酸性染料结构与应用性能的关系

    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。

    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。

    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

    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。

    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。