1、1.1 物质的颜色当光线照射到物质后，一部分被吸收。另一部分被反射（被吸收光的补光）或透射的光线作用于人眼后的一种综合视觉反映就是颜色。,可见光色环图,可简单理解为： 颜色=物质自身性质光线人的视觉,第一节、光与颜色的基本知识,当两个色光混合成白色色光时，则将这两个色光的主波长定义为互补波长，,1.2 颜色的影响因素物质的分子结构是影响物质发色的内因。物质的分子结构变化直接影响物质对光线的吸收、反射或透射，从而导致物质的颜色发生变化。,有机化合物结构变化对颜色的影响,萘,nm,光线是物质显色的外界要素。,（绝对白色：入射光强度=反射光强度）,（绝对黑色：反射光强度=0）,（灰色：入射光强度=吸
2、收光强度+反射光强度）,（绝对透明：入射光强度=透射光强度）,对于本身不发光的物质： 如果没有光线，则人眼就感受不到物质的颜色，甚至感受不到物体的存在。 如果照射物体的光线发生变化，则物体的颜色将发生变化。,物体在不同光源照射下的颜色变化,某一物体在太阳光照射下呈现红色，是因为较多地吸收了太阳光中的蓝绿光（青光）而反射出其补光红光,呈现出红色。若将该物体改用青光照射，则由于大部分青光被吸收而呈现黑色。,人的视觉系统是人们判断颜色的感觉器官，是影响物质颜色的外在因素。,1.3 发色理论分子内部的运动主要包括成键电子的运动、原子核间的相对振动和分子的转动，表现出一定的分子能量（内能），分子能量的总
3、和： E=Ee+Ev+Er,为什么物质选择吸收光波后，能显示出颜色？颜色与物质的分子结构有什么关系？,问题,分子受到外界的作用，分子能量发生不连续的变化。分子从一种能量状态到另一种能量状态的过渡称为“激发”。按能级由高到低分为第一激发态、第二激发态,分子能级图 分子中成键电子能级图,),),选择性吸收能量，跃迁到高能级,按量子学观点：光线作用于物质时，只选择性地吸收能量和物质分子能级间隔相等的光子，分子才能产生激发。被物质选择性吸收的光的波长称最大吸收波长。 E=hv 将v = C 代入 max=hcE,只含有键的物质无色，因为能量差E相当大，它所需吸收的光子能量基本上是紫外和远紫外光谱，不能
4、吸收可见光谱中的光量子。当分子中的键参与共轭，能量差E变小，则分子能够吸收可见光谱中的光量子。所以，含有共轭键的分子，其物质大多具有颜色，且分子中键共轭越长，颜色越深。,（一）发色团学说1、有机化合物的颜色是因为分子中含有大量的双键，这些双键称为发色团。2、有机化合物分子的键必须产生共轭形成大的共轭连通体系才能使化合物产生颜色。具有以下发色团并连接于芳环上的化合物一般具有颜色。,1.4 染料的颜色与结构的关系,N,O,O,N,N,C,O,C,C,N,O,N,N,O,C,H,N,C,S,硝,基,偶,氮,基,羰,基,乙,烯,基,亚,硝,基,氧,化,偶,氮,基,次,甲,氮,基,硫,代,羰,基,分子中
5、含有一些强的供、吸电子基团，能使化合物产生深色效应。这些基团称为助色团。具有深色作用的助色团有：,OH OR NH2 NHR NR2 Cl Br I,（二）有机化合物的结构与颜色的关系根据发色理论和发色团学说，有机化合物的颜色与结构的关系如下：,1.共轭双键的数目与颜色的关系,在共轭双键体系中，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。,（,C,H,C,H,）,n,n,=,1,无,色,n,=,3,黄,色,n,=,5,橙,色,n,=,7,红,色,深色效应,蓝-绿蓝-蓝绿,2.共轭体系内的极性基团对颜色的影响：,在共轭体系的两端，若存在极性基团（强的供、吸电子基团）时，
6、可使分子的极性增强，大键中的电子流动性增强，降低分子激化所需要的能量，使吸收光量子向长波方向移动（红移现象），产生深色效应。如果共轭体系分子的两端分别对称地连接供、吸电子基团，电子流动性更加增强，深色效应更显著。,化合物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团的供电子性或吸电子基团的吸电子性均获得加强，促使共轭体系内的电子更加活跃，激化能更小，于是吸收光谱向长波方向移动，产生深色效应。 如：色酚AS溶解于烧碱后溶液变成黄色。,3.分子的离子化对颜色的影响：,O,H,C,O,N,H,N,a,O,H,O,N,a,C,O,N,H,浅,灰,色,黄,色,当分子和所有的基团都处于同一平面
7、且对称时，共轭效应才能得到最大的发挥，电子云在整个分子中的流动性得以增强，激化能降低，产生深色效应。分子中的共轭双键有利于分子的共平面性，单键自由旋转不利于分子的共平面性。,4.分子的共平面性和对称性对颜色的影响,N,H,2,N,S,O,3,N,a,N,N,N,N,H,2,S,O,3,N,a,红,色,N,H,2,N,S,O,3,N,a,N,橙,红,色,第二节 直接染料,直接染料：能不借助媒染剂而使纤维素纤维直接染色的染料。如刚果红结构式如下：刚果红又名直接大红，直接朱红 1884年保蒂格 bottiger发现。,2.1 定义,染色时染料从染浴中转移至纤维。将棉布放在染浴中染色取出后加水洗淋，大
8、部分染料不会被冲洗下来。这种性质称为直接性。直接性是染料分子和纤维分子间吸引力所造成。分子间的吸引力有两种：一为极性引力：染料分子和纤维分子间产生氢键。另一为非极性力，即范德华引力。,2.2 直接性及产生的原因：,从分子结构构成直接染料的条件为： 1. 染料应是线型的。使染料分子能按长轴方向水平地吸附在纤维轴上，最大限度的使范德华吸引力发生作用。 2. 染料分子中占同一平面结构部分范围要大，若染料分子具有延伸的共轭体系，共轭体系部分即呈平面性。平面性分子吸附在纤维表面上面积大而又紧密，二者间的范德华力也大。 3. 染料分子中可以形成氢键的基团较多。染料分子中氨基、羟基能和纤维素纤维分子的羟基形
9、成氢键。,染料与纤维分子间的引力越大，直接性越强，水洗牢度越高，日晒牢度越好。 直接染料的优点是染色简便，价格便宜，色谱齐全，曾被广泛地用于棉织物的染色。直接染料的染色牢度，尤其是湿处理牢度较低，可以通过固色后处理来提高染色牢度。,2.3 直接染料的染色机理,直接染料最大的特点是其直接性。直接性有以下几方面的含义： 溶解直接性：染料的溶解无需借助于酸、碱、氧化剂、还原剂等的作用，可直接溶解于水中； 上染直接性：对于纤维素纤维的上染，只需无机盐（常用食盐与无明粉）和温度的作用可直接结合； 得色直接性：在纤维上的得色无需媒染剂及其它氧化、还原作用而直接得色。,直接染料在纤维素纤维(如棉、麻、粘胶纤
10、维等)和蛋白质纤维(如蚕丝、羊毛等)上均有应用。但是在这两类化学性质截然不同的纤维上进行染色的机理是不同的。,2.3.1 直接染料对棉纤维的染色,纤维的染色过程:直接染料的染色过程大致可分为: 吸附,扩散,固着三个阶段。,(a)纤维浸入染液，首先吸收染液中的水分而发生溶胀，这种溶胀是沿着纤维的表面，由表及里逐渐发生的，而且只发生在纤维的无定形区。 (b)染料分子随着水分子的运动与纤维发生吸附作用，并由外向内扩散至纤维的全部无定形区。 (3)随着时间的推移，吸附作用加深，出现了聚集和解吸作用，这些作用既发生在染料与纤维之间，也发生在染料分子之间。吸附和解吸两作用最终达到动态平衡，这一过程即结束。
11、其表象是纤维由“环染”到“透染”的过程。,因染料分子上磺酸基具有强烈的水溶性，故染色牢度差，尤其是在服用过程中洗涤时，织物上的染料回到水中，并重新吸附在织物上，导致发生串色。这也是直接染料水洗色牢度差的原因。选择阳离子表面活性剂作为固色剂，利用其阳离子基团与直接染料分子中的磺酸基(阴离子性的水溶性基团)发生离子键合反应，封闭其水溶性，使其无法解吸而达到固色目的。,2.3.2 直接染料水洗色牢度及固色处理,天然棉纤维其结晶区高达70，而丝光棉为50，粘胶纤维为3040。结晶区以外部分即为无定形区。所以它们的溶胀程度就不同。在最大溶胀时，棉纤维的截面增加40一50，粘胶纤维则增加70100。反映在
12、染色上，粘胶纤维的得色及对染料的吸收均高于棉。,2.3.4 不同的棉纤维得色率不同：,直接染料的部分品种可以用于蛋白质纤维尤其是蚕丝产品的染色。因为这些品种的染料分子结构与弱酸性的酸性染料分子结构相近。 对纤维的结合主要是染料分子中的水溶性基团磺酸基与蛋白质纤维在等电点以下离解出的阳离子氨基发生离子键合反应结合。其染色牢度要高于纤维素纤维。,2.3.5 直接染料也可用于蛋白质纤维染色,注意： 1、染液的pH值必须在蛋白质纤维在等电点以下。 2、如染液的pH值在等电点以上进行染色，纤维属阴离子，直接染料也属阴离子性，因此不存在离子键合反应，又因蛋白质分子的螺旋结构，直接染料分子的直线型结构，使得
13、分子间力的结合很弱，造成染色牢度反而更低。,2.3.6 直接染料的应用性能,直接染料的主要性能 1、直接染料的分子内都含有亲水性基团（SO3Na或COONa），所以能溶解于水。其溶解度大小，主要取决于染料分子中亲水性基团的多少。 2、大部分染料能与钙盐或镁盐结合成不溶性的沉淀，因此染色时必须采用软水。 3、无机的中性盐类，如食盐、元明粉等对直接染料有促染效果。 4、在酸性溶液中，会分解成色素酸，这时一般就不用于染棉，而用于染毛纤维。,该类染料为水溶性染料，上染纤维后又能在水中溶解下来（氨水条件下），且染料浸出液加食盐后能对纤维素纤维再度上染。因此，根据染样的染色情况，可以进行判断。 （1）实验
14、材料、药品、仪器 实验材料。直接染料染色棉织物、白色棉织物。 实验仪器。小烧杯、玻璃棒。 实验药品：浓氨水、食盐。 （2）实验步骤（移染）：将约0.3g 染色试样置于小烧杯中，加入约20ml水及2ml浓氨水，加热至沸，使织物上染料溶解于氨水溶液中（尽量使染料充分溶出），取出试样。另将约0.03g白色棉织物及0.03g食盐加入上述染料浸出液中，加热保持微沸3min，取出染样，水洗。比较染样得色情况，若白色棉织物在含有食盐的氨水溶液中能染得与原染色棉织物几乎相同深度，则表明织物上的染料为直接染料。,2.3.7纤维素纤维上直接染料的鉴别,第三节 活性染料,1. 染料分子结构中含有可与纤维中的OH、N
15、H2等发生发生反应的活性基团，染料与纤维形成共价键结合，染色牢度较好，特别是湿处理牢度。 2. 染料水溶性较好，色泽鲜艳，色谱齐全，匀染性好，传统活性染料成本较低。 3. 主要用于纤维素纤维染色，也可用于蛋白质纤维染色（毛用活性染料）、聚酰胺纤维染色。,3.1 活性染料概述,3.2 活性染料的结构及性能,一、活性染料的结构通式：SDBRS：水溶性基团，如SO3Na；D：染料母体，决定染料的颜色、鲜艳度、牢度. B：连接基，一般为NH；R：活性基团，决定染料的反应性、固色率、耐水解稳定性、贮存稳定性等性能。,活性反应点R,染料部分 D,桥接基团B,水溶性基团 S,理想的活性染料应具备如下性能：
16、1、良好的水溶性，成本低、污染小。 2、反应性强，固色率高，贮存稳定性好。 3、染色牢度好。 4、扩散性、匀染性好，上染率高。 5、浮色容易去除，不沾色。,3.3 活性染料的反应机理,一、亲核取代反应 对于含氮杂环活性基的活性染料： 1. 活性染料与纤维素纤维的反应X：离去基，如F、Cl等 Y：纤维素负离子催化剂：碱，如Na2CO3、 NaHCO3、 Na3PO4等,2. 活性染料与羊毛纤维的反应,蛋白质纤维中含有NH2、OH、SH等亲核基团可与染料发生反应，形成共价键。由于纤维中NH2 比例最多，染料与纤维的反应以NH2为主 。,3. 活性染料的水解反应染料的反应性越强，越易水解。 碱性增强
17、，染料水解程度提高。 活性染料水解后，失去与纤维的反应能力。 染色时，应兼顾染料固色速率的提高和降低染料的水解。,二、亲核加成反应,对于活性基中含有活泼碳碳双键或在染色过程中能形成活泼碳碳双键的染料，染料与纤维的反应属于亲核加成反应。Z：吸电子连接基X：离去基HY：纤维素纤维（Cell-OH）蛋白质纤维（W-NH2）水(H2O) C原子的正电性越强，染料的反应性越大。,（1）活性染料与纤维素纤维的反应染料：KN型 碱：催化剂 “染料纤维”键是醚键。,3.5 活性染料鉴别,（1）实验材料、仪器及药品 实验材料。活性染料染色毛线。 实验仪器。小烧杯、玻璃棒。 实验药品。二甲基甲酰胺（DMF）、水（
18、1:1）、二甲基甲酰胺、冰醋酸。 （2）实验步骤：置0.2g 试样于小烧杯中，加入二甲基甲酰胺：水（1:1）5ml，加热微沸3-4min，取出试样，将其置于DMF溶剂中，再加热微沸3-4min，取出试样。将试样放入盛有5ml冰醋酸溶液（冰醋酸：水=1:1）的小烧杯中，加热微沸3-4min。 经上述处理后溶剂中若均未浸出或极少浸出染料，则可证明为活性染料。,还原染料 隐色酸 隐色体不溶于水 可溶于水 对纤维无直接性 对纤维有直接性,第四节 还原染料（士林染料）,4.1 概述,染料分子中不含水溶性基团，染料不溶于水； 染料分子共轭系统中含有两个羰基，而且可被保险粉（连二亚硫酸钠，NaS2O4）或二
19、氧化硫脲（NH2C(SO2)NH2）还原成羟基，在碱性条件下成为可溶于水的隐色体。 3. 染色过程复杂：还原隐色体上染氧化。 4. 染色牢度好，耐晒和耐洗牢度优良，但价格高。 5. 可用于纤维素纤维和维纶纤维的染色。,4.2 还原染料的性质,还原染料的还原不溶性的还原染料在保险粉（Na2S2O4）和碱（NaOH）的作用下被还原成可溶性的隐色体（隐色酸钠盐）。还原剂的氧化还原电位低于染料的氧化还原电位时，才能将染料还原。,2. 染料与染料隐色体的颜色不同如：靛类还原染料被还原成隐色酸钠盐后，颜色变浅。靛蓝（暗蓝色） 隐色体（接近无色）,4.3 染料结构与溶解性,1、 还原染料隐色体的溶解性是这类
20、染料的重要性能。隐色体的溶解度过小，难以配成较浓的染液。 2、 隐色体的溶解度与染料分子中亲水性基团、疏水性基团及它们的位置有关。亲水性基团（如NH、NHCO等）比例低，隐色体的溶解度低。 3、为增加隐色体的溶解度常在商品染料中加入助溶剂，如溶解盐B。,4.4 染料结构与直接性,1、 对于含有能与纤维素纤维形成氢键基团（NH2、OH）的蒽醌类还原染料：稠合苯环越多，染料分子的同平面性越好，可形成氢键的数目越多，染料直接性越大。 2 、对于不含可形成氢键基团的稠环酮类还原染料：直接性与染料的分子大小有关，分子越大，直接性越高。,4.5 可溶性还原染料（印地科素，Indigosol）,还原染料染色
21、过程复杂，匀染性差。 可溶性还原染料是还原染料隐色体的硫酸酯碱金属盐，可溶于水。,溶靛素O4B,溶蒽素蓝IBC,特点：1、可溶于水，溶解度大小与硫酸酯盐基的含量和分子量有关。 2、可溶性还原染料对纤维素纤维的亲和力明显低于相应的还原染料，只能染中浅色。染色时需加盐促染。 3、染色过程：上染显色。在酸和氧化剂作用下，染料发生水解、氧化过程，转变为不溶性的还原染料（显色）。染色牢度与还原染料相同。 4、在空气中容易受潮变质，染色强度降低，溶解性变差，甚至转变为母体染料。,4.6 硫化、还原类染料鉴别,该类染料为非水溶性染料。在碱性保险粉溶液中，染料被还原成可溶性隐色体，颜色也发生变化，在空气中或氧
22、化剂作用下，又能恢复原来的颜色。 （1）实验材料、仪器及药品 实验材料。硫化染料、还原染料染色棉织物、白色棉织物。 实验仪器。试管、玻璃棒、滤纸、醋酸铅试纸。 实验药品：10%氢氧化钠、保险粉（Na2S2O4）、10%次氯酸盐、16%盐酸、镁带或锌粉。,（2）实验步骤 硫化或还原染料 将约0.1g 试样置于大试管中，加入5ml水及2ml 10%氢氧化钠，加热至沸，加0.03g 保险粉，保持沸腾3s，如果是硫化或还原染料，能迅速变色，将试样夹出置于滤纸上，经5-6min即恢复原来颜色。 硫化染料用10%次氯酸盐溶液作用于试样上，经数分钟后硫化染料将被完全破坏。取0.1g试样置于试管中，加入16%
23、盐酸，加热处理约0.5min，加0.005g镁带或锌粉，置醋酸铅试纸于试管口，温热1min，试纸变黑或变棕即证明为硫化染料。,还原染料,将约0.3g试样置于小烧杯中，加3ml水及1ml 10%氢氧化钠溶液，加热至沸，加0.02g保险粉【还原】，继续加热，并保持沸腾1min，取出试样。加0.05g白色棉织物、0.02g 食盐，加热至沸并保持1min，冷却。取出染样放在滤纸上氧化，若白色棉织物能上染【氧化上染】 ，且与原试样色泽相同（仅有浓淡差异），即表明是还原染料（在检出或排除硫化染料后）。,第五节 合成纤维上染料的鉴别,常用的合成纤维包括涤纶、腈纶及锦纶，对不同的合成纤维需用不同的染料进行染色
24、。涤纶通常用分散染料染色，腈纶通常用阳离子染料染色，锦纶通常用酸性染料染色（鉴别方法同蛋白质纤维）。 1. 分散染料鉴别 该类染料为非水溶性染料，但溶于有机溶剂。因此可利用有机溶剂的萃取方法鉴别该类染料。,（1）实验材料、仪器及药品 实验材料。分散染料染色试样（涤纶）。 实验仪器。试管、玻璃棒。 实验药品。间苯二酚、乙醚。 （2）实验步骤： A : 将2g 间苯二酚置于试管中，并放0.1g试样覆盖其上。小火加热使间苯二酚熔融，并轻轻震荡使试样完全溶于间苯二酚，冷却。 B: 注意试管内壁自上而下出现液体凝固而底部尚未凝固时，沿试管壁小心加入约15ml乙醚，萃取染料，过滤，若沉淀残渣呈白色或淡色，
25、证明试样上的染料为分散染料。,2. 阳离子染料鉴别,该类染料为水溶性染料，用染色及萃取方法可对该类染料进行鉴别。 （1）实验材料、仪器及药品 实验材料。阳离子染料染色试样（腈纶）。 实验仪器。小烧杯、玻璃棒。 实验药品。10%冰醋酸、10%氢氧化钠、乙醚。 （2）实验步骤将约0.5g 试样置于小烧杯中，加入1ml 10%冰醋酸及10ml 水，加热至沸，并沸煮1min，取出试样。然后加入阳离子可染腈纶0.04g继续沸煮1min。若能上染腈纶，则表明该种染料为阳离子染料。,第六节 蛋白质纤维上染料的鉴别,蛋白质纤维染色主要用直接染料、酸性染料、活性染料。上述各类染料均为水溶性染料。 1. 直接染料
26、鉴别 （1）实验材料、药品、仪器 实验材料。直接染料染色棉织物、白色棉织物。 实验仪器。小烧杯、玻璃棒。 实验药品：浓氨水、食盐。,（2）实验步骤（直接染料移染）： A、将约0.3g 染色试样置于小烧杯中，加入约20ml水及2ml浓氨水，加热至沸，使织物上染料溶解于氨水溶液中（尽量使染料充分溶出），取出试样。 B、另将约0.03g白色棉织物及0.03g食盐加入上述染料浸出液中，加热保持微沸3min，取出染样，水洗。比较染样得色情况，若白色棉织物在含有食盐的氨水溶液中能染得与原染色棉织物几乎相同深度，则表明织物上的染料为直接染料。,2. 酸性染料、1:1型酸性含媒染料、1:2型酸性含媒染料、酸性
27、媒染染料鉴别 （1）实验材料、仪器及药品 实验材料。酸性染料、1:1 型酸性含媒染料、1:2 型酸性含媒染料、酸性媒染染料染色试样、白色毛线、白色棉织物。 实验仪器。小烧杯、瓷坩埚。 实验药品。浓氨水、稀硫酸、碳酸钠、无水硝酸钠。 （2）实验步骤：将约0.5g 试样置于小烧杯中，加入20ml水及2ml浓氨水，加热至沸，使试样浸出足够的染料。将浸出液用稀硫酸中和，并继续加稀硫酸若干滴，使其显酸性。加入0.04g 白色毛线和0.04g 白色棉织物，加热至沸保持2min。,（3）结果分析 若染料上染毛织物而不上染棉织物，则为酸性染料或1:1 型酸性含媒染料。 若染料能上染毛织物，但颜色很淡（与原试样比较），则可能为1:2型酸性含媒染料。 若试样浸出液与原色不同，且浸出液在酸性染浴中仅能使羊毛沾色，则可能为酸性媒染染料。,复习指导,一、胺的结构、分类和化学性质 二、芳香族重氮和偶氮化合物1.重氮盐的制备重氮化反应2.重氮盐的性质（放出N2和保留N2的反应）三、染料1.染料和颜料的概念和异同点2.染料的分类方法3.光与颜色的基本知识4.发色理论5.染料的颜色与结构的关系,
