[发明专利]可漂洗掉的染料及其制备方法

说明书

对相关申请的引用

本申请要求2010年7月2日提交的美国专利申请No.12/801,945的优先权。

背景技术

本发明涉及易褪色染料技术领域，更具体而言，涉及通过将染料化合物或离子与水溶性聚合物连接而制备的易褪色染料。

能为底物赋予浓的但可除去的颜色的染料在众多应用中都是有用的，这些应用包括在纺织品制造中对织物进行易褪性着色、以及用于多种技术和工艺中的临时标记物。早在近50年前，本领域已知可洗掉的染料，即，可以通过使用水性肥皂或洗涤剂进行擦洗而从底物上除去的染料。Kuhn的专利（US 3,157,633，1964年授权）教导了一类新的发色表面活性剂，其中将一个或多个含有多个亚乙氧基单元的水溶性聚合基团与染料部分偶联。在Kuhn的染料配制物中，利用所述聚合基团的表面活性特性来抵消染料基团对底物的亲和性，从而制得可洗去的染料。

Kuhn的专利还披露了当染料化合物含有至少一个磺酸根（SO₃^-）以增加溶解性时，这些聚亚乙氧基色彩的易褪色性（fugitivity）得到改善。Brendle的专利（US 4,167,510）类似地教导了在染料化合物中存在有强酸性（pK_a<3）离子基团（如磺酸根或磷酸根）时，能够提高水溶性，从而提高易褪色性。Kuhn和Brendle的目的都在于通过制备溶解性更好的染料化合物来增强易褪色性，然而，在染料部分中存在有强酸性增溶基团（如磺酸）实际上提高了染料对底物的亲和性（染料的直染性(substantivity)），从而限制了染料的易褪色性。

染料分子（“生色团”）为含有一个或多个具有离域p-轨道电子体系的芳环的芳香族化合物。给定芳环的离域电子体系将最大程度地吸收某一特征波长λ_max的电磁辐射。例如，独立的苯环将最大程度地吸收波长λ_max为254nm的电磁辐射，该波长位于电磁光谱的紫外光（UV）部分。由于人眼不能感知UV辐射，因此液态苯看上去是无色的。另一方面，碱形式的酸碱指示剂甲基橙（其为含有通过N=N键相连的两个苯环的偶氮苯）的λ_max为440nm，该波长落入电磁光谱（390-750nm）的可见光范围内。在可见光谱中440nm波长的光（蓝光）被除去时，就会观察到补偿色（黄色），因此，碱性甲基橙看上去是黄色的。

苯和偶氮苯是具有交替的单共价键和双共价键共轭体系的有机化合物的例子。共轭体系的共轭延伸范围越大（即交替单双键的数目越大），化合物的电磁吸收峰值波长λ_max就会越长。其原因在于：由于共轭产生了重叠的p-轨道体系，因此π电子离域的程度随着共轭程度的增加而增加。随着离域程度的增加，π（成键）轨道和π^*（反成键）轨道之间的能量差就会变小。通过π电子跃迁到π^*轨道而吸收的光子能量E与该光子的波长有关，这通过表达式E=hc/λ（其中，h为普朗克常数，并且c为光速）来表示，所以，增加π电子的离域程度会使得电磁吸收峰值波长变长。因此，共轭体系的扩展往往会使峰值吸收波长λ_max向可见光谱的红色端移动，这导致在观察与染料化合物相关的颜色时，颜色补偿性地向光谱的紫色端移动。

除了单/双键共轭体系的延伸范围，在染料分子中存在有具有孤对电子的官能团或取代基也能增加染料化合物中的电子离域程度，这是因为这些非键合的n电子也能被触发而以较低的跃迁能水平（与可见光范围内的电磁波长相关）跃迁到π^*轨道。孤对电子通常存在于诸如-OH、-NH₂、-NHR、-NR₂和-SH（其中R为烷基或芳基）这样的基团中的O、N或S原子中。

生色团是染料分子中含有其生色部分的那一部分，所述生色团具有在共轭芳环之间共享的离域π电子。重要的生色官能团为-N=N-（偶氮基）、-C=C-（乙烯基）、-C=O-（羰基）、-C=N-（氨基）、-O=N-O-（硝基）。颜色的强度取决于这些生色基团的数目。例如，由于苯没有生色团，因此苯是无色的，但是由于硝基苯中存在有生色的硝基，因此，硝基苯分子看上去是浅黄色的。