酸性染料結構與應用性能的關(guān)系
染料分子結構與染料在纖維上的應用性能,如耐光、耐濕處理(水洗、皂洗)、耐縮絨性能,勻 染性能以及染料在染色過(guò)程中的上染率等有著(zhù)十分密切的關(guān)系。所以,染料分子結構與應用性能之間的某些規律一直為染料工作者所重視。
酸性染料的染色性能以及染料在纖維上的牢度性能,盡管與染色纖維的類(lèi)別、性質(zhì)有一定的關(guān)系,但最主要的影響因素還是染料分子本身的結構。
染料在纖維上的耐光牢度與許多因素有關(guān),如染色纖維的類(lèi)型、性質(zhì),光源特性,溫度,濕度以及染色深度,染料分子結構特征等。
上述結構中的X可以為一OH、OCH3、-SO3H及一C1等。
對于提高酸性染料耐光牢度的另一個(gè)比較有效的方法,是在染料分子中引入某些特殊基團,使染料分子結構的穩定性提高,或者是影響染料分子在染色纖維中的物理狀態(tài),進(jìn)而提高其耐 光牢度。典型的取代基團是不同的磺酰氨基,如一SO2NR2、一NHSO2Ph、SO2NHCH3等, 它們可以引入到酸性染料以及金屬絡(luò )合染料分子中。
在實(shí)際應用中,更多的是把脂肪族碳鏈引入到酸性染料分子中,不僅對染料的耐光牢度有所提高,而且也可改進(jìn)濕處理性能。測定的結果表明,隨著(zhù)引入脂肪碳鏈長(cháng)度的增加,其耐光牢 度提高,通常C4~C3為佳,如果引入更長(cháng)的脂肪鏈如C16,則耐光牢度降低。
分子中含有脂肪族碳鏈的長(cháng)度對染色織物耐光牢度的影響,可以認為與染料分子在纖維中的物理狀態(tài)有關(guān)。具有中等長(cháng)度碳鏈的染料比較容易形成聚集狀態(tài)或膠束,這樣可以比較容易 地在染料分子光化學(xué)分解之前消除或分解掉染料激發(fā)狀態(tài)的能量,或降低激發(fā)狀態(tài)染料分子存在的時(shí)間,或者是使得受到O2、游離基、H2O2等反應質(zhì)點(diǎn)進(jìn)攻的面積減小,從而提高染料的耐光牢度。而含有更長(cháng)的脂肪族碳鏈,可以增加這些染料分子的表面活性,降低染料聚集體的穩定性,使染料在纖維內部以單分子存在。因此必須依據應用要求,選擇適當長(cháng)度的脂肪鏈。
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較好,這是由蒽醌母體結構所決定的。與氨基蔥醌分散染料相似,當在氨基的鄰位引入磺酸基、甲基或其他取代基團時(shí),降低了蒽醌 1位的氨基對光氧化作用的活潑性,提高了其耐光穩定性。如以下染料均具有較好的耐光牢度:
同時(shí),如果在蒽醌類(lèi)酸性染料分子中引入脂肪族碳鏈時(shí),則以C8~C12為宜,否則耐光牢度也會(huì )降低。
芳甲烷類(lèi)染料具有強度高、色光鮮艷等優(yōu)點(diǎn),但通常在天然纖維上,如羊毛、絲或棉纖維 上耐光牢度可有1級至4~5級,平均為2級。
有效改進(jìn)三芳甲烷類(lèi)酸性染料的途徑,除了在分子中引入適當數目的磺酸基外,還可以通過(guò) 在三芳甲烷分子結構中心碳原子的鄰位引入某些特定的取代基團,如一C1、一CH3及一SO3H, 由于這些基團的存在,產(chǎn)生了空間位阻效應,使三個(gè)苯環(huán)不處于同一個(gè)平面,降低了中心碳原子的反應活性,增加了染料分子的光化學(xué)穩定性,提高了染料在纖維上的耐光牢度。典型的品種如酸 性紫4BNS的耐光牢度只有1級,而引人取代基的染料酸性艷綠B耐光牢度可提高至2~3級
染料必須具有一定的濕處理堅牢度,包括耐水洗、皂洗、濕摩擦、堿煮以及耐縮絨牢度等。 濕處理牢度與染著(zhù)在纖維內的染料分子擴散性能、染料的相對分子質(zhì)量、分子構型以及染料與纖維之間的結合力有直接關(guān)系。
染料分子結構決定了對染色纖維結合力的大小,該結合力越大,親水性越弱,染著(zhù)在纖維內 部的染料分子保留在纖維之中,不易向外擴散,則濕處理牢度越高。某些酸性染料從羊毛纖維 向堿性緩沖溶液中解吸附的速度是隨著(zhù)“染料一纖維”結合力的增長(cháng)而降低,同時(shí)染料的解吸附的速度也隨溶液的堿性降低而下降。
增加染料相對分子質(zhì)量可以有不同的方法,早期應用聯(lián)苯胺為重氮組分合成的偶氮染料, 包括某些酸性染料品種,由于具有較好的分子共平面性,比起只考慮相對分子質(zhì)量大小的影響 因素,更能改進(jìn)酸性染料的濕處理牢度,這種平面結構可以有更多的機會(huì )產(chǎn)生染料分子與纖維 之間的范德華力與氫鍵作用。
更具有實(shí)際意義的增加相對分子質(zhì)量的方法,是在染料分子中引入脂肪族烷基、環(huán)烷烴及 芳烴等憎水性基團。這些基團的引入,不僅可以降低酸性染料在水中的溶解度和親水性能,而且還能增加染料分子與蛋白質(zhì)纖維分子間的引力,明顯地提高染料濕處理牢度。如用不同碳鏈的對烷基苯胺作重氮組分,與H酸?；a(chǎn)物合成的酸性染料,當碳鏈長(cháng)度、相對分子質(zhì)量增加時(shí),耐皂洗牢度也隨之提高。
可見(jiàn),通過(guò)引入疏水鏈改變染分子結構、增加其相對分子質(zhì)量或降低磺酸基等水溶性基團的比例,有助于濕處理牢度的改進(jìn)。
染料除具有一定的耐光及濕處理堅牢度外,為了獲得良好的染色效果,還應該具備必要的勻染性能。
為解決上述矛盾,通常是使相對分子質(zhì)量增加到一定程度,可用芳環(huán)或環(huán)烷烴代替脂肪鏈,同時(shí)引入極性較強的基團,如取代的磺酰氨基、酯基,以賦予染料一定的親水性能,在增加與纖維結合能力的同時(shí),還可以具有較好的勻染性。