紡織品染印原理第五章 活性染料染色.pptx

1、紡織品染印原理1第五章 活性染料染色 染料性能 染色原理 染色方法2活性染料染色染料性能染色原理染色方法3活性染料概念結(jié)構(gòu)特點(diǎn)染色性能應(yīng)用特點(diǎn)4活性染料（Reactive dyes）概念染料分子上含活性基團(tuán)，能在一定條件下與纖維素纖維上的羥基、蛋白質(zhì)纖維上的氨基反應(yīng)生成共價(jià)鍵結(jié)合上染。5活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按活性集團(tuán)分類鹵代均三嗪類（X型、K型）鹵代嘧啶類乙烯砜類（KN型）膦酸基類（P型）復(fù)合活性基類 （M型）7活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按活性集團(tuán)分類鹵代均三嗪類（X型、K型）約占總數(shù)的50%。如：二氯均三嗪（X型）、一氯均三嗪（K型）等等。顯然，X型的反應(yīng)活性比K型要高。8活性染料結(jié)構(gòu)特

2、點(diǎn)按活性集團(tuán)分類鹵代嘧啶類約占總數(shù)的20%。如：二氯嘧啶、三氯嘧啶等，如Drimarene R、K等。9活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按活性集團(tuán)分類乙烯砜類（KN型）約占總數(shù)的15%。一般以亞砜基為橋基，成-羥乙基砜硫酸酯結(jié)構(gòu)，國(guó)產(chǎn)KN型就屬此類。10活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按活性集團(tuán)分類膦酸基類（P型）所占比例較少，為一類酸性介質(zhì)中的反應(yīng)性基團(tuán)，如國(guó)產(chǎn)P型染料。11活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按活性基團(tuán)分類復(fù)合活性基類 （M型）約占總數(shù)的10%。結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)相同或不同的活性基團(tuán)，以提高染料與纖維的反應(yīng)活性。國(guó)產(chǎn)的M型屬于此類。12活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按染料母體分偶氮結(jié)構(gòu)蒽醌結(jié)構(gòu)金屬絡(luò)合結(jié)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)13活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按染料母體

3、分偶氮結(jié)構(gòu)約占50%，有單、雙偶氮結(jié)構(gòu)。如：活性紅X-3B（C.I. Re. Red 2）。14活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按染料母體分蒽醌結(jié)構(gòu)約占30%。如：活性艷蘭KN-R（C.I. Reactive Blue 19）。15活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按染料母體分金屬絡(luò)合結(jié)構(gòu)約占15%。如：活性紫K-3R（Procion Violet H-2R）。16活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按染料母體分其它結(jié)構(gòu)約占5%?；钚匀玖夏阁w結(jié)構(gòu)與酸性或含媒染料相似。17活性染料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按橋基結(jié)構(gòu)分18活性染料染色性能溶解性活性染料易溶于水，對(duì)硬水有較高的穩(wěn)定性；一般來說，結(jié)構(gòu)中的磺酸基含量越多，其溶解性越好。直接性與擴(kuò)散性染料母體一般為簡(jiǎn)單的酸

4、性或直接染料，故具有較低的直接性和良好的擴(kuò)散性。反應(yīng)性與纖維反應(yīng)，形成共價(jià)鍵結(jié)合發(fā)生水解反應(yīng)染色牢度較高皂洗和摩擦牢度較好，耐氯漂牢度較低，日曬牢度隨染料母體結(jié)構(gòu)不同而不同。19活性染料應(yīng)用特點(diǎn)成本較低色澤鮮艷，色譜較全適用纖維纖維素纖維蛋白質(zhì)纖維聚酰胺纖維20活性染料染色染料性能染色原理染色方法21染色原理染色本質(zhì)上是染料和纖維在特定介質(zhì)環(huán)境中的的相互作用染料纖維介質(zhì)環(huán)境溫度pH時(shí)間助劑22染色原理上染吸附平衡上染百分率得色量，色牢度擴(kuò)散移染，上染速率染色時(shí)間，勻染性固色色牢度吸附上染百分率親和力平衡上染百分率擴(kuò)散上染速率擴(kuò)散系數(shù)半染時(shí)間23染色原理染料的吸附(absorption)染料的擴(kuò)

5、散(diffusion)染料的固著(fixation)24染色原理活性染料的上染活性染料與其他染料的上染過程最大的不同是，在吸附和擴(kuò)散的同時(shí)還會(huì)發(fā)生與纖維的鍵合反應(yīng)（固色）及水解反應(yīng)。染料過早發(fā)生固色反應(yīng)，將會(huì)影響織物的勻染和透染效果。力爭(zhēng)將上染和固色階段進(jìn)行分離。染料反應(yīng)性越強(qiáng)，直接性越高，擴(kuò)散性越低，勻染和透染性就越差。25染色原理活性染料的上染活性染料對(duì)纖維的吸附活性染料在纖維上吸附的能力染料母體一般為簡(jiǎn)單的酸性或直接染料，故具有較低的直接性；染料的直接性取決于染料母體的結(jié)構(gòu)?；钚曰瓦B接基對(duì)直接性也有一定影響?；钚曰酱螅貏e是鹵代雜環(huán)活性基可使直接性有一定提高。 -羥乙基砜硫酸酯染料

6、生成活性基乙烯砜后，染料水溶性降低，直接性提高。活性染料在纖維上的吸附狀態(tài)符合弗萊因德利胥(Freundlich)吸附方程活性染料與纖維的作用力范德華力氫鍵共價(jià)鍵26染色原理活性染料的上染活性染料在纖維中的擴(kuò)散擴(kuò)散的模型：孔道擴(kuò)散模型擴(kuò)散的影響因素染料分子結(jié)構(gòu)的大小活性染料的擴(kuò)散系數(shù)一般比直接染料高，其中以染料母體不含金屬絡(luò)合離子的擴(kuò)散性能最好?；钚曰瓦B接基對(duì)擴(kuò)散性能也有一定影響?；钚曰酱螅貏e是鹵代雜環(huán)活性基可使擴(kuò)散性有所降低。纖維的微隙大小和纖維結(jié)晶度染料與纖維分子間的作用力染料的反應(yīng)性：染料與纖維反應(yīng)后失去擴(kuò)散能力染色溫度27染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性纖維素纖維的反應(yīng)性活

7、性染料與纖維素纖維的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性28染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)親核加成反應(yīng)29染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)反應(yīng)歷程30染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)染料結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性雜環(huán)結(jié)構(gòu)的影響雜環(huán)上取代基的影響連接基的影響31染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)染料結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性雜環(huán)結(jié)構(gòu)的影響碳原子電子云密度越低，活性基的反應(yīng)性就越強(qiáng)。雜環(huán)中具有氮原子數(shù)越多，特別是氮原子在被取代基的對(duì)位、鄰位時(shí)，親核取代反應(yīng)性就越強(qiáng)。32染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)

8、染料結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性雜環(huán)上取代基的影響雜環(huán)中引入-F、-Cl、-CN、-SO2CH3等吸電子基時(shí)，將使得雜環(huán)中碳原子電子云密度降低，活性基的反應(yīng)性增強(qiáng)。雜環(huán)中引入-NHAr、-NH2、-OCH3等供電子基時(shí)，將使得雜環(huán)中碳原子電子云密度增加，活性基的反應(yīng)性降低。活性基中的離去基的吸電子性越強(qiáng)，離去傾向越大，取代反應(yīng)越快。33染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核取代反應(yīng)染料結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性連接基的影響連接基-NH-，在一定的酸性條件下也可結(jié)合質(zhì)子帶正電荷，提高染料的反應(yīng)性在一定的堿性條件下，連接基-NH-則會(huì)失去質(zhì)子帶負(fù)電荷，使染料的反應(yīng)性大為降低(可降低幾十倍之多)。34染色原理活性染料的固色活

9、性染料的反應(yīng)性親核加成反應(yīng)反應(yīng)歷程35染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性親核加成反應(yīng)染料結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性和碳原子上的取代基的吸電子能力越強(qiáng)，反應(yīng)性就越強(qiáng)離去基的離去性能越強(qiáng)，反應(yīng)性就越強(qiáng)36染色原理活性染料的固色纖維素纖維的反應(yīng)性纖維素是多糖化合物，其分子鏈主要由 -D-葡萄糖剩基以1，4-苷鍵聯(lián)結(jié)而成。纖維素分子中的葡萄糖?；嫌腥齻€(gè)羥基，即第2、第3位的仲羥基和第6位的伯羥基。綜合各羥基的反應(yīng)性和空間位阻因素，染料主要和第6位的羥基反應(yīng)。纖維素的親核反應(yīng)性比水強(qiáng)37染色原理活性染料的固色活性染料與纖維素纖維的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活性染色時(shí)，染料一邊上染，一邊反應(yīng)。染料在和纖維反應(yīng)的同時(shí)，還和水反應(yīng)形

10、成水解染料。這種反應(yīng)可以發(fā)生在外相溶液中，也可以發(fā)生在纖維內(nèi)相的孔道溶液中。固色效率是固色速率與水解速率的比值。由固色效率的公式可以看出，固色效率與染料直接性成正比，且染料擴(kuò)散速率快，固色速率和效率也高。另外固色效率與纖維因素及工藝條件也有密切關(guān)系。38染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素染料因素纖維因素環(huán)境因素39染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素染料因素染料反應(yīng)性染料反應(yīng)性越強(qiáng)，其與纖維的反應(yīng)速率常數(shù)越大，但水解速率常數(shù)也會(huì)增大。反應(yīng)性強(qiáng)，反應(yīng)速率常數(shù)大，染料與纖維的反應(yīng)速率快，但固色效率不一定提高。反應(yīng)性比的值越大，固色效率才越高，即提高染料與纖維的

11、反應(yīng)速率，降低染料的水解反應(yīng)速率。反應(yīng)性比：兩種反應(yīng)的速率常數(shù)比值，如固色與水解40染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素染料因素染料親和力染料的親和力越高，即在一定條件下纖維上染料濃度越高，越有利于染料與纖維反應(yīng)，固色效率和固色速率都可提高。固色率會(huì)隨直接性或竭染常數(shù)的增加而增高，開始比較快，但以后逐漸變慢，說明直接性過高也沒有必要。竭染常數(shù)SR：纖維上固著與吸附的染料濃度之和與染液殘存染料濃度之比。41染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素染料因素染料擴(kuò)散性染料擴(kuò)散快，在一定時(shí)間內(nèi)和纖維的羥基陰離子接觸的幾率也高，反應(yīng)速率和固色效率就高。42染色原理活性染料

12、的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素纖維因素纖維溶脹越充分，孔隙尺寸增加，染料在纖維中擴(kuò)散就快，染料固色效率就提高。纖維半徑越小，纖維比表面積越大，固色速率及固色效率越高。43染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素pH溫度電解質(zhì)助劑44染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素pHpH增高,纖維素電離程度增加，纖維素羥基離解的數(shù)量增多，有利于染料與纖維素的反應(yīng)；但纖維素陰離子與羥基離子的濃度比值在pH高到一定程度后會(huì)減少，影響固色速率和固色效率。提高染液pH值，雖然可以提高染料和纖維素纖維的反應(yīng)速率，但水解速率增加更快，所以pH值越高，固色效率越低

13、。隨pH增高某些染料的連接基被陰離子化，從而降低染料的反應(yīng)性。纖維帶負(fù)電荷多，對(duì)染料陰離子的斥力增加，使得陰離子染料的親和力降低。45染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素溫度提高溫度，可使染料的水解及染料和纖維的反應(yīng)速率都增高，但對(duì)水解速率的影響更顯著。溫度越高，染料的親和力就低，染料的平衡吸附量也降低。溫度越高，染料的擴(kuò)散速率越快，有利于染料擴(kuò)散。溫度變化對(duì)纖維溶脹性能也有影響。46染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素電解質(zhì)加入中性電解質(zhì)可以提高染料的吸附速率、平衡吸附量和纖維上的吸附密度還可以提高纖維素陰離子與羥基離子的濃度比值增加鹽的濃

14、度，也會(huì)增加染料與纖維素離子之間的反應(yīng)電解質(zhì)濃度過高，易使染料聚集而沉淀。47染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素助劑尿素作為助溶劑，增加染料溶解作為吸濕劑，加速纖維的溶脹尿素用量太高，在焙烘時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，污染設(shè)備和環(huán)境48染色原理活性染料的固色影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素環(huán)境因素浴比降低浴比可以增加活性染料的直接性，從而增加纖維上的染料濃度，提高固色速率及固色效率。49染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)影響染料纖維鍵酸、堿水解的因素50染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)活

15、性染料與纖維間鍵水解斷鍵反應(yīng)歷程與成鍵反應(yīng)歷程相同，都屬于親核反應(yīng)（親核取代或親核加成反應(yīng)）水解主要發(fā)生在染料和纖維結(jié)合的部位。存放、洗滌中遇酸堿出現(xiàn)變色和水解，整理有酸催化劑作用變色或水解。51染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：堿水解52染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：堿水解均三嗪型染料在堿性介質(zhì)中氮雜環(huán)型染料，首先是OH-進(jìn)攻與纖維素相連的碳原子，發(fā)生親核加成反應(yīng)，接著發(fā)生消除取代反應(yīng)，染料與纖維素離解，生成水解染料。對(duì)于親核取代反應(yīng)，與纖維相連的碳原子的電子云密度越低，越易受到OH- 的進(jìn)攻而發(fā)

16、生水解斷鍵。53染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：堿水解乙烯砜類染料乙烯砜型染料和纖維素反應(yīng)生成醚鍵結(jié)合。在堿性介質(zhì)中很容易發(fā)生-消除反應(yīng)，生成乙烯砜，然后發(fā)生親核加成，生成水解活性染料。其原因是由于砜基的強(qiáng)吸電子性，-碳上的氫在堿性介質(zhì)中易離去，并進(jìn)一步發(fā)生消除反應(yīng)。54染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：酸水解均三嗪型染料55染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：酸水解均三嗪型染料酸水解均三嗪型活性染料與纖維素纖維形成的四種結(jié)構(gòu)產(chǎn)物對(duì)酸的穩(wěn)定性是不同的。雜環(huán)中

17、的氮原子結(jié)合質(zhì)子后，與纖維素相連的中心碳原子的電子云密度都會(huì)降低，但發(fā)生親核取代的難易仍然是由第二取代基的性質(zhì)決定的，因此（IV）結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，(I)、(II)型結(jié)構(gòu)相似，（III）型結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定。主要是由于（III）型酮式結(jié)構(gòu)中的羰基具有強(qiáng)的吸電子性，因此穩(wěn)定性最低。56染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)鍵的水解反應(yīng)：酸水解乙烯砜類染料乙烯砜型染料與纖維素形成共價(jià)鍵是醚鍵，由于醚鍵氧原子上電子云密度不太高，碳原子受砜基影響，電子云密度降低，故砜基的加成以及水解反應(yīng)均不易發(fā)生，對(duì)酸的穩(wěn)定性較高。57染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性染料纖維間共價(jià)

18、鍵的水解反應(yīng)耐堿穩(wěn)定性：IVIIIIII;耐酸穩(wěn)定性：IVIIIIII。 58染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性影響染料纖維鍵酸、堿水解的因素對(duì)于一氯均三嗪型活性染料，其活性基上二取代基的供、吸電子性將直接影響染料纖維鍵的穩(wěn)定性。取代基的供電子性越強(qiáng)，與纖維相連的碳原子的電子云密度越高，不易發(fā)生親核取代反應(yīng)，因而較耐堿性水解。反之，取代基的吸電子性越強(qiáng)，越容易堿性水解。染物在堿性條件下洗滌時(shí)，容易發(fā)生染料纖維鍵的堿性水解，而染料在貯存時(shí)經(jīng)常接觸酸性氣體(主要是CO2)和水分，容易發(fā)生酸水解，而酸水解一旦發(fā)生，則pH值進(jìn)一步下降，使酸性水解加速。樹脂整理織物要進(jìn)行水洗，去除酸性

19、催化劑。從實(shí)際應(yīng)用角度看，常見的為酸性水解。59染色原理活性染料的固色活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性影響染料纖維鍵酸、堿水解的因素總之，活性染料與纖維素纖維形成的共價(jià)鍵含有乙烯砜活性基的易發(fā)生堿性水解（耐酸），含有二氯均三嗪活性基的易發(fā)生酸性水解（耐堿），而含有二氟一氯嘧啶類的在過氧化物存在下易發(fā)生共價(jià)鍵斷裂，氧漂后對(duì)雙氧水成分要清洗干凈?；钚匀玖虾偷鞍踪|(zhì)纖維反應(yīng)的基團(tuán)種類較多，其共價(jià)鍵的斷鍵問題比纖維素的復(fù)雜。和氨基反應(yīng)形成的鍵穩(wěn)定性較高，而與羥基和巰基反應(yīng)形成的鍵穩(wěn)定性就較低，但總體上共價(jià)鍵的穩(wěn)定性較好。二氟一氯嘧啶類的穩(wěn)定性最高，乙烯砜類的其次，一氯均三嗪類的也較好，二氯均三嗪和三氯嘧啶

20、類的較差些。60染色原理活性染料的固色活性染料的反應(yīng)性纖維素纖維的反應(yīng)性活性染料與纖維素纖維的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)影響固色反應(yīng)速率及固色效率的因素活性染料與纖維間共價(jià)鍵的穩(wěn)定性61活性染料染色染料性能染色原理染色方法62活性染料染色染色方法纖維素纖維織物的浸染工藝?yán)w維素纖維織物的連續(xù)軋染工藝?yán)w維素纖維織物的冷軋堆工藝63活性染料染色染色方法纖維素纖維織物的浸染工藝活性染料的上染過程染色的階段問題纖維素纖維染色時(shí)，應(yīng)該在近中性上染，待達(dá)到或接近吸附平衡時(shí)再加堿劑，提高染色pH，使得纖維素纖維上的羥基離解成陰離子，加快染料和纖維間的固色反應(yīng)。64活性染料染色染色方法纖維素纖維織物的浸染工藝活性染料的上染過程染料在溶液和織物上的分布問題上染到織物上的染料和未上染的染料實(shí)現(xiàn)固色的染料和發(fā)生水解的染料65活性染料染色染色方法纖維素纖維織物的浸染工藝活性染料浸染過程的染色特征值S.E.R.F.值66活性染料染色染色方法纖維素纖維織物的浸染工藝活性染料浸染過程的染色特征值S.E.R.F.值67活