲核取代反应对于含氮杂环活性基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X：离去基，如F、Cl等Y：纤维素负离子
14、 催化剂：碱，如Na2CO3、NaHCO3、Na3PO4等 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。3.活性染料的水解反应染料的反应性越强，越易水解。碱性增强，染料水解程度提高。活性染料水解后，失去与纤维的反应能力。染色时，应兼顾染料固色速率的提高和降低染料的水解。4.含氮杂环染料结构对反应性的影响：含氮杂环上C原子的正电性原子的正电性越强，染料的反应活泼性越强。含氮杂环上N原子数多，C原子电子云密度低，反应性强。取代反应主要发生在电子云密度低的位置。反应性：
15、均三嗪 嘧啶 吡啶含氮杂环上取代基的吸电子性越强，染料反应性越强；吸电子基数目多，反应性强。引入给电子基，反应性降低。吸电子性：F Cl OR NHR二、亲核加成反应对于活性基中含有活泼碳碳双键含有活泼碳碳双键或在染色过程中能形成活泼碳碳双键形成活泼碳碳双键的染料，染料与纤维的反应属于亲核加成反应。Z：吸电子连接基 X：离去基 HY：纤维素纤维（Cell-OH）蛋白质纤维（W-NH2）水(H2O)C原子的正电性越强，染料的反应性越大原子的正电性越强，染料的反应性越大。比较反应性：（1）乙烯砜型活性染料与纤维素纤维的反应染料：KN型碱：催化剂“染料纤维”键是醚键。（2）活性染料与羊毛的反应Hos
16、talan染料（Hoechst公司）：（3）Lanasol毛用活性染料的反应该类染料同时存在亲核加成亲核加成和和亲核取代亲核取代反应，反应速率快，固色率高。5 染料结构与性能的关系1.活性染料的反应性与活性基的结构有关反应性：二氯均三嗪型二氟一氯嘧啶型二氯喹噁啉型甲砜代嘧啶型，乙烯砜型一氯均三嗪型，氯化嘧啶型，丙烯酰胺型。含氮杂环活性基中，N原子数多，活性基的反应性强。2.活性染料的反应性与取代基的关系染料活性基中吸电子基的吸电子性越强，染料的反应性越强；吸电子基数目多，染料的反应性强。活性染料的反应性强，染料与纤维的反应速率快，固色温度低；同时染料的水解速率也提高。3.染料结构与直接性的关系
17、染料分子结构大，染料对纤维的直接性高，适合于竭染染色；染料分子结构小，水溶性基团的比例高，染料溶解性好，对纤维的直接性低，适合于轧染和印花，浮色容易洗除。为提高染料对纤维的直接性，提高竭染染色时染料的上染率，一般采用类似直接染料的染料母体，或采用双活性基的活性染料。Kayacelon ReactCibacron L型 L：直链基Procion HEXL 普施安（Procion）红 HE3R（C.I.red 120）（直接性指数86，吸净指数91，固色率79）6 活性染料与纤维间共价键的稳定性“染料纤维”共价键在一定条件下会发生断裂，造成染色牢度降低。R：活性基 （水解染料）“染料纤维”共价键的
18、水解反应属于亲核取代反应。“染料纤维”共价键的稳定性与活性基结构、酸碱等外界因素有关。“染料纤维”共价键的稳定性与活性基C原子的正电性有关。活性基C原子的正电性强，“染料纤维”共价键的稳定性差。“染料纤维”键水解稳定性：D A C B比较染料的反应性及“染料纤维”共价键的稳定性乙烯砜类活性染料与纤维素纤维反应后，生成醚键，其耐酸水解性好，但耐碱水解性较差。活性基“染料纤维”键稳定性(级)酸性水解碱性水解乙烯砜型一氯均三嗪型二氯均三嗪型二氯喹噁啉型三氯嘧啶，二氟一氯嘧啶45323234234343445蛋白质纤维的活性基团种类较多，活性染料与蛋白质纤维共价键稳定性比较复杂。一般来说，染料与纤维中NH2反应形成的共价键的稳定性较高，与纤维中OH反应形成的共价键的稳定性较低。