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【纺织知识】酸性染料结构与应用性能的关系

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发布时间:
2020/05/21 10:47
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酸性染料结构与应用性能的关系

 

染料分子结构与染料在纤维上的应用性能,如耐光、耐湿处理(水洗、皂洗)、耐缩绒性能,匀  染性能以及染料在染色过程中的上染率等有着十分密切的关系。所以,染料分子结构与应用性能之间的某些规律一直为染料工作者所重视。

 

 酸性染料的染色性能以及染料在纤维上的牢度性能,尽管与染色纤维的类别、性质有一定的关系,但最主要的影响因素还是染料分子本身的结构。

 

一、染料分子结构与耐光性能的关系

 

染料在纤维上的耐光牢度与许多因素有关,如染色纤维的类型、性质,光源特性,温度,湿度以及染色深度,染料分子结构特征等。

 

 

上述结构中的X可以为一OH、OCH3、-SO3H及一C1等。 

 

对于提高酸性染料耐光牢度的另一个比较有效的方法,是在染料分子中引入某些特殊基团,使染料分子结构的稳定性提高,或者是影响染料分子在染色纤维中的物理状态,进而提高其耐  光牢度。典型的取代基团是不同的磺酰氨基,如一SO2NR2、一NHSO2Ph、SO2NHCH3等,  它们可以引入到酸性染料以及金属络合染料分子中。 

 

在实际应用中,更多的是把脂肪族碳链引入到酸性染料分子中,不仅对染料的耐光牢度有所提高,而且也可改进湿处理性能。测定的结果表明,随着引入脂肪碳链长度的增加,其耐光牢  度提高,通常C4~C3为佳,如果引入更长的脂肪链如C16,则耐光牢度降低。 

 

分子中含有脂肪族碳链的长度对染色织物耐光牢度的影响,可以认为与染料分子在纤维中的物理状态有关。具有中等长度碳链的染料比较容易形成聚集状态或胶束,这样可以比较容易  地在染料分子光化学分解之前消除或分解掉染料激发状态的能量,或降低激发状态染料分子存在的时间,或者是使得受到O2、游离基、H2O2等反应质点进攻的面积减小,从而提高染料的耐光牢度。而含有更长的脂肪族碳链,可以增加这些染料分子的表面活性,降低染料聚集体的稳定性,使染料在纤维内部以单分子存在。因此必须依据应用要求,选择适当长度的脂肪链。 

 

由氨基蒽醌磺酸衍生的酸性及弱酸性染料染羊毛的耐光牢度均较好,这是由蒽醌母体结构所决定的。与氨基葱醌分散染料相似,当在氨基的邻位引入磺酸基、甲基或其他取代基团时,降低了蒽醌  1位的氨基对光氧化作用的活泼性,提高了其耐光稳定性。如以下染料均具有较好的耐光牢度:

 

同时,如果在蒽醌类酸性染料分子中引入脂肪族碳链时,则以C8~C12为宜,否则耐光牢度也会降低。 

 

芳甲烷类染料具有强度高、色光鲜艳等优点,但通常在天然纤维上,如羊毛、丝或棉纤维  上耐光牢度可有1级至4~5级,平均为2级。 

 

有效改进三芳甲烷类酸性染料的途径,除了在分子中引入适当数目的磺酸基外,还可以通过  在三芳甲烷分子结构中心碳原子的邻位引入某些特定的取代基团,如一C1、一CH3及一SO3H,  由于这些基团的存在,产生了空间位阻效应,使三个苯环不处于同一个平面,降低了中心碳原子的反应活性,增加了染料分子的光化学稳定性,提高了染料在纤维上的耐光牢度。典型的品种如酸  性紫4BNS的耐光牢度只有1级,而引人取代基的染料酸性艳绿B耐光牢度可提高至2~3级

 

二、染料分子结构与湿处理坚牢度的关系

 

染料必须具有一定的湿处理坚牢度,包括耐水洗、皂洗、湿摩擦、碱煮以及耐缩绒牢度等。 湿处理牢度与染着在纤维内的染料分子扩散性能、染料的相对分子质量、分子构型以及染料与纤维之间的结合力有直接关系。 

 

染料分子结构决定了对染色纤维结合力的大小,该结合力越大,亲水性越弱,染着在纤维内  部的染料分子保留在纤维之中,不易向外扩散,则湿处理牢度越高。某些酸性染料从羊毛纤维  向碱性缓冲溶液中解吸附的速度是随着“染料一纤维”结合力的增长而降低,同时染料的解吸附的速度也随溶液的碱性降低而下降。 

 

增加染料相对分子质量可以有不同的方法,早期应用联苯胺为重氮组分合成的偶氮染料,  包括某些酸性染料品种,由于具有较好的分子共平面性,比起只考虑相对分子质量大小的影响  因素,更能改进酸性染料的湿处理牢度,这种平面结构可以有更多的机会产生染料分子与纤维  之间的范德华力与氢键作用。

 

更具有实际意义的增加相对分子质量的方法,是在染料分子中引入脂肪族烷基、环烷烃及  芳烃等憎水性基团。这些基团的引入,不仅可以降低酸性染料在水中的溶解度和亲水性能,而且还能增加染料分子与蛋白质纤维分子间的引力,明显地提高染料湿处理牢度。如用不同碳链的对烷基苯胺作重氮组分,与H酸酰化产物合成的酸性染料,当碳链长度、相对分子质量增加时,耐皂洗牢度也随之提高。

 

可见,通过引入疏水链改变染分子结构、增加其相对分子质量或降低磺酸基等水溶性基团的比例,有助于湿处理牢度的改进。

 

三、染料分子结构与匀染性能的关系

 

染料除具有一定的耐光及湿处理坚牢度外,为了获得良好的染色效果,还应该具备必要的匀染性能。

 

 

 

为解决上述矛盾,通常是使相对分子质量增加到一定程度,可用芳环或环烷烃代替脂肪链,同时引入极性较强的基团,如取代的磺酰氨基、酯基,以赋予染料一定的亲水性能,在增加与纤维结合能力的同时,还可以具有较好的匀染性。

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