第四章染料与颜料新优秀PPT.ppt

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1、第四章染料与颜料新第一页，本课件共有135页v4.1 4.1 概述概述v4.2 4.2 颜色与染料染色颜色与染料染色 4.2.1 4.2.1 光与颜色光与颜色 4.2.2 4.2.2 染料结构与颜色染料结构与颜色v4.3 4.3 重氮化与偶合反应重氮化与偶合反应v4.4 4.4 常用染料的合成及应用常用染料的合成及应用v4.5 4.5 颜料颜料第二页，本课件共有135页v公元2600年，中国就有染料应用的记载，我国是世界上最早应用染料的国家；v公元前11世纪的商朝，我国染料和染丝技术相当成熟；v纺织印染工业发展，天然染料（如靛蓝）合成染料；v1856年，英国Perkin第一个合成染料“苯胺紫”

2、；v18561861年，Verguin和Lanth合成了品红与甲基紫；v合成染料：3000多个品种，几百个实现了工业化生产；v世界染料生产的著名企业：德国BASF公司、Bayer公司；v中国与西欧是世界染料的主要生产地；v我国染料与颜料生产与出口量居世界第一位，目前染料工业已发展成为一个独立的精细化工行业。4.1 4.1 概述概述一、发展简史一、发展简史第三页，本课件共有135页二、概念二、概念染料：染料：是能使其它物质获得是能使其它物质获得鲜明、均匀、坚牢色泽鲜明、均匀、坚牢色泽的的有色有机化合物。有色有机化合物。染料可溶于水或有机溶剂，有的可在染色时转变成可溶状态。有机染料主要应用于各种纤

3、维的染色和印花，如棉、麻、毛、丝、毛皮和皮革以及合成纤维如涤纶、尼纶、腈纶、维纶、粘胶等。此外，也广泛应用于塑料、橡胶制品、油墨、墨水、印刷、纸张、食品、医药等方面。天然染料天然染料人工合成染料人工合成染料染料染料通过被染色纤维吸附或与之发生化学结合或机械固着使纤维材料或其他物通过被染色纤维吸附或与之发生化学结合或机械固着使纤维材料或其他物质染色，质染色，其自身颜色不代表织物上的颜色。其自身颜色不代表织物上的颜色。传统用途是对纺织品着色或染色。传统用途是对纺织品着色或染色。第四页，本课件共有135页颜料：颜料：是不溶于水和其他有机溶剂的有色物质，能以是不溶于水和其他有机溶剂的有色物质，能以高度

4、分散微粒状态而使被着色物着色，对所有的着色高度分散微粒状态而使被着色物着色，对所有的着色对象均无亲和力。对象均无亲和力。颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色。颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液的着色。颜料与染料有什么区别？颜料与染料有什么区别？颜料颜料常和具有黏合性能的高分子材料合用，常和具有黏合性能的高分子材料合用，靠黏合剂、树脂等其他成膜物质与着色对靠黏合剂、树脂等其他成膜物质与着色对象结合在一起。象结合在一起。传统用途：对非纺织品进行着色传统用途：对非纺织品进行着色第五页，本课件共有135页有机染料和颜料都应该满足如下要求：有机染料和颜料都应该满足如下

5、要求：能使基质着色；能使基质着色；色泽鲜艳；色泽鲜艳；牢度优良；牢度优良；使用方便；使用方便；具有无毒性；具有无毒性；成本低廉。成本低廉。第六页，本课件共有135页三、应用途径三、应用途径v2.着色着色n1.染色染色3.3.涂色涂色2.着色着色：在物体形成最后固体状态之前，将其分散于组成物之中，：在物体形成最后固体状态之前，将其分散于组成物之中，成型后即得有色物体，如塑料、橡胶及合成纤维的原浆着色。成型后即得有色物体，如塑料、橡胶及合成纤维的原浆着色。1.1.染色染色：染料由外部进到被染物内部而使被染物获得颜色，如各种：染料由外部进到被染物内部而使被染物获得颜色，如各种纤维、织物、皮革的染色。

6、纤维、织物、皮革的染色。3.涂色涂色：借助于涂料作用，使染料附于物体表面而使物体表面：借助于涂料作用，使染料附于物体表面而使物体表面着色，如涂料、印花油漆等。着色，如涂料、印花油漆等。第七页，本课件共有135页染色过程染色过程3.固着固着2.扩散扩散1.1.吸附吸附（一）、（一）、染色过程，大致可以分为三个基本阶段染色过程，大致可以分为三个基本阶段:第八页，本课件共有135页(二)染料在被染物内的固着方式:染料在被被染染物物内固着，不同的染料与不同的被染物，固着原理不同，染料的固着存在三种类型:1.纯粹化学性固色:指染料与被染物发生化学反应，而使染料固着在被染物上。例：活性染料染纤维素纤维，彼

7、此形成醚键结合。2.物理化学性固着:由于染料与被染物之间相互吸引及氢键的形成，使染料固着在被染物上。许多染棉的染料，如直接染料、硫化染料、还原染料等都是依赖这种引力而固着在被染物上。3.机械固着（物理性）将将涂涂料料制制成成分分散散液液，通通过过浸浸轧轧使使织织物物均均匀匀带带液液，然然后后经经高高温温处处理理，借借助助于于粘粘合合剂剂的的作作用用，在在织织物物上上形形成成一一层层透透明明而而坚坚韧韧的的树树脂脂薄薄膜膜，从从而而将将涂涂料料机机械械地地固固着着于于纤维上，涂料本身对纤维没有亲和力。纤维上，涂料本身对纤维没有亲和力。如：分散染料与颜料如：分散染料与颜料第九页，本课件共有135页

8、四、分类四、分类染料的分类有两种方法：v一是按照染料的应用性质染料的应用性质分类；v二是根据染料的化学结构染料的化学结构分类。第十页，本课件共有135页（1）按照染料的应用性质分类）按照染料的应用性质分类1.酸酸性性染染料料、酸酸性性媒媒介介染染料料和和酸酸性性络络合合染染料料是一类结构上带有酸性基团（绝大多数为磺酸钠盐，少数为羧酸钠盐）的水溶性染料。在酸性介质中染羊毛、真丝等蛋白质纤维和聚酰胺纤维、皮革的染色。2.中中性性染染料料结构上属于金属络合染料，但不同于酸性金属络合染料，它是由两个染料分子与一个金属原子络合的，称1:2金属络合染料。在中性或弱酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。3.

9、阳阳离离子子染染料料分子结构中具有季铵盐阳离子基团，是聚丙烯腈纤维的专用染料4.活活性性染染料料染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合，用于棉、麻、毛等纤维素纤维的染色和印花。5.直直接接染染料料是一类可溶于水的阴离子染料。染料分子对纤维素纤维具有较强的亲和力，它们不必通过其它媒介物质（媒染剂）而直接对纤维素纤维（棉、麻、粘胶纤维等）染色，它们也用于蚕丝、羊毛、纸张和皮革的染色。第十一页，本课件共有135页6.6.分分散散染染料料是是一一类类水水溶溶性性很很小小的的非非离离子子型型染染料料。染染色色时时，在在染染浴浴中中用用分分散散剂剂使使染染料料

10、成成为为小小颗颗粒粒的的分分散散状状态态对对纤纤维维进进行行染染色色，用用于于憎憎水水性性纤纤维维如如醋醋酸酸纤纤维维、涤涤纶纶、锦纶等的染色和印花。锦纶等的染色和印花。7.7.还还原原染染料料在在碱碱液液中中将将染染料料用用保保险险粉粉（NaNa2 2S S2 2O O4 4）还还原原成成所所谓谓隐隐色色体体后后溶溶解解而而染染入入纤纤维维，然然后后经经过过氧氧化化在在纤纤维维上上重重新新还还原原成成为为原原来来的的不不溶溶性性染染料料而而固固着着在在纤纤维维上上。它它们们主主要要用用于于纤纤维维素素纤纤维维的的染染色色和和印印花花，有有时时也用于维纶的染色。也用于维纶的染色。8.8.冰冰染

11、染染染料料在在棉棉纤纤维维上上由由偶偶合合组组分分（色色酚酚）和和重重氮氮组组分分（色色基基）发发生生化化学学反反应应而而生生成成水水不不溶溶性性的的偶偶氮氮染染料料。由由于于染染色色时时在在冷冷却却条条件件下下进进行行，故故称称为为冰冰染染染染料。主要用于棉织物的染色和印花。料。主要用于棉织物的染色和印花。9.9.硫化染料硫化染料在在硫化碱液硫化碱液中染棉、维纶用染料。中染棉、维纶用染料。第十二页，本课件共有135页(2)根据染料的化学结构分类根据染料的化学结构分类按照染料分子结构中共轭体系结构的特点，主要类别有：1.偶偶偶偶氮氮氮氮染染染染料料料料含有偶氮基（），偶氮基与芳环联接成为一个共

12、轭体系。2.蒽醌染料蒽醌染料蒽醌染料蒽醌染料包括蒽醌和具有稠芳环结构的醌类染料。3.醌亚胺染料醌亚胺染料醌亚胺染料醌亚胺染料醌亚胺是指苯醌的一个或两个氧换成亚胺基的结构。4.稠环酮类染料稠环酮类染料稠环酮类染料稠环酮类染料含有稠环酮类结构或其衍生物的染料。5.靛靛靛靛族族族族染染染染料料料料分子结构中含有结构，两端连接不饱和芳香环状有机化合物，它们包括靛蓝和硫靛两种类型的染料。6.酞菁染料酞菁染料酞菁染料酞菁染料含有酞菁金属络合结构的染料。7.芳芳芳芳甲甲甲甲烷烷烷烷染染染染料料料料包括二芳甲烷和三芳甲烷染料，它们的结构特点是具有一个由一个碳原子联接二个、三个芳环形成共轭体系的骨干。靛蓝系染料

13、早在靛蓝系染料早在1897年就实现了年就实现了工业化。由于它的纯度高，还有工业化。由于它的纯度高，还有一些其它优点，很快就代替了天一些其它优点，很快就代替了天然靛蓝。然靛蓝。第十三页，本课件共有135页8.8.硝硝硝硝基基基基和和和和亚亚亚亚硝硝硝硝基基基基染染染染料料料料在在硝硝基基染染料料的的结结构构中中，硝硝基基（NONO2 2）为为共共轭轭体系的关键组成部分；含有亚硝基（体系的关键组成部分；含有亚硝基（NONO）的为亚硝基染料。）的为亚硝基染料。9.9.硫硫硫硫化化化化染染染染料料料料这这是是一一类类由由某某些些芳芳胺胺、酚酚等等有有机机化化合合物物和和硫硫、硫硫化化钠钠加加热热制制得

14、得，而而在在硫硫化化钠钠溶溶液液中中染染色色的的染染料料，它它们们有有比比较较复复杂杂的含硫结构。的含硫结构。10.10.芪芪芪芪（1,2-1,2-1,2-1,2-二二二二苯苯苯苯乙乙乙乙烯烯烯烯）染染染染料料料料这这类类染染料料具具有有芪芪（1,2-1,2-二二苯苯乙乙烯烯）结结构构，它和偶氮或氧化偶氮结构联接在一起构成一个共轭体系。它和偶氮或氧化偶氮结构联接在一起构成一个共轭体系。11.11.活活活活性性性性染染染染料料料料染染料料分分子子中中含含有有能能与与纤纤维维分分子子中中羟羟基基、氨氨基基等等发发生生反反应应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合的染料。的基团，在染色时和纤维形成共价

15、键结合的染料。12.12.(多多多多)甲甲甲甲川川川川和和和和氮氮氮氮杂杂杂杂甲甲甲甲川川川川染染染染料料料料含含有有一一个个或或多多个个甲甲川川基基（CHCH）的的染染料料为为(多多)甲甲川川染染料料。在在(多多)甲甲川川染染料料中中有有一一个个或或几几个个甲甲川川为为所取代的染料为氮杂甲川染料。所取代的染料为氮杂甲川染料。此外，还有此外，还有氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料。(2)根据染料的化学结构分类根据染料的化学结构分类第十四页，本课件共有13

16、5页五、染料的命名五、染料的命名(1)我国的染料命名体系我国的染料命名体系 实行的是实行的是三段命名法三段命名法，规定，规定如下：如下：v第一段为冠称第一段为冠称，表示染料根据应用方法或性质分类，表示染料根据应用方法或性质分类的名称，为了使染料名称能细致地反应出染料在的名称，为了使染料名称能细致地反应出染料在应用方面的特征，将冠称分为应用方面的特征，将冠称分为31类，如酸性、弱类，如酸性、弱酸性等酸性等 v第二段为色称第二段为色称，表示染料在被染物上色泽的名称，表示染料在被染物上色泽的名称，色泽的形容词采用色泽的形容词采用“嫩嫩”、“艳艳”、“深深”三字。三字。v第三段是尾称第三段是尾称(字尾

17、字尾)，以英文字母结合阿拉伯数字补以英文字母结合阿拉伯数字补充说明染料的色光、形态、强度、特殊性能及用途充说明染料的色光、形态、强度、特殊性能及用途等。等。第十五页，本课件共有135页1 冠冠 称称2 色色 称称3 色色 光光4 色光品质色光品质5 性质与用途性质与用途中国染料命名用词中国染料命名用词 各国染料冠称基本上相同，色称和词尾有些不同，也常因各国染料冠称基本上相同，色称和词尾有些不同，也常因厂商不同而异。中国根据需要，拟采取统一的命名法。厂商不同而异。中国根据需要，拟采取统一的命名法。活性艳红活性艳红X-3B活性黑活性黑KN-B分散深蓝分散深蓝H2-GL第十六页，本课件共有135页(

18、2)国外染料产品的命名国外染料产品的命名 国外染料产品的命名，大致也采用三段命名法，但非常混乱。(3)染料索引（染料索引（Colour Index，CI）染料索引是一部国际性的染料、颜料品种汇编。它将世界大多数国家各染料厂的商品，分别按它们的应用性质和化学结构归纳、分类、编号，逐一说明他们的应用特性，列出它们的结构式，注明其合成方法，附有同类商品名称的对应表。借助于借助于CICI，可方便地查阅染料的结构、色泽、性能、来源，可方便地查阅染料的结构、色泽、性能、来源和染色牢度等参考内容。和染色牢度等参考内容。第十七页，本课件共有135页4.2 4.2 颜色与染料染色颜色与染料染色v光是一种电磁波光

19、是一种电磁波。在一定波长（400760nm）和频率范围内，它能引起人们的视觉，这部分光称为可见光可见光。当一束白光穿过狭缝，射到一个玻璃棱镜上，光发生折射，色散成按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的光谱带。太阳光线中，除了可见光外，还包括人的眼睛看不见的、波长不同的一系列光线，靠近红色光线的部分称为红外线红外线，靠近紫色光线的部分称为紫外线紫外线。一、光的性质一、光的性质第十八页，本课件共有135页v光具有波粒二相性。光的微粒性是指光有量子化的能量，这种能量是不连续的。不同频率或波长的光有其最小的能量微粒，这种微粒称为光量子，或称光子。光的波动性是指光线有干涉、绕射、衍射和偏振等现象，具有波

20、长和频率。v光的波长和频率之间有如下关系式：式中：为频率；为波长；C为光在真空中的传播速度（2.998108m/s）。第十九页，本课件共有135页在光化学反应中，光是以光量子为单位被吸收的。一个光量子的能量表示为：式中，h为普朗克（Planck）常数（6.6210-34Js）。由上式可以计算出各种不同频率光波的能量。二、二、光和色的关系光和色的关系自然可见光：自然可见光：400-760 nm；波长越短，能量越高，颜色；波长越短，能量越高，颜色越浅。反之亦然。越浅。反之亦然。互补光：互补光：若两种不同波长的光混在一起能变成白光，则称若两种不同波长的光混在一起能变成白光，则称其为互补光。如红与青绿

21、色光等，具体见颜色环。其为互补光。如红与青绿色光等，具体见颜色环。第二十页，本课件共有135页可见光不同光谱区域的波长和频率可见光不同光谱区域的波长和频率光谱区域光谱区域波长波长/nm频率频率/s-1红红橙、黄橙、黄绿绿青、蓝青、蓝紫紫7706406405805804954954404404003.910144.710144.710145.210145.210146.110146.110146.710146.710147.51014第二十一页，本课件共有135页v当物质受到光线照射时当物质受到光线照射时,一部分光线在物质的表面直接反射出来一部分光线在物质的表面直接反射出来,同时有一部分同时有一

22、部分光透射进物质内部光透射进物质内部,光的能量部分被吸收。光的能量部分被吸收。v将太阳光照射染料溶液，不同颜色的染料对不同波长的光波发生不同强度的吸收。将太阳光照射染料溶液，不同颜色的染料对不同波长的光波发生不同强度的吸收。v黄色染料溶液所吸收的主要是蓝色光波，透过的光呈黄色。黄色染料溶液所吸收的主要是蓝色光波，透过的光呈黄色。v紫红色染料溶液所吸收的主要是绿色光波，紫红色染料溶液所吸收的主要是绿色光波，v青（蓝绿）色染料溶液主要吸收的是红色光波。青（蓝绿）色染料溶液主要吸收的是红色光波。v如果把上述各染料吸收的光波和透过的光分别叠加在一起，便又得到如果把上述各染料吸收的光波和透过的光分别叠加

23、在一起，便又得到白光。白光。v这种将两束光线相加可成白光的颜色关系称为补色关系。这种将两束光线相加可成白光的颜色关系称为补色关系。v黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝绿）色和红色等各互为补色。黄色和蓝色、紫红色和绿色、青（蓝绿）色和红色等各互为补色。在纸张、洗衣粉和织物添加荧光在纸张、洗衣粉和织物添加荧光增白剂的增白原理？增白剂的增白原理？但不良商家利用该原理在大米、面粉中添加荧光增白剂！但不良商家利用该原理在大米、面粉中添加荧光增白剂！第二十二页，本课件共有135页v光谱色和补色之间的关系光谱色和补色之间的关系可用颜色环的形式来描述，可用颜色环的形式来描述，如图所示。每块扇形与其如图所示。每块

24、扇形与其对顶扇形的光波为互补色。对顶扇形的光波为互补色。例如例如435480 nm波段的波段的光波呈蓝色，它的补色是光波呈蓝色，它的补色是580595 nm波段的黄色。波段的黄色。由此可见，染料的颜色是由此可见，染料的颜色是它们所吸收的光波颜色它们所吸收的光波颜色（光谱色）的补色，是它（光谱色）的补色，是它们对光的吸收特性在人眼们对光的吸收特性在人眼视觉上产生的反映。染料视觉上产生的反映。染料分子的颜色和结构的关系，分子的颜色和结构的关系，实质上就是染料分子对光实质上就是染料分子对光的吸收特性和它们的结构的吸收特性和它们的结构之间的关系。之间的关系。第二十三页，本课件共有135页图1颜色环对角

25、的两个颜色互为补色物体的颜色：物体的颜色：是对可见光是对可见光选择吸收的结果，即吸选择吸收的结果，即吸收了某一互补光的结果。收了某一互补光的结果。我们感觉到的颜色是反我们感觉到的颜色是反射光的颜色，而不是吸射光的颜色，而不是吸收光波长的光谱色。如收光波长的光谱色。如吸收红色则显青绿色；吸收红色则显青绿色；反之则显红色。反之则显红色。第二十四页，本课件共有135页v染料的理想溶液对单色光的吸收强度和溶液浓度、液层厚度间的关系服从朗伯特比尔（LambertBeer）定律。光的吸收一般用透光率来表示，记作，定义为入射光强度I0与出射光强度I之比：如果溶液的浓度为c(mol/L)，光线通过溶液时通道长

26、度为l(cm)，则有：v该式称为朗伯特比尔（LambertBeer）定律。其中，为摩尔吸收率或摩尔消光系数，它是溶质对某一单色光吸收强度特性的衡量，是吸收光的物质的特征常数，仅与吸收光的物质的性质和光的波长有关。的最大值（max）以及出现最高吸收时的波长（max），表示物质吸收带的特性值。max说明染料基本颜色。v最大吸收波长max的增长或减短，染料的色调就改变。一般黄、橙、红称浅色；绿、青、蓝称深色。所以染料最大吸收波长增大，色调就加深；反之染料最大吸收波长减短，色调就变浅。第二十五页，本课件共有135页1、染料的发色理论概述染料的发色理论概述v染料的颜色和染料分子结构有关。早期的染料染料的

27、颜色和染料分子结构有关。早期的染料发色理论主要有：发色团和助色团学说，醌构发色理论主要有：发色团和助色团学说，醌构理论，染料发色的价键理论和分子轨道理论。理论，染料发色的价键理论和分子轨道理论。从早期的学说反映有机化合物的颜色和分子结从早期的学说反映有机化合物的颜色和分子结构外在关系的某些经验规律，发展到物质结构构外在关系的某些经验规律，发展到物质结构内部能级跃迁所需能量的微观内在规律。内部能级跃迁所需能量的微观内在规律。第二十六页，本课件共有135页 1876 年德国人维特年德国人维特(O.N.Witt)提出发色团与助色团论。提出发色团与助色团论。认为：有机化合物的颜色是双键引起的，其结构中

28、至少需要有某认为：有机化合物的颜色是双键引起的，其结构中至少需要有某些不饱和基团存在时才能发色，这些基团称之为些不饱和基团存在时才能发色，这些基团称之为发色基团发色基团，主要，主要的发色基团有的发色基团有-N=N-、=C=C=、-N=O、NO2、=C=O等，含有发色等，含有发色团的分子称为团的分子称为发色体或色原体发色体或色原体。增加染料结构中共轭双键的数。增加染料结构中共轭双键的数量，其颜色加深，羰基数目增加颜色也加深。量，其颜色加深，羰基数目增加颜色也加深。当引入另外一些基当引入另外一些基团时，也使发色体颜色加深，这些基团称为团时，也使发色体颜色加深，这些基团称为助色团助色团，如氨基、羟，

29、如氨基、羟基和它们的取代基、卤代基等。例如：基和它们的取代基、卤代基等。例如：一、经典发色理论一、经典发色理论发色团学说发色团学说v发色团学说对于许多染料如：偶发色团学说对于许多染料如：偶氮、蒽醌、硝基和亚硝基染料的氮、蒽醌、硝基和亚硝基染料的发色性质、结构和颜色的关系都发色性质、结构和颜色的关系都能较好的加以解释，至今仍被沿能较好的加以解释，至今仍被沿用着。用着。第二十七页，本课件共有135页对各种被染物质也不一定具有染色能力对各种被染物质也不一定具有染色能力(或亲和力或亲和力)，能够作为，能够作为染料的有机化合物分子中还应含有染料的有机化合物分子中还应含有助色团助色团，它们能加强发色团的，

30、它们能加强发色团的生色作用，并增加染料与被染物的结合力。生色作用，并增加染料与被染物的结合力。主要的助色团有主要的助色团有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。此外像等。此外像磺酸基磺酸基(-SO3H)、羧基、羧基(-COOH)等为特殊助色团，它们对发色等为特殊助色团，它们对发色团并无显著影响，但可以使染料具有水溶性和对某些物质具有团并无显著影响，但可以使染料具有水溶性和对某些物质具有染色能力。染色能力。第二十八页，本课件共有135页二、近代发色理论二、近代发色理论根据量子化学及休克尔根据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论，分子轨道理论，有机化合物呈现有机化合物呈现不同的颜

31、色是由于该物质吸收不同波长的电磁波而使其内部的电子发生不同的颜色是由于该物质吸收不同波长的电磁波而使其内部的电子发生跃迁所致。跃迁所致。1927年提出了染料发色的年提出了染料发色的价键理论价键理论和和分子轨道理论分子轨道理论。能够能够作为染料的有机化合物，它的内部电子跃迁所需的激化能必须在可见作为染料的有机化合物，它的内部电子跃迁所需的激化能必须在可见光光(400nm760nm)范围内。范围内。当吸收光的能量与当吸收光的能量与E相等时，有机分子才会显示出颜色。相等时，有机分子才会显示出颜色。E越大，所需吸收光越大，所需吸收光的波长越短；反之，的波长越短；反之，E越小，所需吸收光的波长越长。作为

32、染料，它们的主要吸收越小，所需吸收光的波长越长。作为染料，它们的主要吸收波长应在波长应在400760 nm波段的可见光范围内。波段的可见光范围内。分子吸收一定波长的光后，从基态被激发至较高的能态，叫激分子吸收一定波长的光后，从基态被激发至较高的能态，叫激发态。激发态与基态的能级差为发态。激发态与基态的能级差为E E，与吸收光的波长之间的关，与吸收光的波长之间的关系为：系为：第二十九页，本课件共有135页 物质的颜色主要是物质中的电子在可见光物质的颜色主要是物质中的电子在可见光作用下发生作用下发生*(或伴随有或伴随有n*)跃迁的结跃迁的结果，因此研究物质的颜色和结构的关系可归结果，因此研究物质的

33、颜色和结构的关系可归结为研究共轭体系中为研究共轭体系中电子的性质，即染料对可电子的性质，即染料对可见光的吸收主要是由其分子中的见光的吸收主要是由其分子中的电子运动状电子运动状态所决定的。态所决定的。*n E 图图2 电子能级图电子能级图第三十页，本课件共有135页v醌构理论是英国人阿姆斯特朗（Armstrong）于1888年提出的，认为分子中由于醌构的存在而产生颜色。如对苯醌是有色的，在解释芳甲烷染料和醌亚胺染料的颜色时，得到应用。三、三、醌构理论醌构理论v价键理论认为有机共轭分子的结构，可以看作电子成对方式不同，能量基本相同的共轭结构，其基态和激发态是不同电子结构共振体的杂化体，共振体愈多，

34、其杂化后的基态和激发态能级差愈小，吸收光的波长愈长。所以在染料分子中，往往增加双键、芳环来增加共轭结构，使染料的颜色蓝移（深色效应）。第三十一页，本课件共有135页 现代发色理论中所谓的现代发色理论中所谓的发色团发色团，一般是指，一般是指那些能吸收波长为那些能吸收波长为400nm760nm内电磁内电磁波的基团，它们的分子结构里有若干个共波的基团，它们的分子结构里有若干个共轭双键组成的轭双键组成的共轭体系共轭体系，这些共轭体系往，这些共轭体系往往还带有往还带有助色团助色团，共轭体系和助色团共同，共轭体系和助色团共同组成为一个组成为一个发色体发色体系。系。所谓助色团所谓助色团指的是指的是那些连接在

35、那些连接在共轭体系上的共轭体系上的-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等供电子基团。等供电子基团。第三十二页，本课件共有135页(1)乙烯发色体系乙烯发色体系(2)偶氮发色体系偶氮发色体系(3)次甲基次甲基/多次甲基多次甲基(4)芳香发色体芳香发色体(5)稠环芳香体稠环芳香体(6)蒽醌蒽醌(7)酞菁酞菁 重要的发色体系如下所示重要的发色体系如下所示：金属酞菁第三十三页，本课件共有135页v人们把能增加染料吸收波长的效应称为人们把能增加染料吸收波长的效应称为深色效应深色效应。v把增加染料吸收强度的效应叫把增加染料吸收强度的效应叫浓色效应浓色效应。v反之，把降低吸收波长的效应称为反之，把降

36、低吸收波长的效应称为浅色效应浅色效应。v把降低吸收强度的效应叫把降低吸收强度的效应叫减色效应减色效应。第三十四页，本课件共有135页2、结构和颜色的关系结构和颜色的关系（1）共轭双键长度与颜色的关系共轭双键长度与颜色的关系v共轭双键的数目越多，共轭双键的数目越多，*跃迁所需的能量越低，选择吸收光的波长移向长波跃迁所需的能量越低，选择吸收光的波长移向长波方向，产生不同程度的深色效应。分子结构中萘环代替苯环或偶氮基个数增加，方向，产生不同程度的深色效应。分子结构中萘环代替苯环或偶氮基个数增加，颜色加深。共轭双键系统愈长颜色愈深。芳环越多，共轭系统也越长；电子叠合颜色加深。共轭双键系统愈长颜色愈深。

37、芳环越多，共轭系统也越长；电子叠合轨道越多，越易激发；激化能降低，颜色加深。轨道越多，越易激发；激化能降低，颜色加深。v在偶氮染料中，单偶氮染料大都为黄色、红色，少数为紫色、蓝色，在偶氮染料中，单偶氮染料大都为黄色、红色，少数为紫色、蓝色，而双偶氮染料大多数由红色至蓝色，多偶氮染料的色泽可以加深到绿而双偶氮染料大多数由红色至蓝色，多偶氮染料的色泽可以加深到绿色和黑色。色和黑色。第三十五页，本课件共有135页（2）取代基对颜色的影响）取代基对颜色的影响v共轭系统中引入共轭系统中引入NH2、NR2、OH、OR等供电子基团等供电子基团时，基团的孤对电子与共轭系统中的时，基团的孤对电子与共轭系统中的电

38、子相互作用，降低了电子相互作用，降低了分子激化能，使颜色加深。吸电子基团如硝基、羰基、氰基分子激化能，使颜色加深。吸电子基团如硝基、羰基、氰基等，对共轭体系的诱导效应，可使染料分子的极性增加，从等，对共轭体系的诱导效应，可使染料分子的极性增加，从而使激发态分子变得稳定，也可降低激化能而发生颜色蓝移。而使激发态分子变得稳定，也可降低激化能而发生颜色蓝移。在染料分子两端同时存在给电子和吸电子取代基时，颜色作在染料分子两端同时存在给电子和吸电子取代基时，颜色作用更明显。用更明显。第三十六页，本课件共有135页（3）分子的平面结构与颜色的关系）分子的平面结构与颜色的关系v当分子内共轭双键的全部组成原子

39、在同一平面时，当分子内共轭双键的全部组成原子在同一平面时，电子的叠合程度最大，平面结构受到破坏，电子的叠合程度最大，平面结构受到破坏，电电子的叠合程度就降低，激化能增高，产生浅色效应，子的叠合程度就降低，激化能增高，产生浅色效应，同时吸收系数也降低。同时吸收系数也降低。第三十七页，本课件共有135页（4）金属络合物对颜色的影响）金属络合物对颜色的影响v当将金属离子引入染料分子时，金属离子一方面以共当将金属离子引入染料分子时，金属离子一方面以共价键与染料分子结合，又与具有未共用电子对的原子价键与染料分子结合，又与具有未共用电子对的原子形成配位键，从而影响共轭体系电子云的分布，改变形成配位键，从而

40、影响共轭体系电子云的分布，改变了激发态和基态的能量，通常使颜色加深变暗。了激发态和基态的能量，通常使颜色加深变暗。v作为染料内络合用的金属离子通常有作为染料内络合用的金属离子通常有Fe、Al、Cr、Cu、Co等。不同的金属离子由于对共轭系统等。不同的金属离子由于对共轭系统电子云的影响不同，电子云的影响不同，所以同一染料与不同金属离子生成的络合物具有不同的颜色，所以同一染料与不同金属离子生成的络合物具有不同的颜色，如：如：第三十八页，本课件共有135页（4）介质酸碱性对颜色的影响）介质酸碱性对颜色的影响v染料在介质的作用下发生离子化生成电荷，使共轭体系内供电子基染料在介质的作用下发生离子化生成电

41、荷，使共轭体系内供电子基团的供电子性或吸电子基团的吸电子型获得加强，产生深色效应；团的供电子性或吸电子基团的吸电子型获得加强，产生深色效应；反之离子化的结果使供电子基德供电子能力丧失则产生浅色效应。反之离子化的结果使供电子基德供电子能力丧失则产生浅色效应。（pH指示剂原理）指示剂原理）第三十九页，本课件共有135页4.3 4.3 重氮化与偶合反应重氮化与偶合反应v偶偶氮氮染染料料是是品品种种、数数量量最最多多，用用途途最最广广泛泛的的一一类类染染料料，占合成染料品种的占合成染料品种的50%以上。以上。v在在偶偶氮氮染染料料的的生生产产中中，重重氮氮化化与与偶偶合合反反应应是是两两个个基基本本反

42、反应和主要工序。应和主要工序。第四十页，本课件共有135页一、一、重氮化反应重氮化反应v芳香族伯胺与亚硝酸作用生成重氮盐的反应芳香族伯胺与亚硝酸作用生成重氮盐的反应称为重氮化反应。可用下式表示：称为重氮化反应。可用下式表示：v式中所使用的酸式中所使用的酸HXHX代表无机酸，常用盐酸代表无机酸，常用盐酸和硫酸。和硫酸。第四十一页，本课件共有135页重氮化反应机理重氮化反应机理v游离芳胺首先发生氮原子上亚硝化反应，然游离芳胺首先发生氮原子上亚硝化反应，然后在酸液中迅速转化为重氮盐。后在酸液中迅速转化为重氮盐。第四十二页，本课件共有135页二、二、偶合反应偶合反应v重氮盐和酚类、芳胺作用生成偶氮化合

43、物的重氮盐和酚类、芳胺作用生成偶氮化合物的反应称为偶合反应。而酚类、芳胺化合物称反应称为偶合反应。而酚类、芳胺化合物称为偶合组分。为偶合组分。第四十三页，本课件共有135页偶合反应机理偶合反应机理v偶偶合合反反应应是是亲亲电电取取代代反反应应。重重氮氮盐盐正正离离子子向向偶偶合合组组分分上上电电子子云云密密度度较较高高的的碳碳原原子子进进攻攻，形形成成中中间间产产物物，然然后后迅迅速速失失去去氢氢质质子子，生生成成偶偶氮氮化化合合物物。以以苯苯酚酚和和苯苯胺胺为例，反应为：为例，反应为：加入有机碱如吡啶、三乙胺等催化剂能加速反应。加入有机碱如吡啶、三乙胺等催化剂能加速反应。第四十四页，本课件共

44、有135页萘酚或萘酚或1-萘胺上若有磺酸基在萘胺上若有磺酸基在3位、位、4位或位或5位，位，偶氮基进入邻位。如：偶氮基进入邻位。如：v可以预见，偶氮基进入酚类或芳胺类苯环上可以预见，偶氮基进入酚类或芳胺类苯环上羟基或氨基的邻、对位。一般情况是先进入羟基或氨基的邻、对位。一般情况是先进入对位，当对位已有取代基时进入邻位。如：对位，当对位已有取代基时进入邻位。如：第四十五页，本课件共有135页苏丹红一号苏丹红一号苏丹红一号苏丹红一号Sudan()v苏丹一号染色剂含有苏丹一号染色剂含有“偶氮苯偶氮苯”，当，当“偶氮苯偶氮苯”被降解后，就会产生被降解后，就会产生“苯胺苯胺”，这是一种中等毒性的致癌物。

45、过量的这是一种中等毒性的致癌物。过量的“苯苯胺胺”被吸入人体，可能会造成组织缺氧，被吸入人体，可能会造成组织缺氧，呼吸不畅，引起中枢神经系统、心血管系呼吸不畅，引起中枢神经系统、心血管系统和其他脏器受损，甚至导致不孕症。统和其他脏器受损，甚至导致不孕症。苏丹红具有致突变性和致癌性苏丹红具有致突变性和致癌性“苏丹红苏丹红一号一号”降解反应降解反应第四十六页，本课件共有135页4.4 4.4 常用染料的合成及应用常用染料的合成及应用4.4.1 直接染料直接染料v直直接接染染料料用用于于棉棉、麻麻等等纤纤维维素素的的直直接接染染色色。在在染染纤纤维维素素纤纤维维时时，不需媒染剂的帮助即能上染，故称为

46、不需媒染剂的帮助即能上染，故称为直接染料直接染料。v直接染料的色谱齐全，生产方法简单，使用方便，价格低廉，直接染料的色谱齐全，生产方法简单，使用方便，价格低廉，但耐晒及耐晒牢度较差。凡是耐晒牢度在但耐晒及耐晒牢度较差。凡是耐晒牢度在5级以上的直接染料，级以上的直接染料，称为直接耐晒染料。称为直接耐晒染料。v自自从从1884年年保保蒂蒂格格（Bottiger）用用合合成成的的方方法法获获得得第第一一个个直直接接染染料料刚刚果果红红（Congored）)以以来来，化化学学合合成成直直接接染染料料的的方方法法及及其其染染色色理理论论不不断断发发展展。早早期期的的直直接接染染料料在在化化学学结结构构上

47、上多多为为联联苯苯胺胺类类偶偶氮氮染染料料，尤尤以以双双偶偶氮氮类类的的结结构构为为主主，如如刚刚果果红红即即为对称联苯胺双偶氮染料，其结构式为：为对称联苯胺双偶氮染料，其结构式为：第四十七页，本课件共有135页v到上世纪6070年代，医学界发现联苯胺对人体有严重的致癌作用，各国相继禁止联苯胺的生产。为了提高纺织品的染色牢度，发展新型直接染料，主要有两大类：在染料分子中引入金属原子，形成螯合结构，提高分子抗弯能力，在染料分子中引入金属原子，形成螯合结构，提高分子抗弯能力，含有相当活泼的氢原子的亲核基团。含有相当活泼的氢原子的亲核基团。如瑞士山德士（Sandoz）公司研究并生产了一套新型直接染料

48、IndosolSF型染料，中文名称是直接坚牢素染料，含有铜（Cu）络合结构及一些特殊的配位基团与多官能团螯合结构阳离子型固色剂组成一个染色体系。我国现生产国产同类品种，即直接交链染料。在染料分子中引入具有强氢键形成能力的隔离基三聚氰酰基。在染料分子中引入具有强氢键形成能力的隔离基三聚氰酰基。日本的化药公司推出了KayacelonC型的新型直接染料。我国开发并生产了一套称为D型直接混纺染料。第四十八页，本课件共有135页v直接染料的结构具有线性、共平面性、较长共轭系统的直接染料的结构具有线性、共平面性、较长共轭系统的特点。在直接染料分子结构中，经常都有磺酸基；分子特点。在直接染料分子结构中，经常

49、都有磺酸基；分子结构排列呈线状平面；分子都比较大；共轭双键系统比结构排列呈线状平面；分子都比较大；共轭双键系统比较长；含有能和纤维生成氢键的基团如氨基、羟基等。较长；含有能和纤维生成氢键的基团如氨基、羟基等。大部分都是双偶氮或三偶氮染料。大部分都是双偶氮或三偶氮染料。几种直接染料的合成：(1)二芳基脲型直接染料二芳基脲型直接染料v这这类类染染料料色色谱谱多多为为黄黄、橙橙、红红等等浅浅色色；最最深深是是紫紫色色。生生产产方方法法有有两两种种：一一种种是是中中间间体体光光气气化化，制制成成染染料料；一一种种是是制制成成染染料料后后光气化。光气化反应都是在碱性溶液中进行的。光气化。光气化反应都是在

50、碱性溶液中进行的。第四十九页，本课件共有135页v中间体光气化中，很重要的一个品种是把中间体光气化中，很重要的一个品种是把J-酸光气化制成猩酸光气化制成猩红酸。用猩红酸作偶合组分，可与同一重氮化合物偶合得红酸。用猩红酸作偶合组分，可与同一重氮化合物偶合得到对称的染料。如直接橙到对称的染料。如直接橙S（C.I.Direct Orange 26）按如下）按如下方式合成：方式合成：第五十页，本课件共有135页(2)双偶氮和多偶氮型直接染料v这这是是一一类类多多偶偶氮氮结结构构的的直直接接耐耐晒晒染染料料，也也是是取取代代禁禁用用染染料料的的优优良良品品种种。多多为为紫紫、棕棕、蓝蓝、黑黑等等色色。二