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、與蛋白質聚醯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。活性染料是羊毛尼龍的重要染色方法。[1][2][3]  

結構與特點

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(相較於直接染料酸性染料而言)。  

優點

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、粘膠纖維、羊毛聚醯胺纖維的染色中。  

缺點

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

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

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)。

 
鹵代雜環活性基染色機理


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

不同活性基的反應性排序(由強至弱)[8]

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

 

雙或多活性基活性染料

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

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RatteeStephens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。

 

 
二氯均三嗪和乙烯碸型染料染色過程(Cell = 纖維素; R = 發色基)

 

備註

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

 

參考文獻

  1. ^ Alan Johnson. The theory of coloration of textiles. 1989.  |journal=被忽略 (幫助)
  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. ^ 陶乃傑. 染整工程(第二册). 北京: 中國紡織出版社. 1990. 
  8. ^ 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.