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有机染料与颜料的分类与应用

发布时间:2018-01-13 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1196

有机染料和颜料一般都是自身有色而且能使其他物质获得鲜明和坚牢色泽的有机化合物。多数有机染料能以某种方式溶解在水中,染色过程是在染料的溶液中进行的,而有机颜料则不能溶解在水中,并且也不溶于使用它们的各种底物(被染物)中,它通常以高度分散的状态加入到底物中而使底物着色。

染料的应用主要有染色、着色和涂色三个途径。染料目前的主要应用领域是各种纤维的着色,同时也广泛地应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸、光学和电学等工业,近年来其应用正在逐步向信息技术、生物技术、医疗技术等现代高科技领域中渗透。

颜料的应用途径主要是着色,它的主要应用领域是油墨,约占颜料产量的1/3,其次为涂料、塑料、橡胶等工业。同时,在合成纤维的原浆着色、织物的涂料印花及皮革着色中也有比较广泛的应用。

1.有机染料的分类与应用

染料按其结构和应用性能有两种分类方法。根据染料的应用性能、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。同一种结构类型的染料,某些结构的改变可以产生不同的染色性质,而成为不同应用类型的染料;同样,同一应用类型的染料,可以有不同的共扼体系(如偶氮、蒽醌等)结构特征,因此,应用分类和结构分类常结合使用。为了方便染料的使用,一般商品染料的名称大都采用应用分类,而为了研究讨论方便,则常采用结构分类。

1.1按化学结构分类

在染料的分子结构中都具有共轭体系。按照这种共轭体系结构的特点,染料的主要类别如下。

(1)偶氮染料偶氮染料为含有偶氮基(-N=N-)的染料。

(2)蒽醌染料蒽醌染料包括蒽醌和具有稠芳环的醌类染料。

(3)芳甲烷染料根据一个碳原子上连接的芳环数的不同,芳甲烷染料可分为二芳甲烷和三芳甲烷两种类型。

(4)靛族染料靛族染料为含有靛蓝和硫靛结构的染料。

(5)硫化染料硫化染料为由某些芳胺、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。

(6)酞菁染料酞菁染料为含有酞菁金属络合结构的染料。

(7)硝基和亚硝墓染料含有硝基(- 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。

此外还有其他结构类型的染料,如次甲基和多次甲基类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环染料等。

1.2按应用性能分类

用于纺织品染色的染料按应用性能大致可分为以下几类。

(1)直接染料(direct dyes)直接染料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和氢键相结合。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。

(2)酸性染料(acid dyes)酸性染料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(锦纶)以及皮革染色。也有一些染料,其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。还有一些酸性染料的分子中有螯合金属离子,含有这种螯合结构的酸性染料叫作酸性含媒染料。适宜在中性或弱酸性染浴中染色的酸性含媒染料往往称为中性染料,它们也可用于聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶)的染色。

(3)阳离子染料(cationic dyes)染料分子可溶于水,呈阳离子状态,故称阳离子染料,主要用于聚丙烯腈纤维(腈纶)的染色。因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。

(4)活性染料(reactive dyes)活性染料又称为反应性染料。在这类染料分子结构中带有活性基团,染色时能够与纤维分子中的羟基、氨基发生共价结合而牢固地染着在纤维上。主要用于纤维素纤维纺织品的染色和印花,也能用于羊毛和锦纶的染色。

(5)不溶性偶氮染料(azoic dyes)在染色过程中,由重氮组分(色基)和偶合组分(色酚)直接在纤维上反应,生成不溶性色淀而染着、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(0~5℃)进行,故又称为冰染染料。

(6)分散染料(disperse dyes)分散染料分子中不含水溶性基团,染色时染料以微小颗粒的稳定分散体对纤维进行染色,故称为分散染料。主要用于各种合成纤维,如涤纶、锦纶等的染色。

(7)还原染料((vat dyes)还原染料不溶于水。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钠盐后上染纤维,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。

(8)硫化染料(sulphur dyes)硫化染料和还原染料相似,也是不溶于水的染料。染色时,它们在硫化碱溶液中被还原为可溶状态,上染纤维后,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。

(9)缩聚染料(polycondensation dyes)缩聚染料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,成为相对分子质量(分子量)较大的不溶性染料而固着在纤维上。目前,此类染料主要用于纤维素纤维的染色和印花,也可用于维纶的染色。

(10)荧光增白剂(fluorescent whitening agents)荧光增白剂上染到纤维、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。

此外,还有用于纺织品的氧化染料(如苯胺黑)、溶剂染料、丙纶染料以及用于食品的食品染料和用于油漆等其他工业的有机颜料等。

2.颜料的分类与应用

颜料是一种有装饰和保护作用的有色物质,它不溶于水、油、树脂等介质中,通常是以分散状态应用在涂料、油墨、塑料、橡胶、纺织、造纸、搪瓷和建筑材料等制品中,使这些制品呈现出颜色。

颜料至今还没有统一的分类方法,通常是按照生产方法、组成、功能、结构和颜色等进行分类的。

颜料按其生产方法可以分为天然颜料和合成颜料。天然颜料如:朱砂、红土、雄黄、铜绿、藤黄、靛青等;合成颜料如:钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝、铁红、红丹、大红粉、酞菁蓝、喹吖啶酮红等。

颜料按其组成可以分为无机颜料和有机颜料。上述的钛白、锌钡白、铅铬黄、铁蓝、铁红、红丹等为无机颜料;大红粉、酞菁蓝、喹吖啶酮等为有机颜料。

颜料按其功能可以分为着色颜料、防锈颜料、体质颜料和特种颜料。着色颜料的功能主要是赋予制品所要求的颜色和遮盖力;防锈颜料是防止金属锈蚀,起到保护作用;体质颜料具有较低的遮盖力和着色力,一方面由于其价格较低,它的加入可以降低制品的成本,更重要的是可以增加制品机械强度、耐久性、耐磨性、耐水性和稳定性等;特种颜料包括示温颜料、发光(夜光)颜料和荧光颜料等,它主要用于标志、温度变化的显示等特殊用途。

颜料按其化学结构进行分类,如有机颜料可以分为偶氮颜料、酞菁颜料、多环颜料、芳甲烷系颜料等;无机颜料可以分为铁系颜料、铬系颜料、铅系颜料、锌系颜料、金属颜料、磷酸盐系颜料、钼酸盐系颜料、硼酸盐系颜料等。

颜料按其颜色进行分类,主要有白色颜料、黑色颜料、黄色颜料、红色颜料、绿色颜料、蓝色颜料等。颜料的应用性能与化学结构有密切的关系,如增加分子量、引入极性基团或提高分子的稠合程度,可以改善耐热、耐气候、耐溶剂和耐迁移等性质。

颜料的应用主要包括涂料、油墨、塑料、橡胶、皮革涂饰、造纸、陶瓷、纺织、建筑、工艺美术、医疗及化妆品等。不同的应用领域对颜料性能有不同的要求,因此应选择不同类型和结构的颜料来满足使用需要。

从上述主要用途可以看出,颜料在应用过程中以固体颗粒状态分散于使用介质中,因此颜料粒子的物理性能对应用性能的影响也是不容忽视的,例如着色强度、遮盖力、透明度和色光等在很大程度上依赖于粒子的物理状态。

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