上世纪六十年代,人们开发了交联染料。它的出现为活性染料克服自身缺点提供了 新的思路。交联染料中不含有与传统活性染料相同的反应基团,而是含有与纤维相同或 相似的可反应基团,染色时通过交联剂将交联染料和纤维之间连接起来而将染料与纤维 结合[M]。通过这种间接的方式,可能得到高的湿处理牢度和高固色率。另外,交联染 料分子本身结构中不包含易发生水解的基团,且不需要对纤维本身进行改性而造成纤维 的强度等受到破坏。交联染料在存储和染色的过程中很稳定,不会发生水解,可以循环 使用,提高了染料的利用率,并降低了成本和对环境的污染。交联染料进行染色的示意 图如下:
己经开发的交联染料主要有:(1), Basazol染料。该染料是有德国BASF公司于二 十世纪六十年代开发的,其分子结构中含有带有活泼氢的亲核基团,如:-OH、-NH2、 -SH、-S02NH2、-S02NHCH2CH2NH2等等【9’lQ]。(2), Indosol 染料。该染料是由瑞士 Sandoz 公司于二十世纪八十年代开发的新型金属络合交联染料,相较之之前的Basazol交联染 料,Indosol交联染料对纤维具有直接性,上染率更高[9,ul。(3),氨烷基交联染料。该染 料是Lewis.D.M.等人于二十世纪八十年代退出的适用于羊毛等蛋白质纤维染色的交联 染料,它在羊毛的染色过程中取得了优于常规活性染料的性能[12,13]» (4),国内开发的 交联染料。我国在上述交联染料的基础上,也自行开发了交联黄、交联红玉、交联蓝等 DERF系列交联染料,并匹配以相应的高分子反应性阳离子交联剂DFRF-1[14,15]。
1.2. 1 Basazol 染料
Basadol交联染料是第一支商品化的交联染料,其分子结构中带有活泼氢原子的亲 核基团。Basazol交联染料的结构示意图如下:
从上述结构图中可以看出,Basazol交联染料的结构中的可交联基团直接连在染料 的发色体上,也就是说交联基团位于分子的共轭体系上,因此在通过交联基团与纤维进 行固色的过程中,共轭体系的电子云排布发生变化,有可能引起染色布样色泽的变化或 者色光变暗。
Basazol交联染料的染色中使用的交联剂一般包括三种,具有加成能力的乙烯亚胺 化合物,含有活泼卤原子的化合物或者含有极性双键的化合物,如1,3,5-三丙烯酰胺六 氢化均三嗪(FAP)(下文专门介绍),使用上图中的交联染料对棉纤维进行染色,使用 10~20 g/L交联剂FAP和10 g/L的碳酸钠的混合溶液浸溃,染色之后经过汽蒸工艺进行 固色,并经过皂洗水洗等过程去除未反应的染料,染料固色率为88%。
1.2.2 Indosol交联染料
Indosol交联染料是上世纪八十年代问世的第二代交联染料,是对Basazol交联染料 的一大进步。Indosol交联染料的分子中含有金属元素,属于金属络合染料。染料分子中 也是含有带有活泼氢的亲核基团,能与交联剂的活性基团发生化学反应。Tndosol交联染 料的显著优点在于,其分子平面性更好,直接性好,能够在纤维获得较高的上染率,并 且由于Indoso丨交联染料分子中含有亲水性的磺酸基团,水溶性良好,能够像直接染料 一样进行染色。如下图所示是Indosol交联染料结构举例。
与Indosol交联染料配套使用的交联剂是具有活泼轻甲基的反应性阳离子高分子化 合物,能够在酸性条件下与染料的氨基和纤维的羟基发生缩合反应形成共价键。从上述 Indosol交联染料的分子结构可以看出结构中含有金属元素,存在Qi等重金属污染问题。 另外其配套使用的交联剂如IndosolE-50、Indosol EF等含有甲酸结构,会造成甲醛污染。 而且Indosol交联染料并没有完全解决由于交联基团与发色体直接相连而造成的染色后 色光变暗的问题。
1.2.3氨烷基交联染料
传统羊毛染色多采用铬煤酸性染料,其染色水溶液中的铬含量成为日益严重的环境 问题。上世纪80-90年代,人们开发了氨烷基交联染料,主要用于蛋白质纤维的染色, 固色率可高达96%。氨烷基交联染料主要通过卤代均三嗪活性染料与脂肪二胺反应或者 乙烯砜基活性染料和氨反应后得到。如下是部分氨烷基交联染料结构示意图;
相较于前两种交联染料,氨垸基交联染料的分子平面性更好,因此直接性页脚前两 者更好,氨烷基交联染料能够通过氢键、盐键和范德华力等物理吸附作用与蛋白质纤维 结合,具有很好的上染率,之后再通过适当的交联剂将两者通过化学作用力连接起来。 氨烧基交联染料的显著优点是,其交联基团是亲核能力强脂肪氨基,在进行交联反应时 反应条件温和,另外染料结构中不含有金属离子,不会产生重金属环境污染问题。
但是氨焼基交联染料的染料品种有限,目前仅适用于蛋白质纤维的浸染染色工艺。 对其他纤维的交联染色固色率还有待提高。
1.2.4国产交联染料
上世纪八十年代我国开始对交联染色体系进行研究并相继开发了交联黄SF-2R、交 联红玉SF-R、交联紫SF-BR和交联蓝SF-2B四支DFRF-SF系列的国产交联染料。并 开发了与之配套的高分子反应性阳离子化合物DFRF-1作为交联剂。
国产交联染料对纤维素纤维具有良好的直接性和水溶性,优点是能够缩短工艺流程、 降低成本、节约能源、减少废水。缺点是国产交联染料品种有限,色谱不全,鲜艳度也 不及一般成熟的活性染料。
这些交联染料不断推进着交联染料的研宄进展,为染料的发展做出了卓越的贡献, 但是不同的染料也具有不同的缺点,如Basazol和Indosol交联染料的交联基团直接与发 色母体相连接,经过反应固色后,会产生不同程度的色变,使得织物的颜色加深,发暗 [16]。再者与这些交联染料相配套的交联剂也存在诸多问题,如,Indosol交联染料及国 产交联染料DFRF系列所采用的交联剂会释放对人体和环境有危害的甲醛[16]。氨烷基交 联染料虽然各项性能比较优异且配套使用非甲醛的交联剂,但是染料的种类有限且仅适 用于与蛋白质纤维的浸染染色。
以上的各种交联染料为活性染料注入了新的活力[18,19],开启了反应性染料研究的新 方向,具有很大的创新意义,为实现染料百分百固色,以及同步进行染色整理打开了一 条新的道路。但是也能从上面的分析中看出,这些交联染料仍然存在自身的缺点,使得 该类交联染料的大范围推广和使用面临限制。
为此,在以上已经商品化的交联染料之外,本课题组深入研宂开发了一系列的多羧 酸型和多胺型大分子交联染料。