酸性染料結(jié)構(gòu)與應用性能的關系

    染料分子結(jié)構(gòu)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程中的上染率等有著十分密切的關系。所以,染料分子結(jié)構(gòu)與應用性能之間的某些規(guī)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別、性質(zhì)有一定的關系,但最主要的影響因素還是染料分子本身的結(jié)構(gòu)。

    染料在纖維上的耐光牢度與許多因素有關,如染色纖維的類型、性質(zhì),光源特性,溫度,濕度以及染色深度,染料分子結(jié)構(gòu)特征等。

    對于提高酸性染料耐光牢度的另一個比較有效的方法,是在染料分子中引入某些特殊基團,使染料分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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合染料分子中。

    在實際應用中,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,而且也可改進濕處理性能。測定的結(jié)果表明,隨著引入脂肪碳鏈長度的增加,其耐光牢度提高,通常C4~C3為佳,如果引入更長的脂肪鏈如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。具有中等長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)染料分子存在的時間,或者是使得受到O2、游離基、H2O2等反應質(zhì)點進攻的面積減小,從而提高染料的耐光牢度。而含有更長的脂肪族碳鏈,可以增加這些染料分子的表面活性,降低染料聚集體的穩(wěn)定性,使染料在纖維內(nèi)部以單分子存在。因此必須依據(jù)應用要求,選擇適當長度的脂肪鏈。

    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(jié)構(gòu)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,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(wěn)定性。如以下染料均具有較好的耐光牢度:

    同時,如果在蒽醌類酸性染料分子中引入脂肪族碳鏈時,則以C8~C12為宜,否則耐光牢度也會降低。

    芳甲烷類染料具有強度高、色光鮮艷等優(yōu)點,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。

    有效改進三芳甲烷類酸性染料的途徑,除了在分子中引入適當數(shù)目的磺酸基外,還可以通過在三芳甲烷分子結(jié)構(gòu)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,使三個苯環(huán)不處于同一個平面,降低了中心碳原子的反應活性,增加了染料分子的光化學穩(wěn)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。濕處理牢度與染著在纖維內(nèi)的染料分子擴散性能、染料的相對分子質(zhì)量、分子構(gòu)型以及染料與纖維之間的結(jié)合力有直接關系。

    染料分子結(jié)構(gòu)決定了對染色纖維結(jié)合力的大小,該結(jié)合力越大,親水性越弱,染著在纖維內(nèi)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“染料一纖維”結(jié)合力的增長而降低,同時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,更能改進酸性染料的濕處理牢度,這種平面結(jié)構(gòu)可以有更多的機會產(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,當碳鏈長度、相對分子質(zhì)量增加時,耐皂洗牢度也隨之提高。

    可見,通過引入疏水鏈改變?nèi)痉肿咏Y(jié)構(gòu)、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。

    染料分子結(jié)構(gòu)與勻染性能的關系

    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。