染料与颜料介绍

染料与颜料介绍5.1概述5.2颜色与染料染色5.2.1光与颜色5.2.2染料结构与颜色5.3重氮化与偶合反应5.4常用染料的合成及应用5.5颜料公元2600年，中国就有染料应用的记载，我国是世界上最早应用染料的国家；公元前11世纪的商朝，我国染料和染丝技术相当成熟；纺织印染工业发展，天然染料（如靛蓝）合成染料；1856年，英国Perkin第一个合成染料“苯胺紫”；1856~1861年，Verguin和Lanth合成了品红与甲基紫；合成染料：3000多个品种，几百个实现了工业化生产；世界染料生产的著名企业：德国BASF公司、Bayer公司；中国与西欧是世界染料的主要生产地；我国染料与颜料生产与出口量居世界第一位，目前染料工业已发展成为一个独立的精细化工行业。5.1概述一、发展简史二、概念染料：是能使其它物质获得鲜明、均匀、坚牢色泽的有色有机化合物。染料可溶于水或有机溶剂，有的可在染色时转变成可溶状态。有机染料主要应用于各种纤维的染色和印花，如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、粘胶等。此外，也广泛应用于塑料、橡胶制品、油墨、墨水、印刷、纸张、食品、医药等方面。天然染料人工合成染料染料通过被染色纤维吸附或与之发生化学结合或机械固着使纤维材料或其他物质染色，其自身颜色不代表织物上的颜色。传统用途是对纺织品着色或染色。颜料：是不溶于水和其他有机溶剂的有色物质，能以高度分散微粒状态而使被着色物着色，对所有的着色对象均无亲和力。颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色。颜料与染料有什么区别？颜料常和具有黏合性能的高分子材料合用，靠黏合剂、树脂等其他成膜物质与着色对象结合在一起。传统用途：对非纺织品进行着色有机染料和颜料都应该满足如下要求：能使基质着色；色泽鲜艳；牢度优良；使用方便；具有无毒性；成本低廉。三、应用途径2.着色1.染色3.涂色2.着色：在物体形成最后固体状态之前，将其分散于组成物之中，成型后即得有色物体，如塑料、橡胶及合成纤维的原浆着色。1.染色：染料由外部进到被染物内部而使被染物获得颜色，如各种纤维、织物、皮革的染色。3.涂色：借助于涂料作用，使染料附于物体表面而使物体表面着色，如涂料、印花油漆等。染色过程3.固着2.扩散1.吸附（一）染色过程，大致可以分为三个基本阶段:(二)染料在被染物内的固着方式:染料在被染物内固着，不同的染料与不同的被染物，固着原理不同，染料的固着存在三种类型:1.纯粹化学性固色:指染料与被染物发生化学反应，而使染料固着在被染物上。例：活性染料染纤维素纤维，彼此形成醚键结合。2.物理化学性固着:由于染料与被染物之间相互吸引及氢键的形成，使染料固着在被染物上。许多染棉的染料，如直接染料、硫化染料、还原染料等都是依赖这种引力而固着在被染物上。3.机械固着（物理性）将涂料制成分散液，通过浸轧使织物均匀带液，然后经高温处理，借助于粘合剂的作用，在织物上形成一层透明而坚韧的树脂薄膜，从而将涂料机械地固着于纤维上，涂料本身对纤维没有亲和力。如：分散染料与颜料四、分类染料的分类有两种方法：一是按照染料的应用性质分类；二是根据染料的化学结构分类。（1）按照染料的应用性质分类1.酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料是一类结构上带有酸性基团（绝大多数为磺酸钠盐，少数为羧酸钠盐）的水溶性染料。在酸性介质中染羊毛、真丝等蛋白质纤维和聚酰胺纤维、皮革的染色。2.中性染料结构上属于金属络合染料，但不同于酸性金属络合染料，它是由两个染料分子与一个金属原子络合的，称1:2金属络合染料。在中性或弱酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。3.阳离子染料分子结构中具有季铵盐阳离子基团，是聚丙烯腈纤维的专用染料4.活性染料染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合，用于棉、麻、毛等纤维素纤维的染色和印花。5.直接染料是一类可溶于水的阴离子染料。染料分子对纤维素纤维具有较强的亲和力，它们不必通过其它媒介物质（媒染剂）而直接对纤维素纤维（棉、麻、粘胶纤维等）染色，它们也用于蚕丝、羊毛、纸张和皮革的染色。6.分散染料是一类水溶性很小的非离子型染料。染色时，在染浴中用分散剂使染料成为小颗粒的分散状态对纤维进行染色，用于憎水性纤维如醋酸纤维、涤纶、锦纶等的染色和印花。7.还原染料在碱液中将染料用保险粉（Na2S2O4）还原成所谓隐色体后溶解而染入纤维，然后经过氧化在纤维上重新还原成为原来的不溶性染料而固着在纤维上。它们主要用于纤维素纤维的染色和印花，有时也用于维纶的染色。8.冰染染料在棉纤维上由偶合组分（色酚）和重氮组分（色基）发生化学反应而生成水不溶性的偶氮染料。由于染色时在冷却条件下进行，故称为冰染染料。主要用于棉织物的染色和印花。9.硫化染料在硫化碱液中染棉、维纶用染料。(2)根据染料的化学结构分类按照染料分子结构中共轭体系结构的特点，主要类别有：1.偶氮染料含有偶氮基（－Ｎ＝Ｎ－），偶氮基与芳环联接成为一个共轭体系。2.蒽醌染料包括蒽醌和具有稠芳环结构的醌类染料。3.醌亚胺染料醌亚胺是指苯醌的一个或两个氧换成亚胺基的结构。4.稠环酮类染料含有稠环酮类结构或其衍生物的染料。5.靛族染料分子结构中含有结构，两端连接不饱和芳香环状有机化合物，它们包括靛蓝和硫靛两种类型的染料。6.酞菁染料含有酞菁金属络合结构的染料。7.芳甲烷染料包括二芳甲烷和三芳甲烷染料，它们的结构特点是具有一个由一个碳原子联接二个、三个芳环形成共轭体系的骨干。CCCHNHNCO(S)O(S)靛蓝系染料早在1897年就实现了工业化。由于它的纯度高，还有一些其它优点，很快就代替了天然靛蓝。8.硝基和亚硝基染料在硝基染料的结构中，硝基（－NO2）为共轭体系的关键组成部分；含有亚硝基（－NO）的为亚硝基染料。9.硫化染料这是一类由某些芳胺、酚等有机化合物和硫、硫化钠加热制得，而在硫化钠溶液中染色的染料，它们有比较复杂的含硫结构。10.芪（1,2-二苯乙烯）染料这类染料具有芪（1,2-二苯乙烯）结构，它和偶氮或氧化偶氮结构联接在一起构成一个共轭体系。11.活性染料染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合的染料。12.(多)甲川和氮杂甲川染料含有一个或多个甲川基（－CH＝）的染料为(多)甲川染料。在(多)甲川染料中有一个或几个甲川为－Ｎ＝所取代的染料为氮杂甲川染料。此外，还有氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料。(2)根据染料的化学结构分类五、染料的命名(1)我国的染料命名体系实行的是三段命名法，规定如下：第一段为冠称，表示染料根据应用方法或性质分类的名称，为了使染料名称能细致地反应出染料在应用方面的特征，将冠称分为31类，如酸性、弱酸性等第二段为色称，表示染料在被染物上色泽的名称，色泽的形容词采用“嫩”、“艳”、“深”三字。第三段是尾称(字尾)，以英文字母结合阿拉伯数字补充说明染料的色光、形态、强度、特殊性能及用途等。1冠称2色称3色光4色光品质5性质与用途中国染料命名用词各国染料冠称基本上相同，色称和词尾有些不同，也常因厂商不同而异。中国根据需要，拟采取统一的命名法。活性艳红X-3B活性黑KN-B分散深蓝H2-GL(2)国外染料产品的命名国外染料产品的命名，大致也采用三段命名法，但非常混乱。(3)染料索引（ColourIndex，CI）《染料索引》是一部国际性的染料、颜料品种汇编。它将世界大多数国家各染料厂的商品，分别按它们的应用性质和化学结构归纳、分类、编号，逐一说明他们的应用特性，列出它们的结构式，注明其合成方法，附有同类商品名称的对应表。借助于CI，可方便地查阅染料的结构、色泽、性能、来源和染色牢度等参考内容。5.2颜色与染料染色5.2.1光和颜色光是一种电磁波。在一定波长（400~760nm）和频率范围内，它能引起人们的视觉，这部分光称为可见光。当一束白光穿过狭缝，射到一个玻璃棱镜上，光发生折射，色散成按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的光谱带。太阳光线中，除了可见光外，还包括人的眼睛看不见的、波长不同的一系列光线，靠近红色光线的部分称为红外线，靠近紫色光线的部分称为紫外线。一、光的性质二、光和色的关系自然可见光：400-760nm；波长越短，能量越高，颜色越浅。反之亦然。互补光：若两种不同波长的光混在一起能变成白光，则称其为互补光。如红与青绿色光等，具体见颜色环。可见光不同光谱区域的波长和频率光谱区域波长/nm频率/s-1红橙、黄绿青、蓝紫770~640640~580580~495495~440440~4003.9×1014~4.7×10144.7×1014~5.2×10145.2×1014~6.1×10146.1×1014~6.7×10146.7×1014~7.5×1014当物质受到光线照射时,一部分光线在物质的表面直接反射出来,同时有一部分光透射进物质内部,光的能量部分被吸收。将太阳光照射染料溶液，不同颜色的染料对不同波长的光波发生不同强度的吸收。黄色染料溶液所吸收的主要是蓝色光波，透过的光呈黄色。紫红色染料溶液所吸收的主要是绿色光波，青（蓝－绿）色染料溶液主要吸收的是红色光波。如果把上述各染料吸收的光波和透过的光分别叠加在一起，便又得到白光。这种将两束光线相加可成白光的颜色关系称为补色关系。黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝－绿）色和红色等各互为补色。在纸张、洗衣粉和织物添加荧光增白剂的增白原理？但不良商家利用该原理在大米、面粉中添加荧光增白剂！！！光谱色和补色之间的关系可用颜色环的形式来描述，如图所示。每块扇形与其对顶扇形的光波为互补色。例如435~480nm波段的光波呈蓝色，它的补色是580~595nm波段的黄色。由此可见，染料的颜色是它们所吸收的光波颜色（光谱色）的补色，是它们对光的吸收特性在人眼视觉上产生的反映。染料分子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子对光的吸收特性和它们的结构之间的关系。图1颜色环对角的两个颜色互为补色物体的颜色：是对可见光选择吸收的结果，即吸收了某一互补光的结果。我们感觉到的颜色是反射光的颜色，而不是吸收光波长的光谱色。如吸收红色则显青绿色；反之则显红色。5.2.2染料结构与颜色1、染料的发色理论概述染料的颜色和染料分子结构有关。早期的染料发色理论主要有：发色团和助色团学说，醌构理论，染料发色的价键理论和分子轨道理论。从早期的学说反映有机化合物的颜色和分子结构外在关系的某些经验规律，发展到物质结构内部能级跃迁所需能量的微观内在规律。1876年德国人维特(O.N.Witt)提出发色团与助色团论。认为：有机化合物的颜色是双键引起的，其结构中至少需要有某些不饱和基团存在时才能发色，这些基团称之为发色基团，主要的发色基团有-N=N-、=C=C=、-N=O、NO2、=C=O等，含有发色团的分子称为发色体或色原体。增加染料结构中共轭双键的数量，其颜色加深，羰基数目增加颜色也加深。当引入另外一些基团时，也使发色体颜色加深，这些基团称为助色团，如氨基、羟基和它们的取代基、卤代基等。例如：一、经典发色理论—发色团学说OOOOOONH2OHOH浅黄色红色红色发色团学说对于许多染料如：偶氮、蒽醌、硝基和亚硝基染料的发色性质、结构和颜色的关系都能较好的加以解释，至今仍被沿用着。对各种被染物质也不一定具有染色能力(或亲和力)，能够作为染料的有机化合物分子中还应含有助色团，它们能加强发色团的生色作用，并增加染料与被染物的结合力。主要的助色团有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。此外像磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等为特殊助色团，它们对发色团并无显著影响，但可以使染料具有水溶性和对某些物质具有染色能力。二、近代发色理论根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论，有机化合物呈现不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。1927年提出了染料发色的价键理论和分子轨道理论。能够作为染