摘要:文中提出使用代碱剂替代传统的纯碱、磷酸三钠等碱剂,以克服在活性染料固色时的不足。针对不同活性染料染色特征和类型差异以及代碱剂的组成、性质和性能,对比传统的纯碱和磷酸三钠的化学性能和特点,详细介绍和分析了代碱剂对活性染料的作用和应用优势。
关键词:代碱剂;活性染料;固色;应用
在活性染料染色中,固着反应使用的传统碱剂是选用较为温和的纯碱、磷酸三钠等。近一时期来,助剂市场上相继推出了一些代碱剂作为活性染料固色的专用碱剂,用于替代纯碱等传统碱剂。但是代碱剂在具体应用上,由于其化学构成、性质、性能与传统碱剂不同,形成了其各自的特点,进而在应用上有区别。为此,作专题应用研究,以便取得理想的使用效果。
1传统碱剂的化学性能和特点
活性染料染色的固着反应需在一定的碱性条件下进行。碱剂的选用,传统上历来以纯碱和磷酸三钠为主,烧碱等强碱一般很少单独使用。
纯碱的碱性较温和,它的化学特性适于活性染料染色,它的水溶液在一个比较广的单位浓度范围内其pH值变化不大。磷酸三钠也有此特性,只是它的碱性要比纯碱强。不同质量浓度的碱剂pH值见表1.
纯碱在水溶液中的pH值的变化特征,与它的化学特性有关。纯碱溶解于水后,和水起可逆反应,生成氢氧化钠和碳酸氢钠:
其中碳酸氢钠在湿和热的条件下,会逐步释放出二氧化碳,生成纯碱和水,从而使溶液的pH值保持了相当的恒定态;当遇烧碱则又生成纯碱和水,因此在某些场合下又具有一种抗碱作用,故碳酸氢钠又称之为酸式碳酸钠[2]。所以,在一定单位浓度范围内,其溶液的pH值的变化不大,这十分适合于活性染料的染色,可使染料与纤维的固着反应过程平稳且持续进行。
磷酸三钠的化学特性是在不同单位浓度的水溶液中,其pH值的变化,虽然影响和作用机理与纯碱并非一样,却与纯碱能异曲同工。它的碱性虽比纯碱要强,却比烧碱弱,且在活性染料染色所适合的范围以内,所以也常被用于染料固着反应,尤其是对pH值要求相对较高的活性染料品种。有时也根据具体品种情况,与纯碱混合使用。
烧碱等强碱,由于碱性很强,单位浓度上的微小变化,也会使pH值的变动明显,并且由于缺乏纯碱、磷酸三钠那样的缓冲性能,虽然达到指定pH值时的用量很少,除了极少数染料品种外,它与大多数活性染料品种的染色反应难于做到较好的协调和可控,所以,在实际大生产中,主要与磷酸三钠以适当比例混配,用于热固型 染料的某些品种,基本上不会单独使用。倘若染浴的pH值过高(多数品种不能高于12),染料发生水解的比例将直线上升。
2活性染料的染色特征与类型差异
通常,反应性较强的二氯三嗪型活性染料采用纯碱;反应性较弱的一氯三嗪型活性染料则宜使用较强的碱剂,如磷酸三钠,也可使用磷酸三钠与烧碱的混合碱剂,当然使用纯碱也并非不可,只是用量要增加,这时需注意染深色时的碱花问题。有烧碱参与的话,则温度可适当降低。
二氯三嗪型活性染料的染浴在pH值小于9.0时,固着率很低,超过9.0后固着率开始急剧上升,在pH值达到10.0～10.5时,往往出现最大值。
一氯三嗪型活性染料则在pH值达到10.0时,固着率才开始明显上升,在pH值11.0～11.5时出现最大值。
乙烯砜型活性染料的活泼程度介于二氯三嗪型和一氯三嗪型之间,固着浴的碱剂浓度一般可与二氯三嗪型相仿,但温度应比它高、比一氯三嗪低,介于二者之间。也有个别品种宜提高固着反应温度到一氯三嗪型染料的条件,以使得色量提高。
B型、M型等异构双活性基团类型活性染料,不同牌号、不同产地以及不同品种,其异构比可能并不一样,但均有必要考虑并照顾到一氯均三嗪和乙烯砜二者的特征,不宜过于偏向一方。固着浴温度也可比乙烯砜型略高。
由于活性染料固着于纤维素纤维的反应过程,首先要在一定的碱性条件下进行,但它在反应过程中会逐步释放出酸来,见反应式(1)。
氯代三嗪中的活性氯原子,在碱剂存在和一定条件下,易同棉纤维分子结构中的羟基(伯醇基)起共价键合反应,生成纤维素醚,同时释出盐酸。
二氯三嗪型活性染料的活性基团———氯代三嗪中的两个活性氯原子,在较弱碱剂和较低温度下,仅一个活性氯原子易同纤维素键合;在较高pH值和较高温度下,则两个活性氯原子会同时与棉纤维键合,形成交联物。一氯三嗪型活性染料当然只可能一个活性氯原子同棉纤维键合。
氯代三嗪中的活性氯原子,在碱剂存在和一定条件下,也易同水分子起共价键合反应(水解作用),生成水解染料,同时也释出盐酸,见反应式(2)。
部分活性染料是以β-乙烯砜硫酸酯作为活性基团的。其化学结构如下:
—SO2—CH2—CH2—OSO3H
β-乙烯砜硫酸酯在碱剂存在和一定条件下,先生成乙烯砜,再同纤维素分子结构中的羟基起加成反应,生成纤维素醚,同时释放出硫酸。其过程见反应式(3)、(4)。
β-乙烯砜硫酸酯在碱剂存在和一定条件下,也易同水分子起加成反应(水解作用),生成水解染料,同时也释放出硫酸[3]。其过程见反应式(5)、(6)。
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