活性染料

活性染料（又称反应性染料）是其染料离子或分子中含有能与底物上基团键合的反应性基团，并借此染色的一种染料。在适当条件下，活性基团通过与纤维素上的羟基、与蛋白质或聚酰胺纤维上的氨基形成共价键而上染，因此活性染料染色通常具有良好的牢度。活性染料是棉、羊毛和尼龙的重要染色方法。^[1][2][3]  

结构与特点

活性染料的化学结构式可用此通式表示：W-D-B-Re，式中W为水溶性基团（如磺酸基、羧基），D为染料母体或发色基，B为连接基团（有些染料没有桥连基），Re为反应性基团，活性染料的分子结构一般比较简单（相较于直接染料或酸性染料而言）。  

优点

活性染料有色谱丰富、成本较低、水溶性好、易染匀色的特点，并且是最重要的纤维素纤维染色方法。^[4]由于染色时形成了共价键，它的耐皂洗和摩擦牢度都较好（取决于染料母体和染色浓度），能广泛应用于棉、粘胶纤维、羊毛、丝、聚酰胺纤维的染色中。  

缺点

活性染料在浴染的同时，伴有水解反应，从而降低了染料的利用率。^[5]活性染料虽然染色方法简单，但染色时间较长，水和中性盐的用量较大，产生的废液对环保不利。此外，活性染料的耐日晒和氯漂牢度较差，耐候性不佳，蒽醌结构的蓝色活性染料还有烟气褪色现象。  

类别

按活性基团来给活性染料分类，可以分为均三嗪类、嘧啶类、乙烯砜基类、膦酸基类等等。按母体种类可以将活性染料分为偶氮类、金属络合类、蒽醌类、铜酞菁类等等。一般都是以活性基来为活性染料分类。   部分活性染料，按活性基分类。^[6]

活性基	键合部分	染色温度	特点	商品名参考
一氯均三嗪	杂环	80°C	热固型染料，易于存储，遇碱易水解	Basilen E & P, Cibacron E, Procion H
一氟一氯均三嗪	杂环	40°C	价格较高，键合稳定，反应速率快	Cibacron F & C
二氯均三嗪	杂环	30°C	反应性高，易水解，不易储存	Basilen M, Procion MX
二氟一氯嘧啶	杂环	80°C	用于染羊毛，固色率高，酸性条件染色	Verofix, Drimarene K & R
二氯喹𫫇啉	杂环	40°C	反应性高，可用于低盐染色，小浴比染色工艺	Levafix E & EA
三氯嘧啶	杂环	80-98°C	反应性低，易储存	Drimarene X & Z, Cibacron T
乙烯砜	双键	40°C	反应性高，溶解性好，适合冷轧堆法或连染	Remazol
膦酸基	膦酸基	60°C	适合于分散/活性一浴法染涤/棉混纺布	Procion T

机理

卤代杂环类的活性染料，由于结构中含电负性较强的氮原子，使与之连接的碳原子电子云密度降低，成为带正电性的活化中心，容易与纤维上的基团发生亲核取代反应（S_N2）。

卤代杂环活性基染色机理

含有乙烯砜结构的染料，是以β-羟乙基砜硫酸酯或其氨基取代的形式售卖。在碱性条件下，α-C上的氢和亲核部分被消去，得到活泼的乙烯砜基结构。由于砜的极化，β-C上带有部分正电性，并以此与纤维键合。^[7]

 

活泼性顺序

不同活性基的反应性排序（由强至弱）^[8]：

DCT^{[注 1]}＞MCDFP^{[注 2]}＞MFT^{[注 3]}≈VS^{[注 4]}＞MCT^{[注 5]}＞TCP^{[注 6]}＞MNT^{[注 7]}

 

双或多活性基活性染料

只有单个活性基团的活性染料有时会有固色率低的问题，针对此，开发了许多含有双（或多个）活性基的染料。 多活性基活性染料可以是相同活性基的迭代，也可以是不同活性基的组合，如一个均三嗪结构的活性中心和一个乙烯砜基结构的组合。双活性基染料的优点是有高固色率，并能承受更高的染色温度，因此可以作为一种混纺染料使用，也可以特化染料的某一方面特点，如更好的牢度或是环境友好型染料^[4]。

用途

活性染料的研究可以追溯到19世纪晚期，第一次有记载的商业化在1950年代，帝国化学工业的Rattee和Stephens首次推广了以氯代均三嗪作为母体和发色基间的连接基。 三氯均三嗪至今仍是常用的活性基“平台”，通常使用胺(或是烷氧基)取代一个氯作为桥连基，将发色基与之相连：

(NCCl)₃ + dye-NH₂→ N₃C₃Cl₂(NH-dye) + HCl

余下的嗪环上的氯可以置换连接到纤维素纤维上：

N₃C₃Cl₂(NH-dye) + HO-Cellulose → N₃C₃Cl(NH-dye)(O-Cellulose) + HCl

该过程需要在碱性缓冲溶液浴染中进行。 另一种在商业运输、存储过程中有优势的是乙烯砜基结构，与氯均三嗪类似，与纤维素上羟基键合上染。

 

二氯均三嗪和乙烯砜型染料染色过程（Cell = 纤维素； R = 发色基）

 

备注

1. 二氯均三嗪
2. 二氟一氯嘧啶
3. 一氟均三嗪
4. 乙烯砜
5. 一氯均三嗪
6. 三氯嘧啶
7. 烟酸均三嗪

 

参考文献

1. Alan Johnson. The theory of coloration of textiles. 1989. |journal=被忽略 (帮助)
2. M. R. Sampath. Dyeing of vat dyes. Colourage. 2002, 49 (4): 101-106.
3. J. R. Aspland. Vat dyes and their application. Textile Chemist and Colorist. 1992, 24 (2).
4. Horst Tappe, Walter Helmling, Peter Mischke, Karl Rebsamen, Uwe Reiher, Werner Russ, Ludwig Schläfer and Petra Vermehren "Reactive Dyes"in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2000, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a22_651
5. Chares M. Horne; Honex; Chapel Hill. A review of vat dyeing on cotton yarns. Textile Chemist and Colorist. 1991, 23 (2).
6. Stig Hjortshøj (1999), pp. 44–45.
7. 陶乃杰. 染整工程（第二册）. 北京: 中国纺织出版社. 1990.
8. 路艳华; 张峰. 染料化学. 北京: 中国纺织出版社. 2009. ISBN 978-7-50645-817-7.