《精细化工实验技术》课件第六章

精细化工试验技术第六章染料一、染料及其分类二、染料的应用三、染料发展概况实验四甲基橙的制备实验五活性艳红X-3B的制备实验六染色实验

染料

一、染料及其分类

染料是一类有色的有机化合物，可溶于水或溶剂，或可转变成溶液，或能在液体中均匀分散，能使纤维或其它物质获得牢固而鲜明的颜色。染料按用途可分为羊毛用染料、纤维素纤维用染料、合成纤维用染料；按应用可分为酸性染料、碱性染料、直接染料、媒染染料、冰染染料、还原染料、硫化染料、活性染料、分散染料、功能性染料、阴离子染料等；按结构可分为偶氮染料、蒽醌染料、靛族染料、二苯乙烯染料、三苯甲烷染料、苯乙烯基染料、呫吨染料等。

染料1．酸性染料和碱性染料酸性染料（aciddye）是在酸性介质中染色的一类染料。大酸性染料色谱齐全，主要用于羊毛和蚕丝染色，也用于皮革、造纸、墨水等方面着色，但对纤维素纤维着色力差。碱性染料（basicdye）是在水溶液中能直接离解生成阳离子或者与酸形成盐后间接生成阳离子的一类染料。碱性染料可溶于水。使用时需先用媒染剂在纤维上打底后再染色，颜色浓艳。但是，耐晒牢度和耐洗牢度差。主要用于棉、羊毛和蚕丝的染色，用于纸张着色和打字色带、色淀及照相材料的制造等。染料2．直接染料在纤维素纤维或蛋白质纤维染色时，不需媒染剂而能直接上色的一类染料称为直接染料（directdye）。它染色方便，色谱齐全，价格低廉，因而广泛用于各种纤维素纤维、蛋白质纤维及其混纺织物的染色。联苯胺直接染料是直接染料中最重要的一类。其中直接黑38，不仅用于棉织物染色，还能用于羊毛、丝绸、皮革等染色，染色性能均很好。3．媒染染料如果酸性染料不能满足耐洗牢度要求，那么在对颜色的鲜度要求不高时，可以使用媒染染料染色。媒染染料染色的方法是将纤维分别用钴、铬、铝等的金属化合物处理，使媒染剂固定在纤维上，然后用可与钴、铬、铝生成螯合物的染料液体处理，使染料与金属在纤维内形成不溶性的螯合物，从而进行染色。这类借钴、铬、铝等的金属化合物固定在纤维上的染料，称为媒染染料，例如媒染黑。

染料4．冰染染料冰染染料（icedye）是使重氮组分（色基）及偶合组分（色酚）在纤维上反应，生成不溶性的偶氮染料而染色的一类染料。因为重氮化和偶合两过程常用冰冷却，所以被称为冰染染料。为了便于使用，色基往往被制成稳定的重氮盐，称为色盐，溶于水后即可用作显色。冰染染料色泽鲜艳，牢度好，适用范围广，色谱齐全和价格低廉，广泛用于纤维素纤维、丝、毛、聚酯、尼龙和醋酸纤维等染色。但是冰染染料应用过程较复杂，而且大部分重氮盐不稳定。但是在发展了稳定重氮盐以后，这个问题得到了部分解决。

染料5．还原染料还原染料（vatdye）是指先还原而后染色的一类染料。一般还原染料不溶于水，但在碱溶液中它们分子中的羰基还原为隐色体的可溶性盐，被棉纤维等吸收后再经氧化，恢复为原来的不溶性染料。稠环醌是还原染料中最重要的一类，用于染色和印花，色泽鲜艳，且具有较全面的牢度。6．硫化染料硫化染料（sulfurdye）是不定型结构的化合物，确切的发色体尚未弄清楚，用于棉织物染色已有一百多年。硫化染料和还原染料相似，不溶于水，应用时首先必须还原成可溶形态，还原剂是硫化钠，纤维被染色后在空气中氧化而显色。这类染料中最重要的品种是硫化黑、硫化黑T。

染料7．活性染料活性染料（reactiondye）是英国卜内门公司在1956年发明的，它适用于棉和其他纤维素纤维的染色。活性染料主要用于纤维素纤维染色，也用于羊毛、尼龙等织物染色。它具有色泽鲜艳、色谱齐全、匀染性能和湿牢度好、工艺适应性强、使用简便、成本较低等特点。近十年在其他染料用量相对下降的情况下，活性染料用量却呈不断增加的趋势。8．分散染料分散染料（dispersedye）是一类以分散体系形式进行染色的染料。分散染料分子较小，分子结构中不含离子基团，在大量分散剂作用下能分散成均匀而稳定的微小颗粒，容易渗透进高分子纤维中。主要用于各种合成纤维和混纺纤维织物的染色和印花。

9．功能染料主要有近红外吸收染料、液晶显示染料、激光染料、压热敏染料、有机光导材料用染料、pH指示染料、光敏染料以及光变染料等。

染料

二、染料的应用染料主要用于纺织纤维的染色。比如，天然纤维棉、毛、丝、麻、等；化学纤维涤伦、腈伦、锦纶、维伦、等。也广泛用于橡胶制品、塑料制品、油脂、油墨、墨水、照相器材、印刷、造纸、医药、食品等方面也可用于皮革、纸张、高分子材料或食物的上色。

近年来，还应用于细胞的染色、阐明蛋白质结构、探索酶的活性能等方面。

三、染料发展概况

染料实验四甲基橙的制备一、实验目标1．理解由重氮化、偶合反应制备甲基橙的原理；2．掌握由重氮化、偶合反应制备甲基橙的方法；3．熟悉低温操作和重结晶的操作。二、产品特性与用途甲基橙为橙黄色鳞状晶体。英文名称：Methylorange；化学式：C14H14N3O3SNa；相对分子质量：327.33。它微溶于水，不溶于乙醇，是一种酸碱指示剂。它是由对氨基苯磺酸重氮盐与N，N-二甲基苯胺在弱酸性介质中经偶合反应得到的。偶合反应首先得到亮红色的酸性甲基橙，称为酸性黄。在碱存在下，酸性黄可转变为橙黄色的钠盐，即甲基橙。

染料三、实验原理1．重氮化反应2．偶合反应染料3.甲基橙醋酸黄（酸性黄）

4.甲基橙在pH值不同时分子结构的变化pH＞4.4（黄色）pH＜3.1（红色）

染料四、主要仪器与药品1．主要仪器电加热套、电动搅拌器及减压抽滤装置等。2．主要药品2.1g对氨基苯磺酸、0.8g亚硝酸钠、20mL氢氧化钠溶液（ω=0.01）、25mL氢氧化钠溶液（ω=0.05）、3mL浓盐酸、1mL冰醋酸、1.3mLN，N-二甲基苯胺、5g氯化钠、尿素、无水乙醇、乙醚、饱和氯化钠溶液、蒸馏水及冰块等。

染料五、实验内容与操作步骤1．重氮盐的制备在250mL烧杯中放入l％氢氧化钠20mL和2.1g（0.01mol）粉状对氨基苯磺酸晶体，温热使后者完全溶解。对氨基苯磺酸是两性化合物，但其酸性比碱性强，故能与碱作用而生成盐，这时溶液应呈碱性（用石蕊试纸检验），否则需补加l～2mL氢氧化钠溶液。然后冷却至室温；另溶0.8g（0.012mol）亚硝酸钠于6mL水中并加入上述烧杯中，在冰盐浴中冷却至5℃以下。在另一烧杯中放入3mL浓盐酸和l0mL冰水，也放入冰盐浴中冷却至5℃以下。将对氨基苯磺酸钠与亚硝酸钠的混合液在搅拌下慢慢倒入冰冷的盐酸溶液中，用刚果红试纸检验，始终保持反应液为酸性，并且控制反应温度在5℃以下。

染料将反应混合物在冰盐浴中放置15min，以保证反应全部完成。对氨基苯磺酸的重氮盐在此时往往析出，这是因为重氮盐在水中可电离，形成内盐，在低温下难溶于水而形成细小的晶体析出。用碘化钾淀粉试纸检验溶液中是否有过量的亚硝酸。若碘化钾淀粉试纸变蓝，则表明亚硝酸过量，可加入少量尿素分解。2．偶合反应将l.3mL（0.01mol）N，N-二甲基苯胺与lmL冰醋酸混合，搅拌下将此溶液加到上述重氮盐溶液中。加完后搅拌反应l0min。然后缓慢加入25mL5%氢氧化钠溶液直至反应液变为橙色。若反应物中尚存N，N-二甲基苯胺的醋酸盐，在加入氢氧化钠后，就有N，N-二甲基苯胺析出，影响产物的纯度。将橙色溶液在沸水浴上加热5min，冷却至室温，再于冰水中冷却，使甲基橙晶体析出完全。抽滤，依次用水、乙醇、乙醚洗涤晶体，压干，得甲基橙粗品。

染料3．盐析、抽滤将烧杯从冰盐水浴中取出，恢复至室温。加入5g氯化钠，搅拌并放入沸水浴中加热使其全部溶解。冷至室温后置于冰水浴中冷却。待甲基橙晶体完全析出后，抽滤。用少量饱和氯化钠水溶液洗涤烧杯和滤饼，压紧抽干。若想得到较纯的产品，可将滤饼连同滤纸移到装有75mLl%氢氧化钠沸水的烧杯中，加热并不断搅拌使其溶解。取出滤纸后把溶液冷至室温后在冰水浴中继续冷却。待结晶完全析出后抽滤，再用乙醇、乙醚洗涤，压紧。重结晶操作应迅速，否则由于湿的产物在空气中受光的照射后颜色会很快加深，所以一般会得到紫红色的粗产物。用乙醇、乙醚洗涤的目的是使产品迅速干燥。产品在50℃以下晾干，得鲜艳橙色的鳞片状甲基橙晶体，产量约2.5g。称量产品，计算收率。

4．检验变色效果把少许甲基橙晶体溶于水，加几滴盐酸，随后用稀氢氧化钠溶液中和碱化，观察溶液颜色变化。

染料六、实验记录与数据处理1．实验记录：碘化钾淀粉试纸若变蓝，则说明亚硝酸钠过量。此时加

g尿素搅拌后，碘化钾淀粉试纸刚好变成蓝色。粗产物：

g；外观：

；纯度

%；精制产物：

g；外观：

；纯度

%。加盐酸后甲基橙溶液颜色：由

色变为

色；加氢氧化钠后甲基橙溶液颜色：由

色变为

色。2．数据处理中间体及产物的收率计算方法可参照《实验一杀虫剂甲氧氯的制备》中相关内容。

甲基橙粗品的收率为：

%；甲基橙精制产物的收率为：

%。

染料实验五活性艳红X-3B的制备一、

实验目标1．理解活性染料的反应原理；2．掌握X型活性染料的合成方法。二、产品特性与用途活性艳红X-3B的英文名称：ReactivebrilliantredX-3B，是枣红色粉末，溶于水呈现出蓝光红色。遇铁对色光无影响，遇铜色光稍暗。可用于棉、麻、粘胶纤维以及蚕丝、羊毛、锦纶的染色；可用于丝绸印花，能与直接染料、酸性染料同印。能与活性金黄X-G、活性蓝X-R组成三原色，拼染多种中至深色的颜色，如橄榄绿、草绿、墨绿等，色泽丰满。

染料三、实验原理活性染料又称反应性染料，其分子中含有能和纤维素纤维发生反应的基团。按活性基团可分为X型、K型、M型、KN型、KD型等。有关活性基团介绍见下表6-1。

活性艳红X-3B为二氯三嗪型（即X型）活性染料。构造发色体的母体染料一般按酸性染料的合成方法进行合成；活性基团的引进一般是由母体染料和三聚氯氰缩合得到。若以氨基萘酚磺酸作为偶合组分，则为了避免发生副反应，一般先将氨基萘酚磺酸和三聚氯氰缩合，然后再进行偶合反应，这样可使偶合反应完全发生在羟基的邻位上。

染料类别X型K型KN型M型KD、KE、KP型毛用活性染料反应基团二氯三嗪型一氯三嗪型β-硫酸酯乙基砜型混合型双三嗪型乙基砜型用途棉纱、棉布、丝绒、丝绸染色棉布的印花、轧染棉布的卷染、轧卷和染色棉布的染色、印花棉布的染色羊毛、丝绸、锦纶染色染色条件室温蒸汽焙烘40～60℃60～80℃60～90℃90～100℃碱剂碳酸钠碳酸氢钠磷酸三钠、泡花碱碳酸钠碳酸钠氨水表6-1活性染料的类型、结构、用途及染色条件

染料其反应方程式如下：⑴缩合

H酸三聚氯氰⑵重氮化染料⑶偶合活性艳红X-3B四、主要仪器与药品1．主要仪器电加热套及电动搅拌器等。2．主要药品10.2gH酸、2.8g苯胺、5.6g三聚氯氰、7.4mL30%盐酸、2.1g亚硝酸钠、1.6g碳酸钠、20%磷酸三钠水溶液、20%碳酸钠水溶液、1.8g尿素、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠及氯化钠等。染料五、实验内容与操作步骤1．缩合反应在装有电动搅拌器、滴液漏斗和温度计的250mL的四口烧瓶中加入30g碎冰、25mL冰水和5.6g（0.03mol）三聚氯氰，在0℃搅拌20min，然后在1h内中加入H酸溶液（10.2g（0.03mol）H酸和1.6g碳酸钠溶解在68mL水中)，加完后在8℃～10℃搅拌1h，过滤，得黄棕色澄清缩合液。2．重氮化反应在250mL烧杯中加入10mL水、36g碎冰、7.4mL30％盐酸、2.8g（0.03mol）苯胺，不断搅拌，在0～5℃时于15min内加入2.1g（0.03mol）亚硝酸钠(配成30％溶液)，加完后在0～5℃搅拌10min，得淡黄色澄清重氮液。

染料3．偶合反应在500mL烧杯中加入上述缩合液和20g碎冰，在0℃时一次加入重氮液，再用20％磷酸三钠溶液调节pH至4.8～5.1。反应温度控制在0～5℃，继续搅拌1h。用20％碳酸钠溶液调节pH至6.8～7。加完后搅拌3h。此时溶液总体积约310mL，然后按体积的25％加入食盐盐析，搅拌1h，过滤。滤饼中加入滤饼重量2％的磷酸氢二钠水溶液和1％的磷酸二氢钠水溶液，搅匀，过滤，在85℃以下干燥。称量产品，计算收率。六、实验记录与数据处理1．实验记录表中间体及产品名称性状产量/g活性艳红X-3B

表6-2活性艳红X-3B的制备的实验记录表

染料2．数据记录表中间体及产品的收率计算方法可参照《实验一杀虫剂甲氧氯的制备》中相关内容，将数据记录在表6-3中。七、安全与环保

三聚氯氰遇空气中的水分会逐渐水解放出氯化氢气体，用后必须盖好瓶盖。

表6-3活性艳红X-3B的制备的数据记录表

中间体及产品名称收率/%活性艳红X-3B

染料实验六染色实验一、实验目标1．用几种典型染料对几种不同类型的纤维进行染色实验；2．简单考察染色机理。二、实验原理

1.几种染料的染色机理

⑴酸性染料染色

⑵直接染料的染色

⑶翁染染料染色

⑷偶氮染料染色

⑸活性染料染色

染料2．商品染料的质量评价⑴物化指标

物化指标包括商品染料中的染料含量，杂染料含量、水分含量、其他杂质或其他助剂的含量如无机盐、填充剂等含量；此外，还包括染料的细度、分散度、染料在水中的溶解度等指标，以及染料在某特定的溶剂中的最大吸收波长（λmax）和染料的色度值等指标。

⑵染色牢度指标

主要包括耐光牢度、耐洗牢度、耐漂白牢度、耐酸、耐碱牢度、耐缩绒牢度、耐升华牢度、耐气候牢度、耐汗渍牢度、耐摩擦牢度等，其中以耐光牢度和耐洗牢度两项指标最为重要。染料三、主要仪器与药品1．主要仪器烧杯（100mL、250mL各一只）、试管及玻璃棒等。2．主要药品与材料0.5%二号橙水溶液、0.5%刚果红水溶液、0.5%靛蓝水溶液、0.5%萘酚AS或0.5%β-萘酚水溶液、0.5%对硝基苯胺水溶液、0.5%活性艳红X-3B水溶液、0.1g油溶性偶氮染料4-偶氮苯-2-偶氮萘酚、0.5%乙酸水溶液、5%硫酸钠水溶液、0.5%碳酸钠水溶液、5%碳酸钠水溶液、5%连二亚硫酸钠（保险粉）水溶液、5%氢氧化钠水溶液、5%盐酸水溶液、5%亚硝酸钠水溶液、5%交联剂EH水溶液、三水合醋酸钠晶体、元明粉、95%乙醇溶液、无水乙醇、冰块、蒸馏水、中性洗涤剂及肥皂水溶液等。5cm×5cm羊毛、丝、尼龙、棉、聚丙烯腈（腈纶）、聚酯（涤纶）等布料片及5cm×5cm聚乙烯薄膜等。染料四、实验内容与操作步骤1．用酸性染料染色取5mL0.5%二号橙染料溶液放入250mL烧杯中，加水60mL后充分搅拌，再加入5mL0.5%乙酸溶液和3mL5%硫酸钠溶液后，加热至40～50℃。将大小为5cm×5cm的羊毛、丝、尼龙、棉、腈纶、涤纶等布料放入染缸内，用2根玻璃棒操作不使布料浮出染液，与此同时，在保持染液微沸的程度下，加热与40～50min。当水分被蒸发减少时，应及时补足减少的量。染料羊毛、丝、尼龙、棉、聚丙烯腈（腈纶）、聚酯（涤纶）等纤维布料，买来前可能上过浆，因此在染色前要把布上的浆去掉。染棉布前，应将棉布在2%碳酸钠溶液中煮沸2小时，再经水洗；对其它纤维的织物染色，之前需要在60～70℃（羊毛在40℃左右）的中性洗涤剂溶液中洗涤20～30min左右。染色完成后，先用自来水认真冲洗染布、压干水分，再用中性洗涤剂洗、压干水分，最后用水洗。把布夹在滤纸中间用力挤压去水，展平干燥，按照染色好坏的顺序贴在记录本上。

染料2．用直接染料染色用5mL0.5%刚果红染料溶液，加至250mL烧杯中，加水50mL后充分搅拌。再加入5mL0.5%碳酸钠溶液和6mL5%硫酸钠溶液后，加热至40～50℃。将约为5cm×5cm大小的羊毛、丝、尼龙、棉、腈纶、涤纶等布片放进染浴中，用玻璃棒进行布片的染色操作，在微沸的状态下加热约30～40min，同时补充被蒸发的水分。染色完成后，进行洗涤、干燥等处理。

染料3．用翁染染料染色取5mL0.5%靛蓝水溶液加入250mL烧杯中，加入几滴乙醇混合成糊状。再加5%氢氧化钠溶液10mL和连二亚硫酸钠0.6g，混合均匀后加入约70mL经过煮沸除去氧的70℃左右的水。缓缓地搅拌后静置20～30min，靛蓝此时被还原成黄色溶液。再向其中加入煮沸后冷却至50～60℃的水70mL。放入事前在热水中润湿过、拧过水、大小约5cm×5cm的棉布，进行30分钟左右染色后，取出挤去水分，使之在空气中氧化、显色，水洗，用中性洗涤剂洗后进行干燥。

染料4．用偶氮染料染色取5mL0.5%萘酚AS（或β-萘酚）放入100mL烧杯中，加入几滴乙醇搅拌成糊状，向其中加入7mL5%氢氧化钠溶液和50mL水，加热后使其溶解，放置冷到20～30℃，放入事前在热水中润湿、拧干、大小约5cm×5cm左右的棉布，浸泡20min后取出拧干。另外取5mL0.5%对硝基苯胺水溶液放入250mL的烧杯中，加入5%盐酸10mL和水30mL，加热溶解。冷却后加入20g左右的碎冰，将5mL5%亚硝酸钠溶液一次加入进行重氮化反应。10min后，加入结晶醋酸钠2g，调节溶液的pH约为4左右，然后把溶液稀释至约100mL，得到重氮盐的溶液。把按上述方法处理过的棉布放入上述重氮盐的溶液中，20min左右显色。然后用沸腾的肥皂水溶液处理棉布3～5min，之后水洗、干燥。使用β-萘酚时可以省去用沸腾肥皂水处理这一步。

染料5．用油溶性染料染色在带有回流冷凝器的圆底烧瓶中加入约0.1g油溶性偶氮染料4-偶氮苯-2-偶氮萘酚，再向其中加入20mL无水乙醇，加热使染料溶解。将适量的聚乙烯薄膜投入其中，在接近乙醇沸点的温度下加热10～20min。取出薄膜，用肥皂水认真洗涤，再经水洗、干燥。

另外把聚乙烯薄膜用二号橙溶液进行同样处理，观察是否着色。

染料6．用活性染料染色取5mL0.5%活性艳红X-3B水溶液加入250mL烧杯中，加水50mL后充分搅拌，再加入1.5g元明粉，加热至30～35℃，放入事前在热水中润