第八章染料宋啟徨案例.ppt

1、第八章 染料,主講：代偉 浙師大生化學(xué)院,8.1 概述,1.基本概念 染料： 是能使其它物質(zhì)獲得鮮明而堅(jiān)牢色澤的化合物。 來(lái)源： 早期的染料主要來(lái)自天然動(dòng)植物 。 目前合成染料已經(jīng)取代了天然染料，品種已達(dá)8600多種。,染料應(yīng)用的三個(gè)方面：,4.應(yīng)用,1.染色,2.照射,3.土色,染色過(guò)程,（一）、染色過(guò)程，大致可以分為三個(gè)基本階段:,(二)染料在被染物內(nèi)的固著方式: 染料在被染物內(nèi)固著，不同的染料與不同的被染物，固著原理不同，染料的固著存在兩種類型: 1.純粹化學(xué)性固色: 指染料與被染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使染料固著在被染物上。例：活性染料染纖維素纖維，彼此形成醚鍵結(jié)合。 2.物理化學(xué)性固著:

2、由于染料與被染物之間相互吸引及氫鍵的形成，使染料固著在被染物上。許多染棉的染料，如直接染料、硫化染料、還原染料等都是依賴這種引力而固著在被染物上。,2.染料的分類,(1) 按染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 偶氮染料,偶氮染料是分子內(nèi)以一個(gè)或幾個(gè)偶氮基為特征的合成染料。它的顏色幾乎包括全部色譜. 常用的有酸性、堿性、直接、媒染等幾大類。,偶氮染料：,偶氮化合物都有顏色，故常用作指示劑和染料。如,研究表明，偶氮化合物的顏色與分子中所含的偶氮基-N=N-以及分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。具有共軛體系的分子電子云流動(dòng)性大，容易激發(fā)，所以其組成的物質(zhì)多數(shù)有顏色。共軛鏈愈長(zhǎng)，則顏色愈深，其電子愈容易激發(fā)，其分子吸收的可見(jiàn)光的光

3、波的波長(zhǎng)愈長(zhǎng)。,1）顏色與化合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系 自然可見(jiàn)光： 400-800 nm；波長(zhǎng)越短，能量越高，顏色越淺。反之亦然。 互補(bǔ)光： 若兩種不同波長(zhǎng)的光混在一起能變成白光，則稱其為互補(bǔ)光。如紅與青綠色光等。 物質(zhì)的顏色： 就是吸收了某一互補(bǔ)光的結(jié)果。如吸收紅色則顯青綠色；反之則顯紅色。,因此,物質(zhì)的顏色是由于吸收了部分光線的結(jié)果； 這種吸收與物質(zhì)的固有結(jié)構(gòu)有關(guān)；即一定的物質(zhì)可吸收一定波長(zhǎng)的光; 另一方面，假如我們改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其吸光范圍也將改變。 a. 有機(jī)物中共軛體系的增長(zhǎng),導(dǎo)致顏色加深：如,b. 有機(jī)物中引入助色或生色基，將伴隨著顏色的加深。 助色基：-NH2, -OH, -OCH3; 生

4、色基: -NO2,-C=O, 等。 c. 有機(jī)化合物離子化對(duì)顏色的影響：, 硝基和亞硝基染料 芳甲烷染料 染料分子中含有二芳基甲烷和三芳基甲烷結(jié)構(gòu)的染料 。,蒽醌染料 靛系染料 含有靛藍(lán)或類似結(jié)構(gòu)的染料。,酞菁染料 含有酞菁金屬絡(luò)合物結(jié)構(gòu)的染料。,金屬酞菁,代偉, 周亞平, 周理.SBA-15介孔分子篩負(fù)載金屬酞菁催化氧化甲醛.中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2006, 26 (4):400403,硫化染料 用硫或多硫化鈉的硫化作用制成 菁系染料 含有聚甲炔結(jié)構(gòu)的染料。-(CH)n- 雜環(huán)染料 含有五、六元雜環(huán)等結(jié)構(gòu)的染料。 在皮革染色中用的較多的是前四類染料。,(2)按應(yīng)用分類 酸性染料 直接染料 堿性染料

5、 金屬絡(luò)合染料 活性染料 氧化染料 硫化染料 媒染染料 還原染料 分散染料 油溶與醇溶性染料等十多種 皮革染色主要應(yīng)用上述前五種。,3染料的命名 (1)我國(guó)的染料命名體系 實(shí)行的是三段命名法，規(guī)定如下： 第一段為冠稱，表示染料根據(jù)應(yīng)用方法或性質(zhì)分類的名稱，為了使染料名稱能細(xì)致地反應(yīng)出染料在應(yīng)用方面的特征，將冠稱分為31類，如酸性、弱酸性等 第二段為色稱，表示染料在被染物上色澤的名稱，色澤的形容詞采用“嫩”、“艷”、“深”三字。 第三段是尾稱(字尾)，以英文字母結(jié)合阿拉伯?dāng)?shù)字補(bǔ)充說(shuō)明染料的色光、形態(tài)、強(qiáng)度、特殊性能及用途等。,中國(guó)染料命名用詞1 冠 稱直接，直接耐曬，直接銅藍(lán)，直接重氮，酸性，弱

6、酸性，酸性絡(luò)合，酸性媒介，中性，陽(yáng)離子，活性，還原，可溶性還原，分散，硫化，色基，色酚，色藍(lán)，可溶性硫化，快色素，氧化，縮聚，混紡等。2 色 稱嫩黃，黃，金黃，深黃，橙，大紅，紅，桃紅，玫紅，品紅，紅紫，棗紅，紫，翠藍(lán)，湖藍(lán)，艷藍(lán)，深藍(lán)，綠，艷綠，深綠，黃棕，紅棕，棕，深棕，橄欖綠，草綠，灰，黑等。3色 光B-帶藍(lán)光或青光；G-帶黃光或綠光；R-帶紅光4色光品質(zhì)F-表示色光純；D-表示深色或稍暗；T-表示深 5性質(zhì)與用途C-耐氯，棉用I-士林還原染料的堅(jiān)牢度；K-冷染（中國(guó)活性染料K表示熱染）L-耐光牢度或均染性好；M-混合物；N-新型或標(biāo)準(zhǔn)；P-適用于印花；X-高濃度（中國(guó)活性染料X表示冷染

7、）。各國(guó)染料冠稱基本上相同，色稱和詞尾有些不同，也常因廠商不同而異。中國(guó)根據(jù)需要，擬采取統(tǒng)一的命名法,(2)國(guó)外染料產(chǎn)品的命名 國(guó)外染料產(chǎn)品的命名，大致也采用三段命名法，但非?；靵y。 (3)染料索引 染料索引是一部國(guó)際性的染料、顏料品種匯編。它將世界大多數(shù)國(guó)家各染料廠的商品，分別按它們的應(yīng)用性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)歸納、分類、編號(hào)，逐一說(shuō)明他們的應(yīng)用特性，列出它們的結(jié)構(gòu)式，注明其合成方法，附有同類商品名稱的對(duì)應(yīng)表。,4.染料的性能及評(píng)價(jià),性能通常是由下列指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)或反映： (1)外形 常用染料外觀形態(tài)有粉狀、粒狀、塊狀、漿狀等。 (2)溶解度 在一定溫度下某染料在100克純水中所能溶解的最大克數(shù)。,(3

8、)強(qiáng)度 是指染料的染色強(qiáng)度，它表示染色能力的 大小，也稱為濃度或力分。通常以%表示。 染料的強(qiáng)度越大，染色時(shí)的需要量就越少。 (4)色光 是指染料與被染物所顯示出的主色中所呈 現(xiàn)的副色。,（5）、染色牢度 染色牢度是指染色織物在使用過(guò)程中或在以后的加工過(guò)程中，染料或顏料在各種外界因素影響下，能保持原來(lái)顏色狀態(tài)的能力。 染色牢度是多方面的，一般比較主要的包括：日曬、皂洗、汗?jié)n、摩擦、刷洗、熨燙、煙氣等牢度。 1.日曬牢度 染色織物的日曬褪色是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程。在日光作用下，染料吸收光能，分子處于激化態(tài)而變得極不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生某些化學(xué)反應(yīng)，使染料分解褪色，導(dǎo)致染色織物經(jīng)日曬后產(chǎn)生較大的褪色現(xiàn)象。日

9、曬牢度共分8級(jí)，1級(jí)最差，8級(jí)最好。 2.皂洗牢度 指染色織物在規(guī)定條件下于肥皂液中皂洗后褪色的程度，包括原樣褪色及白布沾色兩項(xiàng)。皂洗牢度按分為五級(jí)九檔，其中一級(jí)最差，五級(jí)最好，沾色也分為五級(jí)九檔，一級(jí)沾色最嚴(yán)重，五級(jí)為不沾色。,3.摩擦牢度 染色織物的摩擦分為干摩擦及濕摩擦牢度兩種。前者是用于白布摩擦織物，看白布的沾色情況，后者用含水100%的白布摩擦染色織物，看白布沾色情況。,摩擦牢度由“沾色灰色樣卡”依五級(jí)九檔制比較評(píng)級(jí)，一級(jí)最差，五級(jí)最好。,汗?jié)n牢度和氯漂牢度按五級(jí)九檔制評(píng)級(jí)。 評(píng)定染料的染色牢度，應(yīng)將紡織物染成規(guī)定色澤濃度才能進(jìn)行比較，這是由于染色濃度不同，會(huì)使測(cè)得的牢度亦不同之故。

10、有關(guān)染后織物的各項(xiàng)染色牢度的試驗(yàn)方法，應(yīng)根據(jù)國(guó)家規(guī)定的方法進(jìn)行，各項(xiàng)牢度的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。 (6)滲透度 是指染料向被染物內(nèi)部滲透的能力。,8.2染料的顏色與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,1經(jīng)典發(fā)色理論 維特(O.N.Witt)發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)理論（1876）。 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中至少需要有某些不飽和基團(tuán)存在時(shí)才能發(fā)色，這些基團(tuán)稱之為發(fā)色基團(tuán)，主要的發(fā)色基團(tuán)有-N=N-、=C=C=、-N=O、NO2、=C=O等，含有發(fā)色團(tuán)的分子稱為發(fā)色體或色原體。增加染料結(jié)構(gòu)中共軛雙鍵的數(shù)量，其顏色加深，羰基數(shù)目增加顏色也加深。,對(duì)各種被染物質(zhì)也不一定具有染色能力(或親和力)，能夠作為染料的有機(jī)化合物分子中還應(yīng)含有助色

11、團(tuán)，它們能加強(qiáng)發(fā)色團(tuán)的生色作用，并 增加染料與被染物的結(jié)合力。 主要的助色團(tuán)有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。此外像磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等為特殊助色團(tuán)，它們對(duì)發(fā)色團(tuán)并無(wú)顯著影響，但可以使染料具有水溶性和對(duì)某些物質(zhì)具有染色能力。,維特的發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)理論在歷史上對(duì)染 料化學(xué)的發(fā)展起過(guò)重要的作用，也正是這 個(gè)原因，維特的發(fā)色團(tuán)與助色團(tuán)這兩個(gè)名 稱現(xiàn)在還在被廣泛的使用著，不過(guò)它們的 涵義已經(jīng)有了根本的變化。,2近代發(fā)色理論 根據(jù)量子化學(xué)及休克爾(Huckel)分子軌道理論，有機(jī)化合物呈現(xiàn)不同的顏色是由于該物質(zhì)吸收不同波長(zhǎng)的電磁波而使其內(nèi)部的電子發(fā)生躍遷所致。能夠作

12、為染料的有機(jī)化合物，它的內(nèi)部電子躍遷所需的激化能必須在可見(jiàn)光(400nm760nm)范圍內(nèi)。,物質(zhì)的顏色主要是物質(zhì)中的電子在可見(jiàn)光 作用下發(fā)生*(或伴隨有n*)躍遷 的結(jié)果，因此研究物質(zhì)的顏色和結(jié)構(gòu)的關(guān) 系可歸結(jié)為研究共軛體系中電子的性質(zhì)， 即染料對(duì)可見(jiàn)光的吸收主要是由其分子中 的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所決定的。,現(xiàn)代發(fā)色理論中所謂的發(fā)色團(tuán)，一般是 指那些能吸收波長(zhǎng)為400nm760nm內(nèi)電 磁波的基團(tuán)，它們的分子結(jié)構(gòu)里有若干 個(gè)共軛雙鍵組成的共軛體系，這些共軛 體系往往還帶有助色團(tuán)，共軛體系和助 色團(tuán)共同組成為一個(gè)發(fā)色體系。所謂助 色團(tuán)指的是那些連接在共軛體系上的- NH2、-NHR、-NR2、-OH

13、、-OR等供電 子基團(tuán)。,重要的發(fā)色體系如下所示： (1)乙烯發(fā)色體系 (2)偶氮發(fā)色體系 (3)次甲基/多次甲基 (4)芳香發(fā)色體 (5)稠環(huán)芳香體 (6)蒽醌 (7)酞菁,人們把能增加染料吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)稱為深色效應(yīng)。 把增加染料吸收強(qiáng)度的效應(yīng)叫濃色效應(yīng)。 反之，把降低吸收波長(zhǎng)的效應(yīng)稱為淺色效應(yīng)。 把降低吸收強(qiáng)度的效應(yīng)叫減色效應(yīng)。,8.3染料的發(fā)展概況,1.染料的發(fā)展歷史 2.我國(guó)染料的發(fā)展概況 3.世界染料生產(chǎn)發(fā)展的新趨勢(shì) (1)染料生產(chǎn)規(guī)?；?(2)染料生產(chǎn)及污染有向亞洲等欠發(fā)達(dá)地區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì) (3)在染料的生產(chǎn)中注重新技術(shù)及新產(chǎn)品的研究,8.4、禁用染料與環(huán)保染料 （一）禁用染料 近年

14、來(lái)，國(guó)際上對(duì)環(huán)境質(zhì)量的惡化與生態(tài)平衡的失調(diào)十分關(guān)切，人類正面臨有史以來(lái)最嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)，在環(huán)境污染中，大部分直接與工業(yè)和工業(yè)產(chǎn)品的污染有關(guān)。作為染料中間體的芳胺，已被一些國(guó)家的政府機(jī)構(gòu)列為可疑致癌物，其中聯(lián)苯胺的乙萘胺已被確認(rèn)為是對(duì)人類最具烈性的致癌物。根據(jù)2000年所發(fā)布的新版測(cè)試紡織品中有毒物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，涉及到的禁用染料還包括過(guò)敏性染料、直接致癌染料和急性毒性染料，另外還包括含鉛、銻、鉻、鈷、銅、鎳、汞等重金屬超過(guò)限量指標(biāo)，甲醛含量超過(guò)限量指標(biāo)，有機(jī)農(nóng)藥超過(guò)限量指標(biāo)的染料，以及含有環(huán)境激素、含有產(chǎn)生環(huán)境污染的化學(xué)物質(zhì)、含有變異性化學(xué)物質(zhì)、含有持久性有機(jī)污染物的染料等。,（二）環(huán)保染料 按照生

15、態(tài)紡織品的要求以及禁用118種染料以來(lái)，環(huán)保染料已成為染料行業(yè)和印染行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，環(huán)保型染料應(yīng)包括以下十方面的內(nèi)容： (1)不含德國(guó)政府和歐共體及Eco-Tex Standard 100 明文規(guī)定的在特定條件下會(huì)裂解釋放出22種致癌芳香胺的偶氮染料； (2)不是過(guò)敏性染料； (3)不是致癌性染料； (4)不是急性毒性染料； (5)可萃取重金屬的含量在限制值以下； (6)不含環(huán)境激素； (7)不含會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的化學(xué)物質(zhì)； (8)不含變異性化合物和持久性有機(jī)污染物； (9)甲醛含量在規(guī)定的限值以下； (10)不含被限制農(nóng)藥的品種且總量在規(guī)定的限值以下；,第三節(jié) 常用染料染色 一、直接染料染色

16、直接染料一般能溶解于水，也有少數(shù)染料要加一些純堿幫助溶解，它可不依賴其他助劑而直接上染棉、麻、絲、毛和粘膠等纖維，所以叫直接染料。 直接染料色譜齊全，色澤鮮艷，價(jià)格低廉，染色方法簡(jiǎn)便，但最大的缺點(diǎn)是這類染料的染色牢度大部分都不夠好，針對(duì)染色牢度較差的缺陷，人們作了許多改革，例如采用化學(xué)藥品，把已經(jīng)染上顏色的布進(jìn)行后處理，提高色布的耐洗和耐曬牢度；也有采用新型的交鏈固色劑來(lái)提高染色織物的后處理牢度。除此之外，也發(fā)現(xiàn)和研制了一些新染料品種，如直接耐曬染料和直接銅鹽染料等。目前，對(duì)如何提高直接染料的濕處理牢度，還在進(jìn)一步的探索之中。,(一)直接染料主要性能,直接染料在溶液中是以染料陰離子形式存在，當(dāng)

17、溶液中加入少量純堿，促進(jìn)了纖維素陰離子的離解而呈負(fù)電荷，使染料陰離子和纖維陰離子相互產(chǎn)生較大斥力而不易相互靠近，從而影響了染料對(duì)纖維的染色，即純堿加入染液后起到了增加染料的溶解性及降低了染料對(duì)纖維的親和力而起到緩染作用。但在溶液中加入無(wú)機(jī)中性鹽類后，就會(huì)使這種現(xiàn)象改變。將無(wú)機(jī)中性鹽加入溶液中后，這些鹽就離解成陽(yáng)離子（Na）及相應(yīng)的陰離子。無(wú)機(jī)的陽(yáng)離子體質(zhì)較小，因此在水溶液中活潑性較大，容易吸附在纖維大分子周圍，從而降低了纖維分子表面的陰電荷，使染料和纖維斥力減小，相對(duì)增加了染料陰離子與纖維素分子之間的吸附量，達(dá)到促染的效果。因此，中性鹽可作為促染劑 。,(二)直接染料應(yīng)用性能 根據(jù)溫度、食鹽及

18、上染率對(duì)直接染料上染性能的影響，可根據(jù)直接染料的應(yīng)用性能分為三類： (1)甲類：這類染料分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，上染速率快，勻染性能很好，約在7080就可染色。 (2)乙類：這類染料分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有較多的水溶性基因，上染速率慢，勻染性能差，食鹽對(duì)這類染料的促染效果很顯著，要很好控制食鹽的加入量，以控制其上染速率和勻染性。若食鹽加入過(guò)早，就會(huì)使染料上染太快而導(dǎo)致染色不勻。 (3)丙類：這類染料分子結(jié)構(gòu)大而復(fù)雜，對(duì)纖維有較大的結(jié)合能力，食鹽對(duì)它的促染效果很小，但溫度對(duì)它的影響較大。這類染料在始染時(shí)溫度不能太高，否則，會(huì)因上染太快而影響勻染。,（三）直接染料染色方法 直接染料染色方法簡(jiǎn)單，以卷染為主，由于受染料溶解度及上染速率的限制，軋染僅限于淺、中色。染色一般在中性或弱堿性介質(zhì)中選行，在酸性溶液中不適用于染棉，在弱酸性介質(zhì)中可以上染絲綢。 1.工藝流程,二、活性染料染色 活性染料根據(jù)其活性基因不同，一般可以分為兩類。 1.普通型（或稱冷染性）活性染料 國(guó)產(chǎn)X型活性染料屬此類。這類染料的活性基因?yàn)楹袃蓚€(gè)活潑氯原子的三聚氯氰。它的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，反應(yīng)能力較強(qiáng)，但染液的穩(wěn)定性較差，能在