活性染料

活性染料（又稱反應性染料）是其染料離子或分子中含有能與底物上基團鍵合的反應性基團，並藉此染色的一種染料。在適當條件下，活性基團通過與纖維素上的羥基、與蛋白質或聚醯胺纖維上的氨基形成共價鍵而上染，因此活性染料染色通常具有良好的牢度。活性染料是棉、羊毛和尼龍的重要染色方法。^[1][2][3]  

結構與特點

活性染料的化學結構式可用此通式表示：W-D-B-Re，式中W為水溶性基團（如磺酸基、羧基），D為染料母體或發色基，B為連接基團（有些染料沒有橋連基），Re為反應性基團，活性染料的分子結構一般比較簡單（相較於直接染料或酸性染料而言）。  

優點

活性染料有色譜豐富、成本較低、水溶性好、易染勻色的特點，並且是最重要的纖維素纖維染色方法。^[4]由於染色時形成了共價鍵，它的耐皂洗和摩擦牢度都較好（取決於染料母體和染色濃度），能廣泛應用於棉、粘膠纖維、羊毛、絲、聚醯胺纖維的染色中。  

缺點

活性染料在浴染的同時，伴有水解反應，從而降低了染料的利用率。^[5]活性染料雖然染色方法簡單，但染色時間較長，水和中性鹽的用量較大，產生的廢液對環保不利。此外，活性染料的耐日曬和氯漂牢度較差，耐候性不佳，蒽醌結構的藍色活性染料還有煙氣褪色現象。  

類別

按活性基團來給活性染料分類，可以分為均三嗪類、嘧啶類、乙烯碸基類、膦酸基類等等。按母體種類可以將活性染料分為偶氮類、金屬絡合類、蒽醌類、銅酞菁類等等。一般都是以活性基來為活性染料分類。   部分活性染料，按活性基分類。^[6]

活性基	鍵合部分	染色溫度	特點	商品名參考
一氯均三嗪	雜環	80°C	熱固型染料，易於存儲，遇鹼易水解	Basilen E & P, Cibacron E, Procion H
一氟一氯均三嗪	雜環	40°C	價格較高，鍵合穩定，反應速率快	Cibacron F & C
二氯均三嗪	雜環	30°C	反應性高，易水解，不易儲存	Basilen M, Procion MX
二氟一氯嘧啶	雜環	80°C	用於染羊毛，固色率高，酸性條件染色	Verofix, Drimarene K & R
二氯喹噁啉	雜環	40°C	反應性高，可用於低鹽染色，小浴比染色工藝	Levafix E & EA
三氯嘧啶	雜環	80-98°C	反應性低，易儲存	Drimarene X & Z, Cibacron T
乙烯碸	雙鍵	40°C	反應性高，溶解性好，適合冷軋堆法或連染	Remazol
膦酸基	膦酸基	60°C	適合於分散/活性一浴法染滌/棉混紡布	Procion T

機理

鹵代雜環類的活性染料，由於結構中含電負性較強的氮原子，使與之連接的碳原子電子云密度降低，成為帶正電性的活化中心，容易與纖維上的基團發生親核取代反應（S_N2）。

鹵代雜環活性基染色機理

含有乙烯碸結構的染料，是以β-羥乙基碸硫酸酯或其氨基取代的形式售賣。在鹼性條件下，α-C上的氫和親核部分被消去，得到活潑的乙烯碸基結構。由於碸的極化，β-C上帶有部分正電性，並以此與纖維鍵合。^[7]

 

活潑性順序

不同活性基的反應性排序（由強至弱）^[8]：

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

 

雙或多活性基活性染料

只有單個活性基團的活性染料有時會有固色率低的問題，針對此，開發了許多含有雙（或多個）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組合，如一個均三嗪結構的活性中心和一個乙烯碸基結構的組合。雙活性基染料的優點是有高固色率，並能承受更高的染色溫度，因此可以作為一種混紡染料使用，也可以特化染料的某一方面特點，如更好的牢度或是環境友好型染料^[4]。

用途

活性染料的研究可以追溯到19世紀晚期，第一次有記載的商業化在1950年代，帝國化學工業的Rattee和Stephens首次推廣了以氯代均三嗪作為母體和發色基間的連接基。 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)取代一個氯作為橋連基，將發色基與之相連：

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

餘下的嗪環上的氯可以置換連接到纖維素纖維上：

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

該過程需要在鹼性緩衝溶液浴染中進行。 另一種在商業運輸、存儲過程中有優勢的是乙烯碸基結構，與氯均三嗪類似，與纖維素上羥基鍵合上染。

 

二氯均三嗪和乙烯碸型染料染色過程（Cell = 纖維素； R = 發色基）