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家用化学品（第五章）第五章着色剂5。1着色剂概述5。1。1染料和颜料的定义，各自的特征•染料的定义：用于纤维、毛发、纸张、食品、皮革等材料着色的化学品，它们都是有色物质。染料的特征：1）与被着色物质有结合能力；2）大多数溶于水；3）所有染料都是有机物；4）有时候，染料与被着色物质的结合是不牢固的；5）染料既可以是合成物质，也可以是天然物质•颜料的定义：用于涂料、印刷油墨、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、水泥等的着色物质。•颜料的特征：1）它们一般都与被着色物质无结合能力；2）它们大多数都不含水溶性基团；3）它们对基质（被着色材料）的着色，是依靠外加剪切力，将其强制性的在介质中进行分散。4）颜料既可以是有机物，也可以是无机物。油漆和油墨塑料着色5。1。2物质的颜色物质颜色的产生•可见光中部分波长的光线被物质吸收掉以后，剩余光线对人类眼睛视觉神经的刺激造成的感觉，即颜色。•从分子结构上分析，一种物质若有特殊的结构，能在可见光照射下产生分子内电子的跃迁，就能发色。•上述电子跃迁所需能量的高低不同，造成物质颜色的深浅差异•物质的颜色，是它吸收颜色的补色。5。1。3颜色的三个基本要素1）色调：色调是对颜色的定性衡量标准，可用最大吸收波长来表征。2）亮度：又称为明度，用以说明物质颜色的鲜艳程度。其实是物质吸收光线的强弱。3）纯度：又称为饱和度，用以说明物质吸收光波的集中程度。当吸收的光波集中在某一波长附近时，则“纯度”高，即，显示出“单一”的色调。否则，就不纯。5。2染料及其应用5。2。1染料的分类1）按化学结构分类：偶氮型，蒽醌型，三芳甲烷型等。其各自的结构特征：（-----------）2）按应用类型分类：酸性（包括强酸性、弱酸性，酸性媒介、酸性络合等），分散，活性，直接，还原，冰染等。3）按应用对象分类：羊毛染料，皮革染料，棉麻染料，食品染料（食用色素），化妆品用染料等。偶氮苯蒽醌三苯甲烷染料纺织品着色食品着色毛发着色5。2。2染料的作用原理各种不同的染料，根据作用对象的不同，其与被着色物质的作用原理有很大的差别。1）羊毛类染料的染色原理：羊毛用酸性染料上染，它是基于染料分子中的磺酸基团与羊毛（属于蛋白质纤维）上的氨基成盐，这种结合属于离子键合。然而，在某些时候此类染色的牢度欠佳，需要采取进一步的固色措施。2）毛发类染料及作用原理：人类的毛发类物质与羊毛、兔毛及其它动物毛质一样，都属于蛋白质纤维。即，毛发分子结构中也含有端位氨基或羧基。因此，可以直接用染羊毛的酸性染料染毛发。根据水洗牢度的不同，毛发染料可分为：a.临时性染发剂这是一些普通的酸性染料，仅仅依靠离子键与毛发结合，因此很容易被洗掉（一般仅耐几次水洗）。b.半永久性染发剂使用了固色手段的酸性染料，其与毛发的结合牢度有较大提高，可以耐受十几次水洗。c.永久性染发剂这是近年来兴起的新型染发剂，其作用原理是采用染料的中间体，经过渗透进入毛发的内部，然后在毛发内“原位”生成各色染料。由于此类染料深入到毛发内部，因此不容易被洗掉。值得注意的是，几乎所有染发剂均对人体有一定的毒害作用。近年来，有关染发引起的疾病，已经成为医学界的一个研究、关注重点。3）棉麻纤维用染料的作用原理：主要依靠染料分子中的官能团与棉麻纤维形成共价键结合4）涤纶纤维染色原理染料首先以极小的颗粒分散在水中,然后通过在纤维表面的吸附,进而向纤维内部的扩散与渗透完成着色5）食品的着色目前主要依靠酸性染料,其作用方式有溶解(如饮料和酒类),分散(如糖果糕点),离子键成盐(如肉类)等.5。3颜料及其应用5。3。1颜料的若干特点及颜料的品质指标1）颜料的特点:一般不溶于水,不与被着色的基质结合.2）颜料的品质指标:色度,遮盖力,细度,分散性,透明性,耐化学品性等5。3。2典型的颜料品种1）无机颜料（1）白色颜料a.钛白(TiO2)，俗称钛白粉，其着色力，遮盖力和耐化学品、耐候性均很优秀，是迄今使用最广泛，最优秀的白色颜料。制备方法：经钛矿石粉体与氯气反应得四氯化钛，再经氧化得到二氧化钛，再经煅烧成晶、粉碎、分级、表面处理而得。用途：涂料、油墨、塑料及纸张着色，以及玻璃、陶瓷等着色。钛白粉b.立德粉(BaSO4.ZnS)，立德粉是一种性能价值仅次于钛白粉的白色颜料，其用途与钛白颜料一致，只是低一档次。制法：通过水溶性的硫酸锌与硫化钡复分解反应得到目标化合物，然后经干燥、煅烧、粉碎、分级和表面处理得到颜料。其它白色颜料：C.锌白（ZnO),可由碳酸锌煅烧或单质锌氧化而得。除作颜料，目前还用作橡胶硫化促进剂。d.锑白（Sb2O3),可由单质锑氧化而得。由于其受热极易升华（冒大量白烟），因此也用作高分子阻燃剂。（2）黄色颜料a.铅铬黄(PbCrO4)著名无机黄色颜料，由可溶性的铅盐和重铬酸盐通过复分解反应得到。反应中通常加入部分硫酸盐，使最终产物呈(PbCrO4.xPbSO4)形态，且根据其中硫酸铅含量的多少，使颜料产生不同的颜色：橙----橙黄----黄----中黄----浅黄-----柠檬黄，此类颜料在生活中广泛使用于涂料、油墨、塑料等着色。b.铁黄（Fe2O3.H2O),又叫氧化铁黄，有良好的耐候性，遮盖力，常用于涂料、陶瓷、水泥着色。制法：由硫酸亚铁在水中经空气氧化而成。4FeSO4+6H2O+O2------Fe2O3+4H2SO4H2SO4+Fe--------------FeSO4+H2c.锌铬黄（ZnCrO4)性能类似于铅铬黄，但是其着色力和遮盖力稍差。制法：由氧化锌与重铬酸钾（或钠）反应而得。ZnO+Na2Cr2O7------ZnCrO4用途：涂料、油墨、塑料等着色。d.镉黄（CdS/ZnS),由硫化镉与硫化锌混合而成。用于户外高耐候涂料和塑料着色。(3)红色颜料a.铁红（Fe2O3)又叫氧化铁红，它耐热、耐化学品而且价廉，广泛用于建筑材料如水泥、陶瓷着色，也用于涂料和橡胶着色。制法：铁黄煅烧或亚铁盐的氧化。Fe2O3.H2O(高温）-------Fe2O3（铁红）2FeSO4.H2O+1/2O2--------Fe2O3+SO3+2H2O氧化铁红b.镉红（CdS/CdSe),硫化镉和硒化镉的混合体，红色颜料。广泛用于搪瓷、陶瓷、玻璃、涂料塑料和美术颜料制品。制法：通过碳酸镉煅烧得到氧化镉，再与硫磺反应得到硫化镉；而单质镉与硒反应得到硒化镉；将两种产物混合即得镉红。不同混合比例颜色有异。（4）黑色颜料a.炭黑（C）迄今性能最优异使用最广泛的黑色颜料，着色力遮盖力极好。广泛用于油墨、墨水的着色以及塑料、橡胶着色。炭黑还是橡胶的补强剂。制法：通过石油烃或天然油脂在人为供氧不足的条件下热分解而得。xCnH2n+2(烃类）+yO2-----mC(炭黑）b.铁黑（Fe2O3.FeO)铁黑又叫氧化铁黑，是一种廉价的蓝黑色颜料，广泛用于水泥、陶瓷及印刷油墨的着色。制法：可以通过氢氧化亚铁与铁红混合加热得到：Fe(OH)2+Fe2O3(混合加热）--------Fe2O3.FeO（5）其它无机颜料a.珠光颜料由云母（钾、钠、铁的层状硅酸盐）经粉碎研磨成很细小的鳞状粉体，再与各色颜料混合而成，在光照下通过光的衍射产生珠光效果。b.金属颜料金粉------鳞片状的黄铜粉；银粉------鳞片状的铝粉。二者均起到金属感效果。2)有机颜料有机颜料从化学结构上看，很近似于染料。实际上，许多有机颜料就是来自于染料工业。但是，颜料分子结构中不含有水溶性基团，或者，经过一定的化学措施，使分子中水溶性结构受到削弱。按主体结构分，有机颜料有以下几种类型：•偶氮颜料:分子中含有偶氮苯等结构•色淀类颜料:由染料类物质通过沉淀反应制得的不溶性有色粉末•酞菁颜料:一类具有类似于叶绿素的环状轮烯络合物结构的高品质颜料•其它有机颜料5。3。3无机颜料与有机颜料的性能比较•着色力:有机颜料更优;•遮盖力:彩色颜料当中有机更优•分散性:有机更优•耐热性:无机更优•耐溶剂性:无机更优偶氮颜料色淀颜料立索尔大红5.3.4天然色素（天然染料）主要从植物中的花、果、叶、皮、杆等组织中提取得到。在食品和化妆品中使用，安全性较好。例如：a.焦糖色素------以糖类为原料，经过加热，初步脱水缩聚而成的褐色水溶性物质。在水溶液或乙醇中呈亮丽的暗红色，适用于酒品和果汁、饮料的着色。b.叶绿素铜钠-------从绿色植物的叶部组织中提取的，具有环状轮烯络合物结构的绿色物质，用于食品和化妆品着色。c.红花黄--------从一种称为藏红花的红色花朵中提取出来的黄红色物质，用于食品和化妆品着色。叶绿素铜钠d.甜菜红-----从甜菜中提取的水溶性红色色素，用于食品和化妆品着色。e.辣椒红-----从辣椒中提取的油溶性红色色素，用于食品着色。f.姜黄色素------从一种黄姜中提取的水溶性黄色色素，用于食品和化妆品着色。甜菜红色素5。4着色剂的发展状况及热点问题5。4。1关于偶氮染料的致癌性问题目前已经发现部分偶氮染料有致癌性，而偶氮染料又是应用最广泛的一大类着色剂，因此，偶氮染料的问题值得人们认真关注。现在，欧美发达国家已经制定出新的规定，对偶氮染料应用进行更严格的限制。5.4.2关于含铅含镉颜料的毒性问题铅和镉类化合物也是目前公认的环境毒害物质.而早期的很多无机颜料都是含铅或含镉的.近年来各国已经在法规上逐渐限制或禁止它们的使用.5。4。3食品着色剂的争论•为什么要对食品进行着色？食品着色是迎合人们的喜好,增加商业利润的重要手段之一•食品着色处理到底是有利还是有弊？目前还不能禁止此类做法（相对来说，只有天然色素才安全）•现代生活中食品的着色相当普遍，而且有愈演愈烈的趋势•多数情况下，普通老百姓实际上对琳琅满目的着色食品的安全性并不了解(近年随着媒体将种种弊端披露,人们才大惊失色,但是往往悔之晚矣)•国家虽然有食品卫生法规对食品着色剂进行严格限制，但是这方面情况不容乐观,执法力度须加强•目前允许在食品中添加的若干合成色素1）苋菜红；2）胭脂红；3）柠檬黄；4）日落黄；5）靛蓝，等。这些合成色素大都是偶氮化合物，本质上与前述染料并无多大的差异，只是毒性相对较小而已。苋菜红胭脂红色素加有苋菜红和胭脂红的糖果染色禽蛋染色禽蛋染色虾