第九章 分散染料 张晓莉.

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1 第九章 分散染料 张晓莉

2 主要内容 概述 分散染料的结构分类 分散染料的化学结构和染色性能的关系 分散染料的商品加工 分散染料的基本性质

3 第一节 概述 一、定义 分散染料是一类结构简单，水溶性低，不含水溶性基团，在染浴中主要以微小颗粒呈分散状态存在的非离子型染料。
染色——借助分散剂（分散、增溶）

4 二、应用的纤维 醋酯纤维 聚酯纤维 聚酰胺纤维 对天然纤维中的棉、麻、毛、丝均无染色能力
近年来，随着合成纤维特别是聚酯纤维的迅速发展，分散染料逐渐成为现代发展最快的染料之一。目前主要用于聚酯纤维的染色和印花，同时也可用于醋酯纤维以及聚酰胺纤维的染色。经分散染料印染加工的化纤纺织产品，色泽艳丽，耐洗牢度优良，用途广泛。

5 三、分类 1.按应用性能分类（主要是按升华性能） 例如瑞士山德士公司（Sandoz）的Foron染料分为E,SE,S三类：
升华牢度低的染料适用于载体染色；升华牢度中等的染料适用于125～140℃的高温染色；而升华牢度高的，由于匀染性差，主要用于热熔染色。

6 2.按化学结构分类 偶氮（占50％） 蒽醌（占25％） ； 其他杂环类 ：苯乙烯型、苯并咪唑型、硝基二苯胺型、氨基萘酰亚胺型等

7 四、结构特点 相对较小的分子量 ； 不含离子化基团 ；
含有一定数量的非离子极性基团，如一OH, -NH2, -NHR, -CN, -CONHR等 ； 由于聚酯纤维排列紧密,纤维内微晶孔道狭小，使得分散染料的上染相对比较困难。这就要求分散染料具有相对较小的分子量。同时，由于分散染料的分子结构中不含离子化基团，为了赋予染料一定的染着能力，分散染料其结构当中还须含有一定数量的非离子极型基团，如－OH、－NH2、－NHR、－CN、－CONHR等。极性基团的存在有利于染料能以微量的单分子状态分散在水中。

8 第二节 分散染料的分类 1、偶氮类 2、蒽醌类 3、杂环类

9 1、偶氮类分散染料 （1）单偶氮型 式中：R1多为吸电子基团，如-NO2等；R2, R3：为H或吸电子基团，如-Cl, -Br, -CN,-CF3 , -NO2 , -COOCH3等；R4,R5为H或供电子基团，如-CH3 , -OCH3，-NHCOCH3等；R6, R7为H或-CH3、-OH、-CN、-OCOCH3、-OC2H5等 。 单偶氮型染料的分子量一般为350～500，约占分散染料总量的50％。它们具有制造简便，价格低廉，色谱齐全及牢度较好的优点。 这类染料如固定其偶合组分，改变其重氮组分，可以得到自黄到蓝的色谱。固定重氮组分，变化偶合组分，对染料的色光有影响。 其中R1、R2、R3多为吸电子基团，对染料的色相影响比较大，且R1多为硝基。 R4、R5多为供电子基团，对色光有影响； R6、R7用以调节亲和力，如：-CH3、-OH、-CN、-OCOCH3、-OCH3等，根据基团的亲水性和疏水性不同来调节染料与纤维的亲和力。 单偶氮结构在分散染料中占有十分重要的地位，必须重点掌握。 重氮组分 例如分散黄棕2RFL的结构为：

10 （2）双偶氮型 式中：Ar为苯或萘或它们的衍生物；R为-H, -OCH3, -OH, -CH3 , -Cl, -NO2等基团；
R’为-H , -CH3, -OCH3, -NH2等基团；m,n为1~20 例如分散黄RGFL的结构为： 双偶氮型染料占整个分散染料的10％左右。 该类染料的品种也多，如黄、橙、红、紫、蓝等。由于偶氮基的增多，对纤维素纤维也有亲合力。这类染料主要用于高温染色法及载体染色法染色，吸收性能和耐晒性能尚可，但升华牢度较差。如在分子中导入极性基团或加大分子量，可以提高染料的升华牢度。偶合组分上带有杂环，能够改进染料的坚牢度。

11 分散染料未见三偶氮结构， 其原因何在呢？ 受分子量大小的制约，分散染料一般不存在三偶氮结构。虽然三偶氮结构在颜色的适应性上更为灵活，可以为各种色谱。但因分子量增大，染色温度将进一步提高，一但超出涤纶纤维的熔点，则使上染过程无法实现。 另外，三偶氮染料为线形分子，随着链段增长，与天然纤维的亲和力将随之增加，即使能够完成上染过程，对于混纺织物而言，将会沾染天然纤维组份而影响颜色纯度和染色牢度。

12 2、蒽醌类分散染料 （氨基、羟基蒽醌衍生物）
例如分散蓝RRL: 蒽醌类染料在整个分散染料中的比例在25％左右。这类染料色光鲜艳，匀染性能良好，日晒牢度优良，但由于其制造复杂，成本昂贵，因此这类染料的使用处于逐步下降的趋势。鲜艳度良好是蒽醌类染料的一个突出优点。从化学结构来说，它较偶氮类更为耐晒、耐热和耐还原，所以更加稳定。但如果遇到一氧化氮、二氧化氮，染料便会产生变色，这在梅雨季节更为显著。 就其结构而言，无非是单核氨基和羟基蒽醌的缩合物或者衍生物，一般不见多核蒽醌（指2个或多个蒽醌核）结构。

13 例如分散桃红R3L: 注意与1,4二氨基蒽醌类酸性染料的区别，酸性染料上要有水溶性基团。注意与还原染料的区别，还原染料不要求有氨基极性基团。

14 例如分散蓝2BLN

15 在上述通式中，X、Y、Z可视为助色团，多为一些供电子基团，如：-NH2、-NR2、-OH、-OCH3等，以增加母核的最大吸收波长和最大摩尔吸光系数，使染料颜色增浓加深；R1、R2为功能团，可为-X、-CX3、-OR、-OAr等，通过对其亲水、疏水性以及功能作用的选择，以改善其染色性能和提高染色牢度。

16 3、杂环类 分散翠蓝HBF 这类染料具有独特的性质，近年来为人们注意。这类染料结构较多，目前难以分类。总之，凡是共轭环中含有杂原子或者以杂原子为发色团的分散染料，均可归纳为杂环类。

17 这类染料在结构中引进暂溶性基团，在染液中先呈水溶性，然后在染色过程中逐步分解，以不溶性颗粒染着于纤维，从而可以防止染料在染色过程中产生凝聚。
除以上三大类分散染料外，目前发展中的还有： 暂溶性分散染料 这类染料在结构中引进暂溶性基团，在染液中先呈水溶性，然后在染色过程中逐步分解，以不溶性颗粒染着于纤维，从而可以防止染料在染色过程中产生凝聚。 可聚合的高分子分散染料 这类染料结构中含有可聚合基团，通过这些基团的聚合，使染料在涤纶上的牢度有所提高。如高温型的金黄色染料，其湿处理牢度良好。 溶剂型分散染料 这类染料在有机溶剂中有良好的溶解度，可用于制造转移印花纸用色墨和溶剂染色。这类染料的结构仍以偶氮和蒽醌类为主。它们都有较好的耐晒和耐升华牢度，其中黄色的更好。

18 第三节 化学结构和染色性能关系 一、化学结构与染料颜色的关系
在偶氮分散染料中，染料颜色的深浅与染料分子的共扼系统及其偶极性有关，染料分子偶极性的强弱又与重氮组分上取代基以及偶合组分上取代基的性质有关。

19 二、化学结构与染料日晒牢度的关系 染料在织物上的光褪色作用很复杂，除染料结构外，还和染料在纤维上的聚集状态、所染纤维的性质以及大气条件等因素有关。 由于偶氮染料分子中的偶氮基的光化学变化是一个氧化反应，偶氮基氮原子的电子云密度越高，将越易发生反应，所以在苯环上引入供电子基（－NH2、－OCH3等）往往会降低分散染料的日晒牢度。引入吸电子基（－NO2、－Cl等）则可提高日晒牢度，

20 三、化学结构与升华牢度的关系 要求染料具有较好的耐升华牢度。 所谓“升华牢度”是指染料在高温染色时由于升华而脱离纤维的程度。
分散染料的升华牢度主要和染料分子的极性、相对分子质量大小有关。极性基的极性越强、数目越多，芳环共平面性越强，分子间作用力就越大，升华牢度也就越好。染料相对分子质量越大，越不易升华。此外，染料所处状态对升华难易也有一定的影响，染料颗粒大、晶格稳定的，则不易升华。在纤维上还和纤维分子间的结合力有关，结合力越强的越不易升华。 改善染料的升华牢度可在染料分子中引入适当的极性基团或增加染料的分子量

21 第四节 分散染料的商品加工 分散染料最主要的加工工作是将染料充分研磨，选择适当的助剂（主要为分散剂）制成易于成高度分散和稳定悬浮液的染料商品。研磨时将染料、分散剂、和其它助剂等与水混合均匀，配成浆状液，送入砂磨机进行砂磨，直到取样观察细度并测试扩散性能达到合格，然后喷雾干燥，再经混配、标准化，达到商品规格。 分散染料溶解度很低，不能直接用来染色，因此在染料出厂前，通常必须进行商品化处理。 分散染料应该是稳定的晶体，晶体的形状直接关系着染色性能； 分散染料的颗粒必须分布在较窄的范围，过大的颗粒不但会造成色斑，而且影响分散染料的上染率；大量的过小颗粒，容易使染料在分散液中结晶而颗粒变大，还能引起悬浮体轧染后焙烘时小颗粒染料的泳移。

22 商品分散染料必须满足分散性、细度及稳定性三个方面的要求；
即：染料在水中能迅速分散，成为均匀稳定的胶体状悬浮液； 染料颗粒直径在1微米左右； 染料在放置及高温染色时，不发生凝聚或焦油化现象。

23 第五节 分散染料的基本性质 一、溶解特性 微溶性：约为直接染料的0.01% ； 增加温度——染料溶解度增大 分散剂——胶束增溶现象
分散染料的结构当中不含如－SO3H、－COOH等水溶性基团，而具有一定数量的非离子极型基团，如－OH、－NH2、－NHR、－CN、－CONHR等。这些基团的存在决定了分散染料在染色条件下具有一定的微溶性，约为直接染料的0.01％。 商品分散染料中含有大量分散剂等助剂，分散剂与染料溶解度有十分密切的关系。它们除了能使染料以细小晶体分散在染液中呈稳定的悬浮液外，当超过临界胶束浓度后，还会形成微小的胶束，将部分染料溶解在胶束中，发生所谓增溶现象，从而增加染料在溶液中的表观浓度。

24 二、结晶现象 分散染料在水中的分散状态，由于受到时间、温度及染浴中其它物质的影响而发生变化。 一种重要的现象是结晶的增长。
由于分散染料颗粒大小不一，具有一定的粒径分布； 则溶解时，颗粒较小的染料先溶解，大颗粒的染料会吸附从过饱和溶液中结晶出来的染料，结果是晶体逐渐增加。 例如：配制染液时发生晶体增长和转变； 染深色产品时，突然的降温或升温不均匀，存在晶体增长现象 配制染液时发生 ，染料还会发生晶型转变，由较不稳定的晶型转变成较稳定的晶型。变成稳定的晶型后，染料的上染速率和平衡百分率都会下降。 在染深色时，染浴中存在着相当数量的染料，如果染浴温度不是逐渐下降而是突然冷却，那么在饱和染浴中已溶解的染料就会在少量尚未溶解的染料粒子周围结晶析出。 从实践中发现，染浴中的分散剂能起到稳定作用，并能抑制染料晶体的增长。 在染深色时，染浴中存在着相当数量的染料，如果染浴温度不是逐渐下降而是突然冷却，那么在饱和染浴中已溶解的染料就会在少量尚未溶解的染料粒子周围结晶出来。

25 三、染色特性 只有溶解了的染料分子〔直径约为1-2nm 〕才能进入涤纶微隙，在纤维内部进行扩散而染着。可用“溶解→渗透→再溶解→再渗透→上染”的过程来描述 。 分散剂可以提高染料的溶解度，但是分散染料在水中的溶解度不能过大，否则不易染着涤纶。

26 分散染料对涤纶的染色过程为： 首先，分散染料在水中主要以微小颗粒成分散状态存在，且染料微小晶体、染料聚集体、分散剂胶束中的染料和染浴中的染料分子处于相互平衡之中。 染色时，染料分子吸附在纤维表面，最后进入纤维空隙（所谓自由体积）而向内部扩散。分散染料在涤纶中的扩散阻力很大，因此要在高温下进行染色。 涤纶无定形区约占40%。无定形区和结晶区边缘的分子链都有可能和染料结合。

27 涤纶和分散染料之间的亲和力比锦纶与酸性染料间和睛纶与阳离子染料间的亲和力要小，所以要达到匀染的效果，从理论上来讲应该是比较容易做到的。
分散染料不仅分子结构较为简单，而且又不含电离性基团，所以有一定的蒸汽压，就出现升华现象，且升华的速率与温度成正比。

28 1、分散染料主要用于_____________纤维的染色。它们的结构特点是___________________________________；染料在染浴中主要以 ___________状态存在。我国根据分散染料的升华牢度和染色性能，将其分成____、____、____型，其中___型适用于高温高压染色法，___型适用于高温热熔染色法。 2、常用哪些染色牢度来表征分散染料的染色性能。分析如下通式的偶氮型分散染料结构中取代基对染料颜色和染色坚牢度的影响。