染料化学介绍省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

第四章

染料化学第1页4.1概述

1.基本概念

染料是能使其它物质取得鲜明而坚牢色泽化合物。早期染料主要来自天然动植物当前合成染料已经取代了天然染料，品种已达8600各种。第2页2.染料分类

(1)按染料化学结构进行分类

①偶氮染料②硝基和亚硝基染料NaO3SHON=NNaO3S第3页③芳甲烷染料

染料分子中含有二芳基甲烷和三芳基甲烷结构染料

CC(HC)NN(CH)CNH.HCl三苯甲烷二苯甲烷碱性嫩黄O2323第4页④蒽醌染料

⑤靛系染料含有靛蓝或类似结构染料。OONHOONHNNNNHSONaClClSONa蒽醌活性艳蓝X-BRCHNNHC=CCOOOOCC=CSSC233第5页⑥酞菁染料含有酞菁金属络合物结构染料。⑦硫化染料用硫或多硫化钠硫化作用制成⑧菁系染料含有聚甲炔结构染料。-(CH)n-⑨杂环染料含有五、六元杂环等结构染料。在皮革染色中用较多是前四类染料。

NNNNNNNNM第6页(2)按应用分类

酸性染料直接染料碱性染料金属络合染料活性染料氧化染料硫化染料媒染染料还原染料分散染料油溶与醇溶性染料等十各种皮革染色主要应用上述前五种。第7页3.染料命名(1)我国染料命名体系实施是三段命名法，要求以下：

第一段为冠称，表示染料依据应用方法或性质分类名称，为了使染料名称能细致地反应出染料在应用方面特征，将冠称分为31类，如酸性、弱酸性等

第二段为色称，表示染料在被染物上色泽名称，色泽形容词采取“嫩”、“艳”、“深”三字。第三段是尾称(字尾)，以英文字母结合阿拉伯数字补充说明染料色光、形态、强度、特殊性能及用途等。(2)国外染料产品命名国外染料产品命名，大致也采取三段命名法，但非常混乱。注:染料索引《染料索引》是一部国际性染料、颜料品种汇编。它将世界大多数国家各染料厂商品，分别按它们应用性质和化学结构归纳、分类、编号，逐一说明他们应用特征，列出它们结构式，注明其合成方法，附有同类商品名称对应表。

第8页4.染料性能及评价

(1)外形

惯用染料外观形态有粉状、粒状、块状、浆状等。(2)溶解度

在一定温度下某染料在100克纯水中所能溶解最大克数。(3)强度染料染色强度，它表示染色能力大小，也称为浓度或力分。通常以%表示。染料强度越大，染色时需要量就越少。(4)色光

染料与被染物所显示出主色中所展现副色。

(5)染色坚牢度

染色坚牢度是指染色物抵抗外界作用而保持原色能力。对于皮革染色来说，耐日晒、皂洗、干湿擦、水洗、汗渍等牢度指标尤为主要。(6)渗透度

是指染料向被染物内部渗透能力。(7)亲协力

染色达平衡是，纤维吸收染料数量，可用不加助剂时上染百分率表示。

第9页4.2染料颜色与分子结构关系

1.经典发色理论(1)发色团与助色团理论依据维特(O.N.Witt)发色团与助色团理论（1876）,

有机化合物结构中最少需要有一些不饱和基团存在时才能发色，这些基团称之为发色基团，主要发色基团有-N=N-、=C=C=、-N=O、NO2、=C=O等。维特发色团与助色团理论在历史上对染料化学发展起过主要作用，也正是这个原因，维特发色团与助色团这两个名称现在还在被广泛使用着，不过它们涵义已经有了根本改变。

第10页解释1.发色体：含有发色团分子称为发色体或色原体。发色团被引入愈少，颜色愈浅；发色团被引入愈多，颜色愈深。以下情况可使颜色加深：1）增加侧链内烯基数目2）增加羧基数目，尤其是增加彼此直接联结羧基3）以萘环代替偶氮染料中苯环4）把一定取代基加入分子内。

发色体对各种被染物质也不一定含有染色能力(或亲和力)，能够作为染料有机化合物分子中还应含有助色团.2.助色团：

能加强发色团生色作用，并增加染料与被染物结协力各种基团。主要助色团有-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等。另外像磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)等为特殊助色团，它们对发色团并无显著影响，但能够使染料含有水溶性和对一些物质含有染色能力。

第11页（2)醌构理论

内容：染料之所以有颜色，是因为其分子中有醌结构存在。醌型结构可视为分子发色团。这个理论只能用来解释三芳基甲烷类及醌亚胺类染料，对于偶氮苯类有色化合物不适用。第12页2.近代发色理论

依据量子化学及休克尔(Huckel)分子轨道理论，有机化合物展现不一样颜色是因为该物质吸收不一样波长电磁波而使其内部电子发生跃迁所致。能够作为染料有机化合物，它内部电子跃迁所需激化能必须在可见光(400nm~760nm)范围内。物质颜色主要是物质中电子在可见光作用下发生П→П*(或伴随有n→П*)跃迁结果，所以研究物质颜色和结构关系可归结为研究共轭体系中П电子性质，即染料对可见光吸收主要是由其分子中П电子运动状态所决定。第13页

3.颜色深浅和浓淡

物质颜色深浅是指物质吸收光波在光谱中位置而言，物质吸收光波波长愈短，则颜色愈浅。物质颜色浓淡，是表示同一个染料颜色强度，即物质吸收一定波长光线量多少。人们把能增加染料吸收波长效应称为深色效应，把增加染料吸收强度效应叫浓色效应。反之，把降低吸收波长效应称为浅色效应，把降低吸收强度效应叫减色效应。第14页4.颜色拼配三原色：红黄蓝红黄

二次色：橙绿紫橙三次色：黄灰蓝灰红灰第15页颜色拼配举例

黄色颜料（除黄色光线，能微吸收绿色和橙色光，强烈吸收其余光线）

蓝色颜料（除蓝色光线，能微吸收绿色和紫色光，强烈吸收其余光）注：互补染料：在染料混合中，当两种染料混合时，假如一个染料所反射色光，全被另一个染料所吸收，则该两种染料就称为互补色

绿第16页人类视觉系统对色反应

物体颜色第17页照明体阳光：在地球上产生视觉根本原因电磁波光谱:

可见光谱范围极少

1pm1nm1um1mm1m1km1Mm1GmWavelengthKosmicradiationradiationGammaX-RaysUltravioletradiationvisibleradiationInfraredradiationRadar,TVRadioAudioFrequenciesEnergydistribution380nm730nm第18页天然和人造光源:D65,A,TL84

日光白炽光

荧光相对強度波

长第19页物体反射:眼睛所看到

吸收:颜料作用透射率,不透明度,遮盖力:有時也很主要第20页眼睛功效介紹

空間分辨

颜色分辨眼球晶体光视网膜上120,000,000个接收体800,000条神经腺至脑部第21页敏感度

两种视觉中枢暗光下:杆体細胞(120Million)

只分辨明暗

明亮光下:三种锥体细胞(6Million)

分辨颜色

色盲:缺乏椎体细胞

第22页椎体细胞对可见光谱反应标准观察者

x,y,z,2o,10o

视场第23页大脑颜色视觉使大脑产生

程序非常复杂为了发展更加好颜色测量系统，我们需要更深入研究第24页背景

周围,对比(中间灰线相同，只是背景不一样）

怎样看见颜色第25页察觉颜色是受到以下因素影响大小适应自然环境人造环境表面结构期望

经验

训练

第26页用人眼比较颜色可能做到看见完全是我们感觉我們能分辨出数百万种颜色

必须条件标准光源标准观察几何第27页用人眼比較顏色不能做到限制

需要拼在一起才能比较没有标准记忆第28页預料不到事情同色异谱现象

日光白炽灯或其它照明样本1样本1样本2样本2相似不一样同色异谱现象第29页預料不到事情方向

表面结构ABABABAB第30页預料不到事情特殊效果金属效果干扰（珠光）效果

必须多角度观察

直接观察和照明会有最好效果第31页預料不到事情荧光增白剂

“蓝”色加入带黄纸张可增加“白”感觉 此效果只在带UV光线下产生日光荧光色

比如，红色、绿色，色彩饱和度比其它物体较高第32页4.3染料发展概况

4.3.1染料发展历史4.3.2我国染料发展概况4.3.3世界染料生产发展新趋势

(1)染料生产规模化

(2)染料生产及污染有向亚洲等欠发达地域转移趋势(3)在染料生产中重视新技术及新产品研究

第33页4.4皮革生产中惯用染料

皮革用染料是以酸性染料、直接染料以及金属络合染料为主。能够预测，能与皮革纤维发生络合金属络合染料及能和革纤维发生共价结合活性染料以及取代禁用染料环境保护染料将在皮革染色上应用前景辽阔。第34页4.4.1酸性染料(1)概述

酸性染料是一类须在酸性介质中进行染色染料，并所以而得名，并非染料本身呈酸性。分子式：D—SO3Na，D代表有色染料母体。电离式：D—SO3NaD—SO3-(有色染料阴离子)+Na+(无色)(2)酸性染料结构和分类结构特点：大多为芳香族化合物磺酸钠盐。这类染料主要由含有磺酸基偶氮染料、蒽醌染料和三芳甲烷染料组成。所以从结构上看多为偶氮型染料，而且以单偶氮和双偶氮为最多。第35页

(3)酸性染料性质及应用性能

相对分子量低，大多数在400~800之间。

多数以磺酸基为水溶性基团。

染浴中加入酸时，可生成色素酸，色素[D—SO3Na+HCL→D—SO3H(色素酸)+Na++CL-]使被染物着色浓厚，有利于染料固定。

染浴中加入中性盐时因同离子效应而使染料离解减缓，降低色素酸生成，缓染、匀染。酸性染料阴离子与重金属阳离子会产生有色沉淀，故染色时不可用金属器皿。对钙、镁离子不敏感，可在硬水中使用。不能与阳离子染料同浴染色，若先用阴离子染料染色，后用阳离子染料固色，则染色效果好。染浴中加入一定量阴离子或非离子表面活性剂可对酸性染料起匀染作用。酸性染料和直接染料搭配用于皮革染色，相溶性好，染色互补性好。酸性染料用于铬鞣革时，常在染色后期加甲酸固色。酸性染料色谱齐全，色泽鲜艳，渗透性好，使用方便，含有一定坚牢度。抗水性较差，不耐水洗，耐碱洗坚牢度差。第36页4.4.2直接染料(1)概述

直接染料是一类无须使用媒染剂就能直接使纤维染色染料，故名直接染料。从化学结构上看，直接染料几乎全是偶氮型，且多数为双偶氮或多偶氮型。相对分子量比酸性染料大，主要为芳香族磺酸盐，易溶于水，能和纤维分子间依靠范德华力和氢键结合。(2)直接染料特点

分子结构有三个特点：直线型、共平面性和较长共轭系统。

直接染料在染色性质上特点：在溶液中易聚集形成半胶体溶液，提升染色温度能够降低染料聚集度，从而提升上染能力；对酸敏感，在染色时不需加酸固色；对水中钙镁离子十分敏感，与之生成沉淀，染色时注意水硬度；染色时渗透性差，遮盖力好，色泽浓厚，是皮革染色时主要表面着色染料之一；在染色时可与酸性染料配合使用，效果互补，不可与阳离子性物质同浴使用。

第37页(3)直接染料在皮革染色中应用

直接染料主要用于铬鞣革染色，染色时常和酸性染料搭配同浴使用。因为直接染料在许多方面相同于芳香族合成鞣剂，因而含有一定鞣性和填充性。普通不用于植鞣革染色。直接染料和酸性染料相互配合进行染黑色革时，普通二者质量比为3:2(直接染料：酸性染料)，这么既能够满足皮革表面着色，又可确保皮革深层着色。

第38页4.4.3碱性染料

(1)概述

碱性染料又名盐基染料，它是有颜色有机碱与酸形成盐，碱性染料水溶液中离解成染料阳离子和酸根阴离子.电离式：Me-NH3ClMe-NH3+(染料阳离子)+Cl碱性染料并非本身含有碱性，也不是要求在碱性介质中溶解或染色，而是指染料在溶液中形成阳离子部分有色，所以碱性染料属于阳离子染料。碱性染料可溶于水中，但溶解性不及酸性染料和直接染料。在溶解时惯用酒精和有机酸助溶。(2)碱性染料特点及在皮革上应用碱性染料色谱齐全，色泽鲜艳，着色里强，但耐晒、耐摩擦坚牢度差，极易褪色。碱性染料渗透性差，表面着色性强。对植鞣革、合成鞣剂鞣革染色时，上染速度快，染色极不均匀，易产生古铜色，染浴中加入少许醋酸可适当减缓这种作用。对阳离子型铬鞣革亲和力小。(3)常见碱性染料

从结构上看普通是三苯甲烷型、二苯甲烷型、偶氮型或氧杂蒽型等含有颜色有机碱与酸形成盐。第39页4.4.4活性染料

(1)概述

分子中含有一个以上活性基团，在一定染色条件下，这些活性基团能与被染纤维起化学反应，并以共价键结合，使染料与被染物形成稳定有机整体，从而显示出很好耐洗涤、耐磨擦坚牢度，又称为反应性染料。至今活性染料在皮革染色中还处于开发阶段，实际用于皮革染色还不多。从活性染料性能及皮革染色要求来看，预见活性染料必将有更大发展，在皮革染色中应用前景辽阔。

第40页(2)活性染料结构及分类

活性染料主要是由母体染料和活性基团及联结基等经过共价键连接而形成一个整体。母体染料主要是偶氮、蒽醌、酞菁等结构染料，其中以偶氮类尤其是单偶氮类为多。活性染料品种很多，普通按活性基来分类，应用最多活性基是卤代均三嗪、卤代嘧啶及乙烯砜类，依据其含活性基及染色情况可将其分为X、K、M、KN、KD等型号，下面将逐一介绍。

第41页X型：染料分子中含有二氯均三嗪活性基，活性较高，染色及固色温度较低(20~40℃)，为普通型或低温型。其特点为匀染性很好，稳定性较差，不耐酸性水解，不宜染深色，固色率约60%。例：ClNNNClClClNNNSONaSONaSONaNHClN=NOH三氯均三嗪(三聚氯氰)活性艳黄

X-R(C.I.Reactiveyellow4(13190))333第42页K型：染料分子含有一氯均三嗪活性基，因为三聚氰氯中两个氯原子为其它基团所取代，活性较X型低，染色固色温度较高(80~100℃)，也称“热固型”染料。和纤维亲和力大，可染深色，固色率约60~90%。ClNHNNNNaOSNHN=NNNCHHOClClSONa活性嫩黄K-5G333第43页M型：染料分子含有一氯均三嗪和β-羟乙基砜硫酸酯双活性基染料，反应活性强，耐酸耐碱稳定性高于K和KN型，固色率高。NHNNNNHClOHN=NSOCHCHOSONaSONaNaOSHOOC活性艳红M-8B332222第44页KN型：染料活性基为乙烯砜基(-SO2CH=CH2)，在染色时由-SO2CH2CH2OSO3Na生成，它反应活性介于X型和K型之间，固色温度约60℃，在溶液中很稳定，不会发生水解。例：活性黑KN-B(C.I.20505)

NHOHN=NSOCHCHOSONaSONaNaOSN=NNaOSOCHOS23332422222第45页KD型：母体为直接染料，活性基为两个一氯均三嗪基，此染料与纤维亲和力大，染色温度在70℃以上，适于染深色。例：活性艳红KD-8B

N=NNHNHOHN=NSONaNaOSNNNClNHClNNNNaOSSONaNHCH=CH3333第46页P型：染料含有膦酸型活性基，由ICI企业70年代开发成功，可在弱酸性(pH6.0)条件下固色，可与分散染料一起使用，没有水解反应，它固色率很高。

N=NNHOOPO(OH)NHSONaNCHCHCONHOPO(OH)HO活性黄P-7GA活性蓝P-BR3223232第47页(3)活性染料应用性能特点活性染料和酸性染料、直接染料一样，都属于阴离子染料；

色泽鲜艳，色谱齐全；

染料与纤维之间化学键稳定性高，在使用过程中不易发生断键褪色，耐日晒、水洗、磨擦坚牢度好，固色率较高，渗透匀染性好，水溶性好，溶解度受盐影响小，在碱浴中稳定性好。活性染料结构中普通含有磺酸基，水溶性很好，对硬水有较高稳定性。在染色应用中，活性染料与纤维作用时产生酸，染色后期须加碱中和，以促进染色反应进行。碱对活性染料有固色作用。

溶于水后染料呈阴离子型，可同阴离子或非离子助剂共用，不可与阳离子物质同浴使用。活性染料可用于铬鞣革染色，为了防止碱对成革造成不良影响，极少后期加碱固色。它不适合于植鞣革染色。第48页(4)在皮革染色中使用活性染料注意事项

在用活性染料染皮革时，要注意两个原因即温度和pH值。对于铬鞣革先要进行醛复鞣，提升耐碱度后可用X型等活性染料染色。对于纯醛鞣革、油鞣革等耐碱坯革，用活性染料染色时在碱性条件下固色。第49页4.4.5金属络合染料

(1)概述

金属络合染料近年来在皮革染色上应用越来越广泛，金属络合皮革染料被称之为皮革专用染料。最早金属络合染料是BASF企业首创以水杨酸为组分铬络合酸性染料，19Ciba企业又研制出了邻、邻-二羟基偶氮染料；19该企业又研制出1:1铬络合酸性染料。金属络合染料色泽饱满、鲜艳，含有良好遮盖力和染色坚牢度，所以应用广泛。在皮革染色中用于喷染和鼓染，在苯胺革涂饰中用较多。第50页(2)金属络合染料结构与组成

由直接、酸性、酸性媒介或活性等染料与金属离子(Cr3+、Co3+、Cu3+、Ni2+等)络合而成，实际上是染料母体作为多啮配位体、金属离子作为中心原子而形成有色金属螯和物。当前金属络合染料已包括到除还原染料和阳离子染料之外整个染料领域，其中偶氮型最多也最主要。普通按照金属离子与母体染料关系将金属络合染料分为1:1和1:2型，下面对这两型染料进行详细介绍。第51页最惯用两型金属络合染料介绍①1:1型金属络合染料凡是由一个金属离子与一个染料分子所形成络合染料称为1:1型金属络合染料。因为这类染料需要在强酸性介质中(pH值小于2.5)进行染色，所以又称为酸性金属络合染料。用于羊毛、丝和毛皮着色，主要用作皮革涂饰中着色材料。②1:2型金属络合染料凡是由一个金属离子与两个染料分子所形成络合染料称为1:2型金属络合染料。因为染色时常在靠近中性介质中进行，习惯称之为中性染料。1:2型染料中，有一部分惯用于皮革涂饰着色染料，特点是着色快速，尤其在表面染色时，遮盖能力强。喷染时可加入少许表面活性剂以助匀染。其耐水、耐汗、耐摩擦、耐光坚牢度均很好。也可用于结合鞣革和植物鞣革染色。商品中1:1型是固体，1:2型是液体。伴随络合物分子量增大其水溶性降低很快。第52页(3)常见金属络合染料举例

1:1型络合染料：

N=NCr+SO-NOOCONHCOCHON=NSOHNH2NHONNOCrCOOH酸性铬黄GRN酸性铬棕TCN332232第53页

1:2型络合染料：

N=NCOCoCN=NSONHCONHCOHNCOSONHC-Na+中性深黄2222第54页4.4.6其它染料

在皮革染色中用最多是酸性染料和直接染料，其次为碱性染料、活性染料及金属络合染料。其它染料如硫化染料、醇溶性染料、还原染料、分散染料在皮革生产中应用极少，在这里不一一介绍。第55页4.5皮革禁用染料与环境保护染料

4.5.1概述

德国政府率先于1994年、1995年先后明令禁止在食品及日用消费品中使用有致癌作用22种芳香胺及包括到118种偶氮染料。继德国之后，欧盟及欧洲许多其它国家也于19