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直接染料


直接染料
第一节 引言

早期的合成染料和天然染料染色时需将棉纤维用媒染剂处理后才能上染。 1884 年保蒂格(Bottiger)合成了第一只直接染料——刚果红,因其不需经过媒 染处理,就能在水溶液中直接上染棉纤维,所以称为直接染料。 直接染料是含有磺酸基、羧基等水溶性基团的阴离子染料。直接染料色谱齐 全,应用方便,合成工艺简单,价格低廉。但其色泽不

够鲜艳,耐洗牢度和耐光 牢度一般较差。 直接染料对纤维素纤维、 蛋白质纤维具有较好的染色性, 目前主要用于丝绸、 毛、麻、棉、皮革、纸张等的染色。全世界直接染料消耗量约占染料总消耗量的 15%,在纤维素纤维用染料中直接染料约占 25%。

第二节

直接染料的类型

按化学结构分类,绝大部分直接染料属于偶氮染料,且以双偶氮和多偶氮染 料为主,其他结构品种很少。直接染料按应用性能可分为直接染料、直接耐晒染 料、直接铜盐染料、直接重氮染料等。

一、直接染料 1 单偶氮直接染料 单偶氮直接染料因分子较小,直接性和牢度较差,仅限于一些黄色、橙色、 红色等品种。 2 双偶氮和多偶氮直接染料 平面型和直线型的双偶氮和多偶氮染料是直接染料的主要结构类型。随着染 料分子的增长,对纤维素纤维的直接性也相应增加,耐洗和耐光牢度有所提高。 当共轭体系增长时发生深色效应,可以得到蓝、紫、黑等深色品种。 1、联苯胺偶氮直接染料

联苯胺偶氮染料成本低廉,色谱齐全,染色性能好。因此,曾经得到普遍使 用, 生产量曾达到直接染料总产量的一半左右,但自从 20 世纪 60~70 年代确认 联苯胺有致癌性后,具有联苯胺结构的偶氮染料已先后被世界各国列入禁用染 料, 而研究开发用其他二胺作中间体生产的环保型染料作为联苯胺偶氮染料的代 用染料。 联苯胺偶氮染料主要有联苯胺、联甲苯胺和联大茴香胺作为中间体的几种类 型,分别举例如下(均已列入禁用染料):

2、苯甲酰苯胺偶氮直接染料

分子中的 C-N 键带有部分双键特性,使染料分子倾向于保持平面性,直接性 较高,湿处理牢度较好。因酰胺基对共轭体系有分隔作用,其颜色为两侧发色结 构颜色的混合。 3、苯磺酰苯胺偶氮直接染料 4,4--二氨基苯磺酰苯胺合成的染料,可用于棉、粘胶纤维、丝绸、锦纶及 皮革等的染色。如直接黑:

4、二氨基萘型直接染料 1,5--二氨基萘主要用于合成蓝、绿和黑色染料,具有较好的牢度和染色性 能。例如:

5、杂环偶氮直接染料 主要为苯并咪唑和苯并噻唑结构, 直接性和色牢度相当好, 但色谱仅限于黄、 橙、红等色。例如:

6、二苯乙烯偶氮直接染料 二苯乙烯为一平面结构,使整个染料分子呈直线平面型,共轭体系贯穿整个 染料分子,直接性较高。如直接黄 G:

二、直接耐晒染料 直接耐晒染料的耐光牢度比一般直接染料好(大于 4 级),其化学结构主要有 下列几种类型。 1、二芳基脲偶氮直接染料

脲分子中的 C-N 键带有部分双键特性,而且脲基是一个非常强的氢键生成基 团, 使染料产生较高的直接性, 湿处理牢度较好。 因脲基对共轭体系有分隔作用, 颜色由两侧发色团颜色混合而成,而且比较鲜艳,如直接耐晒桃红 BK:

2、三聚氰胺直接染料 这类染料分子中间由一个三聚氰胺基将两个相互隔离的、独立的发色体系连 接在一起, 整个分子的颜色由连接在一起的两个独立染料混合而成。这类染料有 良好的直接性和耐光牢度。如直接耐晒大红 BN1:

3、共轭连贯型多偶氮直接染料 这类染料含三个以上共轭连贯的偶氮基,随着染料分子共轭双键系统的连贯 增长,对纤维素纤维的直接性也相应增加,同时发生深色效应,颜色一般为紫、 棕、蓝、黑等深色品种,对纤维素纤维具有很好的直接性和耐光牢度。 4、二嘿嗪直接染料 二嗯嗪直接染料具有较好直线性及平面性的杂环染料,对纤维素纤维有一定 的直接性和较好的耐光牢度。例如直接耐晒蓝 FFR1:

5、酞菁直接染料 酞菁结构的直接染料色泽鲜艳,耐光牢度特别好,但耐洗牢度及耐摩擦牢度 较差,品种比较单调,实际使用的有铜酞菁二磺酸结构的直接耐晒翠蓝 G1,为

鲜艳的绿光蓝色,其结构式如下:

6、含金属络合结构的直接耐晒染料 直接染料分子中若在偶氮基的两个邻位上同时含有羟基、羧基、甲氧基或具 有水杨酸结构时,能与金属离子(一般是铜离子)络合,生成金属络合结构,亦称 直接铜络合染料。由于染料与金属络合后,水溶性降低,化学稳定性增加,故金 属络合型直接染料的耐洗和耐光牢度都有所提高,但也因络合反应引起色泽变 化,通常使颜色转暗而不够鲜艳。

三、直接铜盐染料 这类染料含有能与金属离子络合的结构,但要在上染纤维后再用硫酸铜和醋 酸处理,使染料与 cu2+形成络合物,从而提高耐洗和耐光牢度。如直接铜盐黄 R1N:

四、直接重氮染料 直接重氮染料的分子中含有可重氮化的氨基,先按一般直接染料的染色方法 上染纤维后,经重氮化处理,再用 2--萘酚等偶合剂偶合,形成较深的颜色,并 提高湿处理牢度。例如直接重氮蓝 BB1S:

第三节直接染料的结构与性能的关系

一、直接染料的分子结构与颜色 1、共轭体系与取代基对颜色的影响 共轭体系增大可使染料颜色加深,如采用萘环来代替苯环,从侧向增加共轭 链,或者采用增加偶氮基数目,从纵向来增加共轭链长度,均可使颜色加深。此 外,在发色体系中增加极性基团也可使颜色加深。 2、隔离基对颜色的影响 若染料分子中的共轭链被隔离基中断,而且分隔成的两部分不相同,则其颜 色相当于两部分颜色的拼混。例如直接耐晒绿 5G11 中均三嗪环作为隔离基,使 两边的黄色偶氮染料和蓝色蒽醌染料拼色而成绿色染料: 当分隔的两部分染料结 构相同,则其颜色近似于其中之一的单偶氮染料,但其着色强度为原来的两倍。 3、分子平面性对颜色的影响 当染料分子处于平面结构时产生较强的共轭效应,从而产生较大的深色效应,若 平面性被破坏,将对共轭体系产生隔离作用。以联苯胺结构为例,两个苯核可绕 中间相连的 C—C 单键自由旋转,共轭体系显得不很连贯,故颜色并没有达到完 全共轭的深度。 4、偶氮基位置对颜色的影响 在双偶氮和多偶氮染料中,两个偶氮基与苯环只有在对位相连时才能产生最 大的深色效应,而邻位相连时,则由于位阻效应而产生浅色效应。因此,一般均 以对位相连来增加共轭链长度, 可得到较深的色泽并保持较好的直线性。例如两 个偶氮基与萘环以 1,4 位相连得到蓝色双偶氮染料。

二、直接染料的分子结构与直接性

直接性是指染料离开染液对纤维直接上染的性能,表示染料对纤维的上染能 力或与纤维的作用力的大小。 由于直接染料与纤维素纤维之间存在范德华力和氢 键作用,所以直接染料对纤维素纤维具有直接性。染料与纤维之问作用力越强, 直接性就越高,越易上染,湿处理牢度也相应提高。 直接性的大小常用染色达到平衡时的上染百分率来衡量:(二)染料结构与直 接性的关系从被染纤维形态看,纤维素纤维分子是由葡萄糖环通过 p 一 1,4 苷 键连接而成的平面带状分子,并含有大量羟基。所以,若染料也是直线型分子, 并且构成染料分子的芳环呈同一平面,可使染料分子与纤维素分子互相贴近,增 加两者间接触面积,形成较大的分子问力,同时染料分子中羟基、氨基等与纤维 中的羟基之间形成氢键,从而提高对纤维的直接性。 1、分子直线性的影响 直线性好的染料分子可沿轴向平行地吸附在纤维轴上, 最大限度地使范德华力发 生作用。如:

2、分子共轭链长度的影响 增加偶氮基数,延长整个分子的共轭链长度,染料分子和纤维分子问的范德 华力增强,可提高直接性。例如,单偶氮染料的直接性一般比双偶氮染料要小得 多,所以大部分直接染料均采用双偶氮或多偶氮结构。 3、分子平面性的影响 在双偶氮或多偶氮染料分子中,若采用二苯乙烯、尿素、酰胺基等作为中间 连接基时,芳香环处于同一平面上,可使染料具有较好的直接性。若连接的基团 使分子平面性破坏则直接性降低。如在联苯胺的 2,2’位上连有两个甲基,由 于位阻效应使两个苯环不能处于同一平面,直接性大大下降。

4.可生成氢键基团的影响 若染料分子中含有多个能生成氢键的基团,可加强与纤维分子中羟基的氢键 作用,从而提高直接性。 5.磺酸基的影响 磺酸基的数量和位置也会影响染料的直接性。通常磺酸基数目增多,水溶性 增加,使直接性降低。为了保证直接染料较高的直接性,其磺酸基数量比酸性染 料相对要少。另外,当磺酸基位于分子两端时,上染时的静电阻力比磺酸基位于 分子中部的小,直接性提高。

第四节直接染料的发展
直接染料的新品种主要集中在满足涤/棉一浴一步法染色的需求,改善染色 牢度和寻找新的化合物代替禁用的芳族二胺等几个方面。

一、涤/棉一浴一步法染料 涤棉混纺织物采用一浴一步法染色,可提高印染效率,降低生产成本,减少 废水排放。适用的染料主要有直接混纺 D 型染料(具有优良的高温稳定性,由部 分普通直接染料、直接耐晒染料和直接铜盐染料组成)和直接混纺 TD 型染料。

二、直接交联染料 这类直接染料能像一般直接染料一样对纤维素纤维染色,然后用可同时与染 料和纤维反应的固色剂进行固色,使染料、纤维、固色剂之间形成以共价键、范 德华力和氢键等组成的交联结构,从而提高染色牢度。


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