活 性 染 料

活性染料

一、引言

1.1活性染料简介

早在一个多世纪之前，人们就希望制得能够与纤维形成共价键合的染料，从而提高染色织物的耐洗牢度。直到1954年，卜内门公司的拉蒂（Rattee）和斯蒂芬(Stephen)在应用中发现含二氯均三嗪基团的染料在碱性条件下可与纤维素上的伯羟基发生共价键合，进而坚牢地染着在纤维上，就此出现了一类能与纤维通过化学反应生成共价键的反应性染料，亦被称为活性染料。活性染料的出现，为染料的发展史揭开了崭新的一页。

活性染料自1956年问世以来，其发展一直处于领先地位。目前世界上纤维素纤维用活性染料的年产量占全部染料年产量的20%以上。

活性染料之所以能迅速发展，是因为具有如下特点：

1、染料可与纤维反应以共价键结合，在一般条件下这种结合键不会离解，所以活性染料在纤维上一经染着，就有很好的染色牢度，尤其是湿处理牢度。此外，染料染着于纤维后，不会像某些还原染料那样发生光脆损。

2、具有优良的匀染性能，而且色泽鲜艳，光亮度好，使用方便，色谱齐全，成本低廉。

3、国内已能大量生产，能充分满足印染行业的需要；其使用范围广，不仅可用于纤维素纤维的染色，还可用于蛋白质纤维的染色以及一些混纺织物染色。

1.2 活性染料的历史

20年代开始，汽巴公司开始了有关三聚氯氰染料的研究，这种染料的性能优于所有直接染料，其中特别是Chloratine Fast Blue 8G引入注目。它是将一个含有胺基的蓝色染料与带有三聚氯氰环的黄色染料组成为绿色调的内分子组合，即

该染料具有一个未被取代的氯原子，在一定条件下，能与纤维素反应形成共价结合，可是当时未被认识。

1923年，汽巴公司发现了酸性一氯均三嗪染料染于羊毛上，能获得高的湿牢度,从而在1953年发明了Cibalan Brill 型的染料。同时，在1952年，赫斯特公司亦在研究乙烯砜基团的基础上，生产了用于羊毛的活性染料，即Remalan。但是这两类染料，当时并不很成功。1956年卜内门公司终于生产了第一个棉用商品活性染料，称为普施安(Procion)，即现在的二氯均三嗪染料。

1957年，卜内门公司又开发了一氯均三嗪活性染料，称Procion H。

1958年，赫斯特公司又将乙烯砜基活性染料成功地用于纤维素纤维的染色，称之谓雷玛唑（Remazol）染料。

1959年山德士公司和嘉基公司分别正式生产了另一种活性基团的染料，即三氯嘧啶型。1971年又在这一基础上开发出性能更好的二氟一氯嘧啶型活性染料。

1966年，汽巴公司研制出一种以a－溴代丙烯酰胺的活性染料，它在羊毛染色上具有较好的性能，这为以后在羊毛上采用高牢度的染料奠定了基础。

1972年，卜内门公司又在一氯三嗪型活性染料基础上研制出具有双活性基团的染料，即Procion HE。这类染料在与棉纤维的反应性、固色率等性能方面又有进一步的改进。

1976年，卜内门公司又生产了一类以膦酸基为活性基团的染料，它可以在非碱条件下和纤维素纤维形成共价键结合，特别适合于和分散染料同浴染色或同浆印花，商品名为普施安T。1980年，日本住友公司在乙烯砜型Sumifix染料基础上又开发出乙烯砜与一氯均三嗪双活性基团的染料。

1984年日本化药公司研制出一种商品名为卡雅赛隆的活性染料，是在均三嗪环的基础上加入菸酸取代基。它可以在高温和中性条件下和纤维素纤维起共价键反应，因而特别适合用于分散/活性染料高温高压一浴染色法的染涤/棉混纺织物。

二、活性染料的结构

活性染料与其它类染料最大的差异在于其分子当中含有能和纤维的某些基团(羟基、氨基)通过化学反应形成共价结合的活性基(亦称反应基)。可用下列通式表示活性染料的结构：

S－D－B－Re

式中：S——水溶性基团，如磺酸基；

D——染料母体；

B——母体染料与活性基的连接基；

Re——活性基。

总的来说，活性染料应用在纺织纤维上至少应具备下列条件：

高的水溶性，高的储藏稳定性，不易水解；

对纤维有较高的反应性和高的固色率；

染料一纤维间结合键的化学稳定性高，即使用过程中不易断键褪色；

扩散性好，匀染性、透染性良好；

各项染色牢度，如日晒、气候、水洗、摩擦、耐氯漂等牢度均好；

未反应的染料及水解染料染后容易洗去，不沾色；

染色的提升性好，即可染得深浓色；

上述这些条件，与活性基团、染料母体、水溶性基团等均有密切的关系，其中活性基是活性染料的核心，它反映活性染料的主要类别及性能。

2.1活性基团

2.1.1活性基团的选择性

活性染料中对活性基团的选用都有一定的要求。

1、活性基团必须具备能与纤维进行共价结合的能力，即反应性。反应性的高低不仅决

定染料与纤维的反应速率，而且在一定程度上还决定染料在纤维上的固色率。

2、活性基团还与染料的稳定性有关，尤其重要的是储存稳定性。反应性太强，活泼性太高，染料容易水解，无法保存。染料与纤维化学结合后，产生的共价键一般是稳定的，但在一定酸、碱条件下会裂解，即断键，并造成色牢度的降低。活性基团与纤维结合键的稳定性是相关的。

3、活性基团还决定纤维印染加工的性质和条件，例如反应性高的活性染料的染色可以在较低的固色温度下进行，可以在碱性较弱或碱剂浓度较低的条件下进行固色；而反应性低的活性染料则恰恰相反，要在较高的固色温度及较高的pH值下进行染色。反应性低的活性染料，还适用于印花工艺中，因为它可以保持印浆的稳定。

此外，活性基团结构与染料的溶解度、直接性及扩散性等也有一定的关系。所以活性基团在活性染料结构中占有非常重要的地位。

2.1.2活性基团的分类

（一）含活泼卤素原子的氮杂环活性基

1、均三嗪活性基

其结构通式为

这是最早出现的一类活性基，由于这类活性基团具有较大的适应性，因而在活性染料中占主要地位，约占活性染料的一半。在这类活性染料中，由于三嗪环C=N 双键中氮比碳电负性大，N 具有较高的电子云密度成为负电荷中心，而相邻的C 成为正电荷中心。同时，由于亲核离去基团X 具有吸电子性，而使C 的电子云密度进一步减弱。这样就使与杂环上C 相邻的X 容易被纤维上的给电子基（—NH 2，—OH ）所取代，从而具有较高的反应活性。 其中最普遍的是二氯均三嗪（Procion MX ，国产X 型）和一氯均三嗪（Procion H ，国产K 型）两大类。

氯代均三嗪上的二个Cl 活泼性是不同的。一般来说，二氯均三嗪活性较大，当其中一个Cl 被氨基取代后，由于N 的给电性，而使剩下的Cl 的活泼性降低。因此，二氯均三嗪反应活泼性高，适于低温（25～45℃）染色，可在弱碱性条件下与纤维反应，但容易水解，固色率较低，贮存稳定性差。而一氯均三嗪活泼性降低，不易水解，固色率有所提高，适合于高温（90-95℃）染色与印花。

在二氯均三嗪中用一个甲氧基来取代氯原子，由于甲氧基是供电子基，提高了核碳原子上的电子云，从而使其反应性有所降低。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。 N C N

C

N C

Cl

N H D O C H 3

在一氯均三嗪的基础上，采用负电性更强的氟来取代氯，这样可使均三嗪核上碳原子电子云密度进一步降低，从而比一氯均三嗪型活性基团更为活泼，如Cibacron F 染料。它更适合于中低温染色工艺 (40~60℃)。

N N N NH D X 1X 2