高分子染料的合成及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　高分子染料的合成及應(yīng)用</p><p>　　專 業(yè)：高分子材料與工程</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　2.高分子染料的優(yōu)點(diǎn)1</p><p>　　3.高分

2、子染料的合成方法舉例2</p><p>　　3.1 高聚物側(cè)鏈懸掛發(fā)色體的高分子染料的合成2</p><p>　　3.2利用染料重氮鹽制備高分子染料2</p><p>　　3.3高聚物主鏈為發(fā)色體的高分子染料的合成2</p><p>　　3.4 低分子染料與其它單體進(jìn)行共縮聚反應(yīng)2</p><p>　　3.5

3、 反應(yīng)性高分子與低分子染料反應(yīng)合成高分子染料3</p><p>　　4.高分子染料的應(yīng)用3</p><p><b>　　4.1纖維著色3</b></p><p><b>　　4.2塑料加工3</b></p><p>　　4.3油墨及織物噴墨印花4</p><p>&

4、lt;b>　　4.4食品制造4</b></p><p>　　4.5化妝品及醫(yī)藥5</p><p><b>　　4.6光電材料5</b></p><p><b>　　5.展望5</b></p><p>　　摘要: 高分子染料是通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)將發(fā)色基團(tuán)引入高分子的主鏈或側(cè)鏈

5、而形成的一類新的著色高分子聚合物。通常高分子染料的制備有兩條路線：?jiǎn)误w合成路線(即通過(guò)含生色側(cè)基單體的加聚、縮聚、配位聚合等制備高分子染料)和大分子的改性路線(即通過(guò)大分子的側(cè)鏈功能化)來(lái)獲得高分子染料，本文主要根據(jù)染料發(fā)色體與高分子骨架的相對(duì)位置對(duì)高分子染料進(jìn)行了分類，闡述了不同類型高分子染料的合成方法，綜述其在纖維、塑料、油墨、食品、化妝品、醫(yī)藥、光電等領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞:高分子染料；染

6、料；合成；應(yīng)用。</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　21世紀(jì)是人類與自然環(huán)境相互協(xié)調(diào)發(fā)展的世紀(jì)。在不斷開(kāi)發(fā)新材料，改善已有材料性能的同時(shí)，更要注重環(huán)境保護(hù)以及人類自身的健康。</p><p>　　當(dāng)今世界生態(tài)環(huán)境急劇惡化，年聯(lián)合國(guó)在斯德哥爾摩召開(kāi)第一次人類環(huán)境會(huì)議，將環(huán)境污染、人類健康等問(wèn)題提到日事議程當(dāng)中之后，

7、世界各國(guó)紛紛制定環(huán)保法規(guī)，借以保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡。綠色化學(xué)正是基于環(huán)境無(wú)害或環(huán)境友好的思想發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科。借助于綠色化學(xué)，發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展綠色工業(yè)。雖然目前綠色產(chǎn)品的總產(chǎn)值所占比例不大，但是它的發(fā)展勢(shì)不可擋。</p><p>　　在染料領(lǐng)域，一般染料活性染料除外是通過(guò)離子鍵、氫鍵、疏水性相互作用等固定在被染材料上，結(jié)合力不強(qiáng)。在放置、水洗、干洗過(guò)程中，由均勻分散狀態(tài)遷移至材料表面，不斷脫落而變色。許多染料

8、潛在的致癌性又相繼被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)更多的有機(jī)染料的癌變性還待進(jìn)一步的證實(shí)。1994年德國(guó)頒布了禁用部分偶氮染料的法令，22種致癌芳香胺合成的染料受到禁用。這使人們將目光轉(zhuǎn)向代用染料的合成和開(kāi)發(fā)。</p><p>　　低分子染料的高分子化就可以有效地解決上述問(wèn)題。高分子染料就是將染料小分子結(jié)合到聚合物的主鏈或側(cè)鏈上，用于各種染色過(guò)程的材料。</p><p>　　2.高分子染料的優(yōu)點(diǎn)</p&

9、gt;<p>　　(1)高分子染料明顯改善了一般小分子染料易遷移的缺點(diǎn)。尤其是偶氮染料和蔥醒染料的耐遷移性大大提高；</p><p>　　(2)高分子染料在溶劑中一般溶解很少或完全不溶解，不易褪色；</p><p>　　(3)高分子染料分子量極大，不能為細(xì)胞膜所透過(guò)，不會(huì)被細(xì)菌、微生物分解。因此，不為生物體所吸收，對(duì)生物體無(wú)害；</p><p>　　(

10、4)高分子染料具有較高熔點(diǎn)，耐熱性大大提高。相容性則因材料而異。如果染料高分子所用的單體與被著色高分子單體化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，則相容性好。</p><p>　　很顯然，由于大分子中含有了發(fā)色團(tuán)，它成為結(jié)構(gòu)有色材料。高分子染料屬于功能高分子，符合今后材料學(xué)發(fā)展的方向，同時(shí)也符合綠色染料化學(xué)發(fā)展的宗旨。</p><p>　　3.高分子染料的合成方法舉例</p><p>　　3

11、.1 高聚物側(cè)鏈懸掛發(fā)色體的高分子染料的合成 </p><p>　　這種方法必須先合成高聚物，然后通過(guò)偶合、縮合成環(huán)等反應(yīng)將染料中間體連接于高聚物的側(cè)鏈上，并同時(shí)在側(cè)鏈上形成發(fā)色體。</p><p>　　3.2利用染料重氮鹽制備高分子染料</p><p>　　重氮鹽對(duì)光的穩(wěn)定性較差，在光的照射下會(huì)發(fā)生分解，形成自由基。利用重氮鹽的這種性質(zhì)，可以先將含氨基的染料重氮化

12、，再使之與乙烯基單體混合，在光照下染料重氮鹽分解形成自由基，從而引發(fā)乙烯基單體的聚合，用這種方法可以合成得到分子鏈末端連接低分子染料的高分子染料。</p><p>　　3.3高聚物主鏈為發(fā)色體的高分子染料的合成</p><p>　　該方法是采用小分子的中間體，通過(guò)氧化縮合、重氮化和偶合、成環(huán)縮合、金屬絡(luò)合聚合等反應(yīng)合成高分子染料，高分子主鏈即為發(fā)色體。在紡織品上早已應(yīng)用的苯胺黑染料實(shí)際上就

13、是由苯胺通過(guò)氧化縮合反應(yīng)而制得的高分子染料[1]。</p><p>　　3.4 低分子染料與其它單體進(jìn)行共縮聚反應(yīng)</p><p>　　合成高分子染料通常有色的聚酰胺、聚酯(或聚氨酯)的合成就采用這種方法。其中的一個(gè)典型的反應(yīng)方程式如下，通過(guò)酯交換和縮聚反應(yīng)，獲得高分子染料。</p><p>　　3.5 反應(yīng)性高分子與低分子染料反應(yīng)合成高分子染料</p>

14、<p>　　高分子骨架可能具有親電或親核性。采用垂掛色素法可將親核或親電染料小分子用化學(xué)鍵鍵合在高分子骨架的側(cè)鏈上。例如高分子中含有活潑性極高的酰氯基或環(huán)氧基，則可以與含有氨基或羥基的低分子染料反應(yīng)。這一類型與第一類型類似，只不過(guò)前者是先聚合再取代，后者先小分子取代再聚合。</p><p>　　4.高分子染料的應(yīng)用</p><p><b>　　4.1纖維著色<

15、/b></p><p>　　高分子染料的成功運(yùn)用開(kāi)辟了一個(gè)新時(shí)代，20世紀(jì)70 年代初，Gangneux 和Marechal制備了一系列的聚酰胺和聚酯，并利用高分子染料在常規(guī)條件下對(duì)其進(jìn)行著色，所得產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，與以往添加顏料進(jìn)行著色的纖維相比，色素不易被溶劑萃取，而且具有優(yōu)異的耐洗和耐光牢度，通過(guò)纖維切片觀察，具有很好的均勻度。Champenois用含腈乙烯基的染料單體與苯乙烯、丙烯腈

16、、氯乙烯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰胺等單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成制得的有色高聚物可直接進(jìn)行紡絲加工，這種高聚物著色均勻、色澤鮮艷，并具有優(yōu)良的牢度。另外，他還采用含丙烯酰胺、丙烯酸酯、丙烯腈基的染料單體與丙烯酰胺先在水溶液中進(jìn)行短時(shí)間的預(yù)聚反應(yīng)，然后再加入其他的聚合單體進(jìn)一步聚合，由此獲得的有色聚合物可直接用于制備腈綸。英國(guó)ICI 公司的Parton采用含丙烯酸酯基的染料單體與甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行乳液聚合，將聚合得的高分子乳液用于棉和滌綸織物的

17、印花和連續(xù)染色，加入叔丁基丙烯酸酯類的粘合劑，染色印花后的棉和滌綸織物具有優(yōu)良的耐光牢度、耐洗牢度、耐熱性能，手感也較好。</p><p><b>　　4.2塑料加工</b></p><p>　　采用傳統(tǒng)小分子無(wú)機(jī)及有機(jī)顏料作為塑料著色母粒組分，由于與載體樹(shù)脂等組分相容性差，因此制備過(guò)程中需要使用大量的分散劑才能達(dá)到顏料顆粒均勻分散效果，但這對(duì)其物理性能有影響。可溶性

18、染料可以克服上述不足之處，但是它不耐溶劑卻成了限制其應(yīng)用的致命弱點(diǎn)。高分子染料則克服了上述兩種方法的缺陷，可獲得較為理想的應(yīng)用效果。高分子染料用于塑料材料著色的一個(gè)極成功的例子是由Milliken 公司 商業(yè)化的Reactint 系列染料，其聚合度一般為5～10 ，用于代替聚氨酯泡沫塑料著色中所采用的顏料。陳林等 以溶液聚合法合成了以42[ (N ， N’2 二β羥乙基) 氨基]24’2 硝基偶氮苯為染料單體的高分子染料，將此高分子染料

19、用于聚酯類塑料材料的著色，相容性、加工性能均得到了改善。</p><p>　　4.3油墨及織物噴墨印花</p><p>　　傳統(tǒng)的油墨多采用有毒的溶劑，可代替油墨的水溶性高分子染料于上世紀(jì)80 年代問(wèn)世。Wing2ard等將水溶性黑色染料共價(jià)交聯(lián)于聚苯乙烯材料上，這種水溶性高分子染料可用來(lái)制造印刷油墨、墨水等，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有很強(qiáng)的吸收，少量運(yùn)用就可產(chǎn)生較深顏色，它改變了使用碳墨時(shí)必須用溶

20、劑的缺點(diǎn)。日本的Kamimura等使用聚合度為20的高分子染料制備了水性噴射印刷油墨，與傳統(tǒng)的溶劑型油墨相比，具有較小的表面張力，印刷后干燥時(shí)間大大縮短，褪色率低。德國(guó)的Gubter制備了一種具有儲(chǔ)存穩(wěn)定性的高分子染料用于噴墨打印，由此高分子染料制得的油墨具有高度的耐擦拭、耐水性和良好的光澤度，并且不會(huì)堵塞噴嘴。Men2nicke制備了一種水溶性高分子染料，較適合應(yīng)用于織物噴墨印花。</p><p><b&

21、gt;　　4.4食品制造</b></p><p>　　自20世紀(jì)70年代美國(guó)食品及藥物管理局對(duì)數(shù)種食品色素施行禁用規(guī)定以來(lái)，美國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量人力和財(cái)力用于新的安全可靠的食用色素品種研制。實(shí)驗(yàn)表明，高分子染料在體內(nèi)不吸收、不累積，因此非常適合用作食用色素。偶氮苯是一類具有鮮明顏色的化合物，但是小分子偶氮苯是潛在的致癌物質(zhì)，經(jīng)高分子化后可以阻止被人體吸收。許多小分子狀態(tài)下有毒、不能作為食用色素

22、的偶氮類化合物，通過(guò)高分子化后毒性消失，可廣泛用作食用色素。</p><p>　　美國(guó)的Dynapol 公司曾合成出兩種分子量約3×104 的紅色高分子染料，一種分子量為13×104的黃色高分子染料，經(jīng)證實(shí)不為人體所吸收，分別具有類似莧紅和檸檬黃的特征光譜，其性能類似于對(duì)應(yīng)的水溶性合成染料，并且穩(wěn)定性更高。</p><p><b>　　4.5化妝品及醫(yī)藥<

23、;/b></p><p>　　利用功能高分子染料難以透過(guò)細(xì)胞膜的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用于粉、霜、發(fā)蠟、指甲油等化妝品的染色，提高化妝品的安全性。許多功能性高分子染料具有生物活性，可用于殺菌、疾病診斷等。如今，功能性高分子染料已在疾病檢測(cè)、DNA 測(cè)序、熒光探針、光動(dòng)力治療等方面得到了實(shí)際應(yīng)用，在高科技醫(yī)療領(lǐng)域起到了重要作用。吳永忠等[6] 從物理與光學(xué)角度討論了酞菁在光動(dòng)力治療中的應(yīng)用，為腫瘤等疑難疾病的診治開(kāi)辟

24、了一個(gè)新領(lǐng)域。</p><p><b>　　4.6光電材料</b></p><p>　　光電材料是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)課題之一，高分子染料在光電材料上也應(yīng)用。以聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯酸酯等為高分子骨架的高分子染料均有應(yīng)用于制備光學(xué)材料的報(bào)道。韓國(guó)的Kim[7] 等研制了兩種金屬?gòu)?fù)合高分子染料Al ( PHQ ) 6 和Zn (PHQ) 7 ，并且測(cè)試出這種新的高分子染料可

25、以用作光逸材料應(yīng)用于電子儀器中。Eich[等研究帶有氰基的偶氮型液晶材料，利用光化學(xué)和熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)讀寫和擦去等功能。美國(guó)3M 公司在該領(lǐng)域也有一系列的研究，開(kāi)發(fā)了一系列的激光光盤材料。1992 年，Bravo等將磺酸基羅丹明摻人聚丙烯酸鹽中，用所合成的高分子染料制成激光棒，應(yīng)用于激光器元件。</p><p><b>　　5.展望</b></p><p>　　大分子骨架

26、和發(fā)色基團(tuán)的協(xié)同作用， 使它的應(yīng)用不僅僅限于在染色方面。作為一種特殊高分子材料， 高分子染料的合成使其功能擴(kuò)大。不僅具有染色的功能， 還潛在著光致發(fā)光， 光致變色， 光聚合引發(fā)劑等功能。它在非線性光學(xué)液晶顯示等光電以及導(dǎo)電方面也都有廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　高分子染料是一種有前途的功能高分子材料，對(duì)于它的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用都還有很大潛力可挖。同時(shí)對(duì)它的研究手段和方法隨研究者研究的目的和側(cè)重點(diǎn)不同而有很大差異，