《阳离子染料》PPT课件.ppt

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1、第十三章阳离子染料,阳离子所染纤维-腈纶腈纶的构成 一般含有85%以上的丙烯腈与少量其他一种或两种单体的共聚物为原料所制成。若丙烯腈含量为35-85%的则称为变性聚丙烯腈纤维。第一单体:丙烯腈，对纤维的许多化学、物理和机械性能起主要决定作用。,第二单体：中性单体,占3-12%,丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯.作用：减弱聚丙烯腈大分子间作用力，改善手感和弹性，克服脆性，有利于染料分子进入纤维内部。第三单体：染色单体,占1-3%，是改善纤维的染色性能。含酸性基团的单体：如丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠,YOUR SITE HERE,阳离子染料是在碱性染料的基础上发展起来的。1856年美国的合成的

2、苯胺紫和随后出现的结晶紫和孔雀石绿，都是碱性染料。由于碱性染料在牢度、品种等方面尚不能满足腈纶染色的需要，人们在碱性染料的基础上开发出了能适合腈纶染色的新一类染料，即阳离子染料。腈纶是仅次于涤纶和锦纶的重要合成纤维，目前阳离子染料是腈纶染色的专用染料。,第一节 引言,YOUR SITE HERE,随着腈纶纤维性能的改进、应用领域的拓展、现代纺织印染技术的发展以及对环境和生态保护的要求，对现有的阳离子染料的性能和剂型等改进并开发新结构阳离子染料是当前阳离子染料发展的重要内容无锌阳离子染料：阳离子染料制造时，通常采用氯化锌使染料成为复盐而沉淀析出，致使阳离子染料商品中的锌含量大大超过ETAD的规定

3、限量。染料的商品化加工技术：开发适用腈纶纤维原液着色的液状阳离子染料。为了减少和消除阳离子染料的粉尘飞扬，Ciba公司在上世纪9O年代初开发了出Maxilon Pearl染料，即珍珠状阳离子染料，它们没有粉尘飞扬，溶解度很好。,概述,YOUR SITE HERE,新型阳离子染料：开发对混纺纤维沾染性很小的新品种。另外，随着阳离子染料可染型涤纶(CDP和ECDP)的发展，研发了能满足CDP和ECDP染色要求的新型阳离子染料。高性能阳离子染料：开发具有高pH值和湿热稳定性的阳离子染料，以满足印染技术的发展和对织物性能要求。另外，阳离子染料的毒性一般较大，特别是对水生物如鱼、藻类等，因此迫切需要开发

4、低毒性的阳离子染料，尤其是可取代属于急性毒性染料的阳离子染料。CDP-阳离子可染涤纶（加入少量第三组分SIPM，即间苯二甲酸二甲酯5磺酸钠)ECDP-常压阳离子染料沸染涤纶。用SIPM为改性剂的CDP纤维,其结构仍较紧密,染色还需要在高温高压条件下进行,能耗大,设备复杂等缺点,而且不能与羊毛、蚕丝等混纺或交织染色。因此若需要常压可染则还应加入第四组分，增大纤维中的非晶区和改善非晶区大分子的活动性,来降低聚酯大分子的刚性，从而获得阳离子染料常压沸染的染色效果。第四单体一般为聚乙二醇、间苯二甲酸二甲酯、己二酸二甲酯、丁二醇等。,概述,YOUR SITE HERE,第二节 阳离子染料的分类,按化学结

5、构分,按应用性能分,国产阳离子染料分为普通型、X型、M型、L型、SD型（分散型）、可拔染型（D型）、阳离子活性型。国外阳离子染料中Dystar公司的Astrazon染料是按配伍值（K）分五类，即浅色，K=5，；中色，K=23；中、深色，K=23.5；深色，K=1.53，；深色，K=1。,根据带正电荷基团（即：鎓离子）在共轭体系中的位置，阳离子染料可以分为两大类隔离型阳离子染料共轭型阳离子染料,YOUR SITE HERE,这类染料母体和带正电荷的基团通过隔离基相连接，正电荷是定域的。可用下式表示：,隔离型阳离子染料,因正电荷集中，容易和纤维结合，上染百分率和上染速率都比较高，匀染性欠佳。一般色

6、光偏暗，摩尔吸光度较低，色光不够浓艳，但耐热和耐晒性能优良，牢度很高，常用于染中、淡色。,YOUR SITE HERE,隔离型阳离子染料,阳离子蓝FGL,阳离子红M-RL,阳离子红GTL,YOUR SITE HERE,这类染料的正电荷基团直接连在染料的共轭体系上，正电荷是离域的。这类染料的色泽十分艳丽，摩尔吸光度较高，但有些品种耐光性、耐热性较差。在使用种类中，共轭型的占90%以上。,共轭型阳离子染料,共轭型阳离子染料主要品种,YOUR SITE HERE,1.三芳甲烷类 三芳甲烷染料以甲烷分子中的碳原子为中心原子，三个氢原子被芳烃所取代。具有平面对称的结构，与中心碳原子相连的碳碳键具有部分双

7、键的特征，如阳离子蓝G便属于此类染料，其结构式为：,共轭型阳离子染料,三芳甲烷染料色泽鲜艳，价格比较低廉，在棉纤维上染色，日晒牢度极差，用在腈纶纤维上，日晒牢度可提高23级。要改善三芳甲烷染料的耐光牢度，通常可在染料分子上引入氰乙基等基团，降低氨基的碱性；或制备分子结构不对称的染料。,YOUR SITE HERE,2.杂环类阳离子染料 这类染料分子中，由氧、硫、氮等组成杂环蒽类结构，用下式表示：,共轭型阳离子染料,主要有以下几种类型：,吖嗪类（二氮蒽）结构：染料分子中氮原子对位连接一个氨基或取代氨基后，颜色变深，大多为红色、兰色和黑色。较重要的是藏红花T，它的结构如下：,藏红花T染料具有鲜艳的

8、蓝光粉红色，但耐光牢度差，多用于皮革和纸张的着色。,YOUR SITE HERE,2.杂环类阳离子染料,共轭型阳离子染料,噻嗪结构：品种较少，多为兰色和绿色，有实用价值的是亚甲基蓝，结构如下,噁嗪结构：具有实用价值的阳离子染料，其色泽以兰色为主，少量是紫色的，比较鲜艳。在腈纶纤维上有较好的耐光牢度，也可用于蚕丝染色。常用的噁嗪类染料是阳离子翠蓝GB，结构如下：,色光十分鲜艳，耐光牢度较好，一般能够达到5级。将氨基氮原子接上氰乙基，降低分子中氨基的碱性，可以提高染料的日晒牢度。,颜色鲜艳，但耐光牢度不佳，多用于皮革和纸张着色，有时也染丝绸，还可以作为生化着色剂和杀菌剂。,YOUR SITE HE

9、RE,3.菁类阳离子染料,共轭型阳离子染料,以-CH=C-作为发色体系的染料称为多甲川染料，一端有含氮的给电子基，另一端是含氮的吸电子基，相当于脒离子（N=CHN）的插烯物。当两端氮原子与多甲川链上碳原子组成杂环时，成为菁（Cyanine,Cyan是蓝色）染料。,Y是组成杂环的杂原子或碳原子，n为零或整数。,YOUR SITE HERE,3.菁类阳离子染料,共轭型阳离子染料,根据甲川基两端杂环的性质和甲川基中一个或几个碳原子被氮取代的情况，作为阳离子染料使用的分为五类。,菁（碳菁），其通式表示如下：,两个杂环相同的为对称菁，如阳离子桃红FF，不相同时为非对称菁，如阳离子橙R。,YOUR SIT

10、E HERE,共轭型阳离子染料,半菁，菁染料分子中只有一个氮原子是杂环的组成部分，称为半菁，通式为,由于半菁的共轭体系较短，故颜色较浅，多为黄色。,阳离子黄X-6G,苯乙烯类，分子结构中有苯乙烯结构，也是半菁，其通式如下：,这类染料分子中只有一个吲哚杂环，共轭双键体系比菁类短，而比半菁长，故主要是红色。色泽比较鲜艳，但日晒牢度不佳，是腈纶纤维常用的染料。,YOUR SITE HERE,共轭型阳离子染料,氮杂菁，三甲川菁类染料分子中一个或几个甲川基被氮原子取代，得到氮杂菁染料。根据甲川基取代数不同，分别称为一氮杂菁、二氮杂菁和三氮杂菁。二氮杂菁又有对称型和非对称型两种，以非对称型比较重要，通式表

11、示如下：,例如阳离子嫩黄X-7GL,这类染料的颜色多为黄、橙、红色。染料分子中的甲川基被氮原子取代后，使日晒牢度显著提高，对酸的稳定性也比较好。,YOUR SITE HERE,共轭型阳离子染料,二氮杂苯乙烯菁，苯乙烯菁分子中两个甲川基均被氮原子取代，通式如下：,例如阳离子艳蓝RL,染料分子中的乙烯基（CHCH）被偶氮基（NN）取代，实际上是偶氮染料，不仅产生明显的深色效应，日晒牢度也得到提高。选用不同的重氮组分和偶氮组分，可以得到从黄到蓝、绿各种色谱，色泽鲜艳，着色力强，日晒牢度大多优良，合成比较方便，在阳离子染料中占有重要的地位，我国生产的阳离子染料品种中，此类结构占半数以上。,YOUR S

12、ITE HERE,4.迫萘内酰胺类阳离子染料,共轭型阳离子染料,这类染料用N-取代的迫萘内酰胺作原料，与各类芳胺加热缩合而成。其日晒牢度优良，对羊毛沾色不严重，以色泽鲜艳的红、蓝色调为主。例如阳离子蓝的合成过程如下。,YOUR SITE HERE,迁移型阳离子染料,第三节 新型阳离子染料,所谓迁移性阳离子染料是指一类结构比较简单，分子量和分子体积较小，而扩散性和匀染性能良好的染料，目前已经成为阳离子染料中的一个大种类。其优点如下,YOUR SITE HERE,改性合成纤维用阳离子染料,第三节 新型阳离子染料,适应改性聚酯纤维的阳离子染料有以下结构：黄色主要是共轭型甲川系染料，红色为三氮唑系或噻

13、唑系偶氮染料和隔离偶氮染料，蓝色则是噻唑系偶氮染料和噁嗪系染料。,YOUR SITE HERE,改性合成纤维用阳离子染料,第三节 新型阳离子染料,适用于改性聚酰胺纤维的阳离子染料有下列结构：黄色是共轭型甲川系染料，红色为隔离型偶氮染料，蓝色是隔离型蒽醌染料，尤以双阳离子染料比较好。对未改性纤维有防染性。,下列结构对于改性聚酯纤维和聚酰胺纤维均适用,YOUR SITE HERE,分散型阳离子染料,第三节 新型阳离子染料,为了适应腈纶纤维和其他合成纤维混纺织物的染色，出现了一种分散型阳离子染料，即将阳离子染料中的阴离子（Cl，CH3SO4，ZnCl3等）置换成相对分子质量较大的基团，如萘磺酸衍生物

14、，4-硝基-2-磺酸甲苯衍生物和无机盐K3Cr(SCN)64H2O等，使其溶解度下降到几乎不溶，再加入分散剂进行砂磨后形成分散状态，与其他类染料同浴时不产生沉淀，仅上染聚丙烯腈纤维和改进合成纤维，与分散染料可同浴染涤腈混纺织物。,三原色结构,YOUR SITE HERE,活性阳离子染料,第三节 新型阳离子染料,活性阳离子染料是在共轭型或隔离型染料分子上引入活性基，赋予这类染料以特殊的性能，尤其在混纺纤维上不但仍保持鲜艳的色泽，同时可染多种纤维。如下几种形式的结构较多,用甲撑或乙撑基将活性基酰胺基联接在染料分子的季铵基上。下示结构为蓝色的活性阳离子染料。,此类染料可以广泛地用于纤维素纤维、蛋白质

15、纤维和聚酰胺纤维的染色，且牢度优良。,YOUR SITE HERE,第三节 新型阳离子染料,.含N-氯乙酰基的多甲川活性阳离子染料。,对毛的耐洗牢度有显著提高。非活性染料的耐洗牢度仅为1级，而活性染料的耐洗牢度可提高至4级。,.乙烯砜活性阳离子染料,乙烯砜型活性阳离子染料在棉、毛、丙烯腈纤维及混纺织物上均有较好的匀染性，其耐晒牢度也比较好。,YOUR SITE HERE,第三节 新型阳离子染料,.三嗪型活性阳离子染料 这类染料有氟三嗪型、氯三嗪型和溴三嗪型。染料母体通过三嗪基与鎓离子相连接，或者三嗪基接在染料分子的共轭系统上。,YOUR SITE HERE,新型发色团离子染料,第三节 新型阳离

16、子染料,香豆素阳离子染料,荧啶阳离子染料,氧鎓染料,为黄色阳离子染料，具有很强的绿色荧光。,为蓝色，具有宝石红色的荧光。,YOUR SITE HERE,阳离子染料的溶解性,第四节阳离子染料的性质,阳离子染料分子中的成盐烷基和阴离子基团影响染料的溶解性。此外，染色介质中如果有阴离子化合物，如阴离子型表面活性剂和阴离子染料，也会与阳离子染料结合形成沉淀。毛/腈、涤/腈等混纺织物不能用普通阳离子染料与酸性、活性、分散等染料同浴染色，否则将产生沉淀。一般加入防沉淀剂来解决此类问题。,对pH的敏感性,一般阳离子染料稳定的pH范围是2.55.5。当pH值较低时，染料分子中的氨基被质子化，由给电子转变为吸电

17、子基，引起染料颜色发生变化；若pH值较高，阳离子染料可能形成季胺碱，或结构被破坏，染料发生沉淀、变色或者褪色现象。,YOUR SITE HERE,阳离子染料的配伍性,第四节阳离子染料的性质,阳离子染料对腈纶纤维的亲和力比较大，在纤维中的迁移性能不好，难以匀染。不同染料对同一纤维的亲和力不同，在纤维内部的扩散速率也不相同，当上染速率差别较大的染料进行拼混时，染色过程中容易发生色泽变化、染色不匀的现象；而上染速率接近的染料拼混时，它们在染浴里浓度比例基本不变，使产品的色泽保持一致，染色比较均匀。这种染料拼染的性能称为染料的配伍性。通常用配伍值（K）来表示。配伍值（K）是反映阳离子染料的亲和力大小和

18、扩散性好坏的综合指标。英国染色家协会（SDC）用数值15表示染料的配伍值，其中配伍值为1的染料亲和力大、上染速率最快;配伍值为5的染料亲和力小、上染速率最慢。,英国染色家协会(SDC)按不同上染速率选择有代表性的黄、蓝各5个染料，分别规定其配伍值为1、2、3、4、5（上染速率最快者为1，最慢者为5）作为参比标准其他染料的配伍值则根据它们和这5个黄或蓝的参比染料拼色效果，若与哪个染料配伍性能最为一致，则该参比染料的配伍值即为测试染料的配伍值。,YOUR SITE HERE,染料的配伍值和其分子结构存在一定的关系,第四节阳离子染料的性质,染料分子中引入亲水性基团，水溶性增加，对纤维的亲和力下降，染

19、色速率降低、配伍值增大，在纤维上的迁移性和匀染性提高，给色量降低。,YOUR SITE HERE,第四节阳离子染料的性质,染料分子中引入疏水性基团，水溶性下降，染料对纤维的亲和力上升，上染速率提高，配伍值减小，在纤维上的迁移性和匀染性降低，给色量增加。,染料分子中某些基团因几何构型而引起空间障碍，也使染料对纤维的亲和力下降，配伍值增加。,YOUR SITE HERE,阳离子染料的耐晒性,第四节阳离子染料的性质,阳离子染料的耐晒性能与其分子结构有关。共轭型阳离子染料分子中阳离子基团是比较敏感的部位，受光能作用后易从阳离子基团所处位置活化，然后传递至整个发色系统，使之遭受破坏而褪色，共轭型三芳甲烷

20、类、多甲川类和噁嗪类耐晒牢度都不好。共轭型阳离子染料中三氮杂碳菁、不对称的二氮杂碳菁和氮杂半菁、迫萘内酰胺类的日晒牢度较为优良。隔离型阳离子染料分子中的阳离子基团与共轭系统间被联结基隔开，即使在光能的作用下被活化，也不易将能量传递给发色的共轭系统，使之保存完好，所以耐晒牢度优于共轭型。,YOUR SITE HERE,阳离子染料的耐晒牢度还和分子对称性和氨基的碱性有关。引入氰乙基或丁二酰亚胺基，降低分子的对称性，增加正电荷的定域程度；或用二官能团组分将两个发色体系联结，均可提高染料的耐晒性能。,第四节阳离子染料的性质,阳离子染料的耐晒牢度还和纤维的性能有关。碱性染料在天然纤维上耐晒牢度极差，在腈

21、纶纤维却好得多。腈纶纤维的第三单体不同，也会改变阳离子染料的耐晒性能，采用衣康酸作为第三单体，一般比用丙烯磺酸及其衍生物要低一级左右。,例如下列结构的染料比较耐晒,亦称盐基性染料，其发色基团大多数为有机碱类，与无机酸结成盐（氯化物）,少数为其他盐类。色泽鲜艳，有瑰丽的荧光（主要是玫红、黄、橙等色），而且着色力很强，用很少量的染料即可得到深而浓艳的色泽。色牢度及耐光性差，碱性染料对纤维素纤维不上色。这类染料电离后染料离子带正电，可与酸性物质结合成盐。微生物实验室一般常用的碱性染料有美兰、甲基紫、草酸铵结晶紫、醋酸洋红、碱性复红、中性红、孔雀绿和蕃红等，在一般的情况下，细菌易被碱性染料染色。碱性染

22、料在水溶液中能解离生成阳离子色素的染料，故划归为阳离子染料类。由于碱性染料上染纤维后耐光色牢度和耐洗色牢度较差，现在已很少于织物的染色，主要用于文教用品、纸张的着色及制造色淀。,普通型：具有耐洗，耐晒的特点。适用于染中、深色腈纶针织内衣，腈纶条散纤维、腈纶毛毯的印花，以及浅、中、深色膨体纱。其品种有阳离子红2GL、嫩黄7GL、艳蓝RL、桃红FG、翠蓝GB、黑WHL等。X型：有匀染性好的特点。适用于腈纶膨体纱、毛腈混纺物的染色。其品种有阳离子黄X-8GL、金黄X-GL、红X-GRL、蓝X-GRL、蓝X-GRRL、黑X-2RL等。M型：具有迁移性好的特点。适用于腈纶膨体纱染色；腈纶织物的匹染、染中

23、、浅色，匀染性佳。其品种有阳离子红M-RL、黄M-RL、蓝M-RL、黑M-RL等。,L型：具有无粉尘，可与水任比例使用的特点。适用于湿丝束染色，其品种有阳离子艳红L-5GN、红LX-GRL、金黄LX-GL、黄LX-GRL、蓝LX-BL、蓝LX-GRL、黑LX-RL等。D型：具有可拔白、拔染的特点。适用于作拔染印花的地色。其品种有阳离子红D-TL、黄D-2RL、橙D-BRL、蓝D-2GL、黑D-WGL、黑D-HO等。SD型：具有耐高温性。可同酸性染料、分散染料一浴法染色。适用于改性涤纶染色；与酸性染料同浴染毛腈织物；与分散染料同浴染改性涤纶和涤纶混纺织物。其品种有阳离子艳红SD-5GN、红SD-GRL、蓝SD-GSL、蓝SD-RL、黑SD-RL、黑SD-O等。,