活性染料
活性染料(又稱反應性染料)是其染料離子或分子中含有能與底物上基團鍵合的反應性基團,並藉此染色的一種染料。在適當條件下,活性基團通過與纖維素上的羥基、與蛋白質或聚酰胺纖維上的氨基形成共價鍵而上染,因此活性染料染色通常具有良好的牢度。活性染料是棉、羊毛和尼龍的重要染色方法。[1][2][3]
結構與特點
[編輯]活性染料的化學結構式可用此通式表示:W-D-B-Re,式中W為水溶性基團(如磺酸基、羧基),D為染料母體或發色基,B為連接基團(有些染料沒有橋連基),Re為反應性基團,活性染料的分子結構一般比較簡單(相較於直接染料或酸性染料而言)。
優點
[編輯]活性染料有色譜豐富、成本較低、水溶性好、易染勻色的特點,並且是最重要的纖維素纖維染色方法。[4]由於染色時形成了共價鍵,它的耐皂洗和摩擦牢度都較好(取決於染料母體和染色濃度),能廣泛應用於棉、粘膠纖維、羊毛、絲、聚酰胺纖維的染色中。
缺點
[編輯]活性染料在浴染的同時,伴有水解反應,從而降低了染料的利用率。[5]活性染料雖然染色方法簡單,但染色時間較長,水和中性鹽的用量較大,產生的廢液對環保不利。此外,活性染料的耐日曬和氯漂牢度較差,耐候性不佳,蒽醌結構的藍色活性染料還有煙氣褪色現象。
類別
[編輯]按活性基團來給活性染料分類,可以分為均三嗪類、嘧啶類、乙烯碸基類、膦酸基類等等。按母體種類可以將活性染料分為偶氮類、金屬絡合類、蒽醌類、銅酞菁類等等。一般都是以活性基來為活性染料分類。 部分活性染料,按活性基分類。[6]
活性基 | 鍵合部分 | 染色溫度 | 特點 | 商品名參考 |
---|---|---|---|---|
一氯均三嗪 | 雜環 | 80°C | 熱固型染料,易於存儲,遇鹼易水解 | Basilen E & P, Cibacron E, Procion H |
一氟一氯均三嗪 | 雜環 | 40°C | 價格較高,鍵合穩定,反應速率快 | Cibacron F & C |
二氯均三嗪 | 雜環 | 30°C | 反應性高,易水解,不易儲存 | Basilen M, Procion MX |
二氟一氯嘧啶 | 雜環 | 80°C | 用於染羊毛,固色率高,酸性條件染色 | Verofix, Drimarene K & R |
二氯喹噁啉 | 雜環 | 40°C | 反應性高,可用於低鹽染色,小浴比染色工藝 | Levafix E & EA |
三氯嘧啶 | 雜環 | 80-98°C | 反應性低,易儲存 | Drimarene X & Z, Cibacron T |
乙烯碸 | 雙鍵 | 40°C | 反應性高,溶解性好,適合冷軋堆法或連染 | Remazol |
膦酸基 | 膦酸基 | 60°C | 適合於分散/活性一浴法染滌/棉混紡布 | Procion T |
機理
[編輯]鹵代雜環類的活性染料,由於結構中含電負性較強的氮原子,使與之連接的碳原子電子云密度降低,成為帶正電性的活化中心,容易與纖維上的基團發生親核取代反應(SN2)。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d9/Haloheterocycle_mechanism_SN2.png/500px-Haloheterocycle_mechanism_SN2.png)
含有乙烯碸結構的染料,是以β-羥乙基碸硫酸酯或其氨基取代的形式售賣。在鹼性條件下,α-C上的氫和親核部分被消去,得到活潑的乙烯碸基結構。由於碸的極化,β-C上帶有部分正電性,並以此與纖維鍵合。[7]
活潑性順序
[編輯]不同活性基的反應性排序(由強至弱)[8]:
雙或多活性基活性染料
[編輯]只有單個活性基團的活性染料有時會有固色率低的問題,針對此,開發了許多含有雙(或多個)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組合,如一個均三嗪結構的活性中心和一個乙烯碸基結構的組合。雙活性基染料的優點是有高固色率,並能承受更高的染色溫度,因此可以作為一種混紡染料使用,也可以特化染料的某一方面特點,如更好的牢度或是環境友好型染料[4]。
用途
[編輯]活性染料的研究可以追溯到19世紀晚期,第一次有記載的商業化在1950年代,帝國化學工業的Rattee和Stephens首次推廣了以氯代均三嗪作為母體和發色基間的連接基。 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)取代一個氯作為橋連基,將發色基與之相連:
- (NCCl)3 + dye-NH2→ N3C3Cl2(NH-dye) + HCl
餘下的嗪環上的氯可以置換連接到纖維素纖維上:
- N3C3Cl2(NH-dye) + HO-Cellulose → N3C3Cl(NH-dye)(O-Cellulose) + HCl
該過程需要在鹼性緩衝溶液浴染中進行。 另一種在商業運輸、存儲過程中有優勢的是乙烯碸基結構,與氯均三嗪類似,與纖維素上羥基鍵合上染。
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Reactive_dyes.png/500px-Reactive_dyes.png)
備註
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參考文獻
[編輯]- ^ Alan Johnson. The theory of coloration of textiles. 1989.
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被忽略 (幫助) - ^ M. R. Sampath. Dyeing of vat dyes. Colourage. 2002, 49 (4): 101-106.
- ^ J. R. Aspland. Vat dyes and their application. Textile Chemist and Colorist. 1992, 24 (2).
- ^ 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
- ^ Chares M. Horne; Honex; Chapel Hill. A review of vat dyeing on cotton yarns. Textile Chemist and Colorist. 1991, 23 (2).
- ^ Stig Hjortshøj (1999), pp. 44–45.
- ^ 陶乃傑. 染整工程(第二册). 北京: 中國紡織出版社. 1990.
- ^ 路艷華; 張峰. 染料化学. 北京: 中國紡織出版社. 2009. ISBN 978-7-50645-817-7.