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这是一个关于精细化工染料论文PPT，包括了概述，光和色，染料的发色，有机染料和颜料都应该满足如下要求，染料的分类和命名，重氮化与偶合反应，常用染料的合成及应用，分散染料结构与性能的关系，几种功能染料介绍等内容，第4章 染料与颜料 4.1概述 4.1.1染料的概念和基本要求染料是一类能够溶解在溶剂中使物质获得鲜明而坚牢的颜色的有机化合物.其化学结构特点是:分子中都含有π键的不饱和基团,称之为 “生色团”或 “发色团”如 染料是一种有色物质,总是配成溶液或悬浮体应用的。染料和颜料都是显色物质,但它们是两种不同的物质.染料可溶于溶剂(介质,如水,油和醇等),从而使被染物牢固地着上各种颜色;而颜料是不溶性的有色物质的小颗粒,即不溶于溶剂(介质),不象染料那样被基质所吸附,常常是靠涂覆在物体的表面或分散悬浮于具有粘合能力的高分子材料中,这种有色混合物就能被基质所吸附,使物质着色. 4.1.2染料的作用 (1)染色 染料由外部进入到被染物的内部．而使被染物获得颜色，如各种纤维、织物、皮革等的染色，欢迎点击下载精细化工染料论文PPT。
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第4章 染料与颜料 4.1概述 4.1.1染料的概念和基本要求染料是一类能够溶解在溶剂中使物质获得鲜明而坚牢的颜色的有机化合物.其化学结构特点是:分子中都含有π键的不饱和基团，称之为 “生色团”或 “发色团”如 染料是一种有色物质，总是配成溶液或悬浮体应用的。染料和颜料都是显色物质，但它们是两种不同的物质.染料可溶于溶剂(介质，如水，油和醇等)，从而使被染物牢固地着上各种颜色;而颜料是不溶性的有色物质的小颗粒，即不溶于溶剂(介质)，不象染料那样被基质所吸附，常常是靠涂覆在物体的表面或分散悬浮于具有粘合能力的高分子材料中，这种有色混合物就能被基质所吸附，使物质着色. 4.1.2染料的作用 (1)染色 染料由外部进入到被染物的内部．而使被染物获得颜色，如各种纤维、织物、皮革等的染色； (2)着色 在物体形 成最后固体 形 态之前，将染料分散于组成物之中．成型后即得有颜色的物体，如塑料、橡胶及合成纤维的原浆着色； (3)涂色 借助于涂料的作用，使染料附着于物体的表面．从而使物体表面着色．如涂料、印花油漆等。 染料主要应用于各种纤维的染色．同时也广泛应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸、感光材料等方面。 7.1.3 染料的分类和命名 7.1.3.1 染料的分类 染料的分类方法有两种：其一是按照染料的应用方法; 二是根据染料的化学结构。 1)按染料的应用分类根据染料应用对象、应用方法及应用性能可将染料分为 (1)酸性染料、酸性媒介染料及酸性络合染料 在酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及皮革等。 (2)中性染料 在中性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。 (3)活性染料 染料分子含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团．在染色时和纤维形成共价键结合。能染棉及羊毛。 (4)分散染料 分子中不合有离子化基团用分散剂使共成为低水溶性的胶体分散液而进行染色．以适合于憎水性纤维、如涤纶、锦纶、醋酸纤维等。 (5)阳离子染料 聚丙烯脂纤维的专用染料。 (6)直接染料 染料分子对纤维素纤维具有较强的亲祁力能使棉纤维直接染色. (7)冰染染料 在棉纤维上发生化学反应生成不活性的偶氟染料而染色，由于染色时在冷却条件下进行，所以称冰染染料。 (8)还原染料 在碱液中将染料用保险粉(Na2S2O4)还原后使棉纤维上染料后再氧化显色。 (9)硫化染料 在硫碱液中染棉及维纶用染料。 2)按染料的化学结构分类偶氮染料、羧基染料、硝基及亚硝基染料染料、酮亚胺染料、酞氰染料、硫化染料等。 4·1·3．2 染料的命名 染料是分子结构比较复杂的有机化台物，有些染料至今其结构尚未完全确定．因此—一般的化学命名法不适用于染料.而有专用命名法。我国染料名称由三部分组成。 (1)冠称 采用染料应用分类法，为了使染料名称能细致地反映出染料在应用方面的持征，将冠称分为3l类。即酸性、弱酸性、酸性络合、中性、酸性媒介、直接、直接耐晒、直接铜盐、直接重氮、阳离子、还原、可溶性还原、硫化、可溶性硫化、氧化、毛皮、油溶、醇溶、食用、分散、活性、混纺、酞箐素、色酚、色基、色盐、快色素、颜料、色淀、耐晒色淀、涂料色浆。 (2)色称 表示染料在纤维上染色后所呈现的色泽。我国染料商品采用30个色称，色泽的形容词采用‘嫩”、“艳”、“深”三字。例如嫩黄、黄、深黄、金黄、橙、大红、红、桃红、玫瑰、品红、红紫、枣红、紫、翠监、湖蓝、艳蓝、蓝、深双、艳绿、绿、深绿、黄棕、红棕、棕、深棕、橄榄、橄榄绿、草绿、灰、黑。 (3)字尾 补充说明染料的性能或色光和用途。字尾通常用字母表示。常用字母有：B代表蓝光；c代表耐氯、棉用，D代表稍暗、印花用；E代表匀染性好；F代表亮、坚牢度高，G代表黄光或绿光；J代表荧光；L代表耐光牢度较好；P代表适用印花；s代表升华牢度好，R代表红光……，有时还用字母代表染料的类型，它造于字尾的前部．与其他字尾间加破折号。如活性艳蓝KN—R，其中KN代表活性染料类别，R代表染料色光。 4.2光和色染料的颜色和染料分子本身结构有关，也和照射在染料上的光线性质省关，因此要正确了解颜色与染料结构之间的关系，首先要了解光的物理性质。 4.2.1光的性质 可见光、γ线、紫外线、红外线、x线等都是波长不同的电磁被。在整个电磁辐射波谱中只有很窄的一部分射线照射到眼睛中才能引起视觉。可见光范围的界限大约为400一760纳米在波动理论中，光的特性可用波长λ和频率ν表示，两者关系为：c= λ· ν c(光速)＝3×106厘米／秒 不同波长的可见光作用于人眼的视网膜后，视觉反映的颜色感觉也不同。可见光中各种不同波长的光线反映的颜色称为光谱色 微粒理论中．单色光以每个光子能量来表示其特性。光子能量(E)和频率的关系； E=h·v h是P1anck常数，等于6．625×10-34?焦·秒。 从上式可计算出各种不同的频率光波的能量。光于的能量和波长成反比，所以紫外线的能量较可见光的能量高．红外线的能量较可见光的能量低。同理，在可见光中。波长不同的光线能量也不同．波长短的光线能量高，波长长的光线能量低。 4·2·2光和色的关系 可见光全部通过透明的物体．则该物体是无色；若全都被反射．则物体呈白色；若全部被吸收，则物体呈黑色；只有当物体选择吸收可见光中某一波段的光线．反射其余各波段的光线．物体才是有色的.因此所谓物体的颜色就是对可见光选挥吸收的结果。不过我们感觉到的颜色，不足吸收光波长的光谱色。是反射光的颜色，是反射光作用于人眼视觉而造成的。也就是被吸收光的补色。 例如若某一物体吸收波长为500~550纳米的光线(光谱色为绿)，我们肉眼感觉到的颜色为紫红，紫红色是光谱色为绿色的补色。光谱色与补色之间关系可用颜色环的形式来描述．如图2—1所示。 图中颜色环周围所注的波长标度并无物理意义，但从图中可看出沿着直径方向，每块扇形的对顶处，都有另一块扇形，它们互为补色。例如蓝色(435—480纳米的扇形)的补色是黄色(580一595纳米)，即蓝光和黄光混合得到的是白光。若某一物质的吸收波长小于400纳米或大于760纳米，则该物质在紫外光及红外光部分有吸收，物体呈无色。 最大吸收波长λmax 的增长或减短，染料的色调就改变。一般黄、橙、红称浅色；绿、青、蓝色称深色，所以染料最大吸收波长增大，色调就加深；反之染料最大吸收被长减短，色调就变浅。 颜色的纯度和染料吸收可见光的范围有关。光吸收接近于一种波长、颜色纯度较高。染料吸收可见光后．没有被吸收而被反射出来的反射光量表现为染料亮度。反射光越多，亮度越大。 4·3 染料的发色 4·3.1经典发色理论 4.3.I.l 发色团与助色团学说 witt(1876年)提出，有机化合物至少需要有某些不饱和基团存在时才能发色，他把这些基闭称为发色团．如乙烯基 发色体的颜色．并不一定很深，对各种纤维也不一定具有亲和力。但当引入某些基团后，颜色会得到加深．并对纤维具有亲和力，这些基团称为助色团。它们是一NH2，，一NHR、-OH、一OR等。此外像磺酸基、羧基等则为特殊助色团．它们对发色并无显著影响．但可使染料具有水溶性和对对某些纤维具有亲和力。发色团、助色团理论。在历史上曾对染料化学的发展起过重要作用。 2·3.2近代发色理论 从而物质呈现出吸收光谱色的补色。总之，物质的颜色，主要是由于物质分子中的电子在可见光作用下，发生了π→ π*或 n→n* 跃迁的结果。有机染料和颜料都应该满足如下要求： （1） 发色团学说 德国人维特（O.N.Witt）的发色团和助色团学说认为：有机化合物的颜色是双键引起的，这些双键基团称作发色团，含发色团的分子称发色体。发色团如： 、 、 、 、 和 等。增加共轭双键则颜色加深，羰基增加颜色也加深；当引入另外一些基团时，也使发色体颜色加深，这些基团称为助色团，如氨基、羟基和它们的取代基、卤代基等。例如： 发色团学说对于许多染料如：偶氮、蒽醌、硝基和亚硝基染料的发色性质、结构和颜色的关系都能较好的加以解释，至今仍被沿用着。 （2） 醌构理论 醌构理论是英国人阿姆斯特朗（Armstrong）于1888年提出的，认为分子中由于醌构的存在而产生颜色。如对苯醌是有色的，在解释芳甲烷染料和醌亚胺染料的颜色时，得到应用。 (3) 发色理论的量子化概念 根据量子力学，可以准确计算出物质分子中电子云分布情况，定量地研究分子结构与发色的关系，认为染料分子的颜色是基于染料分子吸收光能后，分子内能发生变化而引起价电子跃迁的结果。1927年提出了染料发色的价键理论和分子轨道理论。 从原子结构理论可知，原子中的电子在一定的电子轨道上运动，具有一定的运动状态，这些运动状态各有其相应的能量，包括电子能量(Ｅe)、振动能量(Ｅv)和转动能量(Ｅr)。它们的变化都是量子化的、阶梯式的、不连续的。这种能量的高低叫能级。通常分子总处在最低能量状态，这种能量状态叫基态。分子吸收一定波长的光后，激发至较高的能态，叫激发态。激发态与基态的能级差为ΔE，与吸收光的波长之间的关系为： 价键理论认为有机共轭分子的结构，可以看作π电子成对方式不同，能量基本相同的共轭结构，其基态和激发态是不同电子结构共振体的杂化体，共振体愈多，其杂化后的基态和激发态能级差愈小，吸收光的波长愈长。所以在染料分子中，往往增加双键、芳环来增加共轭结构，使染料的颜色蓝移（深色效应）。 分子轨道理论认为，染料分子的m个原子轨道线性组合，得到m个分子轨道，其中有成键、非键和反键轨道。价电子按鲍利原理和能量最低原理在分子轨道上由低向高排列，价电子已占有的能量最高成键轨道称为HOMO轨道，价电子未占有的最低能量空轨道称为LUMO轨道。染料吸收光量子后，电子由HOMO跃迁到LUMO上，由于选择吸收不同波长的光，而呈现不同的颜色。在共轭双键体系中，随着共轭双键数目的增加，使HOMO和LUMO间的能级差减小，ΔE减小，则λ红移，产生深色效应。 2、 结构和颜色的关系 （1）共轭双键长度与颜色的关系共轭双键的数目越多，π→π*跃迁所需的能量越低，选择吸收光的波长移向长波方向，产生不同程度的深色效应。分子结构中萘环代替苯环或偶氮基个数增加，颜色加深。共轭双键系统愈长颜色愈深。芳环越多，共轭系统也越长；电子叠合轨道越多，越易激发；激化能降低，颜色加深。在偶氮染料中，单偶氮染料大都为黄色、红色，少数为紫色、蓝色，而双偶氮染料大多数由红色至蓝色，多偶氮染料的色泽可以加深到绿色和黑色。（2）取代基对颜色的影响 共轭系统中引入－NH2、－NR2、－OH、－OR等给电子基团时，基团的孤对电子与共轭系统中的π电子相互作用，降低了分子激化能，使颜色加深。吸电子基团如硝基、羰基、氰基等，对共轭体系的诱导效应，可使染料分子的极性增加，从而使激发态分子变得稳定，也可降低激化能而发生颜色蓝移。在染料分子两端同时存在给电子和吸电子取代基时，颜色作用更明显。（3）分子的平面结构与颜色的关系 当分子内共轭双键的全部组成原子在同一平面时，π电子的叠合程度最大，平面结构受到破坏，π电子的叠合程度就降低，激化能增高，产生浅色效应，同时吸收系数也降低。（4）金属络合物对颜色的影响 当将金属离子引入染料分子时，金属离子一方面以共价键与染料分子结合，又与具有未共用电子对的原子形成配位键，从而影响共轭体系电子云的分布，改变了激发态和基态的能量，通常使颜色加深变暗。作为染料内络合用的金属离子通常有Fe、Al、Cr、Cu、Co等。不同的金属离子由于对共轭系统π电子云的影响不同，所以同一染料与不同金属离子生成的络合物具有不同的颜色，如： 近年来，以分子轨道理论为基础，计算分子基态和激发态的能级高度以及分子的电荷分布，成为分子设计的理论基础。把色的理论从实践经验逐步从宏观表象向微观本质深化，使创造新型染料、掌握染料分子结构与颜色关系进入新阶段。 第二节 染料的分类和命名 一、 染料的分类 染料的分类有两种方法： 一是按照染料的应用性质分类；二是根据染料的化学结构分类。 （1）按照染料的应用性质分类 1. 酸性染料、酸性媒介染料和酸性络合染料 是一类结构上带有酸性基团（绝大多数为磺酸钠盐，少数为羧酸钠盐）的水溶性染料。在酸性介质中染羊毛、真丝等蛋白质纤维和聚酰胺纤维、皮革的染色。 2. 中性染料 结构上属于金属络合染料，但不同于酸性金属络合染料，它是由两个染料分子与一个金属原子络合的，称1:2金属络合染料。在中性或弱酸性介质中染羊毛、聚酰胺纤维及维纶等。 3. 阳离子染料 分子结构中具有季铵盐阳离子基团，是聚丙烯腈纤维的专用染料 4. 活性染料 染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合，用于棉、麻、毛等纤维素纤维的染色和印花。 5. 直接染料 是一类可溶于水的阴离子染料。染料分子对纤维素纤维具有较强的亲和力，它们不必通过其它媒介物质（媒染剂）而直接对纤维素纤维（棉、麻、粘胶纤维等）染色，它们也用于蚕丝、羊毛、纸张和皮革的染色。（1）按照染料的应用性质分类 6. 分散染料 是一类水溶性很小的非离子型染料。染色时，在染浴中用分散剂使染料成为小颗粒的分散状态对纤维进行染色，用于憎水性纤维如醋酸纤维、涤纶、锦纶等的染色和印花。 7. 还原染料 在碱液中将染料用保险粉（Na2S2O4）还原成所谓隐色体后溶解而染入纤维，然后经过氧化在纤维上重新成为原来的不溶性染料而固着在纤维上。它们主要用于纤维素纤维的染色和印花，有时也用于维纶的染色。 8. 冰染染料 在棉纤维上由偶合组分（色酚）和重氮组分（色基）发生化学反应而生成水不溶性的偶氮染料。由于染色时在冷却条件下进行，故称为冰染染料。主要用于棉织物的染色和印花。 9. 硫化染料 在硫化碱液中染棉、维纶用染料。 (2) 根据染料的化学结构分类 按照染料分子结构中共轭体系结构的特点，主要类别有： 1. 偶氮染料 含有偶氮基（－Ｎ＝Ｎ－），偶氮基与芳环联接成为一个共轭体系。 2. 蒽醌染料 包括蒽醌和具有稠芳环结构的醌类染料。 3. 醌亚胺染料 醌亚胺是指苯醌的一个或两个氧换成亚胺基的结构。 4. 稠环酮类染料 含有稠环酮类结构或其衍生物的染料。 5. 靛族染料 分子结构中含有结构，两端连接不饱和芳香环状有机化合物，它们包括靛蓝和硫靛两种类型的染料。 6. 酞菁染料 含有酞菁金属络合结构的染料。 7. 芳甲烷染料 包括二芳甲烷和三芳甲烷染料，它们的结构特点是具有一个由一个碳原子联接二个、三个芳环形成共轭体系的骨干。 (2) 根据染料的化学结构分类 8. 硝基和亚硝基染料 在硝基染料的结构中，硝基（－NO2）为共轭体系的关键组成部分；含有亚硝基（－NO）的为亚硝基染料。 9. 硫化染料 这是一类由某些芳胺、酚等有机化合物和硫、硫化钠加热制得，而在硫化钠溶液中染色的染料，它们有比较复杂的含硫结构。 10. 芪（1，2-二苯乙烯）染料 这类染料具有芪（1，2-二苯乙烯）结构，它和偶氮或氧化偶氮结构联接在一起构成一个共轭体系。 11. 活性染料 染料分子中含有能与纤维分子中羟基、氨基等发生反应的基团，在染色时和纤维形成共价键结合的染料。 12. (多)甲川和氮杂甲川染料 含有一个或多个甲川基（－CH＝）的染料为(多)甲川染料。在(多)甲川染料中有一个或几个甲川为－Ｎ＝所取代的染料为氮杂甲川染料。 此外，还有氮蒽、氧氮蒽、硫氮蒽、噻唑、喹啉等结构的染料。 二、 染料的命名 染料的命名采用三段命名法。即染料的名称由三段组成：第一段为冠称，表示染料根据应用方法或性质而分类的名称；第二段为色称，表示染料色泽的名称；第三段为词尾，以拉丁字母表示染料的色光、形态及特殊性能和用途等。 根据染料产品的应用和性质的分类，作为冠称即酸性、中性、直接、分散、还原、活性、硫化等。色称采用30个色泽名称：金黄、嫩黄、深黄、橙、大红、红、桃红、玫瑰、品红、红紫、枣红、紫、翠蓝、湖蓝、艳蓝、蓝、深蓝、艳绿、绿、深绿、黄棕、红棕、棕、深棕、橄榄、橄榄绿、草绿、灰、黑等。色泽的形容词采用“嫩”、“艳”、“深”三个字。词尾采用Ｂ、Ｇ、Ｒ三个字母标志色泽。Ｂ为蓝，Ｇ为黄，Ｒ为红。词尾中表示色光及性能的字母如下：Ｂ－蓝色，Ｃ－耐氯，Ｄ－稍暗，Ｆ－亮，Ｇ－黄光或绿光，Ｉ－还原染料坚牢度，Ｋ－冷染，Ｌ－耐光牢度较好，Ｍ－混，Ｎ－新型，Ｐ－适用于印花，Ｒ－红光，Ｔ－深，Ｘ－高浓度。还原蓝BC，“还原”为冠称，表示染料应用类别；“蓝”为色称；“BC”为词尾，B表示蓝色，表示色光，C表示耐氯漂，表示性能。中性艳黄3GL，“中性”为冠称，表示染料应用类别；“艳黄”为色称，其中“艳”为色泽形容词；Ｇ表示黄光，3G表示黄光程度，Ｌ表示耐光牢度较好。直接耐晒蓝B2RL，“直接”为冠称，表示染料应用类别；“蓝”为色称；B表示蓝色，2R表示红光程度，Ｌ表示耐光牢度较好。活性艳蓝KN－R，KN代表新的高温型，即N表示新型。第三节 重氮化与偶合反应 偶氮染料是品种、数量最多，用途最广泛的一类染料，占合成染料品种的50%以上。在偶氮染料的生产中，重氮化与偶合反应是两个基本反应和主要工序。一、 重氮化反应 芳香族伯胺与亚硝酸作用生成重氮盐的反应称为重氮化反应。可用下式表示： 1、重氮化反应机理 游离芳胺首先发生氮原子上亚硝化反应，然后在酸液中迅速转化为重氮盐。 2、重氮化合物的性质 重氮盐的结构可用下面共振式表示： 大多数重氮盐可溶于水，并在水溶液中能电离。受光和热会分解，干燥时受热或震动剧烈分解导致爆炸。但在酸性水溶液中较稳定。重氮盐在碱性溶液中，会变成无偶合能力的反式重氮酸盐。 由于，所以中间产物重氮酸可认为几乎不存在，而转变为重氮酸盐。 3、影响重氮化反应的因素 (1) 无机酸用量：由上式可知，1mol芳伯胺重氮化时无机酸的理论用量为2mol，但实际使用时大大过量，一般高达3~4mol（有时甚至6mol）。若酸量不足，生成的重氮盐和未反应的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物，称为自偶合反应： (2) 亚硝酸用量：反应过程中要始终保持亚硝酸过量，否则会引起自偶合反应。反应完毕后，过剩的亚硝酸可采用加入尿素或氨基磺酸消除，反应式为： (3) 反应温度：反应温度对重氮化产率影响较大。一般在低温0~5℃下进行，因为重氮盐在低温下较稳定。但对某些较稳定的重氮盐，可适当提高温度，加快反应速度，如对氨基苯磺酸，可在10~15℃下进行。 (4) 芳胺的碱性：碱性较强的一元胺与二元胺(环上有供电子基团)如苯胺、甲苯胺、二甲苯胺、甲氧基苯胺、甲萘胺等，与无机酸生成的铵盐较难水解，重氮化时用酸量不宜过多，否则游离胺浓度减小而影响反应。重氮化时一般用稀酸，然后在冷却下加入亚硝酸钠溶液（称为顺加法，顺重氮化法）。碱性较弱的芳胺(环上有吸电子基团)如硝基苯胺、多氯苯胺，生成的铵盐极易水解成游离芳胺，重氮化比碱性强的芳胺快。必须用较浓的酸，而且采用强重氮化试剂才能进行重氮化。具体方法是，首先将干的亚硝酸钠溶于浓硫酸中使生成亚硝酰硫酸，然后分批加入硝基苯胺反应。 二、 偶合反应 重氮盐和酚类、芳胺作用生成偶氮化合物的反应称为偶合反应。而酚类、芳胺化合物称为偶合组分。 1. 偶合反应机理 偶合反应是亲电取代反应。重氮盐正离子向偶合组分上电子云密度较高的碳原子进攻，形成中间产物，然后迅速失去氢质子，生成偶氮化合物。以苯酚和苯胺为例，反应为：萘酚或1-萘胺上若有磺酸基在3位、4位或5位，偶氮基进入邻位。如：可以预见，偶氮基进入酚类或芳胺类苯环上羟基或氨基的邻、对位。一般情况是先进入对位，当对位已有取代基时进入邻位。如： 2、影响偶合反应的因素 (1) 重氮与偶合组分的性质：重氮组分上吸电子基团的存在，加强了重氮盐的亲电性；偶合组分芳环上给电子基团的存在，增强了芳核的电子密度，均对反应有利。反之，重氮组分有给电子基团，或偶合组分芳环上有吸电子基团，均对反应不利。 (2) 介质的pH值：酚类的偶合一般在弱碱性介质中进行。因为最初随介质碱性增大，有利于偶合组分的活泼形式酚负离子的生成。pH值为9左右时，偶合速度达最大值。但pH值再增大，由于重氮盐在碱性介质中转变为不活泼的反式重氮酸盐而失去偶合能力，从而使反应速度变慢。 (3) 反应温度：偶合反应应在较低的温度下进行，因为反应温度高则易使重氮盐分解。 第四节 常用染料的合成及应用 一、直接染料 直接染料用于棉、麻等纤维素的直接染色。在染纤维素纤维时，不需媒染剂的帮助即能上染，故称为直接染料。直接染料的色谱齐全，生产方法简单，使用方便，价格低廉，但耐晒及耐晒牢度较差。凡是耐晒牢度在5级以上的直接染料，称为直接耐晒染料。 自从1884年保蒂格（Bottiger）用合成的方法获得第一个直接染料－刚果红（Congored）)以来，化学合成直接染料的方法及其染色理论不断发展。早期的直接染料在化学结构上多为联苯胺类偶氮染料，尤以双偶氮类的结构为主，如刚果红即为对称联苯胺双偶氮染料，其结构式为： 这一时期主要是通过改变不同种类的偶合组分（各种氨基萘酚磺酸）来得到不同颜色品种的直接染料。现在摆脱了联苯胺这一单一形式，出现了酰替苯胺、二苯乙烯、二芳基脲、三聚氰胺这些新的重氮组分的偶氮类直接染料以及二噁嗪和酞菁系的非偶氮类结构的杂环类直接染料。到上世纪60~70年代，医学界发现联苯胺对人体有严重的致癌作用，各国相继禁止联苯胺的生产。为了提高纺织品的染色牢度，发展新型直接染料，主要有两大类： ① 在染料分子中引入金属原子，形成螯合结构，提高分子抗弯能力，含有相当活泼的氢原子的亲核基团。如瑞士山德士（Sandoz）公司研究并生产了一套新型直接染料Indosol SF 型染料，中文名称是直接坚牢素染料，含有铜（Cu）络合结构及一些特殊的配位基团与多官能团螯合结构阳离子型固色剂组成一个染色体系。我国现生产国产同类品种，即直接交链染料。 ② 在染料分子中引入具有强氢键形成能力的隔离基－三聚氰酰基。日本的化药公司推出了Kayacelon C型的新型直接染料。我国开发并生产了一套称为D型直接混纺染料。 直接染料的结构具有线性、共平面性、较长共轭系统的特点。在直接染料分子结构中，经常都有磺酸基；分子结构排列呈线状平面；分子都比较大；共轭双键系统比较长；含有能和纤维生成氢键的基团如氨基、羟基等。大部分都是双偶氮或三偶氮染料。 几种直接染料的合成： (1) 二芳基脲型直接染料这类染料色谱多为黄、橙、红等浅色；最深是紫色。生产方法有两种：一种是中间体光气化，制成染料；一种是制成染料后光气化。光气化反应都是在碱性溶液中进行的。 中间体光气化中，很重要的一个品种是把J-酸光气化制成猩红酸。用猩红酸作偶合组分，可与同一重氮化合物偶合得到对称的染料。如直接橙S（C.I.Direct Orange 26）按如下方式合成： (2) 双偶氮和多偶氮型直接染料 这是一类多偶氮结构的直接耐晒染料，也是取代禁用染料的优良品种。多为紫、棕、蓝、黑等色。二次双偶氮、二次多偶氮型染料的最后一个偶合组分是J-酸、γ-酸或其衍生物时，对纤维素纤维都有良好的直接性。 在德国政府和欧共体公布的禁用染料中，直接染料占65％左右，其中受影响最大的是联苯胺、3，3′-二甲基联苯胺和3，3′-二甲氧基联苯胺，它们都是二氨基化合物。因此，国内外开发绿色直接染料的一个重点，就是如何用新型二氨基化合物生产直接染料。目前，用于生产的二氨基化合物有4，4′-二氨基苯甲酰苯胺、4，4′-二氨基-N-苯磺酰苯胺、4，4′-二氨基二苯胺、二氨基二苯乙烯二磺酸以及4，4′-二氨基二苯脲等。如以4，4′-二氨基苯甲酰苯胺为二氨基化合物开发成功的环保型直接染料直接墨绿N-B，直接枣红N-GB，它们的结构如下： (3) 二苯乙烯型直接染料 这类染料的分子结构中具有 结构，分子呈线性，与偶氮基形成一个大的共轭体系。如用4，4′-二氨基二苯乙烯-2，2′-二磺酸（简称DSD酸）制得环保型染料直接亮黄，反应过程为： (4) 三聚氰酰型直接染料 这种结构的环保型直接耐晒染料是通过三聚氯氰把两只单偶氮或多偶氮染料连接起来，然后将三嗪环上的第三个氯原子用芳胺或脂肪胺进行取代。它们不仅染色性能优良、光牢度好，而且提高了耐热性能，是一种很有前途的环保型染料。如直接耐晒绿BLL ，直接混纺黄D-RL： (5) 杂环类直接染料 分子结构中含有苯并噻唑、二噁嗪等杂环。如直接耐晒黄RS（C.I.Direct Yellow 28）： 直接耐晒艳蓝（C.I.Direct B lue 106）： (6) 金属络合物型直接染料 这类染料的结构特征是在偶氮基两侧的邻位有配位基，与金属离子形成络合物。直接染料染色后，以1%~2%的CuSO4及0.3%~1%乙酸在80℃处理30min，发生铜络合反应，提高了耐洗性和耐晒牢度。例如直接铜蓝IR(C.I. 直接蓝 8 24140)： 二、 冰染染料 冰染染料是由重氮组分的重氮盐和偶合组分在纤维上形成的不溶性偶氮染料（Azoic dyes）。偶合组分称为色酚（Naphthol）；重氮组分称为色基（Color base）。染色时，一般先使纤维吸收偶合组分（色酚），此过程称为打底；然后与重氮组分（色基）偶合，在纤维上形成染料，此过程称为显色。由于色基的重氮化及显色过程均需加冰冷却，所以称为类染料为冰染染料（Ice Colors）。 这类染料第一个实用性商品是1912年德国Criesheim-Elekfron公司的纳夫妥As（Naphthol As）。到目前为止，不同结构的色酚和色基的商品品种已各有50多种。我国冰染染料的产量目前几乎占世界总产量的1/3，为产量最大国。这类染料主要用于棉织物的染色和印花，可以得到浓艳的黄、橙、红、蓝、紫、酱红、棕、黑等色泽，其中以大红、紫酱、蓝色等的浓色见长。 （1）色酚 色酚分子结构中不含磺酸基或羧基等水溶性基团，但可溶于碱性水介质中。目前色酚种类主要有三类： ① 色酚AS系列：这是一类2-羟基萘-3-甲酰苯（萘）胺类化合物，是一类重要的偶合剂，品种较多，该类色酚与不同芳胺重氮盐偶合，所得的不溶性偶氮染料以红、紫、蓝色为主。这类色酚的结构通式为： 芳胺上的取代基为CH3，OCH3，Cl，NO2等，改变芳烃或芳环上的取代基，可以得到一系列不同结构的色酚。常见的品种有： ② 色酚AS-G系列： 这是一类具有酰基乙酰芳胺结构（即β-酮基酰胺类）的色酚，与任何的重氮组分偶合都得到色光不同的黄色染料，正好弥补AS类色酚无黄色的不足。该类色酚的主要结构如下： ③ 其它类色酚： 这类色酚包括含二苯并呋喃杂环的2-羟基-3-甲酰芳胺色酚，含咔唑杂环结构的羟基-甲酰芳胺色酚，2-羟基蒽-3-甲酰-邻甲苯胺色酚（色酚AS-GR），具有酞菁结构的色酚（AS-FGGR）。主要生成绿、棕、黑色的色酚。例如： （2）色基 色基是不含有磺酸基等水溶性基团的芳胺类，常带有氯原子、硝基、氰基、三氟甲基、芳胺基、甲砜基（－SO2CH3）、乙砜基（－SO2CH2CH3）、和磺酰胺基（－SO2NH2）等取代基。色基分子结构中引入氯原子或氰基使其色光鲜艳。引入硝基常使颜色发暗。在氨基的间位引入吸电子基，邻位引入给电子基，都可使颜色鲜明，并提高牢度。引入三氟甲基、乙砜基、磺酰二乙胺基等，可提高耐日晒牢度。 按化学结构，色基分为三类： ① 苯胺衍生物：这类色基主要是黄、橙、红色基。其结构式和主要品种如下： 对苯二胺-N-取代衍生物： 这类色基与色酚AS偶合可得到紫色、蓝色等。例如： 氨基偶氮苯衍生物： 这是一类生成紫酱色、棕色、黑色等的深色色基。例如： 三、 活性染料 活性染料又称反应性染料，它是一种在化学结构上带有活性基团的水溶性染料。在染色过程中，活性染料与纤维分子上的羟基或蛋白质纤维中的氨基等发生化学反应而形成共价键结合。 活性染料自1956年问世以来，其发展一直处于领先地位，至今已有50多个化学结构不同的活性染料（指活性基团），品种已超过900种，销售总量已达9万吨/年以上，它在纺织纤维上的耗用已占染料总产量的11%以上。这类染料有如下独特优点： (1) 染料与纤维的结合是一种化学的共价键结合，染色牢度尤其是湿牢度很高。 (2) 色泽鲜艳度、光亮度特别好，有的超过还原染料。 (3) 生产成本比较低，价格比还原染料、溶靛素染料便宜。 (4) 色谱很齐全，一般不需要其它类染料配套应用。 此类染料广泛用于棉、麻、粘胶、丝绸、羊毛等纤维及混纺织物的染色和印花。 1、活性染料分子结构 活性染料分子结构的特点在于既包括一般染料的结构，如偶氮、蒽醌、酞菁及其它类型作为活性染料的母体，又含有能够与纤维发生反应的反应性基团。活性基往往通过某些连接基与母体染料联接，活性基本身又常常包括活泼原子和取代部分。活性基影响活性染料与纤维素纤维形成共价键的反应能力，以及染料的耐氧化性、耐酸碱性和耐热性的能力；染料母体对活性染料的色泽鲜艳度、溶解性、上染率、固着率、匀染性和染色牢度起着决定性的作用；连接基则把活性基和染料母体结合成一个整体，起到平衡两个组成部分，并使其产生优异性能的作用。 活性染料的结构可用下列通式表示： 举例说明： 式中：1－活性基的基本部分；2－活性原子（可变部分）；3－活性基与母体染料的连接基；4－活性基的取代部分；5－母体染料。染色时，活性基上的活性原子被纤维素羟基取代而生成“染料－纤维”化合物。 2、活性染料活性基团： 活性染料最主要的有三种活性基团：均三嗪基；嘧啶基；乙烯砜基。此外还有从这些活性基团衍生的以及新开发的结构。 （1）均三嗪活性基 这是最早出现的活性基，由于具有较大的适应性和反应活性，所以在活性染料中占主要地位。二氯均三嗪的结构如下： 二氯均三嗪的反应活性高，但易水解，适合于低温（25℃~45℃）染色。一氯均三嗪的结构如下： （2）嘧啶活性基 嘧啶型活性染料的结构如下 ：（3）乙烯砜活性基 这类染料含有β-乙烯砜硫酸酯基，它在微碱性介质中(pH=8)中转化成乙烯砜基而具有高反应性，与纤维素纤维形成稳定的共价结合。 （4）复合活性基 含有两个相同的活性基团（一般是一氯均三嗪活性基团）或者含两个不同的活性基团（主要由一氯均三嗪活性基和β-乙烯砜硫酸酯基组成）。从生态环境保护要求，应用性能，牢度性能和经济性等分析较集中在双活性基染料上。一氯(氟)均三嗪和乙烯砜的异种双活性基染料是近年来发展最快、品种最多的一类活性染料。Ciba精化公司开发了一氟均三嗪与乙烯砜的双活性基染料，因为一氟均三嗪与纤维的反应速度比一氯均三嗪大4.6倍，它与乙烯砜基的反应性更加匹配，固色率因此也高。如： （5）膦酸基活性基 结构通式为： 四、 还原染料 还原染料是含有两个或两个以上共轭羰基的多环芳香族化合物。还原染料本身不能直接溶于水，必须先在碱性溶液中用强还原剂如低亚硫酸钠（俗称保险粉）还原成隐色体钠盐，才能溶于水。染色时，隐色体钠盐上染纤维，然后经过氧化，重新复转为不溶性的还原染料而固着在纤维上。 还原染料的染色过程包括还原和氧化两个化学反应，其染色过程如下： 还原染料主要用于纤维素纤维和维纶的染色和印花，具有色谱比较齐全，色泽鲜艳，染色牢度（尤其上耐洗和耐晒牢度）高的特征，许多品种的耐晒牢度都在6级以上，是印染工艺中一类重要的染料。但是还原染料染色工艺繁杂，价格较贵，三废污染严重，因而应用也受到了一定程度的限制。 还原染料按照化学结构和性质可分为四大类：蒽醌类；蒽酮类；靛族类；可溶性还原染料。 1、蒽醌类还原染料 凡是以蒽醌或其衍生物为原料合成的还原染料以及具有蒽醌结构的还原染料，都属于蒽醌类还原染料。主要结构类型有：酰胺类和亚胺类蒽醌还原染料，蒽醌噁二唑还原染料，蒽醌吡嗪还原染料，蒽醌咔唑类还原染料，蒽醌噻唑类还原染料等。 2、蒽酮类还原染料 这类染料的结构特点是分子中含有蒽酮核心基团 ： 3、靛族还原染料 靛蓝是中国古代最重要的染料，它是从靛蓝植物叶中得到的不溶性物质。工业上生产的靛族还原染料主要由靛蓝和硫靛两类，另外还有不对称的靛族染料。 4、可溶性还原染料 溶靛素是第一个可溶性还原染料，也就是从靛蓝还原成它的隐色体以后，与吡啶氯磺酸盐进行反应，得到隐色体的硫酸酯，就成为可溶性染料。同样方法，可使四溴靛蓝、硫靛及其衍生物转变成溶靛素。 目前常用如下方法合成可溶性还原染料：将还原染料直接加入吡啶和氯磺酸的混合液中，然后加入金属粉末，被还原生成的染料隐色体立即酯化，再加碱使硫酸酯转变成钠盐，生成可溶性还原染料。 五、酸性染料 酸性染料是一类在酸性介质中上染蛋白质纤维或锦纶的染料。其结构特点是至少含有一个以上的水溶性基团，通常是磺酸基或羟基，其化学结构以偶氮型和蒽醌型染料占大多数，少数鲜艳的蓝色和玫瑰红色以芳甲烷和氧蒽、氮蒽染料为母体。 按染色性能和应用分类，酸性染料又分为强酸性、弱酸性、酸性媒介、酸性络合染料等。强酸性染料是最早发展起来的酸性染料，在酸性介质中可染羊毛及皮革，也称酸性匀染染料，它的分子结构简单，相对分子质量低，含有磺酸基和羧基，在羊毛上能匀染，色泽均匀，但牢度较低，而且强酸染浴（应用时pH值控制在2~4）损伤羊毛纤维。弱酸性染料是一类分子相对较大、共轭体系较长的酸性染料，对蛋白质纤维的亲和力较大，在弱酸性介质中染蛋白质纤维，染色牢度相对较高，且为损伤羊毛。 一些强酸性染料和弱酸性染料的分子结构： 偶氮型 蒽醌型 芳甲烷型 六 分散染料与功能染料 分散染料是一种分子结构简单，水溶性低的非离子型染料。在染浴中主要以微小颗粒呈分散状态存在，由于染色时必须借助分散剂将染料分散在染液中，因此商品分散染料中往往都含有大量的分散剂。 分散染料的物理性有哪些？ 湿润性、分散性、颗粒细度、分散液的稳定性等，这些性能会影响染液配制的好坏，是形成染色色点的主要因素。 分散染料的溶解特性分散染料分子上若不含离子性基团，则染料的溶解度不大；但若含有极性基团，则会使其具有微水溶性。染色时染料依靠分散剂的作用均匀分布在染液中。染色特性分散染料属于非离子型染料。分散染料的微水溶性十分重要。因为只有溶解了染料分子才能进入涤纶的间隙，并在纤维内部扩散。一般染色时要加入分散剂。分散染料与涤纶之间主要靠范德华力和氢键结合。涤纶分子为直线型，苯环上没有取代基，与染料分子的芳香环容易靠近，有较大的色散力。涤纶分子中各原子对电子的吸引力不同，有一定的偶极矩，染料分子上的极性基团使染料分子偶极化，与纤维的羰基形成偶极矩，所以在涤纶和分散染料分子间有一定的诱导力和取向力。按其应用性能可将分散染料分为哪三大类？按其应用性能可将分散染料分为高温型（S型、H型）、中温型（SE型、M型） 、低温型（E型） （1）、高温型（S型、H型）适宜于高温高压，热熔轧染，升华牢度好，匀染 性差。 （2）、中温型（SE型、M型）属中能量分散染料，适宜于高温高压、热熔轧染，也可用于载体染色，升华牢度中等，匀染性中等。 （3）低温型（E型）适宜于高温高压染色和载体染色，染物升华牢度差，匀染性好，适用于高温高压和载体染色。分散染料的结构偶氮型蒽醌型 偶氮染料(偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物)是纺织品服装在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。具有完整的色谱、高的发色强度(即高的克分子消光系数)、容易制造和好的经济性等优点偶氮型分散染料偶氮型分散染料是分散是分散染料中主要的一类，它占分散染料总量的60%，它的通式为： 偶氮型分散染料的合成是通过典型的芳胺重氮化反应后再进行偶合反应来完成的。常见的偶合组分有： 分散红玉S-GFL的合成方法分如下几步：（1）重氮组分的合成 （3）偶合反应 二、蒽醌型分散染料 1） 1，4-二氨基蒽醌类分散染料的合成这类染料通常以溴胺酸或2，4-二溴-1-氨基蒽醌为中间体，例如： 2) 1-氨基-4-羟基蒽醌类分散染料的合成这类染料通常以1-氨基蒽醌为原料，经溴化和醇或酚缩合而成。 分散染料结构与性能的关系分散染料结构与颜色偶氮型分散染料的有黄、红至蓝各种色泽。它颜色取决于染料分子的共轭系统及染料分子的偶极性。染料分子的极性与重氮组分和偶合组分上取代基的性质、位置和数目有关。 若偶合组分不变，偶氮型分散染料的颜色随重氮组分氨基邻、对位上吸电子基数数目的增加和吸电子性的加强而加深。若重氮组分不变，偶氮型分散染料的颜色也随偶合组分上取代基的变化而变化。偶氮基的邻位或间位引入电子基，或给电子性增强，染料颜色加深。含有杂环的偶氮型分散染料如果用作重氮组分的杂环为噻吩、噻唑、苯并噻唑等结构，染料颜色加深。偶合组分为吡啶酮系衍生物，染料的颜色一般为黄色，起浅色效应。 蒽醌型分散染料主要有红、紫、蓝、翠蓝等深色品种。蒽醌型分散染料的颜色与蒽醌分子上取代基的性质和位置有很大关系。蒽醌分子上引入供电基，染料深色效应增加，蒽醌的1位引入供电子基比2位引入供电子基深色效应大得多。 分散染料结构与耐升华牢度分散染料不仅分子结构简单，而且不具备强的电离性基团，所以分子间吸引力不大，具有升华现象。容易升华的染料耐热性能差，染色时大量汽化的染料如果来不及被涤纶吸收，容易沾污设备和对棉纤维沾色，造成染料的浪费，在使用过程中也往往使熨烫性能下降。因此分散染料的升华牢度是重要的性能指标。升华牢度反应了染色织物经一定条件下高温热处理后的褪色情况。 分散染料的升华牢度与颜料的应用性能关系密切。它的性能与其本身的分子结构有关。染料相对分子质量增大，分子间作用力增加，染料不易升华；染料分子的极性增加，染料也不易升华。 对于偶氮型分散染料增加其极性，能提高染料的升华牢度。偶合组分不变，重氮组分中引入吸电子基时，染料分子极性增强，其升华牢度增大。重氮组分不变，偶合组分的氨基引入供电基，染料的极性增大，升华牢度提高 对于蒽醌型分散染料极性基团对升华牢度的影响比偶氮型分散染料要小得多，然染料的升华牢度也与相对分子质量的大小、分子中极性基团的极性、数量和位置有关。增大相对分子质量是提高升华牢度的主要方法。 一般蒽醌型分散染料的升华牢度比偶氮型分散染料低。此外分散染料的升华牢度与染料的物理性质如颗粒大小、分布状态和染料浓度及染色时所用的助剂性质有一定关系。对于分散染料而言，要达到满意的升华牢度必须仔细地选择取代基，因为极性的相对分子质量的增加是有一定的限度。极性过大，不但会改变染料的颜色，而且会降低染料的疏水性纤维的亲和力。相对分子质量增加过大，则使染料分子增大，影响染料在纤维中的扩散 分散染料的成品处理分散染料本身不能直接用于织物的染色和印花，商品分散染料都必须通过加入分散剂、高细度粉碎研磨等手段，使分散染料达到以下要求：（1）具有一定细度：分散染料是染料颗粒与分散剂混合后，通过高细度粉碎研磨分散成1um一下的微粒子。（2）在水中有一定的分散性：要求粉状染料在水中能迅速分散，成为均匀、稳定、胶体状的悬浮液。（3）在水中具有一定的稳定性：要求染液在放置过程中不发生凝聚现象，在高温下也具有抑制凝聚的性能。分散染料的发展随着世界经济的发展和人均耕地面积的逐年减少，化学纤维在纺织纤维中所占的比例不断增加，随着疏水性纤维特别是聚酯纤维的发展，分散染料的新发色体如偶氮型、蒽醌型、甲川型、邻硝基苯胺型等不断被开发。美国的Eastman公司近几十年中开发出的不同颜色和不同结构的分散染料就有97324个 。世界各染料公司针对分散染料在制造和使用中存在的问题进行了有效的研究和开发工作 1. 用芳胺类偶氮结构分散染料取代蒽醌结构的分散染料。 在蓝色偶氮结构染料中重氮组份上都引入了氰基，它们分布在重氮组份的2位或2，6位上，氰基的引入不仅使染料色泽向红移动，而且还改进了光牢度和升华牢度(与卤素取代的中间染料相比)，这类染料以2-溴-4，6-二硝基苯胺和2，6-二溴-4-硝基苯胺来制造最具吸引力。上述新型的分散染料的克分子消光系数比蓝色蒽醌型分散染料高出三倍，是很有价值的。 2.开发了新的分散染料发色体 开发的新分散染料发色体主要是苯并二呋喃的结构，由于结构中含有的两个呋喃环呈对称分布，因此性能出众和稳定。这类新分散染料的克分子消光系数高，且具有好的光牢度、优异的升华牢度，更好的洗牢度和鲜艳性，此外，它还有好的耐热迁移性和还原稳定性、染色后也不需要还原清洗。 3. 新世纪分散染料新发展前景 在上世纪90年代中期由于分散染料市场面临着中国、印度和太平洋沿岸国家低成本分散染料生产的激烈竞争，再加上染料生产组织的合并、重组、兼并等，欧洲染料制造者对分散染料的研究与开发相对地说有所减弱。 随着聚酯纤维和染色技术的不断改进和发展，对分散染料的要求也会越来越高、越来越多，而且分散染料与其它染料相比其发展史毕竟只有60年，革新和创造的空间还很大，即使是欧洲的一些大公司在当前甚至今后激烈的市场竞争面前也不愿放弃，因此今后分散染料的研究和开发前景将更美好。 发展趋势主要是： ①更新染料品种，改进染色性能。今后新染料开发的重点是具有高吸尽（被纤维吸附的染料量与所使用染料总量的比值较高）、高固色、低浴比（被染织物质量与所用处理液质量之比低于1∶5）、快速、低温染色性能的染料。同时，染料品种将进行调整和简化，三原色（即红、黄、蓝三种色）及复配品种的生产和应用将日益广泛。②发展配套染料中间体和纺织染整助剂。前者主要是简化步骤，改革工艺，减少三废，采用新技术，开发新工艺等；后者主要是开发可增加染料分散性、溶解性、稳定性的染料加工用助剂新品种，研制适于新印染工艺或可改进染色性能的印染用助剂以及无甲醛或低甲醛、耐久性好的后整理剂。③开拓染料的新用途。近年来，染料在非纤维方面的应用研究十分活跃，不仅用于一些传统领域，而且有的染料可作为功能性材料（如显示性材料）应用在某些新技术领域。例如，随着计算机、传真和激光技术的广泛应用，与此有关的压敏染料、热敏染料、光敏染料、激光染料等将会有较大发展和应用。七、功能染料 功能染料（Functional Dyes）亦称专用染料（Special Dyes）， 是一类具有特殊功能性或特殊专用性的染料，这种特殊的功能通常都与近代高新技术领域关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。这类染料吸收很少的能量，可产生某些特殊的功能，因此用量少、价格高，经济效益显著。近年来，功能染料得到了广泛发展。目前，功能性染料已被广泛地应用于液晶显示、热敏压敏记录、光盘记录、光化学催化、光化学治疗等高新技术领域。以下介绍几种重要的功能染料。 功能染料 一、功能染料定义（提问） 功能染料又称为专用染料或非纺织用染料，是一类具有特殊功能性或特殊专业性的染料。二、功能染料特点它的特殊的功能性通常都与近代高、新技术领域密切关联的光、电、热、化学、生化等性质相关。这类染料吸收很少的能量，便可产生某些特殊的功能，因此具有用量少、价格高，经济效益显著等特点 。 目前，功能染料已被一些国家广泛地应用于彩色胶片、光盘记录、液晶显示、热敏和压敏记录、光化学催化、光化学治疗、能量转换等高新技术领域。日本各大染料公司都把功能性染料的生产作为各自发展的重点。而国产功能性染料除了照相、静电复印、拷贝等品种外，在其他领域的应用几乎为空白，或者尚处于试制阶段，还没有引起足够的重视。尤其是功能染料在染整中的应用才初见端倪，其研究、制造、应用、管理水平还远远落后于先进国家，应该说，功能性染料是一个值得染料工作者和染整工作者努力开拓的新领域。 功能染料的分类 功能性染料正处在迅速发展的阶段，有关它的分类还不统一，按照功能可将其分类如下： 1）变色异构染料：光变色、热变色、电变色、湿变色、感压（压敏）变色染料 等 2） 能量转化染料：发光、太阳能转化、激光、有机非线性光学材料用染料等 3） 信息及显示纪录用染料：液晶、滤色片、光信息记录用、电子复印、喷墨打印（印花）用染料等 4）生化及医用染料：生物着色用、医用染料等 5）化学反应用染料：催化用、链中止用染料等 功能染料的开发途径 功能染料主要有两种开发途径：一是筛选原有染料，利用传统的染料和颜料的某些潜在性能。 二是改变传统染料的发色体系，使其具有新的功能。 几种功能染料介绍主要为：红外吸收染料 激光染料 压热敏染料 液晶显示染料 红外吸收染料 红外线吸收染料是指对红外线有较强吸收的染料，和通常染料一样，这些染料也有特定的Л-电子共轨体系，所不同的，它们的第一激发能量比较低，吸收的不是可见光而是波长更长的红外光，可达1500nm。 我们所说的红外吸收染料，一般多数为近红外吸收染料。 问题：那红外吸收染料是怎么发展起来的? 原来由于光数据盘如激光唱片等的迅速发展，对光记录材料的需求也越来越大。就目前，光记录材料虽然仍以无机材料为主，但是由于清晰度、灵敏度等方面的优点，已逐渐向有机染料方面发展。镓砷半导体激光是光记录材料的光源，它的发射激光波长为780-830nm，因此必须开发在此吸收区的近红外吸收染料。（如书191页中两种结构的染料） 近年来，近红外吸收染料和纺织染整的关系密切的是被用于太阳能转换和贮存。用这种染料（或颜料）加工制成的塑料薄膜或纺织服装，在工业、农业和服装上均有很好的应用前景。 对于上述提到的镓砷半导体，科学家预料，砷化镓很可能成为继硅之后第二种重要的半导体电子材料。 这是因为，根据量子力学原理，砷化镓中电子的有效质量仅为自由电子质量的1/15，正因为其中电子的有效质量小，因而电子在砷化镓中的运动速度就比在硅中快。根据理论计算表明，用砷化镓制成的晶体管开关速度，比硅晶体管的开关速度快1～4倍。因此用这样的晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机。同时，砷化镓中电子速度更快这一事实，也使制造用于高频通信信号的放大器成为可能。再者，根据砷化镓的电子结构特征，砷化镓中的电子激发后释放能量是以发光的形式进行的，因此才可以用它来制作半导体激光器和光探测器。 与红外吸收染料相关的红外线伪装染料红外线伪装染料（或颜料）指的是红外线吸收特性和自然环境相似的一些具有特定颜色的染料，与普通染料的区别在于它们的红外线吸收特性和自然界环境相似，可以伪装所染物体，使物体不易被红外线观察所发现。 红外线伪装染料（或颜料）主要用于军事装备和作战人员的伪装。由于红外线伪装研究属于各国的高度机密，很少发表有关的技术，从有关专利的文献中得到的信息表明，少数经筛选过的还原染料不但有很好的吸收红外线的性能，且各项色牢度也可达到军事用纺织品的要求。 激光染料激光染料是一种高量子产率的荧光染料。这类染料在激光器中受激励光源的激发能产生连续可调谐的激光。可用于同位素分离、光化学、疾病诊断、环境污染检测及彩色全息照相等方面。激光染料分类按化学结构可分为四类：（1）菁类染料，是产生红外领域激光的优良品种，激光范围540~1200纳米；（2）香豆素类染料，是应用较广的一类激光染料，激光范围为425~565纳米；（3）恶嗪类染料，是红与红外区域激光染料，激光范围650~700纳米；（4）闪烁材料，主要是些含恶嗪、恶二唑、苯并恶唑环的芳香族化合物，是紫到紫外区域中的激光染料。问题：激光染料如何产生激光？激光照射于染料溶液池中使染料分子激发S0---S1，激光染料分子发出光子S1---S0，此光子在池中反复反射，在极短时间内使其他染料分子激发放射，于是激光由半反射面中射出，光谱符合于染料的荧光光谱。然后用滤光片选择所需的激光波长。（书中两个结构的染料可用为激光染料） 激光器工作原理如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大；如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器最基本的工作原理 激光染料原理未被激光照射的染料分子处于S0（v=0）能级。而在激光作用下的，跃迁到S1（v=1，2，…）而后又很快通过振转能级间弛豫而到达S1（v=0）能级。因而被激发的分子都聚集在S1（v=0）能级上。同时S0（v＞0）上的分子由于同样的过程而聚集在S0（v=0）能级上，而S0（v＞0）的各能级则是空的。这样，就在S1（v=0）和S0（v＞0）各能级间形成粒子数反转，提供了高增益。这就使S1（v＝0）和S0（v＞0）间的光跃迁可能形成激光振荡 ，从而发射出激光。染料激光器示意图压热敏染料压热敏染料有什么特点？生活中压热敏染料的应用有哪些？压热敏染料这类染料多为三芳甲烷染料，在碱性或中性条件下为无色，遇酸而呈颜色，本身对热、压、光并不敏感。将无色染料用一层敏感材料包覆成微胶囊，涂于复写纸下层。和涂层有显色剂（酸性白土‘酚类等）的纸接触。书写或打字时微胶囊破裂，染料与酸性物质接触而显色。大量用于计算机，分析仪器，电传等方面用的热敏打印纸上。 常用的染料有：结晶紫内脂(蓝色)、亚甲蓝苯甲酰隐色体(蓝色)、3-甲基环己氨基-6-甲基-7-苯胺基荧烷(黑色)、3-氨基乙氨基-6-甲基-7-苯胺基荧烷(黑色)、3-二乙基氨基-7，8-苯并荧烷(红色)、3-二乙基氨基-6-甲基-7-氯基荧烷(红色)、3-二乙基氨基-7-辛基氨基荧烷(绿色)、3，3-双(N-辛基-2-甲基吲哚啉基)酞酮(红色)、双(4-N-苯基甲氨基苯基)-(N-乙基咔唑)甲烷(蓝色)等。用量最多为荧烷内酯化合物。液晶显示染料 宾-主效应 ：1968年Heilmeier等人发现的。将染料(宾体)溶解于液晶(主体)中，夹在透明电极之间，当加上电压时，染料分子随液晶分子的定向排列形成有序的排列。光的矢量方向与染料分子的长轴方向平行时，被吸收，现出颜色；光的矢量方向与染料的长轴方向接近垂直时，则几乎没有吸收，光透过。此特性是彩色液晶显示器的工作原理。液晶显示染料性质：具有二色性(从不同的方向看具有不同 的颜色)钓能溶解于液晶的并有宾-主效应的染料。其特性为：二色性比大；对主体液晶的溶解性能好；在低温下不析出结晶；取向排列性能好；对光、热、电流的稳定性好；纯度高，不会带人离子性的物质，不致使主体液晶的电阻抗值变化等。目前常用的染料基本结构有部分菁类、苯乙烯类、甲亚胺类、偶氮类、苯醌类、萘醌类、蒽醌类、四氮杂苯类等。改变各种取代基可以提高二色性和溶解度等性能。在实用中多数是偶氮类和蒽醌类。偶氮类的色谱比较齐全，二色性比高，分子吸光系数高。其他领域用功能染料在染整工业中的应用前景 1 电子照相用功能染料电子照相又称光电成像，包括光电复印和激光打印，它们都涉及到光与电能的相互作用，都需要使用一些特殊的染料。这种照相技术在纺织染整加工中有很好的前景。 2 静电、离子和磁性成像印制用功能染料静电、离子、磁性成像印制方法是三种非接触印制技术，虽然不如电子照相、喷墨印制以及热印制技术流行，但它们都有其各自的特点。静电成像可用于染整工业，只要纺织品表面是绝缘的，同时采用对纤维有亲和力、能够由特定功能性染料制备的静电显色色调剂进行印花，并通过热处理将染料固着在纺织品上。离子沉积印制技术可印原色或全色的图像，在纺织品印花中有很高的应用前景，关键在研制出适用于纺织品的色调剂，即需要开发或筛选出适合的功能染料。磁性成像印制的优点是可以连续重复的转印，印制速度很高，不足之处在于分辨率不高和转鼓容易腐蚀，因此对印制一些简单大型的图像是适合的，而且不象普通转移印花转移纸印后有污染、难处理的问题，纺织品转印后不必清洗，工艺简单；不过色调剂的价格以及其中的磁性材料对颜色和纺织品性能影响的问题，都有待于解决。 3.3 喷墨打印用功能染料喷墨打印采用喷嘴喷出墨水（或彩色液）在纸上形成文字或图像，一些新型的功能性染料可满足其要求。随着喷墨打印技术的推广，纺织品也逐渐采用此原理进行印花，即喷墨印花，近些年发展很快。 3.4 热扩散转移和热蜡转移用功能染料染料热扩散技术（简称D2T2）成像的基本原理与纺织品的转移印花十分相似，因此也是生产彩色印花织物最有希望的技术。但特别适用于纺织品热扩散转移印花的功能染料还未见专门报道，现多处于研究开发阶段。热蜡转移技术直接用于纺织品的可能性不大，但是这种转移方式非常简单，如果找到一种对纺织品粘着力强的成膜物质，例如某些低熔点的粘合剂代替蜡质作为颜料分散体和转印介质，即通常所述的颜料转移技术，还是很有应用前途的。3.5 生化和医药用功能染料功能染料在生物和化学上的应用已有很久的历史。主要用于细胞着色、杀菌、酶纯化分析等方面。染料的抗菌防腐特性对加工卫生功能的纺织品具有较重要的意义，用这类染料染色的纺织品，不仅能达到一定颜色的要求，还具有抗菌防腐的功能。所以由一些功能染料染成的纺织品具有医疗保健的功能，开展这方面的研究是十分有意义的。 3.6 激光辐射用功能染料激光目前主要用在通讯、医疗、光谱学、光化学、反应动力学研究、同位素分离、微量分析、军事工业中，它在纺织染整中的加工应用也成为了一种新的趋势，例如激光雕刻，纤维激光改性，以及激光辐射用功能染料印花等。 功能染料的种类和功能随着各领域的研究正在不断扩大中。本节课介绍的仅是一些已经或正在被开发应用的染料，除了这些以外，实际上许多具有导电、磁性、催化等性质的有机化合染料，都属功能染料范畴。 1、液晶显示染料 液晶具有液体的流动性，又具有结晶的光学和电气异向性。液晶显示已广泛用于手表、计算器、汽车计数器、电视和电脑等显示器。为了得到彩色显示，就必须要有与液晶配合的二向色性染料（Dichroic Dye）。例如以下结构的染料： 2、压热敏染料 大量应用于打字带、感压复写纸。常常是三芳甲烷类染料，在碱性和中性条件下为无色的内酯，和酸接触即开环而成深色的盐。染料溶于高沸点溶剂，包于微粒中，涂于复印纸下层。书写或打印时微粒破裂，染料和涂有酸性白土的纸接触而显色。 具有“热敏变色性”的染料被称为热变色染料。较早用于纺织品变色印花的染料就是一些热敏记录用的染料，近年来热变色染料已越来越多地用于纺织品的染色和印花。热敏染料也用作热变色染料示温材料。 3、激光染料 激光染料是在激光源作用下产生新的可调谐激光的专用染料。它起着在辐射条件下使光能放大的作用，其最普遍的应用状态是采用不同溶剂制成的染料溶液。近年来激光染料主要的结构类别为：（1）闪烁体类，主要是联多苯及 唑类化合物，可产生近紫外到460 nm的激光。（2）香豆素类，具有极高的荧光效率，它们的激光波长范围为蓝~绿光区的可见光（425~565 nm）。（3） 吨类，它们的激光波长范围在540~650 nm，即可见光的绿~橙光区。（4） 嗪类，它们用于红及近红外区，激光范围为650~700 nm，其光化学稳定性要比 吨类染料好。（5）菁染料，它们产生红外区激光，激光范围在540~1200 nm。 4 、红外线吸收染料 红外线吸收染料是指对红外线有较强吸收的染料，和通常染料一样，这些染料也有特定的π-电子共轭体系，所不同的是它们的第一激发能量比较低，吸收的不是可见光而是波长更长的红外线。红外线伪装染料（或颜料）指的是红外线吸收特性和自然环境相似的一些具有特定颜色的染料，与普通染料的区别在于它们的红外线吸收特性和自然界环境相似，可以伪装所染物体，使物体不易被红外线观察所发现。 由于数字光盘如激光唱片等的迅速发展，对光记录材料也就有了很大的需求。目前的光记录材料虽然仍以无机材料为主，但由于在清晰度、灵敏度等方面的优势，已逐渐向有机染料方面发展。镓-砷半导体激光（Diode）是光记录材料的光源，它的发射激光波长为780~830 nm，因此必须开发在此吸收区的近红外吸收染料。这种染料必须满足下列要求：吸光强度高，溶解度好，具有好的光稳定性，重现性好。 红外线伪装染料（或颜料）主要用于军事装备和作战人员的伪装。新近开发的近红外吸收染料有：（1）菁染料。其缺点是光稳定性较差，在光照下容易发生光氧化反应而褪色。主要的解决方法是加入在红外区也有吸收的二硫乙烯型金属络合物作为单线态氧粹灭剂来提高菁染料的耐光性。（2）双齿配位体型金属络合染料。其具有良好的光稳定性，特别是在紫外及可见光区，而且其最高吸收波长在750~800 nm。此外它们还能得到低噪音的信息记录。（3）酞菁。其具有优异的耐光及耐热稳定性，通过结构的变化它们的吸收可从可见光谱的红区直到近红外区。目前正在开发萘酞菁，其最高吸收在750~900 nm，且在有机溶剂中具有良好的溶解度。 5、光变色染料 它是由于光的照射使染料结构发生变化而引起颜色变化的染料，主要用于光信息储存系统中。利用闭环、开环光化学反应的光变色染料是最有希望进行实用性开发的光变色染料。近年集中在下列两类上，它们都将在光信息储存中发挥愈来愈大的作用。第一类是俘精酸酐衍生物，它在紫外线照射下发生氢转移而闭环。杂环俘精酸酐光变色染料，具有色谱范围广、耐光疲劳性高、光量子产率也高的特点。第二类是螺吡喃衍生物，它在光照下可发生C—O 键的断裂开环生成分子内离子化的菁染料，在加热后双复原，这类光变色染料具有耐光疲劳性高等特点。 6、生化和医药用功能染料 功能染料在生物和化学上的应用已有很久的历史，主要用于细胞着色、杀菌、酶纯化分析等方面。如用于使癌细胞染色定位，使此细胞吸收激光而被破坏，不影响健康细胞的染料。
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