活性染料的染色过程及机理

关于活性染料的染色过程及机理一、活性染料的上染活性染料的上染：是指活性染料从染液中被吸附到纤维上，并在纤维上均匀扩散的过程。与其它染料一样在上染过程中，也存在着吸附、扩散和固着的过程。靠纤维内外的浓度差扩散染料的扩散是在固态相介质中进行的，比在溶液中扩散慢，是决定上染速率的主要阶段。染透：纤维和溶液间的染料浓度达到平衡第2页,共30页，2024年2月25日，星期天一、活性染料的上染染料在纤维中的状态纤维中染料分子分布在无定形区有的呈单分子状态吸附在纤维的分子链上少量的染料分子也可能成多分子层吸附在纤维的分子链上有的则分布在纤维内孔道的溶液中上染特点∵活性染料分子质量相对一般较小，水溶性较高∴亲合力低、扩散性高、匀染性好、上染率低、趋向上染平衡时间短第3页,共30页，2024年2月25日，星期天一、活性染料的上染在纤维中扩散的同时，还存在着染料与纤维的键合反应和染料与水的水解反应。提高活性染料上染率的方法（上染阶段）加入电解质促染低温染色小浴比染色第4页,共30页，2024年2月25日，星期天二、活性染料的固色活性染料的固色：是在一定的碱性和温度条件下，染料的活性基团与纤维发生反应形成共价键结合（简称键合），而固着在纤维上的过程。证明染料与纤维发生键合的方法中性浴染色，染料可用水洗去；碱性浴染色，染料不能用水洗去直接染料、还原染料染棉后，可进行剥色；而活性染料不能进行剥色第5页,共30页，2024年2月25日，星期天（一）活性染料的键合机理染料活性基不同，键合机理不同1、亲核取代键合机理均三嗪型与纤维素纤维的作用2、亲核加成键合机理乙烯砜型与纤维素纤维的作用第6页,共30页，2024年2月25日，星期天1、亲核取代键合机理以二氯均三嗪类活性基与纤维素纤维的反应为例与氯相连的碳原子电子云密度低（∵N的Cl电负性的影响）能形成易接受纤维素负离子进攻的反应中心，从而发生亲核取代反应。第7页,共30页，2024年2月25日，星期天1、亲核取代键合机理第一步：纤维素负离子的亲核加成反应，生成不稳定的中间产物第二步：C-Cl键的离解，氯以氯离子形式进入溶液。第8页,共30页，2024年2月25日，星期天1、亲核取代键合机理一个氯被取代后，与另一个氯相连的C原子电子云密度提高（∵纤维素负离子具有供电性），取代反应不易进行。高温强碱下，还可能与纤维素负离子进一步发生键合反应，生成如下化合物：第9页,共30页，2024年2月25日，星期天一氯均三嗪与二氯均三嗪染料的不同之处以—NHR（或—OR）代替了均三嗪环上的氯原子—NHR具有供电性，使C原子上的电子云密度提高，降低了反应性亲核取代反应需在剧烈的条件下进行浸染：固色温度高，染液的PH也较高连续轧染：汽蒸时间要长轧卷染色：堆置时间要长储存稳定性好第10页,共30页，2024年2月25日，星期天2、亲核加成键合机理乙烯砜型与纤维素纤维的作用活性基：β-乙烯砜硫酸酯碱性条件下，砜基具有较强的吸电子性，使得α-C上的H比较活泼而容易离解硫酸酯的吸电子性使C—H键具有极性，容易断裂，发生消去反应，生成乙烯砜基第11页,共30页，2024年2月25日，星期天2、亲核加成键合机理乙烯砜型活性染料易爱亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应砜基电负性较高Β-C电子云密度较低第12页,共30页，2024年2月25日，星期天（二）活性染料的水解反应碱性条件活性染料能与水中OH-发生亲核取代或加成反应，生成水解活性染料。水解活性染料不能与纤维发生键合反应造成染料的浪费。第13页,共30页，2024年2月25日，星期天（二）活性染料的水解反应水解反应与键合反应相随相伴反应机理相同反应条件相同键合反应总比水解反应快例：普施安艳红2B，在PH=11室温时染料与纤维迅速发生结合20min仅水解50%第14页,共30页，2024年2月25日，星期天（二）活性染料的水解反应键合反应总比水解反应快原因：染料对纤维有亲和力，加之纤维的有效容积小，使染料在纤维中浓度»溶液中浓度，使反应速率

»水解速率Cell-O-浓度

»OH-浓度Cell-O-亲核性

»OH-，优先第15页,共30页，2024年2月25日，星期天三、影响活性染料固色率的因素1、染料性质的影响（1）染料反应性的影响（2）染料亲和力的影响（3）染料扩散性的影响2、染色工艺条件的影响（1）PH值（2）固色温度（3）中性电解质（4）浴比第16页,共30页，2024年2月25日，星期天1、染料性质的影响（1）染料反应性的影响反应性不同，其固色率也不同活性染料的反应性越高，染色的固色率越大，但水解速率也随之增大∴提高活性染料的反应性不一定能提高固色率，有时甚至会降低固色率第17页,共30页，2024年2月25日，星期天影响活性染料反应性的因素A、染料结构凡能降低中心C原子上电子云密度的因素，都能提高染料的反应性活性基种类不同，反应性不同同一活性基，取代基不同，反应性不同同一活性基，离基不同，反应性不同染料母体的影响分子量高，反应性低结构复杂，反应性低第18页,共30页，2024年2月25日，星期天影响活性染料反应性的因素桥基亚氨基在碱性条件下离子化，使亚氨基的供电子性增加，提高了均三嗪环和反应中心C原子上的电子云密度，使反应性降低。N-甲亚氨基不会发生离子化，反应性高甲酰胺基，反应性较高第19页,共30页，2024年2月25日，星期天影响活性染料反应性的因素B、外界因素染液PH值：高，反应性较高固色温度：高，反应性较高中性电解质浓度：大，反应性较高第20页,共30页，2024年2月25日，星期天（2）染料亲和力的影响染料的上染是固色的前提染料的亲和力越大，染料的上染率越高，染料的固色率也越高染料的亲和力过大，染料的扩散性差，影响染料的固色率，同时水解后粘附在纤维上的染料也不易除去。第21页,共30页，2024年2月25日，星期天（3）染料扩散性的影响染料扩散性好，染料在纤维上的分布越均匀，染料与纤维发生键合的概率越高，固色率越高。第22页,共30页，2024年2月25日，星期天2、染色工艺条件的影响（1）染液的PH值PH高，碱性强，利于纤维素离子化，纤维素负离子的浓度增加，纤维溶胀大，键合反应速率提高，固色率一般也将提高。在PH值较低时，[Cell-O-]随着PH值升高而增加超过某一PH值，[OH-]比[Cell-O-]增加的快，水解比例增加PH值太低，反应速度很慢因此，要选择合适的PH值，7~11第23页,共30页，2024年2月25日，星期天2、染色工艺条件的影响（2）固色温度温度升高，反应速度提高，但水解速度也提高，固色率降低温度升高，平衡上染百分率将降低，也影响固色率因此要选择合适的温度达到要求的上染率水解不严重第24页,共30页，2024年2月25日，星期天2、染色工艺条件的影响（3）中性电解质的影响间接影响：[OH-]浓度提高促染促进纤维离解促进纤维素溶胀提高固色率第25页,共30页，2024年2月25日，星期天2、染色工艺条件的影响（4）浴比保证上染率基础上，尽量减小浴比，有利于染色、固色一般1:15~1:20但染色浴比过小会影响染色的匀染性第26页,共30页，2024年2月25日，星期天固色时染料的上染第27页,共30页，2024年2月25日，星期天固色时染料的上染1、活性染料浸染或卷染，常先在中性浴中染色一段时间后，加碱剂进行固色2、加碱后，上染的染料量增大3、固色率低于上染率第28页,共30页，2024年2月25日，