第一章 染料基础知识

第一章第一章 染料的基础知识染料的基础知识 一、染料的概念一、染料的概念 染料是指一类能染料是指一类能溶于水溶于水，对纤维有，对纤维有亲和力亲和力的的有色物有色物。染料必须具备的三个基本条件染料必须具备的三个基本条件 1、能溶于水；、能溶于水；2、对纤维具有、对纤维具有亲和力；亲和力；3、具有颜色。、具有颜色。颜料颜料 颜料是指一类颜料是指一类不能溶于水不能溶于水，对纤维，对纤维没有亲和力没有亲和力的的有色物有色物。颜料可依靠颜料可依靠黏合剂黏合剂的作用的作用机械机械地地黏着黏着于纤维上，故又称于纤维上，故又称涂涂料料。二、二、染料的发展与分类染料的发展与分类1、染料的发展、染料的发展 天然染料（植物染料、矿物染料）天然染料（植物染料、矿物染料）合成染料（合成染料（1856年英国珀金苯胺紫）年英国珀金苯胺紫）偶氮染料（偶氮染料（1862年起）年起）直接染料（直接染料（1884年刚果红）年刚果红）靛蓝（靛蓝（1879年）年）蒽醌类还原染料（蒽醌类还原染料（1901年波蒽）年波蒽）第二次世界大战后合纤的发展，合成了许多新的染料。第二次世界大战后合纤的发展，合成了许多新的染料。Oeke-Tex Standard 100(生态纺织品标准生态纺织品标准)Oeke-Tex Standard 100(生态纺织品标准生态纺织品标准)1992年颁布，年颁布，1997年、年、1999年修定，年修定，2002年新版。年新版。该标准对纺织品上的有害物含量作出了明确规定。该标准对纺织品上的有害物含量作出了明确规定。该标准强调该标准强调致癌染料致癌染料、强致癌性芳香胺染料强致癌性芳香胺染料、致敏染料致敏染料禁止在下列四类纺织品中使用。禁止在下列四类纺织品中使用。A 直接与皮肤接触的纺织品；直接与皮肤接触的纺织品；B 不与皮肤直接接触不与皮肤直接接触 的纺织品；的纺织品；C 婴幼儿用纺织品；婴幼儿用纺织品；D 装饰用纺织品。装饰用纺织品。2、染料的分类、染料的分类（1 1）化学分类）化学分类 按染料分子的按染料分子的化学结构中特征基团化学结构中特征基团进行分类。进行分类。化学分类共分化学分类共分8类。类。这一分类方法有利于掌握染料的结构特点及合成途径，这一分类方法有利于掌握染料的结构特点及合成途径，适用于染料生产者。适用于染料生产者。偶氮偶氮蒽醌蒽醌靛类靛类 酞菁酞菁硫化硫化甲川甲川三芳甲烷三芳甲烷杂环杂环偶氮染料偶氮染料 染料分子结构中都含有染料分子结构中都含有偶氮基偶氮基(-N=N-)-N=N-)，联接芳环而成共轭，联接芳环而成共轭体系（发色体系）。体系（发色体系）。1 1、品种最、品种最多多，产量最，产量最大大，色谱最，色谱最全全，占染料的总数，占染料的总数60%60%以以上，包括直接、活性、分散、酸性、阳离子染料等。上，包括直接、活性、分散、酸性、阳离子染料等。2 2、按所含、按所含“-N=N-”-N=N-”的数目，可分为的数目，可分为单单、双双、多多（三个以（三个以上）偶氮染料，其中单、双偶氮类居多。上）偶氮染料，其中单、双偶氮类居多。普施安橙MX-G NH5C2ONCHCHNNSO3NaSO3NaSO3Na直接冻黄G蒽醌染料蒽醌染料 染料分子结构中含染料分子结构中含蒽醌蒽醌基本结构基本结构 OO结构类型较多结构类型较多,分子结构较复杂分子结构较复杂,数量上仅次于偶氮染料，约占染数量上仅次于偶氮染料，约占染料总量的料总量的20%30%，价格较高。，价格较高。OOOONHNH分散紫 还原蓝RSN OONH2NHNO2CO靛类染料靛类染料 1、靛蓝结构类、靛蓝结构类染料分子结构中含有染料分子结构中含有靛蓝靛蓝基本结构。基本结构。2、硫靛结构类、硫靛结构类染料分子结构中含有染料分子结构中含有硫靛硫靛基本结构。基本结构。靛蓝 还原红5B 酞氰染料酞氰染料n酞氰染料品种不多，多为色泽鲜艳的酞氰染料品种不多，多为色泽鲜艳的翠蓝翠蓝和和绿色绿色等，日晒牢度特别优良，可达八级。等，日晒牢度特别优良，可达八级。n酞氰染料的结构是由酞氰染料的结构是由4个个1，3-二亚氨基二氢异吲二亚氨基二氢异吲哚单体缩合而成的环状化合物，简写哚单体缩合而成的环状化合物，简写PC。PC可可以和以和Cu，Fe，Mn，Cr，Co等络合形成等络合形成CuPC，FePC等。等。酞菁酞菁蓝硫化染料硫化染料 n硫化染料的分子具有硫化染料的分子具有较复杂的含硫结构较复杂的含硫结构，因为其，因为其制造是由芳胺或酚类加硫磺或多硫化钠经熔融硫制造是由芳胺或酚类加硫磺或多硫化钠经熔融硫化而成，其结构目前仍未确定。化而成，其结构目前仍未确定。n据推测，硫化染料分子结构可能含有多硫键、噻据推测，硫化染料分子结构可能含有多硫键、噻唑，噻蒽和吩噻嗪酮等结构唑，噻蒽和吩噻嗪酮等结构。n硫化染料的硫化染料的品种不多品种不多，主要主要是是蓝蓝、黑黑、棕棕，但成，但成本低，用量很大。本低，用量很大。甲川染料甲川染料n染料的发色体系依靠染料的发色体系依靠碳原子的单双键碳原子的单双键结构形成共轭结构形成共轭体系。体系。n染料的主要品种是阳离子染料和分散染料，例：染料的主要品种是阳离子染料和分散染料，例：阳离子艳红阳离子艳红5GN和分散坚牢黄。和分散坚牢黄。分散坚牢黄分散坚牢黄三芳甲烷类染料三芳甲烷类染料n染料分子中含有染料分子中含有三芳甲烷三芳甲烷结构（结构（三个芳基连结三个芳基连结在在一一个碳原子个碳原子上），包括碱性和阳离子染料的红、紫、上），包括碱性和阳离子染料的红、紫、蓝等。如碱性蓝蓝等。如碱性蓝G。n这类染料色泽鲜这类染料色泽鲜艳艳，但在棉上，但在棉上日晒牢度较差日晒牢度较差，耐酸，耐酸碱性能差。碱性能差。n在分子上引入磺酸钠基，也可成为酸性染料，如酸在分子上引入磺酸钠基，也可成为酸性染料，如酸性湖蓝性湖蓝V。酸性湖蓝V 三芳甲烷杂环染料杂环染料n结构有：结构有：n呫吨、呫吨、n吖啶、吖啶、n吖嗪、吖嗪、n噻嗪噻嗪OCRNCNNNO呫吨呫吨吖啶吖啶吖嗪吖嗪噻嗪噻嗪（2）应用分类）应用分类按染料的按染料的应用特点应用特点进行分类。进行分类。应用分类目前主要有应用分类目前主要有11类。类。染料主要应用类别染料主要应用类别这一分类方法有利于掌握染料的应用特点，适用染料这一分类方法有利于掌握染料的应用特点，适用染料使用者。使用者。直接染料直接染料活性染料活性染料还原染料还原染料可溶性还原染料可溶性还原染料硫化染料硫化染料不溶性偶氮染料不溶性偶氮染料酸性染料酸性染料酸性媒染染料酸性媒染染料酸性含媒染料酸性含媒染料分散染料分散染料阳离子染料阳离子染料棉用染料棉用染料毛用染料毛用染料涤用染料涤用染料腈用染料腈用染料 染料应用类别及其主要性能染料应用类别及其主要性能 染料应用类别及其主要性能染料应用类别及其主要性能(续表)三、染料的命名三、染料的命名1、冠称冠称 即染料即染料应用类别应用类别的名称。故又称的名称。故又称属称属称或或属名属名。（1）普通属名普通属名 即共用的类别名称。即共用的类别名称。如直接、活性、酸性染料等如直接、活性、酸性染料等 （2 2）专用属名）专用属名 染料制造厂家专用的类别名称。染料制造厂家专用的类别名称。注：同一类别的染料，不同厂家有不同的专用属名。注：同一类别的染料，不同厂家有不同的专用属名。方法：方法：三段命名法三段命名法冠称冠称+色称色称+尾注尾注=活性染活性染料料Pricion（卜内门）卜内门）Cibacron（汽巴）汽巴）Sunfix（五荣）五荣）Sumifix（住友）住友）Remazol（赫斯特）赫斯特）Levafix（拜耳）拜耳）2、色称、色称 即染料上染纤维后所得染品颜色的名称。即染料上染纤维后所得染品颜色的名称。（1 1）物理色词：）物理色词：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑等；等；（2 2）自然现象色词：自然现象色词：天蓝、海蓝、湖蓝、金黄等；天蓝、海蓝、湖蓝、金黄等；（3 3）动物色词：）动物色词：鼠灰、驼色等；鼠灰、驼色等；（4 4）植物的名称：）植物的名称：橘红、桃红、玫红、草绿等。橘红、桃红、玫红、草绿等。为区分色彩上的差异，可在色词前加上适当的修饰为区分色彩上的差异，可在色词前加上适当的修饰词，如，老、嫩、深、浅、亮、暗、艳等。词，如，老、嫩、深、浅、亮、暗、艳等。3 3、尾注、尾注 即对染料的性能加以说明。常用英文字母表示。即对染料的性能加以说明。常用英文字母表示。（1）说明染料的色光、用途等）说明染料的色光、用途等 B 表示带蓝光或青光；表示带蓝光或青光；R 表示带红光；表示带红光；V 表示带紫光表示带紫光 G 表示带绿光；表示带绿光；Y 表示带黄光表示带黄光 L 表示耐光性好；表示耐光性好；D 表示适用于染色；或表示色泽稍暗；表示适用于染色；或表示色泽稍暗；P 表示适用于印花或染纸。表示适用于印花或染纸。（2）表示染料的浓度和力份等）表示染料的浓度和力份等 浓度浓度：conc-表示浓表示浓 H.C.-表示高浓表示高浓 ex.conc-表示特浓表示特浓 Double-表示双倍浓表示双倍浓 力份：力份：染料生产厂家以某一质量分数作为力份标准（力份视为染料生产厂家以某一质量分数作为力份标准（力份视为100%），与其相比而确定的相对浓度。），与其相比而确定的相对浓度。染料力份是一个相对值，不是染料含量的绝对值，它是将染料力份是一个相对值，不是染料含量的绝对值，它是将标准染料的力份定为标准染料的力份定为100%，与标准染料在，与标准染料在相同条件下染色相同条件下染色，若染得若染得色泽深浅相同色泽深浅相同时所需要的染料量为标准染料量的时所需要的染料量为标准染料量的0.5倍，则力份为倍，则力份为200%，若是，若是2倍，则力份是倍，则力份是50%。所以工厂对每批商品染料要加以检验，标定力份，如：所以工厂对每批商品染料要加以检验，标定力份，如：50%、100%、200%等。等。（3 3）表示染料的物理状态）表示染料的物理状态 pdr 表示粉状表示粉状n pf 表示细粉状表示细粉状n s.f.表示超细粉状表示超细粉状n gr 表示颗粒状表示颗粒状n paste 表示浆状表示浆状n liq.表示液状表示液状n p.f.f.d 表示染色用细粉状表示染色用细粉状n p.f.f.p 表示印花用细粉状表示印花用细粉状四、四、染料的染料的颜色颜色及其影响因素及其影响因素（一）（一）染料的颜色染料的颜色（二）影响染料颜色的因素（二）影响染料颜色的因素（一）染料的颜色（一）染料的颜色 1、染料颜色的形成、染料颜色的形成（1）光与色）光与色 染料的染料的颜色颜色是染料是染料对光的作用对光的作用在人们在人们视觉视觉上的上的反映反映。光是一种光是一种电磁波电磁波，不同的光具有特定的，不同的光具有特定的波长波长和和频率频率。人们视觉能感知仅为人们视觉能感知仅为可见光可见光，其波长为，其波长为380780nm。太阳光太阳光经经三棱晶三棱晶折射后能产生一条折射后能产生一条连续连续的的有色光谱。有色光谱。太阳光色散太阳光色散互补色光互补色光光的互补光的互补各种波长的光的光谱色及其补色各种波长的光的光谱色及其补色 光的波长（光的波长（nm）光谱色光谱色 补色补色n 380435 紫紫 黄绿黄绿n 435480 蓝蓝 黄黄n 480490 绿蓝绿蓝 橙橙n 490500 蓝绿蓝绿 红红n 500560 绿绿 紫和紫红紫和紫红n 560580 黄绿黄绿 紫紫n 580595 黄黄 蓝蓝n 595605 橙橙 绿蓝绿蓝n 605780 红红 蓝绿蓝绿（2）物体色的形成）物体色的形成 物体的物体的颜色颜色是物体是物体对光的作用对光的作用在人们在人们视觉视觉上的上的反映反映。物体吸收了某种波长的光线而表现出其物体吸收了某种波长的光线而表现出其补色的颜色补色的颜色。物体对光（可见光）物体对光（可见光）非选择性吸收非选择性吸收，呈现为，呈现为消色消色；物体对光（可见光）物体对光（可见光）选择性吸收选择性吸收，呈现为，呈现为彩色。彩色。消消色色彩色彩色2 2、染料颜色的基本特征、染料颜色的基本特征 定量描述物体的颜色定量描述物体的颜色-色的色的三要素三要素色调色调：较确切表示某种颜色色别的名称。区别颜色的深浅。较确切表示某种颜色色别的名称。区别颜色的深浅。（单色取决于最大吸收波长、混色取决于相对含量）（单色取决于最大吸收波长、混色取决于相对含量）纯度纯度：彩色和消色成分比例。区别颜色鲜艳度。：彩色和消色成分比例。区别颜色鲜艳度。（单色光最高，白、灰、黑最低。）（单色光最高，白、灰、黑最低。）亮度亮度：有色物体反射光的强度。区别颜色的浓、淡。：有色物体反射光的强度。区别颜色的浓、淡。（反射率高，亮度也高。）（反射率高，亮度也高。）如：翠蓝如：翠蓝 色调（色调（max）500 nm 纯度纯度 30%亮度亮度 32%除上述数值外，还可以采用标准色图比色法来命名，如孟除上述数值外，还可以采用标准色图比色法来命名，如孟塞尔法、奥斯瓦德法等。塞尔法、奥斯瓦德法等。3、染料的发色理论、染料的发色理论 经典经典 发色理论发色理论 近代近代 发色理论发色理论发色理论发色理论仅从现象上对染料的发色作了解释，并没有从本质上仅从现象上对染料的发色作了解释，并没有从本质上对此进行说明。对此进行说明。染料产生颜色是跟染料分子轨道中电子的跃迁有关染料产生颜色是跟染料分子轨道中电子的跃迁有关;染料分子受到光照后染料分子受到光照后,分子中的电子吸收光能，就能从分子中的电子吸收光能，就能从“基态基态”跃迁跃迁“激发态激发态”;电子激发态与电子基态间的能量差称为电子跃迁能电子激发态与电子基态间的能量差称为电子跃迁能;当入射光的光子能量正好等于电子跃迁能时，这一光当入射光的光子能量正好等于电子跃迁能时，这一光子的能量就能被电子吸收，完成电子的跃迁。子的能量就能被电子吸收，完成电子的跃迁。E=E1-E0=hc/电子跃迁电子跃迁E*nn*染料分子基态到激发态的能级差（染料分子基态到激发态的能级差（5.210-19-2.510-19j）与可见光波长（与可见光波长（380780nm）相对应，所以染料可以吸）相对应，所以染料可以吸收可见光的光子能量进行跃迁。收可见光的光子能量进行跃迁。染料对可见光进行选择性吸收，使染料呈现了颜色。染料对可见光进行选择性吸收，使染料呈现了颜色。E=hc/光子所具有的能量与其频率成正比，即与波长成反比。光子所具有的能量与其频率成正比，即与波长成反比。4、染料溶液对光的吸收定律、染料溶液对光的吸收定律n lg(I0/I)=d cn I0 入射光强度；入射光强度；n I 出射光强度；出射光强度；n c 溶液浓度；溶液浓度；n d 光线通过溶液时通道长度，光线通过溶液时通道长度，cm；n 摩尔消光系数或摩尔吸收率；摩尔消光系数或摩尔吸收率；nlg(I0/I)称为消光度（称为消光度（E）或光密度（）或光密度（D）或吸光度（）或吸光度（A）。）。染料溶液对光的染料溶液对光的吸性程度吸性程度与与光的性质光的性质、染液的浓度染液的浓度和光透过染液和光透过染液液层的厚度液层的厚度有关。有关。（1）Lambert Beer定律定律（2）染液的吸收光谱曲线）染液的吸收光谱曲线当我们用当我们用不同波长不同波长的光照射染料稀溶液（的光照射染料稀溶液（c、d等于常等于常数），测得数），测得一系列一系列的摩尔的摩尔吸光系数吸光系数，如用入射光波，如用入射光波长作横坐标，长作横坐标，作纵坐标，可得一吸收光谱曲线。它作纵坐标，可得一吸收光谱曲线。它是染料的一种特征曲线。是染料的一种特征曲线。深、浅色效应深、浅色效应浓、淡色效应浓、淡色效应max1max2max1max1孔雀绿的吸收光谱孔雀绿的吸收光谱n孔雀绿：吸收带在红光区和紫光区孔雀绿：吸收带在红光区和紫光区3504004505005506006507000.00.20.40.60.81.0吸收率波长/nmn表征：吸收波长表征：吸收波长n测量：测量：U/V Spectrophotometern原理：原理：Lambert-Beer 方程方程 （3）染液浓度的测定）染液浓度的测定（二）影响染料颜色的因素（二）影响染料颜色的因素1、共轭双键的数目共轭双键的数目2、共轭体系内的极性基团共轭体系内的极性基团3、分子的离子化分子的离子化4、染料分子的共平面性染料分子的共平面性5、染料内络合物的生成染料内络合物的生成染料结构染料结构外界条件的影响外界条件的影响1、溶剂或介质溶剂或介质（极性、（极性、pH值）值）2、染料浓度染料浓度3、温度温度4、光照光照影响因素影响因素=外界条件外界条件光源光源视觉视觉+染料分子结构的影响染料分子结构的影响共轭双键越长，共轭体系越大，则选择吸收的光线共轭双键越长，共轭体系越大，则选择吸收的光线波长也越长，产生深色效应波长也越长，产生深色效应 如：如：1、共轭双键的数目、共轭双键的数目(CH=CH)nn=1 无色n=2 黄色n=3 橙色n=4 红色2、共轭体系内的极性基团、共轭体系内的极性基团 共轭体系的两端，若存在极性基团（强的供、吸电子共轭体系的两端，若存在极性基团（强的供、吸电子基团）时，吸收光量子向长波方向移动，产生深色效基团）时，吸收光量子向长波方向移动，产生深色效应。应。如：如：NO2OHOHO2N2552682753153、分子的离子化、分子的离子化 化合物在介质的作用下发生离子化，生成电荷，使供化合物在介质的作用下发生离子化，生成电荷，使供电子基团的供电子性或吸电子基团的吸电子性加强，电子基团的供电子性或吸电子基团的吸电子性加强，吸收光谱向长波方向移动，产生深色效应。吸收光谱向长波方向移动，产生深色效应。SO3OHOH+SO3OHOH.-+黄红如：如：4、分子的共面性和对称性、分子的共面性和对称性 当分子和所有的基团都处于同一平面和对称时，共轭当分子和所有的基团都处于同一平面和对称时，共轭效应才能得到最大的发挥；电子云在整个分子中的流效应才能得到最大的发挥；电子云在整个分子中的流动性得以增强，激化能降低，产生深色效应。动性得以增强，激化能降低，产生深色效应。如：如：5、分子内络合物的生成、分子内络合物的生成与金属离子形成螯合环，使得整个分子体系能量降与金属离子形成螯合环，使得整个分子体系能量降低，引起颜色变深。低，引起颜色变深。OOOHOHOOOHOAl黄色红色如：如：溶剂或介质的影响溶剂或介质的影响4-硝基硝基-4/-二甲氨基偶氮苯在不同溶剂中的最大吸收波长二甲氨基偶氮苯在不同溶剂中的最大吸收波长 绿色绿色 白色白色 碱性品绿在不同碱性品绿在不同PH值溶液中颜色的变化值溶液中颜色的变化 染料浓度的影响染料浓度的影响染料浓度越大，染料聚集度越大，染料分子中电子染料浓度越大，染料聚集度越大，染料分子中电子的跃迁能越大，染料吸收光波的波长越短，染料颜的跃迁能越大，染料吸收光波的波长越短，染料颜色越浅。色越浅。结晶紫单分子态：结晶紫单分子态：max=583nm结晶紫在不同聚集态下的最大吸收波长结晶紫在不同聚集态下的最大吸收波长结晶紫二聚体：结晶紫二聚体：max=540nm温度的影响温度的影响染液的温度影响染液中染料的聚集度，从而影响染液的温度影响染液中染料的聚集度，从而影响染料的颜色。染料的颜色。染液温度越高，染料聚集度越小，染料颜色越深。染液温度越高，染料聚集度越小，染料颜色越深。染料的颜色会随着温度的高低产生可逆性变化，染料的颜色会随着温度的高低产生可逆性变化，这一现象称为这一现象称为热变色性热变色性。光照的影响光照的影响具有顺反结构的染料，在光照下反式结构会转变具有顺反结构的染料，在光照下反式结构会转变成顺式结构。成顺式结构。反式和顺式结构的染料吸收的光的波长不同，因反式和顺式结构的染料吸收的光的波长不同，因而显示的颜色也不同。而显示的颜色也不同。这种现象称为这种现象称为光致变色性光致变色性。反式反式 max=550nm 顺式顺式 max=485nm 本章总结本章总结染料的知识染料的知识染料的概念染料的概念染料的分类染料的分类染料的命名染料的命名染料的颜色染料的颜色染料的颜色的影响染料的颜色的影响三个基本条件三个基本条件结构分类结构分类应用分类应用分类三段命名法三段命名法冠称冠称色称色称尾注尾注颜色的形成颜色的形成发色的理论发色的理论吸光的定律吸光的定律染料结构染料结构外界条件外界条件