探索有机偶氮类颜料结构特征与其应用性能关系
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作者:查燕技
摘 要：有机颜料的化学结构直接影响颜料颜色及其应用性能。本文以有机偶氮类颜料为例，从物理与化学的角度讨论了多种有机偶氮类颜料的结构特征与其应用性能之间的关系，并展望了未来有机偶氮类颜料的发展方向。
关键词：偶氮类;结构;性能
1 绪论
有机偶氮类颜料的应用性能和颜色与其分子结构有直接关系，比如颜料的颜色、色泽度、耐牢度、耐高温和耐光性能好等。有机偶氮类颜料可分为单偶氮类颜料、双偶氮类颜料、偶氮缩合类颜料等，偶氮类颜料中含有不同的物质具有不同的颜色和应用。本文就有机偶氮类的结构和应用性能进行了如下几方面的探讨。
2 有机偶氮类颜料结构特征与其应用性能关系
研究有机偶氮颜料的结构特征，对其结构进行调整和引入新的基团可以改变有机偶氮类颜料的使用性能。
2.1 单偶氮类颜料结构特征与其应用性能的关系
单偶氮类颜料是颜料中只含有一个偶氮基。最常见的单偶氮类颜料的偶合组分是由乙酰乙酰苯胺及其衍生物和吡唑啉酮及其衍生物。其化学结构主体决定了颜料的颜色，单偶氮类颜料颜色一般都是以黄色和橙色居多，此类颜料生产工艺比较简单，颜料种类较多，耐晒牢度好，但是由于其分子量比较小，故其很容易发生迁移，因此此类单偶氮类颜料耐溶剂性能和耐迁移性能都不太好。此类型的单偶氮类颜料用作普通品质的乳胶漆、油墨印刷及办公用品等，比如汉沙黄就是最普通一类的有机单偶氮类颜料。β-萘酚系列颜料颜色色谱和单偶氮类颜料有所不同，但是它也是一类单偶氮类颜料，只是偶合组分有区别，分子量相对大，具有很好的耐晒牢度、耐溶剂性能和耐迁移性能，但不耐碱，主要用作耐晒牢度较高的油漆和涂料。色酚AS系列颜料的偶合组分是以色酚AS及其衍生物，结构不同，颜色也不同，此类单偶氮类颜料颜色有黄、橙等颜色，色谱相对比较广，但是耐晒牢度和耐迁移性都不太理想，因此主要用作油墨印刷和油漆。除了上述几种单偶氮类有机颜料外，还可以在偶氮颜料中引入某些官能团来改变颜料的极性。例如在汉沙黄类颜料中引入不同数目的磺酸基或者羧基可以改变其耐溶剂性能，增加此類颜料的应用范围和性能。
2.2 双偶氮类颜料结构特征与其应用性能的关系
分子中含有两个偶氮基的是双偶氮类颜料，此系列颜料生产工艺比较复杂，色谱较多，但是耐迁移性和耐晒牢度都不太理想。随着工业发展，开发了偶氮缩合颜料，分子中也是含有两个偶氮基，但是偶氮缩合颜料具有更为优良的性能。此系列的颜料分子量比较大，含几个酰胺基，N原子、O原子和H原子之间易形成分子间氢键和分子内氢键，耐迁移性和耐溶剂性能好，用作高档塑料涂料行业。据研究报道，以某一偶氮缩合有机颜料为例，对于偶合组分上氯基时，此颜料的色光明度高，结晶性能好，当偶合组分上无取代基则色泽暗;对于颜料分子末端是磺酰基则颜料受热稳定性不好[1];当引入取代基氟时，偶氮缩合颜料的光泽和耐热热光性能都有所下降。偶氮缩合颜料中最具有特色是颜料黄128和颜料黄94，他们都具有很高的比较面积和较好的应用性能，可以用作油墨印刷和纤维着色等。
2.3 偶氮金属络合颜料结构特征与其应用性能的关系
偶氮金属络合颜料是偶氮类化合物与过渡金属形成的络合物，常用的金属离子有三价鉄、三价钴、三价镍和二价铜，引入金属原子可以改变颜料的色泽，还可以改变颜料的性能，颜料颜色主要有黄、绿和棕等，此类属于高档有机偶氮类颜料，用作汽车漆和其他涂料。比如C.I颜料黄150是一类金属络合偶氮类颜料，分子内含有内镍络合物，分子结构比较稳定，因而颜料的性能更好，能耐高温，用作高档工业领域。虽然此类颜料性能比较好，但是其商品化产品比较少。
2.4 有机偶氮颜料晶格结构与其应用性能的关系
不同结构类型的有机偶氮类颜料具有不同的晶格形态。苯并咪唑酮类颜料能形成分子间氢键，因此其晶格比较规整，颜料耐光牢度、耐迁移性和热稳定性比较好，一般用作需求较高的场合，如果此类颜料中分子内氢键被破坏，则颜料的耐热性能和耐迁移性能都会下降。乙酰基乙酰芳胺类偶氮颜料如引入磺酸基和羧基后，不断可以形成分子内氢键和分子间氢键，能改善其热稳定性和耐迁移性，同时还能改变颜料的光泽度，使其晶格规整，颜料性能稳定，应用范围更为广泛。偶氮色淀类颜料易形成分子内氢键，易发生互变异构形成其他结构，同时还能借助金属、氢键形成不同极性的层相互结合，分子结构更稳定[2]。总之，如果有机偶氮类颜料存在分子间氢键和分子内氢键的，晶体结构比较稳定，所形成的颜料也比较稳定，耐热和耐迁移性都比较好，应用的领域也更为宽广。
3 小结
本文从偶氮颜料化学结构的角度和晶体物理的角度出发，讨论了其结构特性和应用性能的关系。通过上述讨论表明，除开发色体结构，在分子中引入某些官能团或者引入金属离子可以改变颜料的色泽和稳定性;同时新的官能团能形成分子形成分子间氢键和分子内氢键，晶体结构更为规整，颜料的热稳定性更好。期望在以后的研究中更能开发结构性能更为优异的有机偶氮颜料。
参考文献：
[1]李政.新型偶氮缩合颜料的合成及其性能研究[D].天津大学，2016，7.
[2]周春隆.有机颜料分子结构氢键特性及应用[J]续.染料与颜料，2016，2（53）：1-4.
作者简介：查燕技（1983-），男，汉族，江苏常州人，本科，助理工程师，目前从事有机颜料酞菁绿，偶氮颜料方面的开发研究。
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