染料和荧光增白剂.ppt

第二章 染料和荧光增白剂,2.1 染料2.2 有机颜料2.3 荧光增白剂,2.1.1 染料的定义和应用途径 2.1.2 光的物理性质 2.1.3 染料的发色理论 2.1.4 染料的分类和命名,2.1 染 料,2.1.1 染料的定义和应用途径 定义：染料是能使其他物质获得鲜明而坚牢色泽的有机化合物。现在使用的染料都是人工合成的，又称合成染料。能作为染料使用必须满足的条件是：要能染着指定物质，颜色鲜艳，牢度优良，使用方便，成本低廉，无毒性。应用途径：染色、着色、涂色。,2.1 染 料,2.1.2 光的物理性质,max是最大吸收的波长，max可以说明染料的基本颜色。,反射光波长越长，颜色较浅，黄、橙、红色为浅色；,绿、青、紫的波长较短，为深色,2.1 染 料,当max增大，反射光波长减小，染料色调较深。当max减短，反射光波长增大，染料色调变浅。颜色的纯度和染料吸收可见光的范围有关，光吸收接近于某一种波长，颜色的纯度较高。染料吸收可见光后，没有被吸收而被反射出来的反射光量表现为染料亮度，反射光越多，光度越大。,2.1 染 料,1 发色团与助色团学说2 醌构理论3 近代发色理论4 偶氮染料的发色5 蒽醌染料的发色,2.1.3 染料的发色理论,2.1 染 料,1 发色团与助色团学说 在1876年Witt首先提出了发色团和助色团学说，认为有机化合物的颜色与某些不饱和基团的存在有关，这些不饱和基团称为发色团，如-CH=CH-，-C=O，-N=O，-N=N-等。增加共轭双键会是颜色加深，羰基也会增加颜色。同时当发色体引入其他一些基团，也使得发色体颜色加深，这些就是助色团，如氨基、羰基和它们的取代基。,2.1.3 染料的发色理论,2.1 染 料,2.1.3 染料的发色理论 2 醌构理论 随着Witt理论学说的提出，又有醌构理论出现，它认为分子中由于醌构的存在而产生颜色，如对苯醌，可以解释芳甲烷染料和醌亚胺染料的颜色时，得到应用。,2.1 染 料,2.1 染 料,2.1.3 染料的发色理论 3 近代发色理论 根据量子化学分子轨道理论，分子轨道可以用原子轨道的线性组合表示。但碳原子数为偶数的共轭体系中，可分为能级较低的成键分子轨道和能级较高的反键分子轨道。,近年来用分子轨道理论来研究有机化合物颜色和分子结构之间的关系，即有机化学电子理论。认为原子间键的性质、电子流动性和激化能的关系、分子结构和颜色的关系存在某些规律。从能级跃迁的角度来讲，物体的颜色，主要是物质中电子在可见光作用下，电子发生能级跃迁的结果。,2.1 染 料,2.1.3 染料的发色理论 3 近代发色理论,2.1.3 染料的发色理论 4 偶氮染料的发色,偶氮染料的发色的影响因素：共轭双键系统 取代基及其强弱的影响 取代基数目和位置的影响 分子的平面结构 成金属络合物的影响 杂环取代的影响,2.1 染 料,偶氮染料的发色的影响因素：(1)共轭双键系统,2.1 染 料,分子结构中萘环代替苯环或偶氮基个数增加，颜色加深。共轭双键长度越长，激化能降低，最高吸收波长向长波方向移动，导致颜色加深。,共轭系统中引入取代基，如氨基、羟基等。基团的孤对电子与共轭系统中的-电子相互作用减低了分子激化能，使颜色加深；而一些吸电子基如硝基、羰基等在共轭系统中吸取电子，也会加深染料分子的颜色。,2.1 染 料,偶氮染料的发色的影响因素：(2)取代基及其强弱的影响,偶氮染料的发色的影响因素:(3)取代基数目和位置的影响,2.1 染 料,在偶氮染料分子中，在重氮组分上引入吸电子数目越多，在偶合组分上引入给电子基数目越多，分子的极性越强，染料的最大吸收波长向长波方向移动越多。重氮组分产生深色效应的最佳位置在偶氮基的邻、对位，而偶合组分上产生深色效应的位置是偶氮基的2，5位。,偶氮染料的发色的影响因素:(4)分子的平面结构,2.1 染 料,当分子内共轭双键的全部组成部分处在同一平面上时，-电子的叠合程度最大，平面结构受到破坏，-电子的叠合降低，颜色变浅。,在络合金属染料分子中，染料的颜色随金属原子的不同而呈不同色泽，配位键由参与共轭的孤对电子构成，络合物颜色加深。,偶氮染料的发色的影响因素:(5)成金属络合物的影响,2.1 染 料,偶氮染料的发色的影响因素:(6)杂环取代的影响,2.1 染 料,在蒽醌分子中引入吸电子基，对分子的发色影响比较小，而当引入给电子基时，对发色的影响比较大，它的颜色很深的羟基和氨基衍生物，是比较有价值的商品，尤其是绿色和蓝色染料，有其他染料不及的坚牢度。,2.1.3 染料的发色理论 5 蒽醌染料的发色,2.1 染 料,2.1.3 染料的发色理论 5 蒽醌染料的发色,它与偶氮染料相似，在1，4对位上取代基的影响最大，给电子基氨基取代基的影响比羟基大。,2.1 染 料,2.1.3 染料的发色理论 5 蒽醌染料的发色,2.1 染 料,空间障碍的影响,2.1.4 染料的分类和命名 1 染料的分类 2 染料的命名 3 染料索引,2.1 染 料,按照染料的应用方法，根据染料的应用对象、应用方法和应用性能 按染料的化学结构分类,2.1 染 料,2.1.4 染料的分类和命名1 染料的分类,按照染料的应用方法，根据染料的应用对象、应用方法和应用性能,1、酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料 2、活性染料 3、分散染料 4、阳离子染料 5、直接染料 6、冰染染料 7、还原染料 8、硫化染料,2.1 染 料,2.1.4 染料的分类和命名1 染料的分类,酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料,酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及皮革等。这类染料中包含有游离的和，它能在酸性和碱性条件下，染料分子形成离子键。染色酸性染料中通常含有磺酸钠基，磺酸的酸性比羧酸强。它是可逆的离子交换过程，对匀染有利。缺点是耐洗牢度不高。酸性媒介染料和酸性络合染料的原理。,2.1 染 料,活性染料,活性染料 又叫反应性染料（分子中含有能与纤维分子中的羟基、氨基等发生反应的基团，在染色过程中能与纤维形成共价键结合，能染羊毛和棉。,优点:色泽鲜艳，匀染性能好，湿处理牢度好，色谱齐全，工艺适应性强，应用方法简便并且成本较低。,2.1 染 料,活性染料是英国卜内门公司在1956年发明的一类染料。它能与纤维素纤维以共价键结合，特别耐洗。活性染料分子结构的特点：既包括一般染料的结构，如偶氮、蒽醌和其他类型作为活性染料的母体;又含有能够与纤维发生的反应性基团。,活性染料,2.1 染 料,(在碱性条件下),活性染料,2.1 染 料,活性染料的断键,活性染料,2.1 染 料,活性染料的断键,(在酸性条件下),分散染料分子特点：分子中不含有磺酸基等水溶性基团，但含有羟基、偶氮基、氰烷氨基等极性基团，属于非离子型染料。在水中仅仅为微溶，因此分散染料必须经过特殊加工处理后才能商品化。应用领域：主要用于合成纤维、特别是聚酯和醋酸纤维的染色。,2.1 染 料,分散染料,主要可分为偶氮型和蒽醌型两大类。其中偶氮型分散染料是主要的一类，占60%左右，它的结构通式为：,举例来说：,2.1 染 料,分散染料,聚丙烯腈纤维的专用材料,2.1 染 料,阳离子染料,特点：直接染料是一类可溶于水的阴离子染料。这类染料不含酸型和碱性基团，不形成离子键，分子中大多含有磺酸基，有的含有大量羟基，能和与纤维素纤维形成氢键进行染色，故称作直接染料。,主要用于纤维的染色，也可用于蚕丝、纸张、皮革的染色。,2.1 染 料,直接染料,直接性是由染料分子和纤维分子之间引力造成的。分子间的引力来源：极性分子引力、染料分子和纤维分子之间产生氢键；非极性力，即范德华力。,2.1 染 料,直接染料,作为直接染料，染料分子和纤维分子间存在较大的吸引力，其条件为：1、染料分子是线性分子，使染料分子按长轴方向平行地吸附在纤维轴上，最大限度地使范德华力发生作用。2、染料分子中占同一平面结构部分范围要大，如果染料分子具有延伸的共轭体系，共轭体系分子呈平面性，平面性分子吸附在纤维表面上的面积大而紧密，两者之间的范德华力也大。3、染料分子中可以形成较多的氢键。,2.1 染 料,直接染料,按化学结构的不同，可分为：1、尿素型直接染料 2、双偶氮和多偶氮型直接染料 3、含有脲素结构的二苯乙烯化合物,2.1 染 料,直接染料,改进直接染料的染色牢度可采用 1、金属盐处理 2、是阳离子固色剂处理,2.1 染 料,直接染料,特点：这类染料与棉纤维发生化学反应生成不溶性的偶氮染料而染色，并且需要在冷却条件下使用。在实际应用时，一般都是先使棉纤维织物吸收偶合组分即色酚，然后再用重氮组分（色基）的重氮盐处理，在纤维上生成染料而显色。主要应用领域：对棉织物的染色和印花。,2.1 染 料,冰染染料,色酚：冰染色酚中不含磺酸基或羧基等水溶性基团，但可溶于碱性介质中。色酚与纤维素纤维具有一定的亲和力，偶合活泼性较强。食用的色酚约有60余种，大部分是2-羟基萘-3-甲酰芳胺类。色酚结构中的酰胺基能和纤维素分子中的伯醇羟基形成氢键；色酚中的羟基，在偶合后处于偶氮基的邻位，与偶氮基形成氢键。,2.1 染 料,冰染染料,色基 色基是不含水溶性基团的芳胺类，带有氯原子、硝基、氰基或磺酰胺基等取代基的苯胺、甲苯胺或甲氧基芳胺。按照与色酚偶合后生成的颜色。色基苯环上不同取代基的深色效应顺序如下：-OCH3-CH3-Cl-NO2。色基中引入硝基，会使生成的颜色发暗，引入氯原子或氰基可使色光鲜明。,2.1 染 料,冰染染料,特点：在碱性溶液中用保险粉还原后先上染后氧化显色，分子中不含有磺酸基、羟基等水溶性基团。,还原染料的染色过程包括还原和氧化两个化学反应，染色时吸附在纤维的隐色体经过空气或其他氧化剂的氧化，复转为不溶性的还原染料而固着在纤维上，从而使纤维染上颜色。,2.1 染 料,还原染料,大部分还原染料是蒽醌衍生物，不溶性蒽醌衍生物很容易被保险粉的碱性溶液还原成为可溶性的隐色体，织物浸于隐色体溶液，在空气中曝露以后又氧化为不溶性蒽醌。由于它们的不溶性和在纤维空隙中形成色素沉淀，具有耐洗、耐光坚牢度优异。,2.1 染 料,还原染料,硫化染料是由有机芳香族化合物和硫或硫化钠相互作用生成的染料 从染料应用方法可分为：硫化染料、硫化还原染料 水溶性硫化染料。,2.1 染 料,硫化染料,硫化染料本身不溶于水，在染色时须先用硫化钠还原，使其变为可溶性隐色体钠盐，它对纤维素具有亲和力，纤维染色后再经过氧化，使其恢复不溶状态而固着在纤维上，但其着色效果不如还原染料。,2.1 染 料,硫化染料,1 偶氮染料、2 蒽醌染料、3 硝基和亚硝基染料、多次甲基染料 芳甲烷染料等等。,2.1 染 料,按染料的化学结构分类：,2.1.4 染料的分类和命名1 染料的分类,2 染料的命名根据原化工部1965年1月起作为染料产品名称命名使用标准，采用三段命名法。第一段为冠称，表示染料根据应用方法或性质而分类的名称，即酸性、中性、直接、还原、活性、分散等；第二段为色称，表示色泽的名称，采用30种色泽名称，如金黄、橙色、玫瑰等；第三段为词尾，以拉丁字母表示染料的色光、形态和特殊性能和用途等，如B-蓝色、G-黄色、R-红色、I-还原染料坚牢度、F-亮、L-耐光牢度较好等。举例来说：还原蓝BC，还原为冠称，表示染料应用类别；蓝为名称；BC为词尾，B为蓝光，C为耐氯漂。,2.1 染 料,2.1.4 染料的分类和命名,染料索引的原英文名称为Colour Index，缩写为C.I.，它是由英国染色与印染工作者协会和美国纺织化学与印染工作者协会合编出版的，收集了各种染料品种按应用类别和化学结构类别编成两种编号。,2.1 染 料,3 染料索引,2.1.4 染料的分类和命名,2.2 有机颜料,特点：,有机颜料是不溶性的有色物质的小颗粒，不溶于水，也不溶于使用它们的各种基质。,与被着色物质没有亲和力，只有通过胶粘剂或成膜物质，使其附着在物体表面，或混在物体内部，使物体着色。,颜料的应用有两种途径：是将颜料混合分散于粘着成膜剂中，做成涂料形式，涂于物体的表面，使物体表面着色，如油漆涂色等。染料和有机颜料可以互相转化，不少用于纤维染色的染料，也可用作有机颜料。,2.2 有机颜料,有机颜料的颜料化 定义：粒子的大小、晶型、表面状态、聚集方式等，对颜料的使用性能有相当大的影响，粗制颜料不能直接应用，必须经过一系列化学、物理和机械处理，用适当方式调整颜料粒子的晶型、大小和表面状态，使其具有合格的性能，这个过程称为颜料化加工，俗称颜料化。,2.2 有机颜料,颜料化加工过程的几种方法,酸处理法溶剂处理法 力学处理法 表面处理法,2.2 有机颜料,D、表面处理法 表面处理是使颜料粒子表面吸附某种添加剂，可以：1、占据表面活性部位，抑制晶体的进一步生长；2、减少形成二次粒子的机会，或防止形成大粒坚硬的聚结体；3、改变界面状况，调节粒子表面的亲油、亲水特性；4、形成表面保护膜，提高分散稳定性和增强其抗絮凝能力。5、使用的添加剂一般是表面活性剂或高分子物质。,2.2 有机颜料,2.3 荧光增白剂,概述 荧光增白剂的定义 荧光增白剂的分类 荧光增白剂的应用,2.3 荧光增白剂,概述在上世纪50年代，人们首先在马栗树皮中含有的6，7-二羟基香豆素，能够在紫外线下发生蓝色荧光。,目前在全世界范围内，荧光增白剂的年消耗量超过45000吨，在合成洗涤剂中应用最多。,荧光增白剂的定义 有机化合物，能吸收人肉眼看不见的紫外线（波长约300-400nm），再发射出人肉眼能看见的蓝紫色荧光（波长约420-480nm）。作为荧光增白剂的条件：1、化合物本身接近无色或略带黄色，2、有较高的荧光量子产率，3、对被作用物体具有较好的亲和性，但相互间不可发生化学作用，4、有较好的热化学和光化学稳定性。,2.3 荧光增白剂,化学漂白与荧光增白之间的区别：化学漂白是利用氧化剂的氧化作用是纤维中的色素褪色提高白度，在一定程度上会损伤纤维，是化学效应。荧光增白剂实际上是光学增白剂，含有色素的纤维不经化学漂白就用荧光增白剂是得不到增白效果的。是一种物理效应。,2.3 荧光增白剂,2.3.2 荧光增白剂的分类（1）按化学结构分类1、二苯乙烯类荧光增白剂 如荧光增白剂VBL，结构式：,2、香豆素类荧光增白剂 如荧光增白剂PEB，结构式：,2.3 荧光增白剂,3、萘二甲酰亚胺荧光增白剂 如1，8-萘二甲酰亚胺,4、唑类荧光增白剂,2.3 荧光增白剂,2.3.3 荧光增白剂的应用 在纺织品中的应用A、棉纤维的增白 主要用阴离子型、水溶性的荧光增白剂，大部分为双苯二磺酸型B、蛋白纤维 它是分子量很高的有机含氮高分子化合物。在荧光增白剂使用前必须先漂白，再增白。C、在锦纶、涤纶、晴纶及其混纺织物中的增白 在非纺织品中的应用,2.3 荧光增白剂,