第五章活性染料ppt课件.ppt
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1、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-SO2CH2CH
2、2OSO3Na,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procion MX ICI Zeneca BASFDystar 浙江龙盛 活性大固色温度40 45 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procion H;亨斯迈Cibacron E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 Cibacron F;德司达Levafix EN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
3、Kayacelon React CN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Drimarene S型、 日本住友Sumifix 系列等。,3、乙烯砜型,D-SO2CH2CH2O
4、SO3Na,KN 型,活性高,固色温度4050德司达丽华实E型(Levafix E),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 Cibacron LS: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 Cibacron FN,两个相同活性基团1971年,ICI公司开发了procion H-E型;1984年
5、,ICI公司开发了procion H-EXL型;Ciba公司开发了Cibacron E;日本化药公司开发了Kayacelon E;中国开发了KE型活性染料;,两个不同活性基1980年,日本住友 Sumifix Supra1984年,德国Hoechst Remazol S、SN1989年,上染八厂ME型 上海万得 Megafix B型 BASF公司,Basilen FM Ciba公司 Cibacron C:一氟均三嗪 + 改良乙烯砜型,轧染Cibacron FN: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,
6、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)-NH2 CellO_ 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
7、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-
8、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
9、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30 L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
10、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,H值 CellO- 固色 水解 pH值太高对固色不利 纤维溶胀 pH值 11, pH值 固色效率 ,D: pH值,H值1
11、1, 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
12、碱后 固色率上染率 why and 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:Ex
13、haustion 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(Migration Index) 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(Level Dyeing Factor,大于70%为好,R:Reaction rate 表示加碱5min或10min时固色率与最终固色率比值;T
14、50: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
15、 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
16、(直接性、磺酸基)、活性基进行筛选、改性Ciba公司开发成功Cibacron LS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Sumifix supra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Remazol EF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 Drimarene HF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
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