第13章阳离子染料.ppt

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1、第十三章 阳离子染料 主要内容13.1 引言 13.2 阳离子染料的结构类型13.3 阳离子染料的应用类型 13.4 阳离子染料的配伍值第十三章 阳离子染料13.1 引言阳离子染料是一类能在水溶液中电离生成阳离子色素的染料。主要用于含酸性基团的聚丙烯腈纤维（即腈纶）及其混纺织物，是聚丙烯腈纤维的专用染料，也可用于阳离子染料可染的改性涤纶、锦纶、丙纶等的染色。一、腈纶纤维的结构与与染色性能 聚丙烯腈纤维是以丙烯腈（CH2=CHCN）为主要单体的共聚物。在腈纶纤维中常加入第二、第三单体共聚，降低大分子结构紧密性，提高纤维的柔韧性，改善手感及染色性能等。第十三章 阳离子染料聚丙烯腈纤维中丙烯腈作为第

2、一单体约占85%以上。第二单体为含酯基的乙烯化合物，约占3%12%。如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯等。第三单体为可以离子化的乙烯基化合物，约占0.5%3%。如衣康酸、丙烯磺酸钠、对乙烯基苯磺酸钠等。引进的酸性基团，可以改进纤维的亲水性，纤维在溶液中带负电荷，阳离子染料染色时可与纤维形成离子键结合而上染。CH2CH CH2CH CH2CCOOHCH2COONaCNCOOCH3CH2CH CH2CH CH2CHCH2SO3NaCNCOOCH3或 第一单体 第二单体 第三单体第十三章 阳离子染料二、阳离子染料概述 阳离子染料是在碱性染料（也称盐基染料）的基础上发展起来的。碱性染料是最早生产

3、的合成染料（如苯胺紫、结晶紫、孔雀石绿等），因分子中含有阳离子性的碱性基团，所以称为碱性染料。染料以三芳甲烷为主，色泽浓艳，由于发现在腈纶纤维上的染色牢度明显高于其他纤维，并合成出许多染色牢度很高的新品种，形成了专用于腈纶纤维的阳离子染料。第十三章 阳离子染料13.2 阳离子染料的结构类型一、共轭型和隔离型阳离子染料根据阳离子染料分子中正电荷的位置，可分为共轭型阳离子染料和隔离型阳离子染料两大类。1、共轭型阳离子染料 染料分子中的季铵离子与共轭体系相贯通，正电荷位置不固定，分散于整个共轭体系，又叫非定域阳离子染料。由于正电荷参加共轭，-电子活动区域较大，染料稳定性较差，耐光牢度较低，但颜色特别

4、鲜艳，着色力高。根据发色团共轭体系结构的不同，共轭型阳离子染料可分为三芳甲烷结构、杂环结构、菁系结构等类型。第十三章 阳离子染料共轭型阳离子染料+(C2H5)2NCN(C2H5)2OCOO_碱性玫瑰精BNO(C2H5)2NN(C2H5)2+阳离子翠蓝GB第十三章 阳离子染料2、隔离型阳离子染料 染料分子中的季铵离子与共轭体系之间被隔离基隔开，正电荷定域在季铵离子上，不参与共轭体系，所以又叫定域型阳离子染料。隔离型阳离子染料鲜艳度和着色力均比共轭型差，上染速率比共轭型低，但耐热、耐光、耐酸碱稳定性均比共轭型阳离子染料好。这类染料的母体常采用类似于分散染料的结构，可分为偶氮型和蒽醌型阳离子染料两大

5、类。OONH2NH2SCH2CH2NCH3CH3CH3+CH3SO4_ 阳离子蓝BRO2NNNNCH3ClCH2CH2CH2N(CH3)3+Cl_ 阳离子红GTL第十三章 阳离子染料二、三芳甲烷和杂环染料1、三芳甲烷和杂环染料的结构特点在一个碳原子上连有三个芳基而构成的三芳甲烷结构的染料。中心碳原子连接三个芳环形成发色体系的主要骨架，在中心碳原子的对位接有氨基或取代氨基，发色体系实际上是醌式结构，分子中带一个正电荷。N(CH3)2CN+(CH3)2Cl-三芳甲烷第十三章 阳离子染料杂环结构可看作为二苯甲烷类化合物2，2位置上，由一个N、O、S原子相连而成的杂环衍生物。也可看作二芳甲烷或三芳甲烷

6、染料分子中两个芳环上连接中心碳原子的邻位用一个杂原子连在一起，就成了杂环染料。中心碳原子也可由杂原子N取代。+NR2YR2NX杂环染料第十三章 阳离子染料2、应用性能色泽：深、浓、艳，发色强度高。颜色主要为紫、蓝、绿牢度：耐洗、耐光、耐酸碱牢度均较差。在腈纶上染色牢度有所提高。适用范围：腈纶，蚕丝、羊毛、锦纶上有少量应用。第十三章 阳离子染料3、三芳甲烷染料的合成含两个氨基的三芳甲烷染料孔雀绿。用苯甲醛与芳胺进行羰基亲核加成缩合反应合成 第十三章 阳离子染料含三个氨基的三芳甲烷染料结晶紫。用光气与芳胺进行羰基亲核加成缩合反应合成 第十三章 阳离子染料用甲醛与芳胺缩合得到的三芳甲烷染料副品红第十

7、三章 阳离子染料3、三芳甲烷染料的结构与牢度（1）耐酸碱性和耐氧化还原性 三芳甲烷染料对酸碱非常敏感，在不同的pH下会呈现不同的颜色，在强酸强碱条件下会失去原来的颜色，酸碱稳定性很差。三芳甲烷染料经还原后可转变为隐色体，因醌式结构消失而变为无色，但隐色体经氧化又可以恢复为原来的颜色。在弱还原剂条件下不会被破坏，可以作为拔染印花的花色染料。在强还原剂条件下也可作地色染料。第十三章 阳离子染料（2）耐光牢度三芳甲烷染料对光的作用极不稳定，在水溶液、固体状态以及在棉纤维上容易被氧化分解生成无色的酮结构，在天然纤维上具有较低的耐光牢度。(CH3)2N+CN(CH3)2N(CH3)OH(CH3)2NCO

8、O+hv第十三章 阳离子染料三芳甲烷染料耐光牢度与氨基碱性和对称性有关，一般碱性愈大，耐光牢度愈低。若将三芳甲烷染料上的氨基进行甲基化或增加氨基数，均会使耐光牢度下降。N-甲基数或苯基数012氨 基 数123123123耐 光牢 度（级）羊 毛1122122121腈 纶765632第十三章 阳离子染料染料分子中引入CN等基团，降低氨基上的碱性，耐光牢度提高。ClCNNClCH3CH2CH2NCCH3CH2CH2CN (4)第十三章 阳离子染料在中心碳原子的邻位引入取代基，产生空间位阻，破坏了染料分子的平面性，并降低染料分子的对称性，耐光牢度提高。杂环染料中位于中心碳原子邻位的杂原子，如 O 、

9、NH 、S 等都是供电子基，因此耐光牢度更低，用氮原子代替中心碳原子，可以使耐光牢度提高。三芳甲烷染料用于腈纶纤维染色，耐光牢度较高。(CH3)2NCN(CH3)2Cl+碱 性 蓝6G第十三章 阳离子染料（3）湿牢度在腈纶上湿牢度较好，可达4级。主要是由于腈纶为疏水性纤维，染料分子比无定形区间隙大一个数量级，高温时纤维间隙增大，染料分子进入纤维内部而上染，冷却后间隙变小，染料无法从纤维中出来。由于天然纤维在水中溶胀，染料易从纤维上脱落进入水中，湿牢度差。第十三章 阳离子染料三、菁系染料1、结构特点和种类第十三章 阳离子染料2、菁系染料的耐光牢度 碳菁类染料：-CH=数越多牢度越差；离域性越好牢

10、度越差。由于电子云活动性大，-CH=CH-双键的不稳定性提高，所以耐光性很差。两端连接吲哚啉结构的二甲川染料耐光牢度较好。NCSCHCHCH3CHCSNCH3Cl-CNCCH3H3CCHCHCNCCH3CH3Cl阳离子橙2GL(C.I.Basic Orange 22)56级 第十三章 阳离子染料 氮杂菁和氮杂半菁染料：由于-CH=由-N=取代，电子云的活动性大大降低，染料的耐光牢度大大提高。偶氮型二氮杂半菁阳离子染料在腈纶纤维上的耐洗、耐光及升华牢度都极为优良。NCSNCH3NCHCNNCH3CH3CH3SO47级(C.I.Basic Blue 53)NCSNCH3NN(CH3)2CH3SO4

11、阳离子紫3BL78级 第十三章 阳离子染料 染料中取代基的碱性：染料分子中取代基的碱性提高，使电子云密度增大，稳定性变差，导致耐光牢度下降。而引入吸电子基则使耐光牢度提高，尤其是引入氰乙基后耐光牢度更好。纤维的影响：在腈纶纤维上具有很好的耐光牢度，一般45级，好的可到67级，甚至78级。第三单体为衣康酸则要比以丙烯磺酸钠及其衍生物时低一级。其他纤维上的牢度较低。第十三章 阳离子染料四、隔离型阳离子染料染料母体采用分散染料结构，通过隔离基与季铵正离子相连接。染料的耐光牢度和稳定性主要决定于母体结构。色谱齐全，鲜艳度、着色力比共轭型差，耐光牢度、化学稳定性好。第十三章 阳离子染料1、偶氮型阳离子染

12、料在偶氮染料分子中引入与共轭发色体系相隔离的阳离子基团。染料具有优良的牢度和pH稳定性。颜色以黄、橙和红色为主，但一般色光较暗，着色力也稍差。NClO2NNNCH2CH2CH3NCH3CH3CH3CH2SO4染料母体阳离子隔离基阳离子红GTL(C.I.Basic Red 18)第十三章 阳离子染料2、蒽醌型阳离子染料 在蒽醌染料分子中引入与共轭发色体系相隔离的阳离子基团。主要以蓝色为主，染色牢度好且色泽较浓。羰基与1,4位上的氨基或羟基形成氢键，有利于提高染料的耐光牢度。OONHCH3NH CH2CH2CH2NCH3CH3CH3CH3SO4阳离子蓝FGL(C.I.Basic Blue 22)第

13、十三章 阳离子染料13.3 阳离子染料的应用类型 根据阳离子染料的上染速率、染深性、匀染性及其他染色性能，国产阳离子染料分为普通型、X型、M型（E型）、分散型（SD型）和活性阳离子型等应用类型。一、普通型和X型阳离子染料 普通型阳离子染料对腈纶染色时上染速率很快，配伍值为12，易造成染色不匀，需使用缓染剂来提高匀染性。X型阳离子染料的上染速率也比较快，配伍值为2.53.5，具有中等的匀染性。普通型和X型阳离子染料染色中存在的最大问题是当超过腈纶的玻璃化温度时染料集中上染。使用时必须注意配伍值大小，控制适当的工艺及助剂的用量来避免染色不匀。第十三章 阳离子染料二、M型（E型）阳离子染料（迁移型阳

14、离子染料）染料分子结构比较简单，相对分子量小，迁移性好，所以也称为迁移型阳离子染料，配伍值为34。因为具有良好的迁移性和匀染性，染色时可少加或不加缓染剂，简化染色工艺。NCHNNCH3H3C+CH3SO4 阳离子黄M4GL 第十三章 阳离子染料三、分散型（SD型）阳离子染料 分散型阳离子染料采用分子量较大的萘磺酸、二硝基苯磺酸等芳香族磺酸的酸根作负离子，将染料中的阳离子基团封闭，形成不溶于水的络合物，染色时需加扩散剂配成悬浮液。因为染料的阳离子基团被封闭，对腈纶纤维的亲合力降低，容易在纤维上均匀地吸附扩散和渗透。随着染浴温度的升高，染料络合物逐渐分解，使染料呈阳离子性与腈纶的酸性基团形成离子键

15、结合。NCSCH3NNCHCNNCH3CH3SO3+-.分散型阳离子嫩黄 7GL第十三章 阳离子染料四、活性阳离子染料 在阳离子染料分子中引入活性基团就成为活性阳离子染料，可同时上染多种纤维，如羊毛、腈纶、阳离子可染聚酯纤维、其他含有羟基或氨基的纤维及其混纺织物，色泽鲜艳、匀染性好，而且湿牢度优良。NNCH2CH2CONH2NNCH2CH3CH2CH2SO2CHCH2+Cl-第十三章 阳离子染料五、其他应用类型阳离子染料 可拔性阳离子染料（即D型阳离子染料）是可用氯化亚锡拔白的阳离子染料，用于拔染印花的地色。例如阳离子黄D-2RL、阳离子红D-2RL、阳离子红D-BRL、阳离子兰D-2RL、阳

16、离子兰D-BRL、阳离子黑D-WRL、阳离子黑D-BRL等。耐拔性阳离子染料是耐氯化亚锡的阳离子染料，用于拔染印花的花色。例如荧光黄N-4GL、金黄N-GL、兰FRR、艳红N-5GN、桃红N-FG、红N-3R等。第十三章 阳离子染料13.4阳离子染料的配伍值一、阳离子染料的配伍性 由于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同，当上染速率差别较大的染料进行拼混染色时，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，能使产品的色泽保持一致，染色比较均匀。这种描述染料拼染的性能称为配伍性。配伍性：不同颜色染料配色时能否得到稳定颜色的性质。配伍性用数值来表示称为配伍值（K值）。第十三章 阳离子染料 配伍值（K）：阳离子染料根据配色性能不同分成五级。F1级：染料溶解性差，扩散慢，亲和力大，吸附快，匀染性差；F5级：染料溶解性好，扩散快，亲和力小，吸附慢，匀染性好。F选用：采用配伍性相同或相近的染料拼色，可以获得均匀的色泽。第十三章 阳离子染料 染料分子结构与配伍值的关系F染料分子中引入亲水性基团，水溶性增加，对纤维亲和力下降，染色速率降低，配伍值增大。第