第五章活性染料教程.ppt

第5章活性染料及其染色,5-1活性染料概述,一、活性染料定义分子中含有活性基团、能与纤维上的-NH2、-OH形成共价键结合的水溶性阴离子染料。,染色对象：蛋白质、纤维素、锦纶,二、活性染料结构通式,D染料母体染料发色体系；染色性能;直接性、匀染性、溶解度、染色温度；日晒牢度酸性染料,Re活性基团染料反应性固色温度固色效率；染-纤之间形成的共价键的稳定性色牢度,D-B-Re,B桥基,色谱齐全，色泽鲜艳直接性较低上染率较低大量盐促染染料利用率较低染料水解湿牢度较好共价键结合,三、活性染料染色特点,四、活性染料应用分类,卤代均三嗪类卤代嘧啶乙烯砜型,D-SO2CH2CH2OSO3Na,二氯均三嗪、X型,1954年英国ICI公司的Rattee、Stephen发明；1956年商品化；商品名procionMXICIZenecaBASFDystar浙江龙盛活性大固色温度4045稳定性差，pH值6.47最稳定缓冲剂,1、卤代均三嗪类,1957年英国ICI公司、瑞士汽巴公司；德司达procionH；亨斯迈CibacronE型活性较低固色温度9095稳定性好高温染色和印花,一氯均三嗪、K型、KD型,1978年瑞士汽巴公司亨斯迈CibacronF；德司达LevafixEN活性较强，固色温度4050,一氟均三嗪,1984年日本化药公司商品名KayacelonReactCN活性强、直接性大中性高温固色涤/棉织物分散活性一浴法,3-羧酸吡啶均三嗪、R型,大连理工大学活性与K型相比，活性如何？,1960年瑞士Sandoz与Ciba公司;商品名Drimarene(黛棉丽),2、卤代嘧啶型,三氯嘧啶,Sandoz公司推出Drimarene(黛棉丽)R活性较强，固色温度4050,二氟一氯嘧啶、F型,1958年德国Hoechst公司生产；活性中等，固色温度6070；台湾永光的Eeverzol系列、德司达Remazol系列、科莱恩DrimareneS型、日本住友Sumifix系列等。,3、乙烯砜型,D-SO2CH2CH2OSO3Na,KN型,活性高，固色温度4050德司达丽华实E型（LevafixE）,4、其他活性基团,二氯喹屋啉型,两个活性基团；酸性或中性条件下与羊毛反应；Lanasol（兰纳素）CE系列,-溴代丙烯酰胺、PW型,优点上染率高，大于8590%；固色率高，大于75%色牢度高高温稳定性好适合于高温高压染色,双活性基团,两个相同活性基团一氯均三嗪KE型一氟均三嗪CibacronLS：双一氟均三嗪乙烯砜雷马素,类型,两个不同活性基团一氯均三嗪+乙烯砜M型一氟均三嗪+乙烯砜CibacronFN,两个相同活性基团1971年，ICI公司开发了procionH-E型；1984年，ICI公司开发了procionH-EXL型；Ciba公司开发了CibacronE；日本化药公司开发了KayacelonE；中国开发了KE型活性染料；,两个不同活性基1980年，日本住友SumifixSupra1984年，德国HoechstRemazolS、SN1989年，上染八厂ME型上海万得MegafixB型BASF公司，BasilenFMCiba公司CibacronC：一氟均三嗪+改良乙烯砜型，轧染CibacronFN：一氟均三嗪+改良乙烯砜型，浸染,5-2活性染料染色原理,一.活性染料上染过程吸附：直接性低加中性盐促染扩散：染料扩散到纤维内部，并与纤维反应固着：染料与纤维共价键结合固色反应与水解反应同时进行,亲核取代反应卤代杂环类亲核加成反应乙烯砜型,二、活性染料与纤维素纤维反应-固色反应,a：染料反应活性杂环中N原子数量,1、亲核取代反应,吡啶嘧啶均三嗪,吸电子基，活性增加;供电子基，活性下降数量越多,影响越大,二氯均三嗪一氯均三嗪,二氟一氯嘧啶三氯嘧啶,取代基性质、数量与位置,离去基吸电子性越强，易离去,一氯均三嗪一氟均三嗪烟酸均三嗪,F,Cl,b：纤维亲核能力S（W）-NH2CellO_CellOH,离子化纤维素负氧离子进攻中心碳原子（碱性）；与中心碳原子发生亲核加成反应生成不稳定的中间产物；离去基离去,C：反应历程,中心碳原子电子云密度越低，反应越容易进行X型活性染料活性强反应温度低40即可K型活性染料活性较弱反应温度高9095,问题:K型活性染料染加入叔胺化合物，对固色有何影响？,叔胺化合物亲核能力强先与染料形成季胺化合物，季胺化合物具有很强的吸电子能力使中心碳原子的电子云密度大大降低染料活性,2、亲核加成反应,砜基吸电子效应碱性条件下碳原子上氢电离砜基强吸电子效应使乙烯基双键产生极化-位碳原子形成正电中心与纤维亲核加成反应,硫酸酯吸电子性C-H键有极性易断裂发生消除反应形成乙烯砜基,3、双活性基团不同基团组合,亲核取代反应卤代杂环类亲核加成反应乙烯砜型,三、活性染料与水反应-水解反应,X型活性染料水解反应,均三嗪环上一个氯水解？还是二个氯全部水解？,K型活性染料水解,K型活性染料水解温度较高,40,另一个氯能否进一步水解？看活性！与X、K型比如何？,进一步与纤维反应、水解反应温度？,反应温度介于X、K双温染色,3、影响水解因素染料反应性染色温度染色pH值,固色效率固色反应速率与水解反应速率之比固色率与纤维成共价键结合的染料量与染色开始时投入的染料总量之百分率,四、固色效率、固色率及其影响因素,A、考虑简单情况：不考虑纤维素上羟基位置、内外相OH-的影响根据染色动力学研究：,水解反应速率,活性染料与纤维素反应动力学,固色反应速率,直接性，一般为几十几百）,30（pH710）,固色效率Ed=,假设染色浴比130，上染率30%棉纤维1公斤染液体积30L染色前染料为100克上染30克，残留70克棉纤维有效体积为0.22升/公斤Df=30/0.22=136克/升Ds=70/30=2.33克/升,=58,上染，固色同时进行与扩散系数有关；纤维内外相OH-浓度不一样，水解程度差异pH值、中性盐浓度与纤维半径、孔道体积等有关,B考虑复杂情况,固色反应速率式4-9孔道溶液中水解速率式4-10外相溶液中水解速率式4-11,V为浴比；P为孔道体积；V/P为染浴与孔道体积比；D扩散系数,固色效率：与染料反应性比值、直接性、,浴比、孔道体积、纤维内外相溶液中染料离子浓度nd与氢氧根离子浓度比值nh、纤维半径、扩散系数有关。,K=Da/Di,Da-纤维上染料浓度,Di-内相溶液中染料浓度,Nd、nh：纤维内外相溶液中染料离子浓度、氢氧根离子浓度比值,A：染料反应性及反应性比值染料反应性固色反应速率水解反应速率反应性比值kf/kh固色效率,影响固色效率因素,B：染料的亲和力或直接性直接性大上染率固色效率直接性太大，匀染性差、水解染料不易洗除,C：染料的扩散性能扩散性能好上染速率匀染性固色效率,pH值CellO-固色水解pH值太高对固色不利纤维溶胀pH值11，CellO-负电荷斥力上染率固色效率下降pH为1011，一般碳酸钠、代用碱（固色碱）,E：温度固色反应速率水解反应速率温度固色效率不同染料根据活性取不同固色温度；X型、K型、KN型、M型固色温度,F：电解质Zeta斥力上染率固色率G：浴比小浴比浓度上染率固色率,染色方法浸染轧染轧蒸轧焙湿蒸冷轧堆,5-3活性染料对纤维素纤维染色工艺,一、上染过程相同四个过程不同-吸附、扩散过程中固色反应-过早固色匀染性水解反应-失去与纤维反应能力,二、上染固色曲线,先染色中性条件减少水解后固色染色平衡后，加碱促使染料与纤维反应,加碱前上染率平衡固色率几乎为0,加碱后固色率上染率whyand直接性大小,分析上染固色曲线,加碱,问题：直接性大小匀染性关系，如何控制？,S高匀染性分批加盐、控制温度与时间S低加碱时引起不匀分批加碱,匀染性控制？,分染色、固色二阶段,三、竭染特征值SERF及其物理意义,解释物理意义,A染料直接性和S、E值加碱前，称为第一次上染：吸附、扩散加碱后，称为第二次上染：固色、重新吸附、扩散S：Substantivity表示染料达到第一次平衡上染率，反映了染料直接性S高染色不匀分批加盐、控制温度与时间S低固色不匀分批加碱,第一次上染取决于染料直接性、染料浓度、染色温度、食盐第二次上染取决于固色温度、加碱方式E：Exhaustion表示加碱后总上染率,B.染料移染性、匀染性和MI、LDF第一次上染未形成共价键结合，吸附、解吸移染匀染性好移染性与染料结构、浓度、染色温度、电解质等有关。第二次上染移染难,A移染指数MI（MigrationIndex）第一次上染织物对未染色织物在染色条件（不加染料）的移染率。大于90%，移染性好Q1移染织物的颜色深度（白布移染后K/S值）Q2被移染织物的颜色深度（色布移染后K/S值）,表示方法,B匀染因子LDF（LevelDyeingFactor,大于70%为好,R：Reactionrate表示加碱5min或10min时固色率与最终固色率比值；T50：达到最终固色率一半所需时间；F：Fixation，最终固色率主要取决于固色效率：固色效率高数值大固色效率高则E-F差值小，共价键增加,C.固色速率、固色率和T50（或R）、F值,一浴一步法染色、固色同浴同时中进行一浴二步法先中性浴染色后加碱固色二浴法先中性浴染色，后碱性浴固色通常采用一浴二步法,四、活性染料浸染,1.染色方法,一浴一步法染料与碱同时存在，染料水解多，利用率低操作方便，色光易控制一浴二步法染料水解少利用率高二浴法染料利用率色光难控制,2.工艺流程染色固色皂煮水洗,3.工艺配方活性染料X%食盐2060克/升匀染剂0.5克/升碳酸钠1030克/升温度、时间,活性染料活性染料选择：各类染料均可活性染料溶解：用热水，温度低于染色温度X型：冷水或3040；K型7080；KN、M型6070注意现配现用,4.工艺因素分析,食盐促染作用用量大20120克/升早（染色开始时就加）危害大量盐排放改变江河水质，生态环境措施开发代用盐开发低盐活性染料无盐染色,羧酸盐比无机盐促染效果好随羧基增多而增大;一元羧酸盐-甲酸钠效果最好;二元羧酸盐-邻苯二甲酸钾效果更明显;三元羧酸盐最好；多元羧酸盐，如柠檬酸钠芳香酸盐比脂肪酸效果好，钾盐比钠盐更好；综合成本,开发代用盐,阳离子对促染起主要作用；阴离子会改变水的类冰结构，对上染也有影响,对染料母体（直接性、磺酸基）、活性基进行筛选、改性Ciba公司开发成功CibacronLS低盐型活性染料。食盐用量普通染料1/41/2，重演性好；住友公司开发Sumifixsupra系列染料（MCT+VS），食盐用量普通染料的1/21/3，废水中染料含量只有常规工艺的2030%；Dystar推出低盐染色RemazolEF系列染料，活性基是乙烯砜基，食盐用量普通染料的1/3；Clariant推出DrimareneHF系列染料，共4个品种,开发低盐活性染料,无盐染色,纤维素改性，带正电荷上染率、固色率,匀染剂匀染作用控制方法,碱剂pH值10.5氢氧化钠磷酸三钠硅酸钠碳酸钠碳酸氢钠13.411.410.410.38.4,一种无机碱-固色剂，形成纤维素负氧离子加速与活性染料之间反应；中和固色、水解生成酸；具有较高的碱度和良好的缓冲性能,染色性能好,碳酸钠作用,碳酸钠15-25克/升，深色30克/升分次加，麻烦成本高COD2800真丝：碳酸钠？,代碱剂,液体混合碱剂(代碱剂)包括供碱组分缓冲组分分散剂螯合剂具有用量少、使用方便、固着率高等优点,配方举例氢氧化钾33.2磷酸钾17.6硅酸钠10.3分散剂和螯合剂5.0水,温度XKKNM染色温度：2030607040606070固色温度：4045909560706070时间染色3045min固色3045min,作用提高湿牢度；除去浮色；防止洗脱的染料重新污染防止白地沾污（印花）要注意共价键的断键问题,皂煮,碱性皂洗共价键易断裂水洗数次加醋酸中和用水量大酸性或中性皂洗本身酸性，中和后pH值,皂洗方法,209、LS、帮A23克/升碳酸钠0.2克/升95、1020min表面活性剂复配浮色能除可能重新沾污,碱性皂洗,高聚物皂洗剂,分散剂皂洗能力强使水解染料及浮色分散在水中；螯合剂（聚丙烯酸盐PAA、聚羧酸）屏蔽染液中的金属离子提高抗沾污能力增强皂洗功效,活性染料皂洗酶,原理对水解染料以及未固着染料有分解消色作用；对已经与纤维发生共价键结合的染料无任何影响；特点缩短工艺流程；环保，使用更安全；提高湿磨擦牢度上海雅运纺织助剂有限公司与德国拜耳公司（拓纳）,酶洗工艺：酶用量0.25g温度5O6O、pH值-、20min注意染料适应性乙烯砜型、乙烯砜/一氯均三嗪型、乙烯砜/一氟均三嗪型活性染料酶洗效果皂洗双一氯均三嗪和烟酸型活性染料XKN酸性：KNKXKN型-水洗不净残留碱部分X型-遇酸性气体3、预防方法,风印,断键机理略,本章小节活性染料分类及其性能活性染料染色原理（固色、水解）染色工艺（纤维素、真丝、羊毛）,第三章思考题,1、常用活性染料有哪些（按活性基团分）？其染色、固色温度分别是多少？常用的双活性基活性染料的活性基团有哪几种组合？2、简述K型活性染料对纤维素纤维染色原理，并分析元明粉作用。3、毛用活性染料有哪些？对pH值、温度有何要求？举例说明羊毛纤维染色原理。4、论述活性染料竭染特征值SERF的物理意义。分析要提高活性染料的匀染性，工艺上应采取哪些措施？5、M型活性染料一相法轧染棉布，问：轧染液中各组分作用；为减少泳移现象，工艺上采取哪些措施？6、真丝/人造丝交织物用活性红X-3