第六章 染料、颜料和荧光增白剂
本章的教学目的和要求 1、掌握染料、颜料和荧光增白剂的定义及分类。 2、了解染料、颜料和荧光增白剂的作用原料。
3、了解一些染料、颜料和荧光增白剂品种的化学结构和性能。
6.1染料
6.1.1染料概述
6.1.1.1染料的定义
染料是能使其它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,所以也称为合成染料。
染料使其它物质获得颜色有三种途径:
染色:染料由外部进入到被染物的内部,而使被染物获得颜色,如各种纤维,织物等;
着色:在物体形成最后固体形态之前,将染料分散于组成物之中,如塑料,橡胶等;
涂色:借助于成膜树脂的粘附作用,使染料附着于物体的表面,从而使物体着色,如涂料。 6.1.1.2 分类
染料的分类方法主要有两种：按化学结构和应用性能分类。
按化学结构分类（主要是根据染料所含共轭体系的结构来分）。可分为：偶氮、酞菁、蒽醌、菁类、靛族、芳甲烷、硝基和亚硝基等染料。在有的大类别中又可分为若干小类。
按应用性能可分为以下几类：
（1）直按染料 直接染料是能在中性或弱碱性介质中加热煮沸，不需借助媒染剂的作用而直接上染纤维的一种染料。该类染料与纤维分子之间以范德华力和氢键相结合。分子中含有磺酸基、羧基而溶于水，在水中以阴离子形式存在。主要用于棉纤维染色。主要为偶氮类染料。
（2）酸性染料 酸性染料是在酸性介质中进行染色的一种染料。染料分子
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内所含的磺酸基、羧基与蛋白纤维分子中的氨基以离子键结合，主要用于蛋白纤维（毛类、蚕丝、皮革）和锦纶的染色。按染色条件不同又可分为强酸性(pH=2～4)染料,弱酸性染料,酸性媒介染料和酸性络合染料等。
强酸性染料染羊毛的染色机理为:在强酸性介质中,染料分子与羊毛分子借离子键结合:
NH2NH3H++NH3+DSO3-SO3-DWCOOHWCOOHWCOOH羊毛
偶氮型、蒽醌型、三芳甲烷型等染料均可制成强酸性染料,但以偶氮型最多。 强酸性染料分子结构简单,分子量低,对羊毛亲和力不大,能匀染,故也称为酸性匀染染料。其缺点是色泽不深,耐洗牢度较差,染色时对羊毛有损伤,染后的羊毛手感差。
为了克服强酸性染料的缺点,在强酸性染料分子中通过增大分子量,引入芳砜基或长碳链的方法即生成弱酸性染料,能在弱酸性介质中染色。它对纤维(主要是羊毛)亲和力较大,且无损伤,色泽较深,坚牢度有所提高。
弱酸性染料染羊毛的染色机理为:染料分子与羊毛分子借离子键和范德华力相结合:
NHWCOOH+DSO3-DH3N+ＷCOOHSO3HSO3-D
酸性染料染色后用某些金属盐(如铬盐、铜盐等)为媒染剂处理,可提高染料的耐晒、耐洗、耐摩擦牢度,但色泽变暗。媒染的机理是金属离子通过配位作用将染料和纤维连接在一起。
OHNOCr+COOOCDP
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在染席上形成络合物对纤维有害,所以发展了预金属化的酸性染料(在制备染料时已将金属离子引入染料中,形成金属络合物,因此又称为金属络合染料),它可在中性溶液中染色,例如:CI酸性158
O3SNaNNOCrOH2OSO3-H2OH2O
（3）分散染料 该类染料分子中不含磺酸基等水溶性基团,但含有羟基、氨基、羟烷氨基等极性基团,属非离子染料,微溶于水，染色时借助分散剂呈高度分散状态(0.5～2μm)而使疏水性纤维染色。分散染料主要用于合成纤维,特别是聚酯（如涤纶，对苯二甲酸和乙二醇的缩合物）和醋酸纤维的染色。聚酯纤维由于其优越的服用性能,发展极为迅速,在各种合成纤维中占首位,因而分散染料也相应地获得了很大发展,在国外其产量占首位。
分散染料主要包括偶氮染料和蒽醌染料。 分散染料必须满足以下几个要求：
良好的分散性。在水中能迅速分散成为均匀稳定的胶体状悬浮液； 细度达到1μm左右，以免在印染过程中产生色斑； 在放置及高温染色条件下不发生凝聚现象。
为了满足以上要求，分散染料需经过特殊的加工处理，即研磨和微粒化操作。一般采用砂磨机研磨，研磨过程中要加表面活性剂作为分散剂。
（4）活性染料 染料分子中存在能与纤维分子的羟基、氨基发生化学反应的基团。通过与纤维成共价键而使纤维着色。又称反应染料。主要用于棉、麻、合成纤维的染色，也可用于蛋白纤维的染色。它具有色泽鲜艳，匀染性良好，湿处理牢度好，工艺适应性强，色谱齐全，应用方便及成本较低的特点。
活性染料分子结构包括母体染料和活性基两个主要部分。活性基通常通过某
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些联接基与母体染料相联。母体染料包括偶氮型、蒽醌型、酞菁型等。活性基包括均三嗪，乙烯砜，吡啶，喹恶啉，膦酸等。
NDHNCNCClClCNRNCNCCRRDSO2CHCH2DHNC均三嗪乙烯砜嘧啶ONDHNCClDNClPO3H2喹噁啉ONH2膦酸
SO3NaONHSO3NaClNNHCNCNH2 CN活性艳蓝K-GR三聚氯氰型活性染料是最早发现的活性染料。三聚氯氰的母体是对称三氮苯（即均三苯），由于共轭效应，氮原子上电子云密度较大，碳原子则成为电荷中心。受氯原子诱导效应的影响，碳原子上的正电荷进一步增加：
ClCNCClNNCCl
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染色时纤维素纤维首先和染浴中的碱作用生成纤维素负离子，然后和活性染料作用（纤维素负离子进攻C，发生亲核反应）。
（5）还原染料 有不溶和可溶于水两种。不溶性染料在碱性溶液中还原成可溶性，染色后再经过氧化使其在纤维上恢复其不溶性而使纤维着色。可溶性则省去还原一步。该类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花。所用还原剂多为保险粉（连二亚硫酸钠）。
不溶性还原染料（不含磺酸基、羧基等水溶性基）不能直接染色，它一般含有两个以上的羰基，在保险粉的作用下还原成羟基化合物（称为隐色体或还原体）
2CO+Na2S2O42COH
+NaOHO-COHCONaC
还原体不溶于水，但溶于碱溶液而成为钠盐。该钠盐对棉纤维有较好的亲和力，被纤维吸附后，经空气或其它氧化剂氧化后，又恢复为还原染料而固着在纤维上达到染色。
（6）阳离子染料 因在水中呈阳离子状态而得名。专用于腈纶（聚丙烯腈）纤维的染色，常并入碱性染料类。
腈纶是三大合成纤维素之一，质地轻，保暖性好，故又称为人造羊毛。但由于其分子结晶度高，分子链间作用力强，而造成染色困难，染料分子难进入结晶区。因此，当丙烯腈聚合时，加入其它阴离子单体（衣康酸、丙烯磺酸钠，苯二烯磺酸等）共聚，由它们提供阳离子染料可以结合的酸性染席，从而使腈纶染色。
（7）冰染染料 在棉纤维上直接发生化学反应生成不溶性偶氮染料而染色，染色时需在冷冻条件（0-5℃）下进行。
通用的方法是将织物先用偶联组分（色酚）碱性溶液打底，再通过冰冷却的重氮组分（色基重氮盐）的弱酸性溶液进行偶合，即在织物上直接发生偶合反应而显色，生成固着的偶氮染料。重氮化偶合过程都是在冰冷下进行的。
冰染染料由色酚和色基两部分组成。
色酚是冰染染料的偶合组分，又称打底剂，是用来与重氮组分在棉纤维上偶
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