第七章 染料化学品

7.染料化学品

染料的概念、命名、种类、特点、合成、原理和应用，重氮化反应及偶合反应酸性染料、活性染料、分散染料、还原染料、冰染染料、其他类型的染料及功能染料的分类、结构、合成方法、染色机理及应用

第七章 染料化学品

第一节 概述

染料的分类、命名，染色牢固，禁用染料

1.1 染料的概念

1.1 概念

染料是指一类能将纺织纤维或其他底物染成指定颜色的有机化合物。

用途：用于各种纤维的染色，还可用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品和纸张等的着色。

作为染料的三个基本条件

一般要求能溶于水

对纤维必须有亲和力

必须具有颜色

 

表示染料从溶液中的标准状态向纤维上的标准状态转变的趋势和量度。

是一个热力学概念，是染料的属性，不受其他染色条件影响。

 

1.1.1 染料一般要求能溶于水

通常染色在染料的水溶液中进行（染液）

染料以单分子态上染，只有溶解才能使染料由晶体转变成单分子态

注意

有些染料能直接溶于水：直接、活性、阳离子染料

有些通过适当的化学处理后能溶于水：还原、硫化染料

有些染料在水中的溶解度较小，形成悬浮液：分散染料

 

1.1.2 染料对纤维必须有亲和力

亲合力是染料上染纤维的趋势

亲合力越大，染料上染纤维的趋势越大，染料的利用率越高。因此可以从亲和力的大小判断染料的上染能力。

注意

不同类型的染料对不同种类的纤维有不同的亲和力

要针对具体纤维进行染料类别的选择

 

1.1.3 染料必须具有颜色

染料是染色过程中的着色剂

注意：颜料与染料的区别

颜料（涂料）

不溶于水

对纤维没有亲和力

可是有机物，也有无机物

依靠粘合剂粘到织物上

在油漆、油墨、橡胶行业也有广泛应用

 

有色物质不溶于水，对纤维没有亲和力，不能进入纤维内部，但能靠粘着剂的作用机械的粘着于织物上。

 1.2 染料的分类

1.2.1 染料的分类

(1) 根据染料分子化学结构的特征分类：

偶氮染料、蒽醌染料、靛料染料、硫化染料、甲川染料、三芳甲烷染料、杂环染料、酞菁染料等。

(2) 根据染料应用性能分类：

   直接染料、活性染料、还原染料、可溶性还原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料、酸性染料、酸性含媒染料、分散染料、阳离子染料、酞菁染料、缩聚染料、氧化染料、荧光染料等。

1.3 染料的命名

表1 国内染料命名用词

“三段命名”

冠称（类别）

色称（色泽）

字尾

 

1	冠称	直接，直接耐晒，直接铜蓝，之金额重氮，酸性，弱酸性，酸性络合，酸性媒介，中性，阳离子，活性，还原，可溶性还原，分散，硫化，色基，色酚，色蓝，可溶性硫化，快色素，氧化，缩聚，混纺等
2	色称	嫩黄，黄，金黄，深黄，橙，大红，桃红，玫红，品红，红紫，枣红，紫，翠蓝，湖蓝，艳蓝，深蓝，绿，艳绿，黄棕，红棕，橄榄绿，草绿，灰，黑等
3	色光	B-带蓝光或青光；G-带黄光或绿光；R-带红光
	色光品质	F-表示色光纯；D-表示深色或稍暗；T-表示深
	性质与用途	C-耐氯，棉用；I-土林还原染料的坚牢度 K-冷染（国产活性染料中K表示热染） L-耐光牢度或均染性好 M-混合物； N-新型或标准； P适用于印花 X-高浓度（国产活性染料X表示冷染）

 

国外染料冠称基本相同，色称和词尾有些不同，也常因厂商不同而异

1.3.1 冠称

染料的冠称是指染料的应用类别和性质（又称属称或属名）。我国有31个冠称

 普通属名：活性、还原、分散

 专用属名：染料生产厂家自定的染料的类别名称。

  如Cibanone（瑞士汽巴公司的还原染料的专有属名）、         

      Cibacron（瑞士汽巴公司的活性染料的专有属名）

我国染料制造商采用普通属名

 

1.3.2 色称

        染料的色称是指用这种染料按标准方法将织物染色后所能得的颜色的名称，一般有下面四种方法表示

     （1）采用物理上通用名称，如红、绿、蓝等。

      （2）用植物名称，如桔黄、桃红、草绿、玫瑰等。

      （3）用自然界现象表示，如天蓝、金黄等。

      （4）用动物名称表示，如鼠灰、鹅黄等。

我国色称一般采用30个名称：

红Red、黄Yellow、蓝Blue、绿Green、玫瑰红Rose Red、

柠檬黄Lemon Yellow、孔雀蓝Peacock   Blue等

1.3.3 字尾

染料的字尾表示染料的色光、性能、状态、浓度以及适用什么织物等，一般用字母和数字代表。

如酸性大红B

还原蓝BC 50%

1.3.4 常用的符号及其意义列举如下：

 K 表示适用于冷染(指还原染料),或表示热固型活性染料

 L 表示耐光或耐晒,或可溶性好,或匀染性好

 N 表示正常和标准的意思,或系新染料

 O 表示橙光或高浓

 P 表示适用于印花或染纸,或表示粉状染料

 R 表示带红光

 S 表示水溶性好或适用于染丝

 V 表示紫光

 W 表示适用于染毛

 X 表示浓度特高

 Y 表示带黄光

 

1.3.4 常用的符号及其意义列举如下：

   表示染料的浓度、力份（强度）或物理状态：

H.C 表示高浓度

 Ex.cone 表示特浓

 gr 表示颗粒状

 paste 表示浆状

 liq 表示液状

 pdr 表示粉状

 pf 表示细粉状

 S.f. 表示超细粉状

 p.f.f.d 表示染色用细粉状

 p.f.f.p 表示印花用细粉状

 

1.3.4 常用的符号及其意义列举如下:

   表示染料的色光、性质等

 B 表示带蓝光或青光

 C 表示适用于染棉

 D 表示适用于染色

 E 表示适用于浸染

 Ex 表示高浓

 F 表示染色牢度好或染料粒子细

 G 表示黄光或绿光

 H 表示适用于棉毛交织物的染色

 J 表示黄光

 

1.3.5 力份

在染料尾注中还常表示染料力份，如100%、200%等。

所谓染料的力份是指染料厂家以某一质量分数作为染料力份标准（力份视为100%），其他与之相比而确定的相对浓度。

例如50％就是说某染料的力份是标准染料的一半。

不同厂家力份标准不一样，无可比性

染料厂常在染料中加入填充料如促染剂、扩散剂、助溶剂等助剂，使用时应注意。

 

1.4 染色牢度

概念

指染色产品在后加工使用或服用过程中，染料（颜料）在各种外界因素的影响下，能否保持原来色泽状态的能力。

是衡量染色产品质量的重要指标之一。

引起褪色或变色的外界因素:

Ø 后续加工过程中的酸、碱、氧化剂、还原剂等；

Ø 服用过程中的日晒、洗涤、摩擦、汗渍、熨烫等。

染色牢度主要包括：

耐洗牢度、耐摩擦牢度、耐日晒牢度、耐汗渍牢度、耐熨烫牢度等。

 

1.4 染色牢度

对染色牢度的要求：不同用途的纺织品要求不同

衬里布：耐摩擦牢度

窗帘：耐日晒牢度，分8级，1级为最低，8级为最高；

每一级有一个用规定的染料染成一定浓度的蓝色羊毛织物作为标样。

测定试样的日晒牢度时，将试样和八块蓝色标样在同一条件下进行暴晒，视其褪色情况与哪一个标样相当而评判其日晒牢度。

服装：耐日晒牢度、耐洗牢度耐、摩擦牢度

1.4 染色牢度

影响染色牢度的因素

①　染料的结构

②　纤维的性质

③　染料在纤维上的物理状态：分散、聚集、结晶

④　染料与纤维的结合情况

⑤　染料的浓度

⑥　染色方法

⑦　染色工艺条件

ISO制定了一套色牢度的测试方法和染色牢度标准，我国也有相应的国家标准。

 

1.5 禁用染料与环保染料

1.5.1 禁用染料

近年来，国际上对环境质量的恶化与生态平衡的失调十分关切，作为染料中间体的芳胺，已被一些国家的政府机构列为可疑致癌物，其中联苯胺的乙萘胺已被确认为是对人类最具烈性的致癌物。

根据2000年所发布的纺织品生态标准新版测试纺织品中有毒物质的标准，涉及到的禁用染料还包括过敏性染料、直接致癌染料和急性毒性染料；

另外还包括含铅、锑、铬、钴、铜、镍、汞等重金属超过限量指标，甲醛含量超过限量指标，有机农药超过限量指标的染料，以及含有环境激素、含有产生环境污染的化学物质、含有变异性化学物质、含有持久性有机污染物的染料等。

 

  1.5.2 环保染料

按照生态纺织品的要求以及禁用118种染料以来，环保型染料应包括以下十方面的内容：

(1) 不含德国政府和欧共体及环保纺织品标准 100 明文规定的在特定条件下会裂解释放出22种致癌芳香胺的偶氮染料；

(2) 不是过敏性染料；

(3) 不是致癌性染料；

(4) 不是急性毒性染料；

(5) 可萃取重金属的含量在限制值以下；

(6)不含环境激素；

(7)不含会产生环境污染的化学物质；

(8)不含变异性化合物和持久性有机污染物；

(9)甲醛含量在规定的限值以下；

(10)不含被限制农药的品种且总量在规定的限值以下。

 

1.6 光和颜色

1.6.1 光与色的基本知识

光与色

 光是一种电磁波，它包括γ射线，X射线，紫外线、可见光、红外线及无线电波，它们的区别在于波长和频率不同。

只有波长在范围在380－780nm的部分能引起人们的视反应，通常将这部分电磁波称为光或可见光。

  当某种波长的光与另一特定波长的光以一定强度的比例混合时，即可获得白色光，人们将这两种光称为互补色光。

如黄色光与蓝色光以一定比例混合即可获得白光，因此黄色与蓝色互为补色。

 

1.6 光和颜色

      ※ 利用颜色与染料分子结构的关系，设计染料分子，可以得到不同颜色的染料；

         不同颜色的染料之间的混合搭配，使这个世界更加五彩斑斓。

1.6.2 物体颜色的形成

物体的颜色与各种物体对入射光的反射、折射及吸收有关，物体的反射光不同，对人眼的刺激也不同。

当物体对光产生选择性吸收，则物体就呈现出被吸收光的补色。

如某一物体选择吸收黄色光，因黄色与蓝色互为补色，因此当白光中减去了黄色光部分而剩下蓝色光部分被反射出来，所以物体呈现蓝色。

黄色染料呈黄色，是因为它吸收了光谱中的蓝光而反射了黄光的缘故。同理，红色染料吸收了光谱中的蓝绿光而反射了红光，从而呈现红色。

 

白色—全反射可见光

 黑色—全吸收；

灰色—均匀一部分吸收；

颜色—吸收一部分波长。

可以看出，彩色是物体对可见光选择吸收的结果。

  物体给人色感：

1.6.3 颜色的基本特征

色的三要素

色相(色调）

纯度（彩度）

明度

色相(色调)：颜色的种类。

纯度(彩度)：色彩本身的强弱或彩色的纯度。光谱色完全不含非彩色的成分，纯度最高。非彩色的成分越少，彩度就越高。

明度：物体表明的明亮程度。物体吸收的光越少，反射的越多，明度越高。

 

1.6.4 拼色

拼色（配色）：在印染加工中，常需用两种或两种以上的染料进行拼染。

三原色：品红、黄、靑

1.7 染料的发色理论

1. 经典发色理论(发色团发色理论)

Witt（1876）提出：有机化合物至少具有某些不饱和基团存在时才能发色 ，并把这些基团称为发色团。

如乙烯基-CH=CH-，硝基、羰基C＝O，偶氮基-N=N-等。

颜色与染料结构密切相关

染料分子含发色团：增加共轭双键或羰基，颜色加深

助色团：极性基团

      -OH，-COOH，-NH2，-NO2

助色团与发色团相连，可增加染料颜色的深度和浓度

 

1.7 染料的发色理论

2. 近代发色理论：

根据量子化学Huckel分子轨道理论

在由原子轨道线性组合的分子轨道中，具有较低能量的分子轨道成为成键轨道，而具有较高能量的轨道称为反键轨道。

 

有机化合物吸收可见光或紫外光照射时，成键轨道σ，π和n电子要吸收能量跃迁到高能量的反键轨道σ*，π* 轨道上去，此时分子处于激发态。

跃迁类型：σ-σ* ；π- π* ；n-σ* ；n-π*.

 

1.7 染料的发色理论

近代发色理论：

从图可知，能量大小顺序为：

   σ-σ*＞ n-σ* ＞ π- π*＞ n-π*。

其中σ-σ*和n-σ*跃迁时需要能量较大，一般在紫外区才有吸收 。

而n-π和π-π*跃迁所需能量较小，在可见光范围内即400~760nm，该范围内光照射到眼睛能引起视觉。

总之，物质的颜色，主要是由于物质分子中的电子在可见光作用下，发生了π-π＊或n-π*跃迁的结果，该范围内光照射到眼睛能引起视觉。

 

图1 分子的电子能级和跃迁

1.8 影响染料颜色的因素

2、外界条件

溶剂或介质的影响

染料浓度的影响

温度的影响

光的影响

 

1、染料结构

共轭双键的数目

共轭体系上的极性基团

染料的离子化

染料生成内络合物