1、24 June 2019,染料化学,主讲：刘卫兵,24 June 2019,第一章 染料概述,有机染料与颜料的概念,有机染料的发展史,染料的分类及命名,染料的商品加工,染色牢度,禁用染料,24 June 2019,第一节 有机染料与颜料的概念,染料是能将纤维或其他基质染成一定颜色的有色有机化合物。它们大多可溶于水，有的可在染色时转变成可溶状态，直接或通过某些媒介物质和纤维发生物理的和化学的结合而染着在纤维上，主要用于纺织物的染色和印花。有些染料不溶于水而溶于醇、油，用于油蜡、塑料等物质的着色。,颜料是不溶于水和一般有机溶剂的有机或无机有色化合物。它们主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原
2、液的着色，也可用于纺织物的染色及印花。颜料本身对纤维没有染着能力。使用时是由某些高分子物（粘合剂）将颜料的细小颗粒粘着在纤维的表面。,24 June 2019,实验失败后，珀金只好清洗烧瓶，以便继续实验。考虑到这种焦黑状物质肯定是一种有机物，多半难溶于水，珀金就采用加入酒精的办法来清洗烧瓶。当酒精加入到烧瓶中之后，奇妙的事情发生了，烧瓶中的黑色物质被酒精溶解成了美丽夺目的紫色溶液！作为一位有经验的化学研究生，他马上意识到了这个意外的现象会导致一项重要的发明创造。,1856年，年仅18岁的研究生珀金在英国皇家化学学院著名有机化学家霍夫曼院长的实验室里进行抗疟疾特效药物金鸡纳霜（奎宁）的合成。金鸡
3、纳霜是从南美印地安人居住地的一种叫做金鸡纳树的树皮中提取的，属于十分昂贵的药品。霍夫曼设想利用强氧化剂重铬酸钾氧化苯胺的硫酸盐的方法来制取金鸡纳霜，而苯胺的硫酸盐可以从煤焦油中得到，成本较低。在霍夫曼的指导下，珀金将把重铬酸钾加入到了苯胺的硫酸盐中，不幸的是，反应以后烧瓶中并没有金鸡纳霜生成，只得到一种与沥青很相似的黑色物质，实验失败了！,24 June 2019,当时，纺织工业的发展需要大量染料，而从天然植物中提取的染料成本高，数量少，难保存，色牢度差，色彩的鲜艳度和色谱的齐全度都不能让人满意。于是，珀金想到了尝试用这种紫色物质去染布。遗憾的是，他的实验又没有成功，染上了颜色的棉布用水一洗，
4、色彩几乎就掉完了。珀金没有被再一次的失败吓倒，他又尝试用这种紫色溶液去染毛料和丝绸，结果发现这种无法在棉布上染色的物质却可以非常容易地染在丝绸和毛料上，而且比当时的各种植物染料的颜色都鲜艳，放在肥皂水中搓洗也不褪色。合成染料的华丽色彩令当时的维多利亚女王都为之青睐。 这就是世界上第一种人工合成的化学染料苯胺紫。,24 June 2019,第三节 染料的分类及命名,染料的分类：染料按它们的结构和应用性质有两种分类方法。根据染料的应用性质、使用对象、应用方法来分类称为应用分类；根据染料共轭发色体的结构特征进行分类称为结构分类。,24 June 2019,偶氮染料、蒽醌染料 、芳甲烷染料 、靛族染料
5、 、硫化染料 、酞菁染料 、硝基和亚硝基染料,化学结构分类,24 June 2019,偶氮染料 含有偶氮基（N=N）的染料。(芳胺类偶氮染料已禁用）蒽醌染料 包括蒽醌和具有稠芳环的醌类染料芳甲烷染料 根据一个碳原子上连接的芳环数的不同，可分为二芳甲烷和三芳甲烷两种类型。靛族染料 含有靛蓝和硫靛结构的染料。硫化染料 由某些芳胺、酚等有机溶剂和硫、硫化钠加热制得的染料，需在硫化钠溶液中染色。酞菁染料 含有酞菁金属络合结构的染料。硝基和亚硝基染料 含有硝基（NO2）的染料称为硝基染料；含有亚硝基 （NO）的染料称为亚硝基染料。,24 June 2019,直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶
6、性偶氮染料、还原染料、分散染料 、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂。,按应用性能分类,24 June 2019,直接染料（direct dyes） 这是一类可溶于水的阴离子染料。它们的分子中大多含有磺酸基，有的则具有羧基，染料分子与纤维素分子之间以范德华力与氢键相结合。主要用于纤维素纤维的染色，也可用于蚕丝、纸张、皮革的染色。,24 June 2019,酸性染料（acid dyes） 这是一类可溶于水的阴离子染料。染料分子中含磺酸基、羧基等酸性基团，通常以水溶性钠盐存在，在酸性浴中可以与蛋白质纤维分子中的氨基以离子键结合，故称为酸性染料。常用于蚕丝、羊毛和聚酰胺纤维以及皮革染色。也有一些染料，其
7、染色条件和酸性染料相似，但需要通过某些金属盐的作用，在纤维上形成螯合物才能获得良好的耐洗性能，称为酸性媒染染料。,24 June 2019,酸性蓝R,酸性含媒蓝GGN,酸性媒染蓝黑B,24 June 2019,阳离子染料(cationic dyes) 这类染料分子溶于水呈阳离子状态，故称阳离子染料，主要用于聚丙烯腈纤维的染色。但早期的染料分子中，具有碱性基团，常以盐形式存在，可溶于水，能与蚕丝等蛋白质纤维分子以盐键形式相结合，故又称为碱性染料或盐基染料。,24 June 2019,活性染料（reactive dyes） 又称为反应性染料，在这类染料分子结构中带有反应性基团，染色时能够与纤维分子
8、中的羟基、氨基发生共价结合进而牢固地染着在纤维上，主要用于纤维素纤维纺织物的染色和印花，也能用于羊毛和合成纤维的染色。,24 June 2019,不溶性偶氮染料(azoic dyes) 在染色过程中，由重氮组分和偶合组分直接在纤维上反应，生成不溶性沉淀而染色，这种染料称为不溶性偶氮染料。其中，重氮组分是一些芳伯胺的重氮盐，偶合组分主要是酚类化合物。这类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花。由于染色时需在冰的冷却条件下（05）进行，故又称为冰染染料。,24 June 2019,分散染料 (disperse dyes) 这类染料分子中不含水溶性基团，染色时需借助分散剂的作用使染料成细小颗粒的分散状对
9、纤维进行染色，故称为分散染料。主要用于各种合成纤维的染色，如涤纶、锦纶、醋酸纤维等。,24 June 2019,还原染料(vat dyes) 这类染料不溶于水。染色时，它们在含有还原剂的碱性溶液中被还原成可溶性的隐色体从而上染纤维，染色后再经过氧化重新成为不溶性染料而固着在纤维上，主要用于纤维素纤维的染色、印花，少量用于丝、毛的染色，牢度优越。,24 June 2019,硫化染料(sulphur dyes) 这类染料和还原染料一样，也是原来不溶于水的染料。染色时，它们在硫化碱溶液中被还原为可溶状态，染入纤维后，经过氧化便又成不溶状态固着在纤维上。这类染料主要用于纤维素纤维的染色。,缩聚染料(p
10、olycondensation dyes) 这是最近二十年来发展起来的一类染料，可溶于水。它们在纤维上能脱去水溶性基团而发生分子间的缩聚反应，成为分子量较大的不溶性染料而固着在纤维上。目前它们主要用于纤维素纤维的染色和印花，也可用于维纶的染色。,24 June 2019,荧光增白剂（fluorescent whitening agents） 这类物质上染到纤维、纸张等基质后，能吸收紫外线，发射蓝色光，从而抵消织物上因黄光反射量过多而造成的黄色感，在视觉上产生洁白、耀目的效果。不同品种的荧光增白剂可用于不同种类纤维的增白。,24 June 2019,染料的命名,染料通常是分子结构较复杂的有机芳香
11、族化合物，若按有机化合物系统命名法来命名较复杂，而且商品染料中还会含有异构体以及其它添加物，同时，学名不能反映出染料的颜色和应用性能，因此必须给予专用的染料名称。我国对染料采用统一命名法，按规定染料名称由三部分组成。,24 June 2019,冠称和色称,冠称是根据染料的应用对象、染色方法以及性能来确定的，我国的冠称有31种，如直接、直接耐晒、直接铜盐、直接重复、酸性、弱酸性、酸性络合、酸性媒介、中性、阳离子、活性、毛用活性、还原、可溶性还原、分散、硫化、可溶性硫化、色基、色酚、色盐、快色素、氧化、缩聚、混纺等。,色称表示染料的基本颜色。我国采用了30个色泽名称：嫩黄、黄、金黄、翠蓝、湖蓝、艳
12、蓝、深蓝、绿、艳绿、深绿、草绿、灰、黑等。颜色的名称一般可加适当的形容词如“嫩”、“艳”、“深”三个字，而取消了过去习惯使用的淡、亮、暗、老、浅等形容词，但由于习惯至今还仍沿用。,24 June 2019,24 June 2019,词尾（尾注）,有不少染料，它们的冠称与色称虽然都相同，但应用性能上尚有差别，故常用词尾来表示染料色光、牢度、性能上的差异，写在色称的后面。我国根据大多数国家的习惯，井结合我国使用情况，用符号代表染料的色光、强度、力份、牢度、形态、染色条件、用途以及其它性能，而外国厂商对词尾是任意附加的，不一定具有确切的意义。,24 June 2019,第四节染料的商品加工,原染料经
13、过混合、研磨，并加以一定数量的填充剂和助剂处理加工成商品染料，使染料达到标准化的过程称染料商品化。这为稳定染料成品的质量、提高印染效果、降低消耗起到积极作用。 染料商品可加工成粉状、超细粉状、浆状、液状和粒状。浆状对运输不便，长期储存易发生浓度不匀现象。某些染料做成液状应用方便，节约能量，改善劳动强度。根据染料种类、品种不同而定出一定规格，粉状和粒状一般规定细度，通过一定目的筛网用质量百分数来表示，同时说明外观的色泽。,24 June 2019,第五节 染色牢度,经过染色、印花的纺织品，在服用过程中要经受日晒、水洗、汗浸、摩擦等各种外界因素的作用。染色、印花以后，有的纺织品还要经过另一些加工处
14、理（如树脂整理等）。在使用过程中或加工处理过程中，纺织物上的染料经受各种因素的作用而在不同程度上能保持其原来色泽的性能叫做染色牢度。容易褪色的染色牢度低，不容易褪色的染色牢度高。,24 June 2019,日晒牢度分8级。1级为最低，8级为最高。每级有一个用规定的染料染成一定浓度的蓝色羊毛织物标样。它们在规定条件下日晒，发生褪色所需的曝晒时间大致逐级成倍地增加。这些标样称为蓝色标样。测定试样的日晒牢度时，将试样和八块蓝色标样在同一规定条件下进行曝晒，看它褪色情况和哪一个标样相当而评定其日晒牢度。,日晒牢度,24 June 2019,皂洗牢度分5级。以5级为最高，在规定条件下皂洗后色泽看不出有什
15、么变化；1级最低，褪色最严重。测定试样皂洗牢度时，将试样按规定条件进行皂洗（根据品种的不同，皂洗温度一般分为40、60、95三种），淋洗、晾干后，和衡量褪色程度的灰色标准样卡（褪色样卡）比较而评定。在试验时，还可以将试样和一块白布缝叠在一起，经过皂洗以后，根据白布沾色的程度和衡量沾色的灰色标样比较，评定沾色牢度级别。5级表示白布不沾色，1级沾色最严重。,皂洗牢度,24 June 2019,汗渍牢度的定级方法和皂洗牢度一样，也分为5级，也有褪色和沾色两种测试方法。 摩擦牢度有干、湿两种摩擦情况。试验时按规定条件将白布和试样摩擦，按原样褪色和白布沾色情况分别和褪色、沾色灰色样卡比较而评定级别。 其
16、它染色牢度一般也分为5级。,汗渍牢度和摩擦牢度,24 June 2019,评定染料的染色牢度应将染料在纺织物上染成规定的色泽浓度才能进行比较。这是因为色泽浓度不同，测得的牢度是不一样的。例如浓色试样的日晒牢度比淡色的高，摩擦牢度的情况与此相反。为了便于比较，应将试样染成一定浓度的色泽。主要颜色各有一个规定的所谓标准浓度参比标样。这个浓度写作“1/1”染色浓度。一般染料染色样卡中所载的染色牢度都注有“1/1”、“1/3”等染色浓度。“1/3”的浓度为“1/1”标准浓度的1/3。,24 June 2019,第七节 禁用染料,禁用染料是指某些染料因在生产制造过程中的劳动保护问题而被禁止生产，如苯胺黑
17、在生产过程中会产生有毒物质而被明令禁止生产。而现在指可以通过一个或多个偶氮基分解出有害芳香胺的染料。目前常用染料中涉及到的总共有240种（含涂料），这些禁用染料在整个染料种类中占有很重要的比例，再加之配色的需要，纺织品上含有禁用染料的比例就更大。,24 June 2019,近些年来，有关芳香胺偶氮染料的致癌性近年来倍受关注。因为某些染料可能会从纺织品转移到人的皮肤上，特别是染色牢度不佳时，在细菌的生物催化作用下，皮肤上已沾有的染料可能发生还原反应，并释放出22种致癌芳香胺，然后这些致癌物透过皮肤扩散到人体内，经过人体的代谢作用使细胞的脱氧核糖核酸(DNA)发生结构与功能的变化，成为人体病变的诱
18、发因素，从而诱发癌症或引起过敏。,偶氮染料,24 June 2019,致敏染料是指某些会引起人体或动物的皮肤、粘膜或呼吸道过敏的染料。染料的过敏性并非其必然的特性而仅是其毒理学的一个内容。有专家按染料直接接触人体的过敏性分成7类： 强过敏性染料， 即直接接触的病人发病率高，皮肤接触 试验呈阳性。 较强过敏性染料，即有多起过敏性病例或多起皮肤接触试验呈阳性。 一般过敏性染料，即发现国民性病例较少。 轻微过敏性染料，即仅发现一起过敏性病例或较少皮肤接触试验呈阳性。 很轻微过敏性染料，即仅有一起皮肤接触试验呈阳性。 无过敏性的染料。,致敏染料,24 June 2019,24 June 2019,24
19、 June 2019,致癌染料是指染料未经还原等化学变化即能诱发人体癌变的染料，其中最著名的品红（C.I.碱性红9）染料早在100多年前已被证实与男性膀胱癌的发生有关联。目前市场上已知的致癌染料有14种，其中分散染料3种、直接染料3种、碱性染料3种、酸性染料2种和溶剂型染料3种。然而，生态纺织品监控的仅有8种。,致癌染料,24 June 2019,1. 何谓染料以及构成染料的条件是什么？试述染料与颜料的异同点。 2. 试述染料和颜料的分类方法；写出各类纺织纤维染色适用的染料（按应用分类）。 3. 按染料应用分类，列表说明各类染料的结构和性质特点、染色对象、方法。 4. 试述现代染料工业的发展历程以及目前的发展前沿。 5. 何谓染料的商品化加工？举例说明染料商品化加工的作用和重要性。 6. 何谓染色牢度，主要有哪些指标来评价染料的染色牢度？ 7. 何谓功能染料？试述功能染料在功能纺织品和生物医疗中的应用。,第一章思考题,
