第四章染料ppt课件.ppt

本章内容：,概述常用染料,第四章 染料,第一节 概 述,一、染料的概念,定义：能以分子状态或分散状态使纤维或其他物质获得鲜明和牢固色泽的有色物质。,从来源分为两类天然染料：动物性染料：古代紫（紫螺）；胭脂红（胭脂虫）矿物染料：泥土、矿石 植物染料：从花、草、树木、茎、叶、果实、种子、皮、根等部位提取的色素。例：靛蓝：板兰根、大青叶；茜素：茜草 优点：无毒无害，不会对人体健康构成任何伤害。缺点：来源有限；制造麻烦；色谱不全、色泽灰暗；价格昂贵。,无机颜料,雄黄,石青,朱砂,赤铁矿,石绿,蓝草,茜草,藤（藤黄）,槐花（槐黄）,茜素红,靛蓝,合成染料：人工合成的染料。1856年Perkin发现了苯胺紫，开创了合成染料的新纪元。第二次世界大战后，随着各种合成纤维的发展，带动了染料工业的发展。涤纶分散染料；腈纶阳离子染料；锦纶特殊的酸性染料。石油工业的发展为染料工业的发展提供了条件。特点：原料来源广，合成简单；色泽鲜艳，色谱齐全；牢度优良；价格便宜，使用方便；有些染料对人体有害，环境污染严重。并不是任何有色物质都能当作染料使用，染料必须满足应用方面提出的要求：,a.要能使被染物质着色b.颜色鲜艳c.牢度优良d.使用方便e.成本低廉f.无毒性,二、染色的显色原理 1.光的基本性质,光谱 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫形成的色带。颜色 单色光的频率决定了其颜色，频率不同，颜色不同，红光的频率最小，紫光的频率最大；微粒理论中，单色光以每个光子能量来表示其特性。光子能量(E)和频率的关系：,h c/,h是Planck常数，等于6.62510-34 Js。,2.光和色的关系物质对光产生选择性吸收的原因：由于不同物质的分子其组成和结构不同，它们所具有的特征能级也不同，故能级差不同，而各物质只能吸收与它们分子内部能级差相当的光辐射，所以不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。,所谓物体的颜色就是对可见光选择吸收的结果。不过我们感觉到的颜色，不是吸收光波长的光谱色，是反射光的颜色，反射光的光谱色，是反射光作用于人眼视觉而造成的。就是被吸收光的补色。例如若某一物体吸收波长为500550nm的光线(光谱色为绿)，我们肉眼感觉到的颜色为紫红，紫红色是光谱色为绿色的补色。光谱色与补色之间关系可用颜色环的形式来描述，如下图所示。从图中可看出沿着直径方向，每块扇形的对顶处，都有另一块扇形，它们互为补色。例如蓝色(435480nm的扇形)的补色是黄色(580595nm)，即蓝光和黄光混合得到的是白光。若某一物质的吸收波长小于400nm或大于760nm则该物质在紫外光及红外光部分有吸收，物体呈无色。,深色区,浅色区,紫外线,红外线,绿、青、蓝,黄、橙、红,颜色环,物质的颜色与吸收光波长的关系,3.发色发色基团：某些不饱和基团的存在，才能显示颜色，如乙烯基，羰基，硝基，偶氮基等。助色团。引入一些基团时，使颜色加深且对纤维有亲和力，如-OR,-OH,-NHR,-Cl,-Br等。近代发色理论。物质的颜色主要是物质中电子在可见光作用下，发生*（伴随n*）跃迁的结果。作为有机染料，激化能在151.17298.87KJ/mol，才能在可见光谱中只有选择吸收的能力。4.制成染料合成的染料一般不直接用于染色。经过混合研磨，加一定量的填充剂和助剂，加工成商品染料。这一标准化过程称为染料的商品化。常用的助剂有：稀释剂。润湿剂、扩散剂、稳定剂、助溶剂、软水剂,颜色和化学结构的关系,染料分子在结构上必须具有一定的共轭链，共轭链越长，其吸收光的波长也就相应延长，它的颜色也就变深一些。,按应用分,直接染料酸 冰染染料 活性染料 还原染料 分散染料 硫化染料 阳离子染料 酸性染料,三、染料的分类,按结构分类：,1、偶氮染料：,在分子结构中含偶氮基,双偶氮染料直接湖蓝6B（CI直接蓝1，24410）返回,直接耐晒蓝B2RL（CI 直接蓝71）,2、蒽醌染料：,在分子结构中含蒽醌结构,茜素（1,2-二羟基-9，10-蒽醌）,弱酸性绿GS（CI酸性绿25，61570）,3、硝基和亚硝基类染料：,分子中含有硝基或亚硝基,黄色酸性染料,4、芳甲烷染料,金胺G（C.I.碱性黄 3，341005）,酸性蓝A（C.I.酸性蓝 7，42080）,5、靛族染料 X=-NH-靛蓝 X=S 硫靛 还原蓝4B（CI还原蓝5，73065）返回,6、硫化染料,结构特征：分子中含有S结构或多硫结构,酞菁,7、酞菁染料：含有酞菁金属络合物结构的染料。,8、菁类染料：是一类在两个含氮杂环间用一个或多个次甲基（-CH=）相连接成的染料。阳离子桃红FF,四、我国的染料命名法,色称表示染料的基本颜色颜色：黄、橙、红、紫、蓝、绿、棕、灰、黑、白 程度：嫩、艳、深天然色名：湖蓝、草绿、桃红、枣红、玫瑰红、酱红,冠称（又称属名）根据染料的应用方法或性质分类 直接、酸性、弱酸性、阳离子、分散、还原等共 有三十一种。,三段命名法：冠称、色称、词尾,词尾（尾注）用数字或字母表示染料的色光、牢度、性能上的差异。,色光：B带蓝光或青光；G带黄光或绿光；R带红光色的品质：F色光纯；D色光深或稍暗；T色深性质、用途：C耐氯、棉用；L耐光牢度或匀染好；P适用印花，K-冷染（中国活性染料K表示热染）M-混合物；N-新型或标准；X-高浓度（中国活性染料X表示冷染）。形态、强度和力份：F细粉；Liq液状；Conc浓程度：数字表示程度，只是相对的，不表示级别。例：B表示蓝光，3B表示有较强的蓝光。例：分散藏青H-GL H：耐热；G：带绿光；L耐光牢度好。活性艳红X-3B X：冷染型；B带蓝光；3：蓝光较强 活性艳蓝KNR？,五、染料的性能及评价,性能通常是由下列指标来评价或反映：(1)外形 常用染料外观形态有粉状、粒状、块状、浆状等。(2)溶解度 在一定温度下某染料在100克纯水中所能溶解的最大克数。(3)强度是指染料的染色强度，它表示染色能力的大小，也称为浓度或力分。通常以%表示。染料的强度越大，染色时的需要量就越少。(4)色光 是指染料与被染物所显示出的主色中所呈现的副色。,（5）染色牢度染色牢度是指染色织物在使用过程中或在以后的加工过程中，染料或颜料在各种外界因素影响下，能保持原来颜色状态的能力。染色牢度是多方面的，一般比较主要的包括：日晒、皂洗、汗渍、摩擦、刷洗、熨烫、烟气等牢度。1.日晒牢度 染色织物的日晒褪色是个比较复杂的过程。在日光作用下，染料吸收光能，分子处于激化态而变得极不稳定，容易产生某些化学反应，使染料分解褪色，导致染色织物经日晒后产生较大的褪色现象。日晒牢度共分8级，1级最差，8级最好。2.皂洗牢度 指染色织物在规定条件下于肥皂液中皂洗后褪色的程度，包括原样褪色及白布沾色两项。皂洗牢度按分为五级九档，其中一级最差，五级最好，沾色也分为五级九档，一级沾色最严重，五级为不沾色。,3.摩擦牢度 染色织物的摩擦分为干摩擦及湿摩擦牢度两种。前者是用于白布摩擦织物，看白布的沾色情况，后者用含水100%的白布摩擦染色织物，看白布沾色情况。,摩擦牢度由“沾色灰色样卡”依五级九档制比较评级，一级最差，五级最好。,汗渍牢度和氯漂牢度按五级九档制评级。评定染料的染色牢度，应将纺织物染成规定色泽浓度才能进行比较，这是由于染色浓度不同，会使测得的牢度亦不同之故。有关染后织物的各项染色牢度的试验方法，应根据国家规定的方法进行，各项牢度的标准也应以国家标准为准。(6)渗透度 是指染料向被染物内部渗透的能力。,偶氮染料是分子中含有偶氮基(NN)发色团染料的总称。在染料生产中所占的比例最大，约为合成染料的一半以上，它包括了用于各种用途的几乎全部色谱。染料分子中含有一个偶氮基的是单偶氮染料，含有两个偶氮基的是双偶氮染料。一般酸性、冰染、直接、分散、阳离子染料中大部分属偶氮染料。偶氮染料在合成生产中，重氮化与偶合反应是两个基本的反应。,六、重氮化和偶合反应,1、重氮化反应 由芳香族的伯胺(重氮组分)与亚硝酸作用，生成重氮化合物的反应，称为重氮化反应。由于亚硝酸不稳定，通常用盐酸或硫酸等无机酸与亚硝酸钠反应，使生成的亚硝酸立刻与芳伯胺反应。其反应方程式如下：,重氮化合物,芳香族的伯胺,2、偶合反应芳香族重氮盐和酚类或芳胺作用，生成偶氮化合物的反应叫偶合反应。此时，酚类和芳胺称为偶合组分。重氮剂 偶合组分,1、禁用染料,指在使用过程中因偶氮键断裂而会分解出有害芳香胺的染料。,致病机理：,某些偶氮染料偶氮键可能断裂而释放出有害芳香胺，这些有害物质透过皮肤进入人体，诱发癌症或引起过敏。,1994年德国政府颁布了一项禁止使用以22个有害芳香胺为原料制造的偶氮染料的法令，涉及的染料有240余种。,欧盟的法规规定织物上允许含有的有害芳香胺的量为30mg/kg.,七、染料的发展趋势,2、绿色染料,不含有在特定条件下会裂解产生22 种致癌芳香胺的偶氮染料，或染料中不含有22 种游离致癌芳香胺。不是急性毒性染料。染料本身无致癌性和致敏性。可萃取的重金属在极限值以下。甲醛含量在极限值以下。不含环境激素。不含杀虫剂和含氯有机载体的持续性有机污染物。不会产生环境污染的化学物质。非结构性因素的现用染料采用清洁生产和新技术。,染料索引简介,染料索引（Colour Index简称C.I.）是一部国际性的染料（颜料）品种汇编工具书。它将世界上各主要染料企业的商品，按照它们的应用性质和化学结构归类编号，逐一说明它们的应用特性，列出它们的结构式，有的还给出它们合成方法的参考文献，并附有商品名称对照表。,如C.I.颜料红254，254即表示此种染料在染料索引中的编号。,一、直接染料,分子呈线性且含有磺酸基、羧基等水溶性基团,纤维素纤维、蚕丝、纸张、皮革,结构特点：,染色对象：,染料分子和纤维分子以范德华力和氢键结合,染色机理：,第二节 常用染料,直接黄G,直接染料一般能溶解于水，也有少数染料要加一些纯碱帮助溶解，它可不依赖其他助剂而直接上染棉、麻、丝、毛和粘胶等纤维，所以叫直接染料。直接染料色谱齐全，色泽鲜艳，价格低廉，染色方法简便，但最大的缺点是这类染料的染色牢度大部分都不够好，针对染色牢度较差的缺陷，人们作了许多改革，例如采用化学药品，把已经染上颜色的布进行后处理，提高色布的耐洗和耐晒牢度；也有采用新型的交链固色剂来提高染色织物的后处理牢度。除此之外，也发现和研制了一些新染料品种，如直接耐晒染料和直接铜盐染料等。目前，对如何提高直接染料的湿处理牢度，还在进一步的探索之中。,直接染料在溶液中是以染料阴离子形式存在，当溶液中加入少量纯碱，促进了纤维素阴离子的离解而呈负电荷，使染料阴离子和纤维阴离子相互产生较大斥力而不易相互靠近，从而影响了染料对纤维的染色，即纯碱加入染液后起到了增加染料的溶解性及降低了染料对纤维的亲和力而起到缓染作用。但在溶液中加入无机中性盐类后，就会使这种现象改变。将无机中性盐加入溶液中后，这些盐就离解成阳离子（Na）及相应的阴离子。无机的阳离子体质较小，因此在水溶液中活泼性较大，容易吸附在纤维大分子周围，从而降低了纤维分子表面的阴电荷，使染料和纤维斥力减小，相对增加了染料阴离子与纤维素分子之间的吸附量，达到促染的效果。因此，中性盐可作为促染剂。,二、冰染染料,纤维素纤维、棉花织物,染色对象：,重氮组分和偶合组分直接在纤维上反应形成不溶性的偶氮染料而染色,染色机理：,05的冰水浴中进行,染色条件：,染色时溶解在烧碱中的色酚先上染纤维，然后浸轧色基重氮化溶液，二者在纤维上偶合显色，生成不溶性染料固着在纤维内。此外，还有一种稳定的重氮色基盐称色盐，可直接用于染色。,(一)色酚及其打底色酚都不能直接溶解于水，而必须在烧碱溶液中形成色酚的钠盐才被溶解。(二)色基及其重氮化 色基一般为有机芳香胺类化合物，它不能直接和色酚偶合显色，而必须要与亚硝酸钠及盐酸在低温下通过重氮化反应才能与色酚偶合显色。(三)偶合显色 将已打底的织物浸轧显色液，显色液中的重氮化合物就和打底织物上的色酚进行偶合反应，生成不溶性偶氮染料，织物呈现出颜色，这个过程工艺上称为显色。不溶性偶氮染料给色量高，色泽鲜艳，其中尤以红、紫、蓝、酱色见长。日晒牢度受染色浓度的影响，淡色时较差。摩擦牢度亦较低。大多数染料的氯漂、皂洗牢度较高。,三、还原染料,分子中不含水溶性基团，不溶于水,常用于纤维素纤维、棉花的染色和印花,结构特点：,染色对象：,先被还原成可溶性的钠盐使纤维着色，再经氧化成原来的颜色。,染色机理：,还原染料本身不溶于水，必须在碱性溶液中以强还原剂还原后，成为能溶于水的可溶性状态，才能上染于纤维。这类染料大都属于多环芳香族化合物，分子中不含有-SO3H、-COOH等水溶性基团，其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。结构有蒽醌类、靛类、稠环酮类等。染色过程复杂：还原隐色体上染氧化可用于纤维素纤维和维纶纤维（聚乙烯醇缩醛纤维）的染色品种仅次于偶氮染料，色谱较齐，具有良好的染色重现性，具有超强的耐氯、耐洗、耐光、耐湿。缺点：生产工艺繁杂，三废污染严重，价格较贵,四、硫化染料,芳香族化合物与硫或多硫化钠相互反应而成，不溶于水,结构特点：,染色机理：类似于还原染料,在硫化碱溶液中被还原成可溶状态,染色条件：,纤维素纤维,染色对象：,硫化染料不溶于水，但能被硫化碱还原，生成钠盐隐色体而溶解在水溶液中。这种隐色体在碱性溶液中，对纤维具有较强的亲和力，因而被纤维吸收，经氧化后，染料重新转变为不溶状态，并沉积在纤维上。在染色过程中，硫化碱既是还原剂又是碱剂。,五、活性染料,分子中含有反应性基团,常用于印染麻、棉等纤维以及染色与印花,结构特点：,染色对象：,与纤维分子中的羟基、氨基以共价键结合,染色机理：,活性染料染色时，能将染料直接染到布上，同时由于它有较好的扩散能力，容易使染料扩散进入纤维内部，但由于此时尚未与纤维起化学反应，很容易用水把大部分染料洗掉，因此必须用碱剂促使染料与纤维产生化学反应，把染料固着在纤维上。前者称为染色，后者称为固色。,活性染料与去他类型染料最大的差异在于其分子结构中含有能与纤维的某些基团（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）活性染料结构通式：SDBRe 式中：S水溶性基团，如磺酸基 D染料母体，发色部分 B母体染料与活性剂的连结基，常见的有-NH-、-CONH-、-SO2NH-、-O-、-S-等 Re活性基，如均三嗪类、嘧啶类、乙烯砜型等，决定染料的反应性、固色率、耐水解稳定性、贮存稳定性等性能。,六、酸性染料,分子中多数含SO3Na、少数含有COONa，染料可溶于水。染料结构包括偶氮、蒽醌、三芳甲烷、杂环类等。,常用于蛋白质纤维分子和尼龙、皮革染色,染色在酸性染浴中进行,结构特点：,染色对象：,染色条件：,酸性基团与蛋白质纤维中的氨基以离子键结合,染色机理：,色谱齐全，色泽鲜艳，染色牢度随染料品种而异。在不同纤维上的匀染性和染色牢度有所差异：在锦纶纤维（尼龙）上匀染性差，湿处理牢度较好；在蚕丝上匀染性较好，湿处理牢度较差，低于羊毛染色牢度。主要用于蛋白质纤维（如羊毛、丝绸）的染色和印花，也可用于锦纶纤维的染色和印花，还可用于皮革、纸张的着色。强酸性染料主要用于羊毛染色，弱酸性染料可用于羊毛、蚕丝、锦纶等的染色。,七、分散染料,分子中不含水溶性基团,常用于涤纶、腈纶等合成纤维的染色和印花,结构特点：,染色对象：,用分散剂将染料分散成颗粒状而对纤维染色,染色机理：,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。染色时必须借助分散剂将染料均匀地分散在染液中，才能对各类合成纤维进行染色。,分散染料主要是低分子的偶氮、蒽醌及二苯胺等的衍生物，从分子结构看属于非离子型的，但含有-OH、-N=N-、-NH2、Ar-NH2、Ar-NHR、-OCH3、-OC2H5等极性基团，这些基团是染料分子有适当的极性。赋予染料对涤纶的染着能力。染着过程主要依靠范德华力，其次分子中的氢原子，可以与纤维中的氧和氮原子形成氢键。如：,8、阳离子染料,分子呈阳离子状态，可溶于水,常用于腈纶（聚丙烯腈纤维）的染色,结构特点：,染色对象：,与纤维分子上的羧基成盐,染色机理：,腈纶是由丙烯腈与其他单体成分共聚而成的合成纤维。其组成以丙烯腈为主，加入了第二单体如丙烯酸酯，以改善纤维的物理机械性能，提高它的柔韧性和手感；引入第三单体如衣康酸（CH2=C（COOH）CH2COOH）或丙烯磺酸，以增加纤维上吸附染料的位置，改善染色性能。引入的酸性基因越多，纤维结合染料的位置就越多，则该纤维的染色饱和值越大，得色也越深。,阳离子染料是腈纶染色的专用染料，在水溶液中可以电离出色素阳离子。分子中带正电的基团与共轭体系（发色团）以一定方式连接，再与阴离子基团成盐。阴离子部分除对染料的溶解度有重要作用外，对染色性能影响不大。阳离子染料的母体分为偶氮型、蒽醌型、三芳甲烷型及菁类等。分子通过离子键结合和静电吸引力来与纤维结合。阳离子染料具有色泽鲜艳、色谱齐全、上染速率快、上然率高的优点，但匀染性差、耐晒牢度差、拼色困难。,本章作业,1、染料的显色原理？-P89 2、举例说明染料的命名。-P85 3、染料的定义及按来源分类？-P83 4、按结构染料可分哪些类？-P84-855、按应用染料可分哪些类？各类的结构特点和染色机理是什么？-P83-84,