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交聯染料的開發與發展

發布日期:2015-06-22 22:55:43
上世紀六十年代,人們開發了交聯染料。它的出現為活性染料克服自身缺點提供了 新的思路。交聯染料中不含有與傳統活性染料相同的反應基團,而是含有與纖維相同或 相似的可反應基團,染色時通過交聯劑將交聯染料和纖維之間連接起來而將染料與纖維 結合[M]。通過這種間接的方式,可能得到高的濕處理牢度和高固色率。另外,交聯染 料分子本身結構中不包含易發生水解的基團,且不需要對纖維本身進行改性而造成纖維 的強度等受到破壞。交聯染料在存儲和染色的過程中很穩定,不會發生水解,可以循環 使用,提高了染料的利用率,並降低了成本和對環境的汙染。交聯染料進行染色的示意 圖如下:
己經開發的交聯染料主要有:(1), Basazol染料。該染料是有德國BASF公司於二 十世紀六十年代開發的,其分子結構中含有帶有活潑氫的親核基團,如:-OH、-NH2、 -SH、-S02NH2、-S02NHCH2CH2NH2等等【9’lQ]。(2), Indosol 染料。該染料是由瑞士 Sandoz 公司於二十世紀八十年代開發的新型金屬絡合交聯染料,相較之之前的Basazol交聯染 料,Indosol交聯染料對纖維具有直接性,上染率更高[9,ul。(3),氨烷基交聯染料。該染 料是Lewis.D.M.等人於二十世紀八十年代退出的適用於羊毛等蛋白質纖維染色的交聯 染料,它在羊毛的染色過程中取得了優於常規活性染料的性能[12,13]» (4),國內開發的 交聯染料。我國在上述交聯染料的基礎上,也自行開發了交聯黃、交聯紅玉、交聯藍等 DERF係列交聯染料,並匹配以相應的高分子反應性陽離子交聯劑DFRF-1[14,15]。
1.2. 1 Basazol 染料
Basadol交聯染料是第一支商品化的交聯染料,其分子結構中帶有活潑氫原子的親 核基團。Basazol交聯染料的結構示意圖如下:
從上述結構圖中可以看出,Basazol交聯染料的結構中的可交聯基團直接連在染料 的發色體上,也就是說交聯基團位於分子的共軛體係上,因此在通過交聯基團與纖維進 行固色的過程中,共軛體係的電子雲排布發生變化,有可能引起染色布樣色澤的變化或 者色光變暗。
Basazol交聯染料的染色中使用的交聯劑一般包括三種,具有加成能力的乙烯亞胺 化合物,含有活潑鹵原子的化合物或者含有極性雙鍵的化合物,如1,3,5-三丙烯酰胺六 氫化均三嗪(FAP)(下文專門介紹),使用上圖中的交聯染料對棉纖維進行染色,使用 10~20 g/L交聯劑FAP和10 g/L的碳酸鈉的混合溶液浸潰,染色之後經過汽蒸工藝進行 固色,並經過皂洗水洗等過程去除未反應的染料,染料固色率為88%。
1.2.2 Indosol交聯染料
Indosol交聯染料是上世紀八十年代問世的第二代交聯染料,是對Basazol交聯染料 的一大進步。Indosol交聯染料的分子中含有金屬元素,屬於金屬絡合染料。染料分子中 也是含有帶有活潑氫的親核基團,能與交聯劑的活性基團發生化學反應。Tndosol交聯染 料的顯著優點在於,其分子平麵性更好,直接性好,能夠在纖維獲得較高的上染率,並 且由於Indoso丨交聯染料分子中含有親水性的磺酸基團,水溶性良好,能夠像直接染料 一樣進行染色。如下圖所示是Indosol交聯染料結構舉例。
與Indosol交聯染料配套使用的交聯劑是具有活潑輕甲基的反應性陽離子高分子化 合物,能夠在酸性條件下與染料的氨基和纖維的羥基發生縮合反應形成共價鍵。從上述 Indosol交聯染料的分子結構可以看出結構中含有金屬元素,存在Qi等重金屬汙染問題。 另外其配套使用的交聯劑如IndosolE-50、Indosol EF等含有甲酸結構,會造成甲醛汙染。 而且Indosol交聯染料並沒有完全解決由於交聯基團與發色體直接相連而造成的染色後 色光變暗的問題。
1.2.3氨烷基交聯染料
傳統羊毛染色多采用鉻煤酸性染料,其染色水溶液中的鉻含量成為日益嚴重的環境 問題。上世紀80-90年代,人們開發了氨烷基交聯染料,主要用於蛋白質纖維的染色, 固色率可高達96%。氨烷基交聯染料主要通過鹵代均三嗪活性染料與脂肪二胺反應或者 乙烯碸基活性染料和氨反應後得到。如下是部分氨烷基交聯染料結構示意圖;
相較於前兩種交聯染料,氨垸基交聯染料的分子平麵性更好,因此直接性頁腳前兩 者更好,氨烷基交聯染料能夠通過氫鍵、鹽鍵和範德華力等物理吸附作用與蛋白質纖維 結合,具有很好的上染率,之後再通過適當的交聯劑將兩者通過化學作用力連接起來。 氨燒基交聯染料的顯著優點是,其交聯基團是親核能力強脂肪氨基,在進行交聯反應時 反應條件溫和,另外染料結構中不含有金屬離子,不會產生重金屬環境汙染問題。
但是氨焼基交聯染料的染料品種有限,目前僅適用於蛋白質纖維的浸染染色工藝。 對其他纖維的交聯染色固色率還有待提高。
1.2.4國產交聯染料
上世紀八十年代我國開始對交聯染色體係進行研究並相繼開發了交聯黃SF-2R、交 聯紅玉SF-R、交聯紫SF-BR和交聯藍SF-2B四支DFRF-SF係列的國產交聯染料。並 開發了與之配套的高分子反應性陽離子化合物DFRF-1作為交聯劑。
國產交聯染料對纖維素纖維具有良好的直接性和水溶性,優點是能夠縮短工藝流程、 降低成本、節約能源、減少廢水。缺點是國產交聯染料品種有限,色譜不全,鮮豔度也 不及一般成熟的活性染料。
這些交聯染料不斷推進著交聯染料的研宄進展,為染料的發展做出了卓越的貢獻, 但是不同的染料也具有不同的缺點,如Basazol和Indosol交聯染料的交聯基團直接與發 色母體相連接,經過反應固色後,會產生不同程度的色變,使得織物的顏色加深,發暗 [16]。再者與這些交聯染料相配套的交聯劑也存在諸多問題,如,Indosol交聯染料及國 產交聯染料DFRF係列所采用的交聯劑會釋放對人體和環境有危害的甲醛[16]。氨烷基交 聯染料雖然各項性能比較優異且配套使用非甲醛的交聯劑,但是染料的種類有限且僅適 用於與蛋白質纖維的浸染染色。
以上的各種交聯染料為活性染料注入了新的活力[18,19],開啟了反應性染料研究的新 方向,具有很大的創新意義,為實現染料百分百固色,以及同步進行染色整理打開了一 條新的道路。但是也能從上麵的分析中看出,這些交聯染料仍然存在自身的缺點,使得 該類交聯染料的大範圍推廣和使用麵臨限製。
為此,在以上已經商品化的交聯染料之外,本課題組深入研宂開發了一係列的多羧 酸型和多胺型大分子交聯染料。