在其邻、对位上引入吸电子基,则产生红移,红移程度随着吸电子基团的吸电子能力增强而增加;反之引入供电子基,产生紫移,并随着给电子强度的增加,紫移增强。 6.1.4.4酞菁染料
酞菁是由四个异吲哚结合而成的一个十六环芳共轭体。其发色系统为具有18个π电子结构的环状轮烯;金属酞菁染料中,金属原子在环的中间,与相邻的四个氮原相连,除了与两个氮原子以共价键结合外,还和其他两个氮原子以配价键结合。
NCCNCNCNNHHCNNCCNCNCNCCCNNCNCNNCNCM酞菁金属酞菁
酞菁常以Pc表示,本身即是一个鲜艳的蓝色物质,为高级颜料。金属酞菁经磺化、氧化等反应,在分子中引入其它取代基团,有些可作染料使用。
酮酞菁是一种蓝色的多晶型化合物。α晶型颜色带红,着色力强,晶粒小,不稳定。β晶型与之相反,稍带有绿色,是合成中的主要晶型。铜酞菁常作颜料。水溶性的磺酸钠盐铜酞菁染料,由铜酞菁磺化制得。
酞菁染料多为蓝和绿色,其色泽鲜艳,稳定性好,具有良好的耐日晒、耐酸、碱牢度。分子中含有磺酸基,羧酸基等酸性基团的铜酞菁染料,可作直接染料使用。
6.1.4.5菁系染料
菁系染料是由甲川基(—CH=)连结氮杂环的一类染料,又称甲川染料。结构为:
197
CNRCHCHCHnCN+R
菁系染料最早用于感光材料的光敏剂。耐光度高(3-6级)。对腈纶染色有色泽鲜艳,着色力高和耐光牢度好等优良性能,有已成为腈纶的专用染料。
菁系染料的结构由杂环、多甲川基、成盐烷基和阴离子等四个部分组成。其中杂环为吡啶、喹啉、吲哚、噻唑、吡咯等氮杂环。常见的有喹啉、苯并噻唑和吲哚啉杂环。亦可按甲川链两端相连的杂环性质以及甲川链中一个或几个甲川基被N取代情况,分为五大类,即:碳菁、半菁、苯乙烯菁、氮杂菁、氮杂半菁。
碳菁染料为分子中多甲川链与两端两个杂环氮原子相连。杂环相同者称为对称菁,不同者为不对称菁。这类染料多作为光学增感剂。其颜色取决于杂环的碱性、甲川链长度和取代基的位置。如对称碳菁染料、甲川链增长,颜色加深。每增加两个甲川基可产生100nm的位移,为了使这类染料保持有较好的耐光牢度和稳定性能,甲川链不允许太多,一般不超过三个。
H3CCCNCH3CHCHCHCH3H3CCCNCH3CH3 对称菁
H3CCCH3CNCH3Cl-CHCHCCNCH3不对称菁
如在染料分子中,多甲川链所连的氮原子仅有一个构成杂环,则为半菁染料。
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该类染料颜色较浅,多数为黄色。若多甲川一边连接杂环氮原子,另一边连接苯环,即分子中含有苯乙烯结构,称为苯乙烯菁染料。氮杂菁染料是三个甲川基中一个或几个被N原子取代的菁染料。而氮杂半菁染料,是半菁染料分子中的甲川基被N取代而形成的一类染料。
菁系染料由于分子中含有杂环,其中带正电荷的杂原子在水中能离解成有色正离子,亦称阳离子染料。由于正电荷原子处于共轭体系中,又叫共轭型阳离子染料。氮杂环具有碱性,因此又称碱性染料。该类染料因含有不同的杂环,其合成方法并不相同。随着功能染料的研究,菁类染料在光材料中的应用迅速发展起来。
6.2 有机颜料
6.2.1 颜料与染料的比较
颜料是不溶性的着色物质,与染料有许多共同点,但也有差异。 1) 共同点
它们都是着色物质;
有机颜料和染料的结构与颜色规律及合成原理是一致的,生产设备及工艺也大同小异;
可以相互转换。水溶性染料经与沉淀剂作用可以转化为不溶性的有机颜料,称为色淀。例如含磺酸基的染料与沉淀剂-硫酸钡或氯化钙作用,生成不溶性颜料(一般沉淀在载体上,如硫酸钡或氢氧化铝)。例如酞菁色淀的制备:
底粉的制造:
Al2(SO4)312H2O+3Na2CO3BaCl22Al(OH)3BaSO4++3Na2SO4
+Na2SO42NaCl
色淀的制造:
CuPc(SO3Na)2BaSO4PH8.59.2CuPc(SO3Ba/2)2
又如碱性染料或阳离子染料与丹宁或磷、钨、钼等的杂多酸结合,可转化为不溶性的色淀。如孔雀绿色淀的制备:
金属酞菁染料 199
(CH3)2NCN+(CH3)24H3[P(W2O7)m(Mo2O7)n]
磷钼钨杂多酸是由钨酸钠、钼酸钠和磷酸氢二钠的混合溶液经酸化后制得的。m+n 与所用染料有关。
颜料引入水溶性基团也可转化为水溶性染料。例如酞菁颜料引入磺酸基就成为水溶性酞菁染料。 2) 不同点
溶解性不同。染料大多数能溶于水或有机溶剂,而颜料不溶于水、有机溶剂及被着色物;
对被着色物的亲和力不同。染料与被染物有非常强的亲和力,而颜料与着色物没有亲和力。因此颜料只能通过成膜物质附着在物体表面,或混在物体内部,使物体着色。
染料只有有机物,而颜料既有有机的,又有无机的 6.2.2 有机颜料的分类
有机颜料按化学结构可分为:
偶氮颜料。分子结构中含偶氮基的颜料。这类颜料色泽鲜艳,着色力高,制造方便,价格低廉,但牢度稍差。有单偶氮,双偶氮,缩合型偶氮及苯并咪唑酮类偶氮颜料等。
酞菁颜料。酞菁的发色基团为18个Л电子的环状轮烯。主要为蓝色和绿色颜料。酞菁分子较为稳定,加热至580℃也不分解,耐浓酸和浓碱。它色泽鲜艳、着色力高,具有耐高温和耐晒等优异性能,颗粒细,极易扩散和加工研磨。主要用于油墨、涂料、绘画水彩、油彩颜料、涂料印花及橡胶和塑料制品的着色。又是制造活性染料和直接染料等的染料。在颜染工业中占有重要地位。
酞菁蓝是铜酞菁,是国内目前有机颜料中产量最大,应用最广的优秀品种。酞菁绿是铜酞菁氯化而成的。除铜酞菁外,酞菁分子中金属原子如用钴、铁、镍代
孔雀绿(三芳甲烷类染料)杂多酸 200
替,可得到不同颜色的酞菁。
喹丫啶酮颜料。分子基本结构为:
HNOCCONH
这类颜料由于其耐热、耐晒、鲜艳度等性能与酞菁系颜料相当,故商品称为酞菁红,其实两者的分子结构完全不同。该颜料广泛用于高级油墨、涂料、纤维及塑料的着色。
二噁嗪颜料。二恶嗪颜料具有较高的着色力,色泽鲜艳,是一类重要的有机颜料。其通式为:
XNOWOXNW
式中W为具有取代基的苯核,X常为氯原子。
异吲哚啉酮颜料。它是继喹丫啶酮和二恶嗪颜料后又一类颜料新品种,具有优异的耐光、耐热和抗迁移性能,分解温度可达400℃,着色力比酞菁稍差,主要用于塑料着色,也可用于高级涂料及油墨。其通式为:
ClNCClNHHNClCClOCOClClRNCClCl
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