第五章 功能性染料

方酸染料是一类重要的功能性染料，它在太阳能电池、有机光导体、光记录介质、气敏传感器和荧光生物标识方面都有潜在的应用价值，与酞菁、苝酰胺和偶氮染料一起，被认为是当今比较重要的四类功能性染料。

文献报道方酸染料的研究主要集中在对二苯胺类方酸染料，对方酸菁染料的研究不够深入系统。

由于方酸菁染料在结构上与对二苯胺类方酸染料完全不同，因此系统研究方酸菁染料的结构、性能及其功能性应用在理论和实际应用方面都是十分有意义的。

本论文主要研究方向为：首先系列地合成方酸菁染料（吲哚啉方酸菁染料），然后研究它们的基本性质及其可能的功能性应用，并通过量子化学方法研究染料结构性能关系和探索染料分子设计原则。

1、方酸菁染料的合成及其结构表征〓合成了三个系列方酸染料化合物，两个系列为吲哚啉方酸菁染料，第三个系列为对二甲基苯胺类方酸染料。

两类吲哚啉方酸菁染料中，其中一类在吲哚啉氮原子引入丙磺酸三乙胺盐，并在吲哚啉环C-5位引入不同的取代基(-H,-CH〓,-OCH〓,-F,-Cl,-Br,-NO〓,-C0〓H)，丙磺酸三乙胺盐使染料具有好的水溶性，并且在有机溶剂中也有一定的溶解性。

另一类吲哚啉方酸菁染料是在吲哚啉氮原子上引入多种烷基，使染料具有好的脂溶性。

第三类方酸染料为取代的二甲基苯胺方酸染料。

我们试图合成在氨基的间位带有卤素的对二苯胺方酸染料，但是除了取代基F以外，Cl和Br均没有得到目标产物。

整个合成工作合成了36个中间体，共得到方酸染料化合物23个，其中有18个为新化合物。

元素分析、红外、〓H-NMR和〓C-NMR分析证明目标化合物的合成是成功的。

2、方酸菁染料的基本光物理性质及结构-性能关系在溶液状态，SQ染料吲哚啉C-5位取代基影响染料吸收光谱、发射光谱、荧光量子产率和荧光寿命。

取代基效应是电子诱导效应和π共轭效应的共同作用结果。

最大吸收波长和最大发射波长随取代基吸电子性增加而蓝移，随取代基给电子性增加而红移。

具有使染料π共轭体系增大的取代基使最大吸收和发射波长红移。

印染染料类型印染染料是一种用于染色和印花的化学物质，它可以赋予纺织品丰富的颜色和图案。

随着纺织行业的不断发展，印染染料的种类也越来越多样化。

本文将围绕印染染料类型展开详细的阐述，包括天然染料、合成染料和功能性染料等。

1.天然染料天然染料是从植物、动物或矿物中提取的染色物质。

它们具有独特的色彩和纯天然的特点，深受人们喜爱。

常见的天然染料包括蓝靛、红树皮、蓝靛果、榉木等。

它们具有良好的抗光性和耐洗性，但染色效果可能受到原料质量和提取工艺的影响。

2.合成染料合成染料是通过人工合成的有机化合物，具有丰富的色彩和稳定的染色性能。

合成染料的种类非常丰富，可以根据颜色、化学结构和染色方式进行分类。

常见的合成染料包括酸性染料、碱性染料、还原性染料和直接染料等。

它们具有良好的染色性能，但在耐光性和耐洗性方面可能不如其他染料类型。

3.功能性染料功能性染料是一种具有特殊功能的染料，可以赋予纺织品一些特殊的性能。

常见的功能性染料包括光致变色染料、阻燃染料、抗菌染料和防水染料等。

它们可以在染色的同时实现特定的功能，例如改变颜色、提高阻燃性能、抑制细菌生长或增强防水性能。

功能性染料在纺织品行业中具有广阔的应用前景。

4.环保染料随着人们对环境保护意识的增强，环保染料逐渐受到关注。

环保染料是指在染色过程中对环境友好的染料。

它们具有低毒性、低污染和易降解的特点，对水资源和空气质量的影响较小。

常见的环保染料包括植物染料、水性染料和生物染料等。

环保染料的发展是纺织行业向可持续发展的重要方向之一。

总之，印染染料类型的多样化为纺织品的染色和印花带来了更多的选择。

天然染料具有独特的色彩和纯天然的特点，合成染料具有丰富的色彩和稳定的染色性能，功能性染料可以赋予纺织品特殊的性能，环保染料对环境友好。

随着科技的进步和需求的变化，印染染料类型的发展将会更加多样化和创新化。

染料化学课后习题答案第一章一.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。

答：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。

成为染料需要具备以下两个条件：（1）可溶于水，或者可在染色时转变成可溶状态，对纤维有一定的亲合力。

（2）能够使纤维着色，且上染后具有一定的染色牢度。

染料与颜料的相同点：都可以用于纤维或基质的着色不同点：染料主要用于纺织物的染色和印花，它们大多可溶于水，有的可在染色时转变成可溶状态。

染料可直接或通过某些媒介物质与纤维发生物理的和化学的结合而染着在纤维上。

染料主要的应用领域是各种纺织纤维的着色，同时也广泛地应用于塑料、橡胶、油墨、皮革、食品、造纸等工业。

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，使用时是通过高分子粘合剂的作用，将颜料的微小颗粒粘着在纤维的表面或内部。

二．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）。

答：染料分类：1.按化学结构分类分为：偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、硝基和亚硝基染料，此外还有其他结构类型的染料，如甲川和多甲川类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环类染料等。

2. 按应用性能分为：直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶性偶氮染料、分散染料、还原染料、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂，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用色素等。

颜料分类：颜料可根据所含的化合物的类别来分类：无机颜料可细分为氧化物、铬酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物、金属等。

有机颜料可按化合物的化学结构分为偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮等多环颜料、芳甲烷系颜料等。

从生产制造角度来分类可分为钛系颜料、铁系颜料、铬系颜料、橡胶用颜料、陶瓷及搪瓷用颜料、医药化学品用颜料、美术颜料等等。

第1章染料的颜色与结构及功能染料简介学习目标:①以量子概念，，分子激发理论阐述染料对光的选择吸收的原因。

②掌握染料颜色与染料分子结构的关系以及外界因素的影响。

③理解功能染料的概念，并熟悉荧光染料、夜光染料及变色染料的颜色产生机理。

④了解荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用，思考染料发展方向。

导言：早在19世纪60年代W.H.Perkin发明合成染料以后，人们对染料的颜色和结构的关系进行了深入的研究，并提出了各种理论。

量子力学的发展使人们对物质的结构的认识有了一个新的突破，此后人们开始从量子力学的角度来对染料的颜色和结构的关系进行研究。

在早期的颜色理论中，发色团及助色团理论的影响很大。

染料的颜色除了与染料本身结构有关外，还受到外界条件的影响。

随着科技的发展，功能染料在当今的社会发展中起到了越来越重要的作用。

荧光染料、夜光染料及变色染料在纺织染整方面的应用也得到很重要的发展。

1.1光与色颜色是光线刺激了眼睛而在大脑中反映出来的一种主观感受。

它需要考虑到物理学和生理学两方面的因素。

光具有波粒二象性。

很早以前，麦克斯韦就提出了光具有电磁波的特性。

它由相互垂直的电场和磁场组成，其振幅以波动方式分别随时间和距离而变化。

1905年，普朗克和爱因斯坦建立了一种与电磁辐射模型显然不同的微粒子理论。

这种理论把光看成是一束不连续的能量微粒或光子流，但它按麦克斯韦波动理论的波阵面速度传播。

现在我们知道，光既是一种波又是一种微粒，它具有波粒二象性。

光是一种电磁波，波长不同的光会使光的性质不同，从而引起不同的色觉。

波长为400nm-800nm的光按适当比例的混合后，照射到眼睛的视网膜上呈现的是白色。

使一束这样的混合光通过一个适当的棱镜或光栅，我们会看到连续的有色光谱，其色调主要以此为红、橙、黄、绿、蓝和紫。

这些有色光的波长从红到紫以依次递减。

因此，低能量的光子产生红色的感觉，高能量的光子产生紫色的感觉。

1.1.1光的吸收与补色可见光谱可以分成不同颜色的波长的波谱。

染料与颜料酞菁类功能性颜料结构及应用特性周春隆(天津大学，天津 300〇72)摘要：本文从光电导、滤色片、催化剂、红外反射与吸收、荧光颜料、电子传感器、光动力治疗（P D T )、隐色体Si •著（Leucophthalocyanine)及效应颜料（Effet P ig m e n t)等不同应用性能角度，讨论了欧著类功能性有机颜料 及某些具有特殊应用性能的有色化合物的结构特性与类型..，关键词：酞菁类颜料；功能性有机颜料；隐色体酞菁中图分类号：TQ620. 1文献标识码：A文章编号：1672-1179 (2021) -01 -17第58卷第1期 染料与染色Vol. 58 No. 12021 年 2 月 DYESTUFFS AND COLORATION February 2021基于有机颜料与染料在分子中存在it -电子的共 轭体系，使其对光显示特定的吸收或反射特性，并给 予相应的光谱特征，即呈现不同的颜色。

与此同时， 有机颜料与染料结构特性与类型也赋予某些特殊功能 性应用性能，主要是依据有机颜料对光的吸收、光的 发射作用、光电作用、光电化学以及光与热量的转化 作用等，从而显示若干特殊应用性能，如表1。

通过对颗粒直径、形状和表面处理的高级控 制，功能性颜料特别适应IT 领域功能产品所要求的 特性。

与通用颜料相比，功能性颜料的特点是严格 的质量管理。

DIC 公司应用于彩色滤光片（color fil ­ters ) 的颜料是主要专门用于 LCD 面板中的滤色片 的功能性颜料。

与其他公司的产品相比，绿色颜料尤 其可以获得明显的亮度和对比度。

随着人们对液晶显示 器尺寸需求不断增大，需不断开发符合时代要求的产品。

喷墨打印机（Ink jft printers )广泛应用于家庭 和工业。

彩色调色剂颜料色粉（Color toner )是由 热同树脂、颜料与电荷调节剂组成，用于彩色激光 打印机碳粉..I .M C 公司1_提供适应高速印刷、节能 和办公应用要求的高品质优化颜料品种见表2 +表1有机颜料（染料）某些特殊应用性能光的吸收作用1示颜色（传统有机颜料与染料）红外吸收光盘记录材料 液晶1示器中滤色片 伪装颜料 液体双折射特性光的发射作用荧光染、颜料 激光染料 太阳能捕集器光的诱导作用非线性光学材料 倍频材料与红外摄影光电作用有机光导体（OPC，Organic PhoUK.onduc.tor) 电子照相 生物化学指示剂电致发光（Elecroluminancence)化学与热能量光致变色（Pholochrorism)热致变色（Therniochrorism)化学发光（Chemiliminescence)溶剂极性变色（Solvatochrom ic* Compounds)表2D IC 作为功能性颜料的若干品种颜色商品名称C. I .通用名应用色粉彩色滤光片喷墨黄色Symuler Fasl Yellow 系列P. Y . 151參•P. Y . 154參•\\ Y . 180••红色Symuler lirill. Carmine 6B 系列P. R . 57 ： 1•Symuler Fast Red 系列\\ R . 269•Fastogen Super Magenla 系列\\ R. 122參•Faslogen Super Red 系歹l jP. R. 177；••\\ V. 19參•蓝色Fas 丨ogen Fas 丨 Blue 系列P. B . 15 ： 3••Faslogen Fast B lu t* EP 系列\\ B . 15 ： 6參绿色Fastogpn (;reen 系歹1JF. G. 36參\\ G. 58•Vol. 58 No. 1染料与染色DYESTUFFS AND COLORATION第58卷第〗期1酞菁类功能性有机颜料由于分子的对称性、平面性以及整体的电子共轭 特性，使之具有优异的化学稳定性与耐气候牢度，不 仅作为重要颜料应用，而且因其独特的光电导性、电子转移性能，可以作为重要的功能性材料。