染料化学

第一章一.何谓染料以及构成染料的条件是什么？试述染料与颜料的异同点。答：染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色的有色有机化合物。成为染料需要具备以下两个条件：（1）可溶于水，或者可在染色时转变成可溶状态，对纤维有一定的亲合力。（2）能够使纤维着色，且上染后具有一定的染色牢度。染料与颜料的相同点：都可以用于纤维或基质的着色不同点：染料主要用于纺织物的染色和印花，它们大多可溶于水，有的可在染色时转变成可溶状态。染料可直接或通过某些媒介物质与纤维发生物理的和化学的结合而染着在纤维上。染料主要的应用领域是各种纺织纤维的着色，同时也广泛地应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸等工业。颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有机或无机有色化合物。它们主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色，也可用于纺织物的染色及印花。颜料本身对纤维没有染着能力，使用时是通过高分子粘合剂的作用，将颜料的微小颗粒粘着在纤维的表面或内部。二．试述染料和颜料的分类方法；写出各类纺织纤维染色适用的染料（按应用分类）。答：染料分类：1.按化学结构分类分为：偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、硝基和亚硝基染料，此外还有其他结构类型的染料，如甲川和多甲川类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环类染料等。2.按应用性能分为：直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶性偶氮染料、分散染料、还原染料、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂，此外，还有用于纺织品的氧化染料（如苯胺黑）、溶剂染料、丙纶染料以及用于食品的食用色素等。颜料分类：颜料可根据所含的化合物的类别来分类：无机颜料可细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属等。有机颜料可按化合物的化学结构分为偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮等多环颜料、芳甲烷系颜料等。从生产制造角度来分类可分为钛系颜料、铁系颜料、铬系颜料、橡胶用颜料、陶瓷及搪瓷用颜料、医药化学品用颜料、美术颜料等等。纺织纤维按其来源可以分为3类，植物纤维，动物纤维，合成纤维；对于植物纤维，如棉，麻可用直接染料，活性染料，还原染料，不溶性偶氮染料，硫化染料，缩聚染料进行染色。对于动物纤维，如羊毛，蚕丝可以用酸性染料，中性染料，媒染染料，活性染料进行着色。合成纤维，常见的有涤纶，锦纶，腈纶，涤纶可以用分散染料染色，锦纶可以用酸性染料染色，腈纶可以用阳离子染料染色。三．按染料应用分类，列表说明各类染料的结构和性质特点、染色对象、方法。答：如下表所示，染料名称结构性质特点染色对象及方法直接染料直接染料是一类水溶性阴离子染料。染料分子中大多含有磺酸基，有的则具有羧基，染料分子与纤维素分子之间以范德华力和氢键相结合。直接染料主要用于纤维素纤维的染色，也可用于蚕丝、纸张、皮革的染色。染色时染料在染液中直接上染纤维，通过范德华力和氢键等吸附于纤维上。酸性染料酸性染料是一类水溶性阴离子染料。染料分子中含磺酸基、羧基等酸性基团，通常以钠盐的形式存在，在酸性染浴中可以与蛋白质纤维分子中的氨基以离子键结合，故称为酸性染料。常用于蚕丝、羊毛和聚酰胺纤维以及皮革染色。酸性染料，通过自身亲和力上染纤维，并以离子键与纤维结合；酸性媒染染料，其染色条件和酸性染料相似，但需要通过某些金属盐的作用，在纤维上形成螯合物才能获得良好的耐洗性能；酸性含媒染料，有一些酸性染料的分子中具有螯合金属离子，水解倾向小，染色牢度好。阳离子染料阳离子染料可溶于水，呈阳离子状态，早期的染料分子中具有氨基等碱性基团，常以酸盐形式存在。主要用于聚丙烯腈纤维的染色，染色时能与蚕丝等蛋白质纤维分子中的羧基负离子以盐键形式相结合。活性染料活性染料又称为反应性染料。这类染料分子结构中含有活性基团，染色时能够与纤维分子中的活性染料主要用于纤维素纤维纺织物的染色和印花，也能用于羊毛和锦纶纤维的染色。染料通过自身亲羟基、氨基发生共价结合而牢固地染着在纤维上。和力上染纤维，之后在碱剂的作用下通过共价键与纤维牢固结合。不溶性偶氮染料这类染料在染色过程中，由重氮组分（色基）和偶合组分（色酚）直接在纤维上反应，生成不溶性色淀而染着，这种染料称为不溶性偶氮染料。这类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花。色基先重氮化，然后通过亲和力上染到用色酚打底的纤维织物，然后偶合形成不溶性色淀而牢固存在织物上。分散染料分散染料是一类结构简单，水溶性极低，在染浴中主要以微小颗粒的分散体存在的非离子染料。分散染料的化学结构以偶氮和蒽醌类为主，也有杂环类分散染料。分散染料主要用于聚酯纤维的染色和印花，同时也可用于醋酯纤维以及聚酰胺纤维的染色。染色时必须借助分散剂将染料均匀地分散在染液中，然后对各类合成纤维进行染色。还原染料还原染料大都属于多环芳香族化合物，其分子结构中不含有磺酸基，羧酸基等水溶性基团。它们的基本特征是在分子的共轭双键系统中，含有两个或两个以上的羰基（CO），因此可以在保险粉的作用下，使羰基还原成羟基，并在碱性水溶液中成为可溶性的隐色体钠盐。还原染料主要用于纤维素纤维的染色。染色时，它们在含有还原剂(如Na2S2O4，连二亚硫酸钠，俗称保险粉)的碱性溶液中被还原成水溶性的隐色体钠盐后上染纤维，再经氧化后重新成为不溶性染料而固着在纤维上。硫化染料硫化染料是一类水不溶性染料，一般是由芳胺类或酚类化合物与硫磺或多硫化钠混合加热制得，这个过程叫做硫化硫化染料主要用于纤维素纤维的染色。染色时，它们在硫化碱溶液中被还原为可溶状态，上染纤维后，经过氧化又成不溶状态固着在纤维上。缩聚染料缩聚染料是一类在上染过程中或上染以后，染料本身分子间或与纤维以外的化合物能够发生共价键结合，从而增大分子的染料。缩聚染料分子中含有硫代硫酸基（—SSO3Na），它们在硫化钠、多硫化钠等作用下，能将亚硫酸根从硫代硫酸基上脱落下来，并在染料分子间形成—S—S—键，使两个或两个以上的染料分子结合成不溶状态而固着在纤维上。缩聚染料可溶于水，它们在纤维上能脱去水溶性基团而发生分子间的缩聚反应，成为相对分子质量较大的不溶性染料而固着在纤维上。目前，此类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花，也可用于维纶的染色。荧光增白剂荧光增白剂可看作一类无色的染料，它们上染到纤维、纸张等基质后，可吸收紫外线，发出蓝不同类型的荧光增白剂可用于各种纤维的增白处理。它们直接处理到织物上，通过自身亲和力或交色光，从而抵消织物上因黄光反射量过多而造成的黄色感，在视觉上产生洁白、耀目的效果联剂而固着在纤维上。四．试述现代染料工业的发展历程以及目前的发展前沿。答：略。五．何谓染料的商品化加工？举例说明染料商品化加工的作用和重要性。答：原染料经过混合、研磨，并加以一定数量的填充剂和助剂加工处理成商品染料，使染料达到标准化的过程称染料商品化加工。染料商品化加工对稳定染料成品的质量、提升染料的应用性能和产品质量至关重要。对非水溶性染料如分散染料、还原染料要求能在水中迅速扩散，成为均匀稳定的胶体状悬浮液，染料颗粒的平均粒径在1m（10-6m）左右。因此，在商品化加工过程中加入扩散剂、分散剂和润湿剂等一起进行研磨，达到所要求的分散度后，加工成液状或粉状产品，最后进行标准化混合,从而达到直接应用于生产。六.何谓染色牢度，主要有哪些指标来评价染料的染色牢度？答：习惯上，将纺织物上的染料在服用或加工处理过程中经受各种因素的作用而在不同程度上能保持其原来色泽的性能叫做染色牢度。染料在纺织物上所受外界因素作用的性质不同，就有各种相应的染色牢度，例如日晒、皂洗、气候、氯漂、摩擦、汗渍、耐光、熨烫牢度以及毛织物上的耐缩绒和分散染料的升华牢度等。七.何谓功能染料？试述功能染料在功能纺织品和生物医疗中的应用。答：功能性染料是一类具有特殊功能或应用性能的染料，这种特殊功能指的是染料用于着色用途以外的性能,通常都与近代高、新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。功能染料在功能纺织品中的应用：功能染料已经在纺织印染行业中进入实用阶段或已显示出其潜在的应用前景。目前主要应用和研究的有：(1).光变色染料和颜料：具有光致变色（即颜色随光照而变化）性的染料或颜料。(2).荧光染料和颜料：能在可见光范围强烈吸收和辐射出荧光的染料。而荧光颜料实质上是颗粒很细的荧光染料的树脂固溶体。(3).红外线吸收染料和红外线伪装染料：红外线吸收染料是指对红外线有较强吸收的染料，被用于太阳能转换和贮存；红外线伪装染料（或颜料）指的是红外线吸收特性和自然环境相似的一些具有特定颜色的染料，可以伪装所染物体，使物体不易被红外线观察所发现，主要用于军事装备和作战人员的伪装。(4).热变色染料和颜料：具有热敏变色性的染料和颜料已越来越多地用于纺织品的染色和印花。(5).湿敏涂料：由钴盐制成的无机涂料。(6).有色聚合物：可用于塑料或纤维的原液中着色和纺织品的涂层和印花。由于功能高分子染料耐高温性，耐溶剂性和耐迁移性，特别适用于纤维及其织物的着色，可提高被染物的耐摩擦性和耐洗涤性；由于有色聚合物的耐迁移性能优异，安全性高，可用于食品包装材料、玩具、医疗用品等的染色。此外，还应用于皮革染色、彩色胶片和光盘等染色。(7).远红外保温涂料：由具有很强的发射红外线的特性的无机陶瓷粉末以及一些镁铝硅酸盐加工而成。主要用于加工阳光蓄热保温织物。此外，通过涂料印花或涂层加工，还可赋予织物发射红外线的功能，使织物具备良好的隔热性或保温性。功能染料在生物医疗中的应用：功能染料在生物医疗中的应用主要是通过物理作用或者化学反应将染料分子引入生物大分子的主链或侧链上，染料和底物在分子水平上的结合只要极少量染料便可获得所需的颜色深度，或者发出较强的荧光，从而衍生出生物医学用色素。这类色素的种类有多种，主要是荧光探针、DNA测序用荧光染料和光动力学治疗用色素。第二章一、何谓染料中料？有哪些常用的中料，它们主要通过哪几类反应来合成的？试写出下列中料的合成途径（从芳烃开始）1．OHNH2SO3NaNaO3S2.CHCHSO3NaNaO3SNO2O2N3.CHCCNNCH3HO4.OHNH2NaO3S5.OHNaO3SNH26.OONH2NH27.OOOHOH8.OONHNH9.OONH2答：由苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽醌等基本原料开始，要先经过一系列化学反应把它们制成各种芳烃衍生物，然后再进一步制成染料。习惯上，将这些还不具有染料特性的芳烃衍生物叫做“染料中间体”简称“中间体”或“中料”。合成染料主要是由为数不多的几种芳烃（苯、甲苯、二甲苯、萘和蒽醌等）作为基本原料而制得的。常用的中间体有，苯胺，硝基苯，卤代苯，烷基苯，苯酚，萘酚，苯磺酸，萘磺酸等。合成染料中料的反应主要可归纳为三类反应，其一是通过亲电取代使芳环上的氢原子被－NO2、－Br、－Cl、－SO3Na、－R等基团取代的反应；其二是芳环上已有取代基转变成另一种取代基的反应，如氨化、羟基化等；其三是形成杂环或新的碳环的反应，即成环缩合。(1)OHNH2SO3NaNaO3SH2SO494%SO3H2SO4SO3HHO3SSO3HSO3HHNO3HO3SSO3HSO3HNO2Fe+HClHO3SSO3HSO3HNH2(1)50%NaOH(2)H(2)CHCHSO3NaNaO3SNO2O2NCH3O2NCH3H2SO4SO3CH3SO3NaO2N[O]HNO3（3）CCHCNNCH3HOCl2FeCl3ClNH2NH2NHNH2CH3COCH2COCH2CH3（4）SO3HSO3HNH2SO3HOH(NH4)2SO3,NH3145℃SO3HNH2HO3SSO3HH2SO4SO3稀H2SO4NH2HO3SSO3HNH2HO3SOH125℃58%NaOH205℃OH(1)NaOH(2)HH2SO4,270℃(5)H2SO4SO3OHSO3HHO3SSO3HHO3SNH2HO3SNH2OH65％NaOH勃契勒反应SO3HOH(1)NaOH(2)H,270℃(6)OOH2SO4SO3HgSO4OOSO3HSO3HHClNaClO3OOClClNH4OHOONH2NH2