染料化学1-new

染料化学第一节．染料概述染料是使纤维或其他基质染成鲜明而坚牢色泽的有机化和物。作为染料除了具有鲜明的色泽外，还须能溶于水或借助于化学方法使之溶于水及制成分散液，在染色时舍染液而上染纤维，上染后具有一定的坚牢度，即在后加工或服用过程中保持不褪色。有一部分有色物质（包括有机物和无机物），不溶于水和一般有机溶剂，但也能上染纤维，他们往往借助于某些高分子物（粘合剂）将悬浮状态的颜料细小颗粒粘在纤维表面，这种有色物质称为颜料，颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色。染料一般具有以下特点：①.有鲜艳的色泽②.能溶于水或通过其他化学方法能够均匀的分散在染色介质中。②.与纤维有一定的亲和力，可以舍染液而上染纤维。④.有一定牢度，在织物服用过程中不掉色，不退色。第二节．发色理论1．光与色光是一种客观存在的电磁波，色是一种人脑主观的反映。只有光入射的眼睛里面，大脑才能产生颜色的概念。可见光的波长范围大约为400nm~760nm，从波长760nm~400nm的光依次就是红成黄绿蓝靛紫。物体之所以有颜色，是因为它对可见光的某一或某一段波长发生了选择性吸收，反射或透射出来的就是剩余色光的复合光，表现为其吸收光的补色。关于补色可以用一个色环来表示，每种光的对角就是它的补光。2.色彩的属性色彩具有三个属性：①色相（Hue），表示色的特质，是区别色彩的必要名称，例如红色，蓝色等。它与色彩的强弱，明暗没有关系，只是纯粹表示色的相貌差异。其本质是光的某一段波长。②明度（Value），表示色彩的强度，即色光的明暗度。不同的色光，反射的光亮强弱不一，因而产生不同程度的明暗。其本质是光波的波幅大小。③彩度（Chroma），表示色的纯度，即色的饱和度，具体来说就是色光汇总含有白或黑的成分多少。3．拼色日常生活中见到的大多是复合光，在印染加工中一般也要用两种或以上的染料拼混配色，以获得规定的色泽，颜色的混合有三种方法：加法、减法和平均法。①加法：把两束光投射在一起所产生的混合便属于加法混合，它们混合的结果使混合光的亮度增加（等于混合前两光的亮度之和）。混合光的色相取决于参与混合各光的色相以及它们的相对强弱，如：红光和绿光可以混合出黄光或橙光。若两束光以适当的比例混合能产生白光，如红光与蓝绿光，那么这两束光的颜色称为互补色。加法混合的三原色是红，绿，蓝。电视机屏幕上的各种颜色便是由红，绿，蓝三原色以加法混合的方式得到的。②混合后亮度减小，那么这种混合方式就是减法混合。我们所用的染料通常都具有这样的特性：能够有选择地吸收可见光谱中某些波段（或者说某些颜色）的光。所以，染料的颜色是它吸收光源中一部分色光后剩余色光所表现出来的，例如黄色的染料致所以表现出黄色，是因为它吸收了绿、蓝等较短波长的光的缘故。正是由于染料的这种吸光性，所以把两种染料混合在一起所表现出来的混合色的光亮度将会比混合前小，因而是减法混合。另外，印刷品所产生的颜色也是各种颜色的油墨以减法混合的方式产生的。减法混合的三原色是青蓝，品红，黄，它们分别是加法混合三原色。③混合后亮度不变，那么这种混合方式就是平均混合。颜色的平均混合可以用陀螺的例子来说明：先在陀螺面上贴几种颜色，如黄色和蓝色然后将陀螺快速旋转起来，这时我们看到的颜色将会是绿色，它是黄色和蓝色两种颜色在人眼的视觉反应时间内频繁作用于视网膜所产生的一种效果（或假象）。由于这种混合的结果只使色相发生混合变化，而总的亮度并不改变，所以是平均混合。第三节．染料的结构与分类染料之所以有颜色，是因为染料分子中的共轭双键对可见光的选择性吸收，这些共轭双键包括偶氮结构、蒽醌结构等。1.染料的结构分类根据染料的化学结构可以分为如下几类：①偶氮染料染料分子中含有偶氮基（－N=N－），偶氮染料约占了全部染料的50%。②蒽醌染料染料分子中含有蒽醌结构或多环酮结构。③三芳基甲烷类含有如下结构(CH3)2NCClN+(CH3)2④酞菁染料一般为铜酞菁的衍生物，这种染料耐晒牢度优异，颜色鲜艳纯正。⑤靛族、硫化、杂环结构的染料。2．染料的应用分类对于染料的合成工作者来说，关注的是染料的结构，但对于印染工作者来说关注的是染料的应用。染料按其应用方法分为：直接染料、还原染料、活性染料、分散染料、酸性染料、阳离子染料、硫化染料等。第四节．染料的应用1.直接染料直接染料能不借助媒染剂而使纤维素纤维直接染色。染色时染料从染浴中转移至纤维。直接染料的优点是染色简便，价格便宜，色谱齐全，曾被广泛地用于棉织物的染色。直接染料的染色牢度，尤其是湿处理牢度较低，可以通过固色后处理来提高染色牢度。①结构特点直接染料一般含有磺酸基（－SO3H）或羧酸基（－COOH）等水溶性基团，并具有以下结构特点：A.染料应是线型的，使染料分子能按长轴方向水平地吸附在纤维轴上，最大限度的使范德华吸引力发生作用。B.染料分子中占同一平面结构部分范围要大，若染料分子具有延伸的共轭体系，共轭体系部分即呈平面性。平面性分子吸附在纤维表面上面积大而又紧密，二者间的范德华力也大。C.染料分子中可以形成氢键的基团较多。染料分子中氨基、羟基能和纤维素纤维分子的羟基形成氢键。SO3NaSO3Na—N=N-—N=N-CH3-NHCONH-CH3SO3NaSO3Na?????RS(C.I.29025)直接耐晒黄RS(C.I.29025)②染色机理对于直接染料，它的分子是直线型的大分子。纤维素分子也是线性大分子。在纤维内部，染料与纤维主要以分子间力进行结合。因染料分子上磺酸基具有强烈的水溶性，故时常发生解吸，使染料回到溶液中，尤其是在服用过程中洗涤时，水中无染料，由于动态平衡作用，使织物上的染料回到水中，并重新吸附在织物上，导致发生沾污、串色。这也是直接染料水洗色牢度差的原因。人们因此选择阳离子表面活性剂作为固色剂，是利用其阳离子基团与直接染料分子中的磺酸基(阴离子性的水溶性基团)发生离子键合反应，封闭其水溶性，使其无解吸而达到固色目的。2.活性染料染料与纤维之间发生共价键结合，活性染料在纤维上一经染着，就有很好的染色牢度，尤其是湿牢度。此外，染料染着于纤维后，不会像某些还原染料那样产生光脆损。①结构特点活性染料与其它类染料最大的差异在于其分子当中含有能和纤维的某些基团(羟基、氨基)通过化学反应形成共价结合的活性基(亦称反应基)。可用下列通式表示活性染料的结构S－D－B－ReS水溶性基团D染料母体B连接基；Re活性基。SO3NaOHNHSO3NaNaO3SN=NNNNNHClR②染色机理活性染料上染纤维，主要是活性基团与纤维的结合，其中活性基团主要为均三嗪和乙烯砜两类，起上染机理稍有不同。纤维素纤维在一般中性介质中是不活泼的，它与活性染料及其它染料一样，只是一种吸附关系，不可能产生牢固的化学结合，只有当纤维素纤维在碱性介质中时，才能起共价结合。首先是纤维素纤维的离子化：Cell-CH2-OHNaOHCell-CH2-ONaH2O++而后染料与纤维发生共价结合。A均三嗪活性染料—亲核取代反应由于活性基团的芳香杂环核上氮原子的负电性较碳原子为强，因此使杂环各个碳原子呈现正电性较强。它的正电性不仅与杂环核本身性质有关，而且还受核上取代基的影响。由于与碳连接的氯原子负电性也很强，电子诱导的结果使碳原子呈现更强的正电性：SBDReCNCNCND-NHClCl这样芳香杂环上的碳原子更易受到亲核试剂的攻击，发生亲核取代反应。纤维素纤维在碱性介质中的离子化，生成纤维素负离子（亲核试剂），它能与活性染料的活性基团上的氯原子起亲核取代反应：NNNNHDNHRClNNNNHDNHRClNNNNHDNHROH+Cl+OHOHB乙烯砜活性染料—亲核取代反应乙烯砜型活性染料与纤维的结合是一种亲核加成反应。其反应过程如下：D-S-CH2CH2-O-SO3NaOOOHD-S-CH-CH2-O-SO3NaOOD-S-CH=CH2OOCell-CH2-OD-S-CH-CH2-O-CH2-CellOOHD-S-CH2-CH2-O-CH2-CellOO3.还原染料还原染料染料不溶于水，在强碱溶液中借助还原剂还原溶解进行染色，然后氧化重新转变成不溶性染料而牢固的固着在纤维上。由于染色一般是在碱性条件下，所以不易染丝、毛等蛋白质纤维。此类染料价格较高，工艺复杂，且易染不匀，但是牢度较好。①结构特点染料共轭体系中通常具有两个以上共轭的羰基（＝C=O），在碱性条件下被还原为（—C—O—）染料便成为可溶于水的，对纤维素纤维具有亲和力的隐色体钠盐。还原蓝RSN②染色机理还原染料先通过保险粉（二亚硫酸钠NaSO2-NaSO2）在碱性条件下还原为溶于水的隐色体钠盐，通过范德华力合氢键吸附在纤维表面，而后扩散在纤维内部，最后再将隐色体钠盐氧化为不溶于水的还原染料而显色。4.分散染料分散染料是一类结构简单、水溶性低，在水中以微小颗粒分散状态存在的非离子染料。目前主要用于聚酯纤维（涤纶）的染色于印花，也可用于尼纶染色。①结构特点A．分子量较小，容易进入纤维内部。B．含有一定量非离子极性基团：-OH,-NH2,-CN.NO2NNNClClC2H4CNC2H4OC2H5(分散棕黄2RFL)②染色机理聚酯纤维结晶度、取向度搞，结构较紧密，在玻璃化温度（75-85℃）以上时，聚合物分子间空隙增大，从而分子较小的分散染料即可进入到纤维内部。染料与纤维分子间作用力包括:A.氢键分散染料分子结构中-OH,-NH2等极性供质子基团与化纤分子中的酯基、氨基、羧基等基团形成氢键。B．范德华力C．疏水键力：化合纤维与分散染料同为疏水性，具有疏水键力。5.酸性染料一般含有-SO3Na、-COONa等酸性基团，主要用于羊毛、真丝、聚酰胺等蛋白质纤维的染色。①结构特点NNaO3SNOHNNOHSO3Na酸性棕SRNOONH2NHSO3NaCH2CH2CH2CH3酸性蓝R酸性染料一般有如下结构特点A.含有-SO3Na、-COONa等酸性水溶性基团B.多为偶氮、蒽醌结构②上染机理以H2N-F-COO-代表蛋白质，聚酰胺纤维，在不同PH溶液中，其带电情况如下:(PI为等电点，PH大约为3.5～5.2)染液PHPI时H2N-F-COO-与染料结合OH-H+OH-H++NH3|F|COOHNH2|F|COO-+NH3|F|COOHNH3|F|COO-+NH3|F|COOHH2N-F-COO-+D---→HOOC-F-NH3D,其中染料与纤维主要以离子键和氢键结合。③固色酸性染料为水溶性染料，需固色处理提高其色牢度。6.阳离子染料是一种在水溶液中可电离为带正电荷的色素阳离子和无色阴离子的一类染料。具有代表性的是用在腈纶纤维的染色中。①结构特点如阳离子红GTL：NCH3C2H4N+(CH3)3ClN＝N－ClO2N其合成过程为：NHCH3＋NCH3CH2CH2OHPOCl3NCH3CH2CH2ClN(CH3)3NCH3C2H4N+(CH3)3Cl-NCH3C2H4N+(CH3)3ClOCH2H2CN＝N－ClO2NN2ClClO2N这类染料具有优良的耐晒牢度和pH稳定性，但不及共轭型阳离子染料那样浓艳，着色力也差些。阳离子红GTL（二）隔离型蒽醌阳离子染料如阳离子蓝FGL：CH3SO4NHCH2CH2CH2N(CH3)3OONHCH3其合成过程为：H2NCH2CH2CH2N(CH3)2OONHCH3BrNHCH2CH2CH2N(CH3)2(CH3)2SO4??,60?CH3SO4????FGLOONHCH3NHCH2CH2CH2N(CH3)3OONHCH3阳离子蓝GTL②上染机理聚丙烯腈纤维（腈纶）的第二单体为丙烯酸甲酯等，第三单体为丙烯磺酸CH2=CH-CH2SO3H,使得纤维大分子链上具有阳离子染座，从而可以应用阳离子染料常压染色。第五节染整工艺1.染色方法①浸染：将纺织品浸渍于染液中，经一定时间使染料上染并固着在纤维上的染色方法。浸染常用的染色机器有：溢流染色机、气流染色机、经轴染色机等。②轧染：织物在染液中短暂浸渍后，用轧辊出去多余的染液，后经焙烘处理的染色方法，属于连续型生产。常用染色机器为