Reaktivfarbstoffe

Reaktivfarbstoffesind eine Textilfarbstoffgruppe zum Färben vonBaumwolle-,Wolle- undPolyamidfasern.Beim Färbeprozess bildet sich einekovalente chemische Bindungzwischen demFarbstoffund denfunktionellen Gruppendieser Fasern. In der Farbstoff-Nomenklaturnach demColour Indexwerden die Reaktivfarbstoffe alsC.I. Reactive Dyesbezeichnet.

Chemische Eigenschaften

Reaktivfarbstoffe bestehen aus einem farbgebendenChromophormit einer oder mehreren löslichmachenden Gruppen, sowie einer oder mehreren reaktiven Gruppen, den sogenannten Reaktivankern.Gängige Chromophore sindAzofarbstoffe,Anthrachinonfarbstoffe,Phthalocyanine,FormazaneundTriphendioxazinfarbstoffe.Als löslichmachende Gruppen sind in aller RegelSulfonsäure-Gruppenenthalten.

Ein wichtiges Reaktivankersystem sind halogensubstituierte aromatischeHeterocyclen,wie beispielsweise Mono- und Dichlortriazine, Monofluortriazine, Difluorpyrimidine, Difluorchlorpyrimidine undDichlorchinoxalincarbonamide.Die bei den ersten kommerziellen Reaktivfarbstoffen verwendete Dichlortriazin-Gruppe spielt heute keine nennenswerte Rolle mehr.

Reaktivfarbstoffe mit heterocyclischem Reaktivanker
Monochlortriazin-Farbstoffe	Dichlortriazin-Farbstoffe	Monofluortriazin-Farbstoffe
Difluorchlorpyrimidin-Farbstoffe	Difluorpyrimidin-Farbstoffe	Dichlorchinoxalincarbonamid-Farbstoffe
CHR = Chromophor, R = aromatisches oder aliphatisches Amin

Wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung dieser Reaktivfarbstoffe sindCyanurchlorid(TCT),Cyanurfluorid(TFT), Trichlorpyrimidin, Trifluorpyrimidin,Tetrafluorpyrimidinund Trifluorchlorpyrimidin, sowie2,3-Dihydroxychinoxalin-6-carbonsäureund2,3-Dichlorchinoxalin-6-carbonsäurechlorid.

Zwischenprodukte zur Herstellung von Farbstoffen mit heterocyclischem Reaktivanker
2,4,6-Trichlortriazin (Cyanurchlorid)	2,4,6-Trifluortriazin (Cyanurfluorid)	2,4,6-Trichlorpyrimidin
2,4,6-Trifluorpyrimidin	2,4,5,6-Tetrachlorpyrimidin	2,4,6-Trifluor-5-chlorpyrimidin
2,3-Dihydroxychinoxalin-6-carbonsäure	2,3-Dichlorchinoxalin-6-carbonsäurechlorid

Die Fluorheterocyclen werden durch Halogenaustausch aus den entsprechenden Chlorheterocyclen hergestellt. Das Dichlorchinoxalincarbonsäurechlorid erhält man durch Umsetzung von Dihydroxychinoxalincarbonsäure mitThionylchlorid.

Unter alkalischen Färbebedingungen reagieren diese Reaktivfarbstoffe mit denHydroxygruppender Fasern unter Abspaltung vonChlorwasserstoff(HCl) bzw.Fluorwasserstoff(HF) und Bildung einer stabilen kovalentenEtherbindung.

Reaktion von Reaktivfarbstoffen mit heterocyclischen, halogenhaltigen Reaktivankern beim Färbeprozess

Das zweite bedeutende Reaktivanker-System ist die sogenannte Vinylsulfon-Gruppebei denVinylsulfonfarbstoffen.Die Vinylsulfongruppe reagiert während des Färbeprozesses mit dennukleophilenGruppen der Faser im Sinne einerMichael-Addition.Auch in diesem Fall entsteht eine stabile Etherbindung. Bei vielen Farbstoffen liegt die Vinylsulfongruppe in geschützter Form beispielsweise als Schwefelsäurehalbester vor. Erst unter den alkalischen Färbebedingungen wird die Vinylsulfongruppe durchEliminierungvonSchwefelsäuregebildet.

Reaktion von Reaktivfarbstoffen mit Vinylsulfon-Reaktivankern beim Färbeprozess

Neben den Mono-Anker-Farbstoffen, die nur eine Reaktiv-Anker-Gruppe enthalten, wurden im Laufe der Jahre eine Vielzahl hochleistungsfähiger bifunktioneller Reaktivfarbstoffe entwickelt, die sich durch eine hohe Fixierrate beim Färbeprozess auszeichnen. Wichtige kommerzielle bifunktionelle Reaktivfarbstoffe enthalten entweder zwei VS-Gruppen (homo-bifunktionelle Farbstoffe) oder eine Kombination aus VS-Reaktivanker und heterocyclischem Fluor- bzw. Chlor-Reaktivanker (hetero-bifunktionelle Farbstoffe).

Kommerziell wichtige Reaktivfarbstoffe

• C.I.Reactive Black 5ist einer der ältesten und der mengenmäßig weltweit größte Reaktivfarbstoff. Er wird unter verschiedensten Handelsbezeichnungen und als Hauptkomponente in vielen verschiedenen Schwarzmischungen eingesetzt. Es handelt sich um einen marineblauen Disazo-Farbstoff mit zwei VS-Reaktivankern. Durch Kombination mit Rot- oder Orange-Farbstoffen können tiefschwarze Färbungen erhalten werden.
• C.I.Reactive Blue 19ist ein monofunktioneller Vinylsulfon-Reaktivfarbstoff aus der Klasse der Anthrachinonfarbstoffe. Es handelt sich ebenfalls um ein Produkt aus der Anfangszeit der Reaktivfarbstoffe mit einer nach wie vor wichtigen kommerziellen Bedeutung. Die Färbung auf Baumwolle ergibt ein brillantes Blau.
• C.I.Reactive Orange 107ist ein einfacher monofunktioneller Azofarbstoff mit einer aromatischen Vinylsulfon-Reaktivgruppe, die über die DiazokomponenteParabaseesterin das Molekül eingeführt wird.
• C.I.Reactive Red 198und C.I. Reactive Red 239 sind hetero-bifunktionelle Reaktivfarbstoffe mit einem Monochlortriazin- und einem aromatischen Vinylsulfon-Reaktivanker.
• C.I. Reactive Blue 235 ist ein hetero-bifunktioneller Reaktivfarbstoff mit einem Monofluortriazin- und einem aliphatischen Vinylsulfon-Reaktivanker und damit ein Beispiel für eine relativ neue Entwicklung auf dem Gebiet der Reaktivfarbstoffe. Bei dem Chromophor des Produkts handelt es sich um einFormazan-Cu-Komplex-Farbstoff.
• C.I. Reactive Blue 204 ist ein homo-bifunktioneller Reaktivfarbstoff mit zwei Monofluortriazon-Reaktivankern und gehört zu den Triphendioxazinfarbstoffen.
• C.I. Reactive Blue 7 ist ein Reaktivfarbstoff aus der Klasse derPhthalocyaninfarbstoffe.
• C.I.Reactive Red 1ist ein monofunktioneller Reaktivfarbstoff mit einem Dichlortriazin-Reaktivanker

Beispiele für kommerziell wichtige Reaktivfarbstoffe
C.I. Reactive Black 5	C.I. Reactive Blue 19
C.I. Reactive Orange 107	C.I. Reactive Red 239
C.I. Reactive Blue 235	C.I. Reactive Blue 204
C.I. Reactive Blue 7	C.I. Reactive Red 1

Reaktivfarbstoff-Sortimente

Beispiele für kommerzielle Reaktivfarbstoff-Sortimente sind

• Drimaren-Farbstoffe (Reaktivanker: Difluorchlorpyrimidin, Difluropyrimidin, sowie Kombination mit Vinylsulfongruppen).Drimarenist ein geschützter Handelsname derArchroma,früherClariant,bzw.Sandoz.
• Levafix-Farbstoffe (Reaktivanker: Monofluortriazin, Difluropyrimidin, Difluorchlorpyrimidin, Dichlorchinoxalin, sowie Kombination mit Vinylsulfongruppen).Levafixist ein geschützter Handelsname derDyStarGroup, früherBayer AG.
• Novacron-Farbstoffe (Reaktivanker: Monoflurtriazin, teilweise in Kombination mit Monochlortriazin und VS-Gruppen).Novacronist ein geschützter Handelsname der Archroma, früherHuntsman Corporation,ältere BezeichnungCibacron-Farbstoffe als Handelsname derCiba Spezialitätenchemie.
• Procion-Farbstoffe (Reaktivanker: Monochlortriazin).Procionist ein geschützter Handelsname derDyStarGroup, früherImperial Chemical Industries(ICI), bzw.BASF.
• Remazol-Farbstoffe (Reaktivanker: Vinylsulfongruppen, teilweise in Kombination mit Monochlortriazin).Remazolist ein geschützter Handelsname derDyStarGroup, früherHoechst AG.
• Sumifix-Farbstoffe (Reaktivanker: Vinylsulfongruppen in Kombination mit Monochlortriazin).Sumifixist ein geschützter Handelsname derSumitomo.

Reaktivfärbungen

→Hauptartikel:Reaktivfärbung

Die Färbung von Baumwolle mit Reaktivfarbstoffen erfolgt unter alkalischen Bedingungen. Die erforderliche Färbetemperatur hängt im Wesentlichen von dem Reaktivanker ab. Die relativ reaktionsträgen Monochlortriazinfarbstoffe benötigen Temperaturen >80 °C. Man bezeichnet sie daher auch als Heißfärber. Die wesentlich reaktiveren Monofluortriazinfarbstoffe können dagegen schon bei recht niedrigen Temperaturen <40 °C eingesetzt werden. Es handelt sich um sogenannte Kaltfärber. Vinylsulfonfarbstoffe können in einem recht breiten Temperaturbereich verwendet werden.

Beim Färbeprozess kommt es insbesondere bei höheren Temperaturen zur unerwünschten Nebenreaktion der Farbstoffe mit Wasser. Die hydrolysierten und folglich nicht fixierten Farbstoffanteile müssen daher zur Erzielung der gewünschten Nassechtheit anschließend wieder ausgewaschen werden.

Geschichte

Die Entwicklung der Reaktivfarbstoffe beruht auf der 1954 bei der Imperial Chemical Industries (ICI) gemachten Entdeckung, dass bestimmteFarbstoffemit einem Dichlortriazin-Rest unter alkalischen Färbebedingungen sehr waschechte Färbungen liefern können. 1956 wurden die ersten Reaktivfarbstoffe mit einem Dichlortriazin-Anker von der ICI in den Markt eingeführt, gefolgt von den ersten Vinylsulfonfarbstoffen durch die Hoechst AG 1957. Wichtige Meilensteine bei der weiteren Entwicklung war die Einführung der Monofluortriazin- und Difluorchlorpyrimidin-Reaktivanker um 1980 (Bayer AG / Ciba-Geigy / Sandoz), sowie die Einführung von bifunktionellen VS-/Monochlortriazin-Farbstoffen durch Sumitomo (1981) und bifunktioneller VS-/Monofluortriazin-Farbstoffen durch Ciba-Geigy.

Siehe auch

• Beizenfarbstoffe(C.I. Mordant Dyes)
• Direktfarbstoffe(C.I. Direct Dyes)
• Dispersionsfarbstoffe(C.I. Disperse Dyes)
• Kationische Farbstoffe(C.I. Basic Dyes)
• Küpenfarbstoffe(C.I. Vat Dyes)
• Lösungsmittelfarbstoffe(C.I. Solvent Dyes)
• Säurefarbstoffe(C.I. Acid Dyes)

Literatur

• K. Venkataraman (Hrsg.):The Chemistry of Synthetic Dyes.Reactive Dyes.BandVI.Academic Press, New York, London 1972 (eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
• Klaus Hunger (Hrsg.):Industrial Dyes: Chemistry, Properties, Applications.WILEY-VCH Verlag, Weinheim 2003,ISBN 3-527-30426-6,S.113ff.(eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
• Heinrich Zollinger:Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments.3. Auflage. WILEY-VCH Verlag, Weinheim 2003,ISBN 3-906390-23-3,S.225ff.(eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).
• Paul Rys,Heinrich Zollinger:Farbstoffchemie – Ein Leitfaden.3. Auflage. Verlag Chemie, Weinheim 1982,ISBN 3-527-25964-3.
• Shufen Zhang, Horst Tappe, Walter Helmling, Peter Mischke, Karl Rebsamen, Uwe Reiher, Werner Russ, Ludwig Schläfer, Petra Vermehren:Reactive Dyes.In:Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Weinheim 2017,doi:10.1002/14356007.a22_651.pub2.
• Norbert Welsch, Claus Chr. Liebmann:Farben: Natur, Technik, Kunst.2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, München 2004,ISBN 3-8274-1563-2,S.144(eingeschränkte Vorschauin der Google-Buchsuche).