第2章墨水中的着色剂.doc

第 2 章 墨水中的着色剂2.1 着色剂的概念与分类2.1.1 着色剂的概念颜色是由物体发射、反射或透射的光波通过视觉所产生的印象，墨水中颜色的产生有赖于着色剂的加入在墨水中，最重要的成分是着色物质，我们通常称之为色料（colour） 色料按其在溶剂中的溶解性能可分为染料（dye）和颜料（pigment）两大类 [1]染料一般是可溶性的，可溶于水或有机溶剂，有些染料可溶于被着色物质，甚至与被着色物质反应；也有不溶性的染料，例如某些蒽醌类的还原染料，被称为颜料性染料颜料是不溶性的，既不溶于水、也不溶于有机溶剂，但能使物质着色的物质在我国的有关文献中，经常把染料和颜料混为一谈，有时把染料和颜料统称为染料，有时把染料和颜料又统称为颜料最为突出例子的是在染料的分类中，既包含了染料，也包含有颜料；在染料索引（C.I.）中也是如此，如 C.I.颜料黄 3、C.I. 颜料红 166、C.I. 颜料蓝 15 等都属于颜料，所以 C.I.在名义上是染料索引，实际上是染料和颜料共同的索引，这是因为过去没有提出“色料”的概念我们在本书中将染料（dye）和颜料（pigment）统称为“色料” ，这一概念的使用既有利于将二者区别，也有利于必要时将二者合二为一。

有机染料和有机颜料的结构、颜色规律以及合成原理是一致的，他们之间可以互相转化如可溶性的有机染料也可以转化为不溶性的有机颜料，含有磺酸钠基的酸性染料，与Ca2+、Ba 2+反应后生成不溶性的盐就变成了颜料碱性染料或阳离子染料与丹宁酸或杂多酸结合，都可以转变为不溶性的颜料采用沉淀剂，使染料沉淀在某种无色的无机载体上（氢氧化铝、硫酸钡、锌钡白、粘土等） ，这类颜料称为色淀色料是书写材料的主要成分，习惯上称为着色剂中国人很早就使用碳黑制取颜料型墨水——墨汁；公元前 1200 年埃及人从浆果、植物中提取染料制备染料型墨水，1848 年投放市场的苏木素墨水，1856 年出现的苯胺墨水都是染料型墨水目前，在钢笔墨水中通常也要使用染料酸性墨水蓝 G 和直接湖蓝 5B 等，在蓝色、绿色中型墨水中最常使用酞菁类颜料，在黑墨水、荧光墨水、白板笔墨水、记号笔墨水、喷墨打印墨水中都离不开染料和颜料2.1.2 色料索引简介在目前涉及颜料或染料的参考资料中也经常使用 C.I.名称，如 C.I.颜料蓝 15、C.I.酸性红 138 等C.I.是什么？下面作一简单的介绍 C.I.或 CI 是 Colour Index 的简称，它是一部国际性的染料和颜料品种的汇编，将世界大多数国家各染料厂的商品，分别按它们的应用性质和化学结构归纳、分类、编号，逐一说明他们的应用特性，列出它们的结构式，注明其合成方法，附有同类商品名称的对应表，是一部全面了解国际性染料和颜料的工具书。

目前在我国译作《染料索引》 ，由于它既有染料、也有颜料，我们认为应译作《色料索引》 但为了保持与国内的说法一致，下面还是称作《染料索引》 在《染料索引》中，色料的命名是着眼于应用的一种系统，这部重要的参考书是英国染料及印染工作者协会（UK Society of Dyers and Colorrists,简称 SDC）和美国纺织化学和印染化学家协会(Amerian Association of Textile Chemists and Colorists,简称 AATCC)共同编辑出版，题目是按英文排列的1921 年出第一版，1971 年出版了第三版第三版共 5 卷，增订本两卷，其中前三卷按染料的应用特性分 20 大类，各类再按颜色分为 10 类在同一颜色下，对不同的色料品种编排了序号，称为 C.I.应用类属名称编号他们有一个通名，例如：C.I.碱性绿 4，指明这是一个绿色碱性染料，大致适用于聚丙烯腈纤维、纸张，可能还适用于羊皮此外，还提供了应用方法的数据、牢度数据等第四卷按染料的化学结构分类给出化学结构编号，并提供了制备方法的要点，染料的化学结构用一个 5 位数字来表示，但并不是十分精确的。

CI 结构数在 11000 到 19999 之间的为单偶氮化合物;在 73000 到 73999 之间的为靛族化合物如： C.I.酸性红 138，18073；C.I.颜料红57，15850；C.I.颜料蓝 15，74160第四卷与 1~3 卷的内容互相补充第五卷主要提供了各种色料的商品名称对照、生产厂家的缩写、牢度试验以及专利、普通名词和商业名词索引等如碱性绿 4 的全称是“C.I.碱性绿 4，42000，孔雀绿” ，数字 42000 指明了它是三苯甲烷染料,孔雀绿是通俗的或商品的名称，一般只用 C.I.通称，除非通俗名称特别著名时才用通俗名称由于 C.I.按照应用和结构类别对每个色料给予了两个编号，借助于 C.I.，可以方便地查阅色料的结构、色泽、性能、来源和染色牢度等有关内容2.1.3 色料的命名这里所谓的色料的命名，在其它相关书籍中称为染料的命名因为这一命名规则既包含了染料，也包含颜料，故我们称为色料的命名有机色料一般是分子结构比较复杂的有机化合物，不但因为化学名称长，应用不方便，而且不能告诉应用者这种色料是否适用；有些色料的结构至今尚未完全确定，因此一般的“有机化合物系统命名法”不一定适用于它们，会在色料工业中引起混乱。

我国对色料的命名体系实行的是三段命名法 [2]，规定如下： 第一段为冠称，表示色料根据应用方法或性质分类的名称，为了使染料名称能细致地反应出染料在应用方面的特征，将冠称分为 31 类，即酸性、弱酸性、酸性络合、酸性媒介、中性、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、酞菁素、色酚、色基、色盐、快色素、颜料、色淀、耐晒色淀、涂料色浆第二段为色称，表示颜料在纤维上染色后所呈现的色泽的名称我国色料商品采用 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、玫瑰红、品红、红紫、枣红、紫蓝、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、黑第三段是尾称(字尾)，以英文字母结合阿拉伯数字补充说明色料的色光、形态、强度、特殊性能及用途等常用字母有：B 代表蓝光、6B 代表强蓝光； 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 代表绿光或黄光、J 代表荧光、R 代表红光；L 代表耐光牢度较好； P 代表适用印花；S 代表升华牢度好……。

有时还用字母代表染料的类型，它置于字尾的前部，与其他字尾间加半字线例如“活性艳红 X-3B”，“活性”即为冠称， “艳红” 即为色称，X-3B 是尾称，X 表示高浓度，3B 为较 2B 稍深的蓝色，表明该染料为带蓝光的高浓度艳红染料 “活性艳蓝 KN-R”，其中 KN 代表类别为乙烯砜型活性染料，R 代表染料色光是带红光 “活性金黄 KN-G”，其中 KN 代表乙烯砜型活性染料，G 代表染料色光2.1.4 CAS 登记号在化学文摘（CA）中，为了有助于区别结构相似的化合物，防止各种名称相互混淆，每个结构的化合物规定了特定的 CAS 登记号，并赋予 CA 的系统命名，以方便利用 CA 的化学物质索引来查找例如“C.I.颜料黄 12”的 CAS 登记号为：CAS NO[6358-85-6]； 系统命名为:2,2ˊ-{[3,3ˊ-dichloro-(1,1ˊ-biphenyl)-4,4ˊ-diyl] bis(a20)}bis-(3-OXO-N-phenyl)Butamide其母体结构是丁酰胺（Butamide）：-N=N-CH-CONH-C=OCH3Cl2并在 2 位、3 位和 N 原子上引入不同取代基的衍生物 [3]。

但由于 CA 的系统命名过于复杂，故一般不常使用1,4-二氨基蒽醌的染料索引为 C.I. Solvent Violet 11，61100；CAS 登录号[128-95-0]；英文名 1,4-Diamino anthraquinone，结构式为：2.2 染料的一般知识2.2.1 染料的来源与应用最早的染料是从植物中提取出来的，如靛蓝、茜素、商陆浆果、乌贼墨汁等，它们都曾用于墨水 [4]茜素自古以来就是有名的鲜艳染料，当时盛行的办法是从茜草根里制取茜素靛蓝曾被古代英国人和凯尔特人作为染料，用它将衣服漂染成引人注目的美丽的蓝色，由于色泽艳丽、牢固稳定、用途广泛和历史悠久而被认为是染料之王，自古以来一直视为珍品，它是由印度栽培的木蓝经大量繁殖而传播到世界各地的最近的一项研究发现，这种曾作为染料的靛蓝中所含的抗癌化学物质芸苔葡萄糖硫苷(芥苷，glucobrassicin) 还是对抗癌症的最有效的天然化合物的来源，这项科研发现能够促进疾病治疗研究的发展，特别是对乳腺癌的治疗如果采用靛蓝配制墨水显然是对人体无害的图 2.1 茜素（左）和靛蓝（右）的结构式合成有机染料的出现以 1856 年 Perkin 合成苯胺紫为标志 ，开创了合成染料的新时代 [5]。

150 多年前，生活的色彩还没有今天这样丰富多样，因为那时染色还非常困难谁要想把布料染成自己喜爱的颜色，只能用茜草、郁金、靛蓝、大黄、红花等植物的根、叶和皮之类的汁液来染色这些天然染料种类不多，数量也少，而且染出来的东西色泽不够明亮，还容易褪色直到化学合成染料出现后，才解决了人们对色彩的需求而这项化学上重要的发明，是由英国人帕琴（William Perkin）在偶然中发现的此后，位于德国柏林的拜尔实验室 1868 年合成茜素，1878 年 6 月首次合成靛蓝从那时起各种不同种类的染料相继出现，染料化学工业在十九世纪中叶蓬勃发展起来，并推动了有机化学学科的发展20 世纪 50 年代，Rattee 和 Stephen 发现二氯均三嗪基团的染料在碱性条件下与纤维上的羟基发生键合，标志着染料使纤维着色从物理过程发展到化学过程，开创了活性染料的合成应用时期；1983 年合成的二芳基吡咯并吡咯染料是最重要的成员合成染料更大范围的提供了所需的色度和涂层的耐久性，随着现代技术的应用，染料领域也经历了变革，如在染料激光器中，激光染料作为活性介质而使用染料是在一定介质中能使纤维或其他基质染成鲜明而坚牢色泽的有机化合物。

作为染料除了具有鲜明的色泽外，还须能溶于水或借助于化学方法使之溶于水及制成分散液，在染色时上染纤维后具有一定的坚牢度，即在后加工或使用过程中保持不褪色并不是任何有色物质都能当作染料使用，染料必须满足应用方面的要求，颜色鲜艳、染色坚牢、使用方便、成本低廉、无毒性有一部分有色物质（包括有机物和无机物） ，不溶于水和一般有机溶剂，但也能上染纤维，他们往往借助于某些高分子物质（粘合剂）将悬浮状态的颜料细小颗粒粘在纤维表面，这种有色物质称为颜料，颜料主要用于油漆、油墨、橡胶、塑料以及合成纤维原液着色目前，染料不仅限于纺织物的染色和印花，它在油漆涂料、纸张、印刷、书写材料、食品、光电通讯等许多领域得以应用古代的染料如靛蓝、青黛等是取自动植物，现在使用的染料几乎都是人工合成的，只是在食品领域有一小部分是从天然植物中提取的在美国，每年有 7600 吨的染料用于墨水，包括圆珠笔用墨水、喷墨打印墨水、特种印刷品如包装用墨水等其中，60%是溶剂染料， 18%是碱性染料， 16%是直接染料，6%是酸性染料2.2.2 染料的分类有机染料品种繁多，有多种分类方法最常用的方法有两种：一种是按照染料的应用方法，另一种是根据染料的化学结构。

根据染料的应用对象、应用方法及应用性能可将染料分为如下几类一、直接染料(direct dyes)：染料分子多数为偶氮结构，分子中含有磺酸基、羧基等水溶性基团而溶于水，在水中以阴离子形式存在一般染料对纤维素有亲和力，染料分子与纤维素分子之间以范德华力和氢键相结合，能使棉纤维直接染色。