功能染料

染整新技术原理浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学第五章功能染料及其在染整中的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用§2近红外吸收染料及其应用§3荧光染料及其应用§4照相/成像用功能染料§5其他功能染料及其应用第五章功能染料及其在染整中的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学合成染料/颜料的发色体系都是共轭的电子体系，这些体系不但产生颜色，而且还具有许多其它与光、热、电、化学、生化等性质相关的其他功能，这些具有特殊功能的染料/颜料被称为功能性染料/颜料。第五章功能染料及其在染整中的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学功能染料分类：变色异构染料显示记录染料生化医用染料化学反应染料能量转化染料光、热、电、湿、压敏变色染料发光、太阳能转化、激光、光学材料用染料液晶、滤色片、光信息、电子复印、喷墨打印用染料生物着色、医用染料催化、链终止用染料第五章功能染料及其在染整中的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学功能染料发色体应用性能：染料π体系电子性能（氧化还原光诱导）化学反应性（颜色变化）发射光（荧光磷光）吸收光（颜色）光化反应性（显色、光敏）第五章功能染料及其在染整中的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学功能染料的开发途径：1）原有染料的筛选2）改变传统染料的发色体系浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料1）无机热变色染/颜料变色机理：相变、配位体几何形状变化、不同分子结构间的平衡变化以及溶剂化离子中溶剂分子数的变化；应用情况：变色须在溶液中、或需要高温，或不可逆，故在纺织品加工中应用不多。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料2）有机热变色染/颜料变色机理：晶格结构变化（如液晶）、立体异构的发生、分子重排等；应用情况：温度敏感性高、颜色浓艳，是变色纺织品加工中应用的主要染料。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料2）有机热变色染/颜料–液晶液晶固体各向同性液体熔点T1转变点T2层列型向列型胆甾型双笼型透明不透明浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用用于纺织品印花的主要是胆甾型液晶，它受白光照射会呈现彩虹状颜色：颜色能随温度和压力发生从红到紫的变幻，而且变化是可逆的。变色机理：胆甾型液晶具有螺旋体结构，该结构会随温度发生伸缩变化，使光的反射和透射发生变化，产生不同颜色，同时，液晶本身的光学各向异性也会产生颜色变化，故具有很灵敏的热变色性能。由于液晶的颜色与分子化学结构无关，耐光稳定性好。升温降温28℃33℃浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用液晶染料的应用液晶对纤维无亲和力，一般借助涂层或颜料印花方法施加至纺织品表面。为提高稳定性和便于应用，液晶常制成微胶囊应用。为增加色强度，常与染/颜料混合使用，但染/颜料须经选择。应用举例：胆甾醇壬酸酯+石油醚①60℃，5min②80℃，2min液晶分散于聚氨酯预聚物织物涂层加工分散于颜料印花浆中织物印花加工浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料2）有机热变色染/颜料–分子重排变色物质有机热变色染/颜料分立体异构变色和分子重排变色两类，其中立体异构变色染/颜料的变色需要熔点以上温度（≥150℃），难以应用于纺织品。常用的是分子重排变色类的染/颜料，如结晶紫内酯。分子重排芳环之间不共轭芳环之间共轭浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料2）有机热变色染/颜料–分子重排变色物质应用实例：引起结晶紫内酯变色的直接原因是pH变化。pH接近4时，发生开环显色。利用该性质，可以设计不同的变色诱因，获得对各种外界因素敏感的变色产品。如压敏（无碳复写纸）、热敏（热敏记录材料）染/颜料。压力变化温度变化pH变化pH变化颜色变化浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§1变色染料及其应用1.热变色染料/颜料压敏复写纸压力隐色体微胶囊酸性显色剂微胶囊破裂隐色体接触酸性显色剂显色+染料隐色体热敏释酸剂染料显色体显色反应热敏记录显色示意热头浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学光变色又叫光致变色或光敏变色。分可逆和不可逆两种，纺织品上常用可逆品种。变色机理如下：1）反式顺式光异构；2）离子化；3）氢原子转移；4）价键变化；5）氧化还原反应；§1变色染料及其应用2.光变色染料/颜料2光变色浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学2光变色光变色染料在纺织品上的应用较少，原因是价格高、耐光牢度差、对纤维亲和力低，在染整工艺中应用有较大难度。制备方法有：涂料印花法原液着色法接枝聚合法微胶囊(油墨印刷)法3、pH（酸碱）变色采用同浴媒染方法，其工艺流程为：织物40℃同浴媒染（100%紫土豆天然染料浓缩液+40g/L明矾，浴比1∶40）升温至80℃染色60min水洗3、pH（酸碱）变色应用4、离子感应变色铬黑T邻菲罗啉二甲酚橙02468K/S显色剂变色前变色后Fe2+Fe2+Fe2+邻菲罗啉铬黑T二甲酚橙Fe2+Fe2+Fe2+蚕丝锦纶涤纶棉02468K/S纤维显色前显色后离子感应变色Fe2+Fe2+Fe2+离子感应变色其他功能变色染料：湿敏变色电致变色磁致变色？浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§2近红外吸收和红外线伪装染料的应用1.近红外吸收染料对红外线主要是近红外线有较强吸收的染料。它们也有特定的电子共轭体系，但吸收的不是可见光，而是波长更大的红外光。有的无色，有的有色。应用领域：1）军事测量上的红外照相增感剂；2）高新技术产业中的激光光盘信息记录介质；3）医疗保健中的光促疗法；4）军事防护用隐身材料。在纺织品上的应用正在开发中。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§2近红外吸收和红外线伪装染料的应用1.近红外吸收染料在纺织品上的应用：1）太阳能转换和储存；2）工业上盐、碱蒸发薄膜；3）农业上保温取暖地膜；4）高寒地区保暖服装等。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§2近红外吸收和红外线伪装染料的应用2.红外伪装染料/颜料的应用浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学问题伪装器材被用来隐蔽地面战斗人员、技术兵器和各种军事设施已有漫长的历史，近数十年来更是得到了空前的发展。目前，美、英、法、俄等大国都十分重视伪装技术的应用。通过巧妙的伪装，出其不意攻击敌方而取得胜利的战例，历史上层出不穷。但是，二战以来，随着现代军事探测手段的进步，战斗人员和军事目标要成功地避开敌方的侦察变得越来越难。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学原因军事探测手段已经从最初的可见光拓展进入了近红外、中远红外直至微波波段的广阔波段范围，要对付这些侦察手段，必须针对所有相关波段实施防范。由于不同探测波的性能有很大差异，单一功能的“隐身”材料或技术难免顾此失彼，若把不同的材料或技术简单“复合”，又常常碰到互不兼容的难题。要在同一目标上实现全面的防范，难度很高。地面军事探测技术和反探测技术的演变浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学1.可见光辐照下的探测——针对性的伪装为迷彩伪装器材。以在可见光照明条件下与背景色一致的绿、橄榄色、咔叽色、棕色和黑色为主，采用印花方法在织物上形成特殊的伪装花纹，可以获得伪装效果*。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学2.近红外探测（夜视仪)—针对性的伪装为近红外伪装服和遮障器材。必须考虑伪装的红外反射特性。要求对700–1200nm波段的近红外辐射特性与环境一致。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学3.中远红外探测（热象仪）——针对性的伪装为热红外隐身器材。热象仪能探测3000–5000nm和8000–14000nm波段的中远红外辐射，因此能在黑暗或烟雾中发现散发热量的目标如人、正在运行的引擎、未完全冷却的设备等，是一种被动式的探测仪。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学中远红外探测的伪装原理针对中远红外探测的伪装原理与反近红外探测伪装是不同的，须采用特殊的能控制比辐射率的隐身材料。最简易可行的方法是隔绝或减少发热体向外界的热辐射，并调节总体辐射水平使之与环境一致。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学4.毫米波探测(战场监视雷达和目标定位雷达)——针对性的伪装为具有吸收入射雷达波和削弱其反射率等功能的伪装服和遮障器材。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学本课程主要介绍：反可见光和近红外探测的伪装技术浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学反可见光和近红外探测的伪装技术可见光伪装的成熟技术是三色或四色迷彩的应用，通过普通的印花加工可以解决。近红外伪装则必须依赖特殊吸波材料。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学近红外探测：主动和被动探测技术主动探测仪朝目标物释放红外线，接收其反射以判断目标。由于释放的红外辐射可能被敌方发现，这种探测法存在危险性。被动探测法不依赖任何主动的辐射，只检测目标物对环境中的红外线的反射情况，安全性好，但要求有很高的灵敏度。无论主动还是被动，反近红外伪装的原理是相同的。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学可见光和近红外伪装原理C=(E0-EB)/EBC—反差比辐射E0—目标比辐射率EB—背景比辐射率C越小，伪装效果越好，C等于0时，隐身最佳。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学可见光和近红外伪装技术常用的伪装方法是选用合适的染料或颜料印制不仅在可见光下具有迷彩效果，而且在近红外辐照下也有伪装效果的花纹。关键在于选择对红外线有特殊反射特性的染料/颜料，使花纹对可见光以及红外探测的反射率与周围环境一致。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学技术关键是适用染/颜料的选择或合成*。需应用红外光谱仪对自然环境中基本物质的近红外反射特性进行系统测试，绘制标准反射图谱作为染/颜料选择和试样反红外探测性能评价的基本指标*。选出与叶绿素、沙土、岩石等自然物质具有相同或相近红外反射率的绿色、咔叽色、棕色等伪装色主成分系列染料/颜料。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学自然环境物质的红外反射特性0102030405060706008001000120014001600波长（nm）反射率（%）树叶土壤叶绿素峰浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学还原棕HBG的红外反射曲线0102030405060706008001000120014001600波长（nm）反射率（%）树叶土壤还原棕HBG浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学其他要求另一个必须考虑的问题是这些着色物的牢度，一般要求伪装色的日晒牢度达6级，水洗牢度达4-5级。还原染料、分散染料和非水溶性颜料中一些具有稠环结构的品种可供选择*。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学红外伪装染/颜料前人的研究已经明确，具有大π键体系、过渡金属螯合体系和3d-3d,4f-5D电子跃迁体系的化合物，其高能阶电子跃迁能量低，可以吸收红外波能量，但一般的吸波物质并不能兼顾可见光条件下的伪装要求。(P175-176)浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学红外伪装主色染料和色光调整染料为了在色彩上兼顾可见光条件下的伪装需要，除了能模拟不同自然环境红外反射特性的一系列主色染/颜料外，还必须选出一整套可以对主色染/颜料在可见光条件下的色光进行调整以与环境色调一致的调整色染/颜料。通常是对红外辐射具有强烈吸收作用或吸收曲线平缓的黄、橙、红等染料/颜料*浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学应用方法1.染色：纤维素纤维2.颜料印花：适用性广3.纤维原液着色：合成纤维4.涂层：浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§3荧光染/颜料及其应用1.荧光染料：强烈吸收可见光而具有颜色，同时又能吸收紫外光并辐射可见光的染料。如罗丹明。（与增白剂、近红外染料不同）2.特点：色泽特别鲜艳。结构中含很长的共轭体系，常带有稠环，分子僵硬。浙江理工大学浙江理工大学浙江理工大学§3荧光染/颜料及其应用3.应用领域1）荧光染料高科技领域如材料伤痕检测、激光器、太阳能收集器、液晶显示、电子发光等；纺织品/材料染色，以分散染料为主。2）荧光颜料（荧光颜料多为荧光染料溶解