第三章 荧光增白剂ppt课件.ppt

第3章荧光增白剂 1 3 1概述 3 1 1荧光增白剂的定义 荧光增白剂是一种无色的有机化合物 它能吸收人眼看不见的近紫外光 300 400nm之间 再发射人眼可见的蓝紫色荧光 420 480nm之间 2 荧光增白剂 fluorescentbrightener 是一种荧光染料 或称为白色染料 也是一种复杂的有机化合物 它的特性是能激发入射光线产生荧光 使所染物质获得类似荧石的闪闪发光的效应 使肉眼看到的物质很白 达到增白的效果 作为荧光增白剂必须同时具备下列条件 3 化合物本身接近无色或浅色 2 有较高的荧光量子产率 4 对底物有较好的亲和性 但无化学作用 5 溶解性或分散性要好 具有较好的耐洗 耐晒 耐熨烫的牢度 3 1 能吸收紫外光而发出紫蓝色荧光 荧光 是指一种光致发光的冷发光现象 当某种常温物质经某种波长的入射光 通常是紫外线或X射线 照射 吸收光能后进入激发态 并且立即退激发并发出比入射光的的波长长的出射光 通常波长在可见光波段 而且一旦停止入射光 发光现象也随之立即消失 具有这种性质的出射光就被称之为荧光 4 荧光增白剂发光机理 5 1 具有刚性的 不饱和的平面多烯烃或多芳香环结构的化合物往往具有荧光及较高的荧光量子产率 任何有利于提高 电子共轭程度的结构改变都将提高荧光量子产率 同时使荧光波长向长波方向移动 物质结构与荧光的关系 2 卤素取代基对芳香族化合物的荧光量子产率的影响是 氟 氯 溴 碘 3 立体异构对荧光的影响是 反式 顺式 4 晶体结构的构造对荧光也有影响 6 1 跃迁类型 荧光比较强 即有双键的物质荧光强 2 共轭效应 共轭体系是 电子更容易被激发 荧光强 3 刚性平面结构 有这种结构的分子可以减小分子的振动 碰撞失活可能性小 荧光强 4 取代基效应 给电子基团 荧光增强 吸电子基团 荧光减弱甚至猝灭 7 荧光量子产率 fluorescentquantumyield 又称荧光量子效率 符号Yf 是指激发态分子中通过发射荧光而回到基态的分子占全部激发态分子的分数 8 增白与漂白的区别 3 1 1增白与漂白 漂白的实质是漂白剂将杂质中分子中的化学键 一般为不饱和键 氧化或者还原成饱和键而失去颜色 会对纤维组织造成不同程度的损伤 荧光增白是自身的一种光致发光现象 不会对纤维组织造成影响 但如果长时间暴露在日光下 其白度会因荧光增白剂分子被光分解而逐渐下降 9 荧光增白剂的增白机理 荧光增白剂是一类含有共轭双键 且具有良好平面性的特殊结构的有机化合物 在日光照射下 它能够吸收光线中肉眼不能看见的紫外线 波长为300 400nm 使分子激发 再回复到基态时 紫外线能量便消失一部分 进而转化为能量较低的蓝紫光 波长为420 480nm 发射出来 这样 被作用物上的蓝紫光的反射量便得以增加 从而抵消了原物体上因黄光反射量多而造成的黄色感 在视觉上产生洁白 耀目的效果 10 3 1 1荧光增白剂 荧光增白剂常用的英文名称为 FluorescentWhiteningAgent FWA FluorescentBrighteningAgent FBA OpticalBrighteningAgent OBA 类别 染料 助剂 11 荧光增白剂的分类与命名 12 按照荧光增白剂的母体结构可将它们分为9类 碳环类1 3 二苯基吡唑啉类三嗪基氨基二苯乙烯类香豆素类二苯乙烯 三氮唑类萘酰亚胺类呋喃类杂类苯并呋喃类和苯并咪唑类 按照母体结构划分 13 碳环类荧光增白剂是指构成分子的母体中不含杂环 同时母体上的取代基也不含杂环的一类荧光增白剂 组成碳环类荧光增白剂的母体分子主要有三类 碳环类 1 4 二苯乙烯苯 4 4 二苯乙烯联苯 4 4 二乙烯基二苯乙烯 14 氰基取代的二苯乙烯苯具有相当高的荧光量子产率 对底物的增白效果很好 尤其适合用于塑料和合成纤维树脂 典型的品种有 PalanilBrilliantwhiteR C I 荧光增白剂199 1 4 二苯乙烯苯 该品种在我国的商品名称为荧光增白剂ER 常用于塑料和涤纶纤维及树脂的增白 15 4 4 二苯乙烯联苯类的荧光增白剂属于应用性能很好的一类品种 可用于对应用性能有严格要求的场合 典型的品种有 TinopalCBS X C I 荧光增白剂351 4 4 二苯乙烯联苯 该品种在我国的商品名称为荧光增白剂CBS X 常用于高档洗涤剂的添加剂 16 4 4 二乙烯基二苯乙烯具有极高的量子产率 在我国未有生产 国外的典型品种有 LeukophorEHB 4 4 二乙烯基二苯乙烯 17 三嗪基氨基二苯乙烯是4 4 二氨基 二苯乙烯 2 2 二磺酸 4 4 diaminostilbene 2 2 disulfonicacid 简称DSD酸 与三聚氯氰的缩合物 三嗪基氨基二苯乙烯类 18 具有该结构类型的荧光增白剂是现有荧光增白剂商品中品种最多的 约80 以上的荧光增白剂都属于此类结构类型 它们被广泛用于增白纤维素类纺织品 纸张 再生纤维以及洗涤剂 典型的品种有荧光增白剂DMS C I 荧光增白剂71 三嗪基氨基二苯乙烯类 该品种在我国还被称为 荧光增白剂挺进33 常用于固体洗涤剂 19 二苯乙烯 三氮唑是二苯乙烯类化合物与三氮唑类化合物的缩合物 该类荧光增白剂问世较早 缺点是荧光色调偏绿 对纤维增白的白度不够高 现在逐步退出市场 目前仍在使用的此类荧光增白剂有结构对称的和结构不对称的两种类型 典型的不对称结构的品种是 TinopalPBS 主要用于棉纤维增白 二苯乙烯 三氮唑类 20 典型的对称结构的品种是 BlankophorBHC 主要用于棉纤维增白和洗涤 二苯乙烯 三氮唑类 21 苯并噁唑类荧光增白剂在产量上仅次于三嗪基氨基二苯乙烯类的荧光增白剂 但是此类品种的大多数是高性能的荧光增白剂 它们的价格远远高于三嗪基氨基二苯乙烯类的荧光增白剂 苯并噁唑基团非常容易引进分子中 它们在分子中参与电子的共轭 所以将它们引入分子后 延长了分子的共轭链 典型的品种有 C I 荧光增白剂393 苯并噁唑类 它在我国的商品名称为荧光增白剂OB 1 被广泛用于涤纶纤维树脂的原液增白 22 苯并噁唑类 另有一类结构不对称的品种 典型品种的结构如下 它一般不以单一组分使用 而是常与其他相似结构的荧光增白剂一起使用 构成混合型荧光增白剂 23 呋喃 苯并呋喃和苯并咪唑本身不是荧光增白剂的母体 但它们都是构成荧光增白剂的结构单元 它们可与其他结构单元 如联苯 一起组成性能良好的荧光增白剂 呋喃与联苯的组合在结构上类似于苯乙烯与联苯的组合 含磺酸基团的此类组合具有很好的水溶性 特别适合尼龙纤维和纤维素纤维的增白 典型化合物的结构如下 呋喃 苯并呋喃和苯并咪唑类 24 苯并咪唑基团与呋喃组合就是一类水不溶性的荧光增白剂 但它们极易生成盐 所以通常被制成阳离子形式的 第一个这种类型的阳离子型荧光增白剂是UvitexAT 呋喃 苯并呋喃和苯并咪唑类 25 1 3 二苯基 吡唑啉类化合物具有强烈的蓝色荧光 这一点早在19世纪末就已为人所知 但是将它们作为荧光增白剂使用还是1949年以后的事情 用取代的苯肼与 氯代丙酰苯类化合物进行缩合反应制得了第一个1 3 二苯基 吡唑啉类荧光增白剂 1 3 二苯基 吡唑啉类荧光增白剂的结构通式如下 1 3 二苯基 吡唑啉类 26 1 3 二苯基 吡唑啉类荧光增白剂典型的品种是BlankophorDCB C I 荧光增白剂121 1 3 二苯基 吡唑啉类 27 香豆素本身就具有非常强烈的荧光 在它的4位 7位上引入各种取代基团就可使其成为具有实用价值的荧光增白剂 但早期研制的各项牢度性能都不好 代替它们的是在4 7位上引入一些较复杂的取代基团 特别是引入杂环类型的基团 生成的品种具有白度更高 耐日晒牢度更高的特点 典型的品种有UvitexWGS C I 荧光增白剂52 香豆素类 28 1 8 萘二甲酰亚胺以及它们的N 衍生物就具有较强烈的绿光黄色荧光 一直被用作荧光染料 例如 C I 溶剂黄44 将氨基酰化 则这类化合物的最大荧光波长向蓝移动 适合作为荧光增白剂使用 目前使用的萘二甲酰亚胺类荧光增白剂主要是4 5位上有一个或两个烷氧基取代的衍生物 典型的品种有 MikawhiteAT C I 荧光增白剂162 它在我国也未见有生产 萘二甲酰亚胺类 29 按用途分类用于涤纶纤维增白的就称作涤纶增白剂 用于洗涤剂的就称作洗涤用增白剂 30 按荧光增白剂的离解性质 阳离子类 阴离子类 非离子类 美国化学协会将荧光增白剂列入染料的范畴 比照染料的应用命名法则 将不同化学结构的荧光增白剂统一按照 染料索引 的系统进行登录与命名 但由于商业目的 许多荧光增白剂的生产厂商并不愿意在登录时公开它们的化学结构 所以在 染料索引 上还不能查到它们产品的化学结构 因此会出现不同索引号的荧光增白剂具有相同化学结构的现象 荧光增白剂的命名与商品化 31 商业上 荧光增白剂大都使用商品名 荧光增白剂的商品名已近5000多种 尽管它们中有的已经不再生产与使用 但根据染料索引号 荧光增白剂的化学结构应该不到400个 这就表明 相同化学结构的荧光增白剂被不同的生产厂商冠以不同的商品牌号 32 进口的荧光增白剂其商品名称一般由商标 英文字母组成 商标后的英文字母一般表示它的性能和应用对象 例如 荧光增白剂DT 表示增白涤纶用的增白剂 荧光增白剂的命名与商品化 33 我国荧光增白剂的商品名称为 荧光增白剂XXX 形式 例如荧光增白剂VBL 荧光增白剂在我国尚未有正规的 系统的命名法则 所以各生产厂家常常根据自己的意愿来对所生产的荧光增白剂进行命名 尾标上的英文字母有时还是照搬国外同类产品中的尾标代号 例如 荧光增白剂DCB就是沿用国外商品BlankophorDCB中的名称 34 我国生产的荧光增白剂品种主要有16个 而产量超过百吨的品种仅7个 其中又以荧光增白剂VBL和荧光增白剂DT为最大 这两个品种的产量几乎占我国荧光增白剂总产量的80 35 荧光增白剂的应用性能和商品加工 荧光增白剂的一般性能染料对织物染色的给色量与染料的用量成正比 而荧光增白剂在低用量时它的白度与用量成正比 但是超过一定极限 再增加用量不仅得不到提高白度的效果而且反而会使织物带黄色 即所谓的泛黄 染料染色越深越能遮盖织物上的疵点 而荧光增白剂的增白效果越好 疵点却越明显 荧光增白剂本身及它的水溶液在日光下的荧光效果不明显 只有染在纤维上才呈现强烈的增白作用 36 荧光增白剂根据其性能不同可以分为阳离子型 阴离子型和非离子型三种 阳离子型和阴离子型的荧光增白剂一般都是淡黄色的固体粉末 易溶于水 在水中呈微黄色有荧光的溶液并能被纤维吸附 它们对纤维具有优良的直接性和匀染性 使用起来较为方便 离子型增白剂不能与同它离子性相反的染料或助剂同浴应用 否则会降低增白效果 甚至会完全失去增白作用 37 荧光增白剂的主要用途 纺织制品的增白和增艳 合成洗涤剂 增加洗涤剂的洗涤效果 纸张的增白 提高纸张的白度与商品价值 塑料的增白 增加它的美观性 影响荧光增白剂性能的一些因素A 前处理荧光增白剂不能代替化学漂白 在应用荧光增白剂之前 织物必须先经煮练 漂白等前处理 以除去织物上的杂质 并使织物的白度达到一定的要求 原材料的白度越高 则增白效果越好 漂白时织物上残留的氯和酸 必须充分洗净 否则将影响增白效果 39 B 荧光增白剂的用量荧光增白剂品种繁多 各种牌号的品种其有效成分和最高增白效果各不相同 每种荧光增白剂的饱和浓度都有其特定的极限 超过某一固定的极限值 不但增白效果不会增加而且反而会出现 泛黄 现象 使得增白变成了 染黄 40 白度的定义 表示物质表面白色的程度 以白色含有量的百分率表示 测定物质的白度通常以氧化镁为标准白度100 41 荧光增白剂的浓度与增白效果的关系如下图所示 从图中的曲线可以看出 荧光增白剂的增白效果在饱和值以下与它的浓度成正比 超过饱和值 其增白效果反而下降 42 43 C 酸碱度 pH值 的影响不同pH值的染浴将直。