【摘要】：顏料用來(lái)著色的粉末狀物質(zhì)。在水、油脂、樹脂、有機(jī)溶劑等介質(zhì)中不溶解，但能均勻地在這些介質(zhì)中分散并能使介質(zhì)著色，而又具有一定的遮蓋力。文章發(fā)表在《湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)》上，是高級(jí)職稱論文范文，供同行參考。

　　【關(guān)鍵詞】：化學(xué),分析,顏料,天然,有機(jī),氧化,合成,應(yīng)用,礦物

　　顏料就是能使物體染上顏色的物質(zhì)。顏料有可溶性的和不可溶性的，有無(wú)機(jī)的和有機(jī)的區(qū)別。

　　無(wú)機(jī)顏料一般是礦物性物質(zhì)，人類很早就知道使用無(wú)機(jī)顏料，利用有色的土和礦石，在巖壁上作畫和涂抹身體。有機(jī)顏料一般取自植物和海洋動(dòng)物，如茜藍(lán)、藤黃和古羅馬從貝類中提煉的紫色。

　　顏料分為天然顏料和化學(xué)合成顏料2大類。天然顏料是指人們利用各種方法從天然礦物或者有色植物中分選得到的、不經(jīng)化學(xué)加工就可用作涂色的一類顏料。在人類漫長(zhǎng)的歷史上,所使用過(guò)的天然顏料多達(dá)數(shù)百種,其中天然礦物顏料和源于天然植物的顏料占主要的地位。

　　1.1 天然礦物顏料

　　天然礦物顏料完全取自礦物資源,如天然朱砂、紅土、銅綠、雄黃等,它是將礦物經(jīng)機(jī)械破碎、分選、漂洗、提純、干燥而制得的。人類開始使用天然礦物顏料是在史前,如:山頂洞文化遺址中發(fā)現(xiàn)的紅色石珠、魚骨、獸牙等飾品[1]就是用赤鐵礦粉涂成的。下面簡(jiǎn)要介紹幾種天然礦物顏料。

　　1.1.1 紅色顏料

　　朱砂(HgS)是古代應(yīng)用較多的紅色天然礦物顏料,它的天然礦物名稱為辰砂,在自然界中多以晶體形式存在,紅中透黃,化學(xué)性能穩(wěn)定。天然朱砂礦石經(jīng)過(guò)研磨、漂制即成紅色顏料。朱砂在古代大量用于繪畫、點(diǎn)書等,也是印泥的原料。考古發(fā)現(xiàn)[2],我國(guó)在距今6000多年前的河姆渡文化時(shí)期就已經(jīng)使用天然的朱砂做彩繪顏料,是世界上使用朱砂最早的國(guó)家。

　　另外,紅色天然顏料還有許多種,例如紅土(Fe2O3)和鉛丹(Pb3O4)等。

　　1.1.2 綠色顏料

　　經(jīng)分析敦煌石窟的大量顏料[3]:北朝以來(lái)的綠色顏料,既有單獨(dú)的氯銅礦(Cu2(OH)3Cl),也有氯銅礦與石綠(就是孔雀石,Cu(OH)2•CuCO3)或者石青(2CuCO3•Cu(OH)2)混合的;唐代以來(lái),敦煌、新疆等石窟中的綠色顏料主要是氯銅礦。含有銅質(zhì)的顏料在空氣中遇到硫化氫,生成硫化銅,顏色變黑,有毒。例如:孔雀石在空氣中遇到硫化氫就會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):

　　Cu(OH)2•CuCO3+2H2S=CuS↓+CO2↑+3H2O

　　除上述顏料之外,藍(lán)色和黃色的天然礦物顏料應(yīng)用也很多。例如:在18世紀(jì)之前,藍(lán)色顏料中的群青(Na6Al4Si6S4O2O)都是由天然的青金石礦物加工而成;黃色顏料中的雌黃(As2S3)也是取自天然礦物。此外,曾經(jīng)在秦兵馬俑彩繪中分析到一種罕見的紫色天然礦物顏料,主要成分是硅酸銅鋇(BaCuSi2O6)[4];黑色顏料中的煙黑等也是取自天然礦物。天然礦物顏料在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下,為人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了很大的方便。

　　1.2 天然有機(jī)顏料

　　人類使用天然有機(jī)顏料已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史,古代利用植物的浸出液或者動(dòng)物性的色材,加入黏土類物質(zhì),進(jìn)行吸附,制成色淀,用來(lái)使物體著色,是為天然有機(jī)顏料[5],或者把草木的根、莖、葉經(jīng)過(guò)粉碎、燒煮或者發(fā)酵來(lái)制取天然有機(jī)顏料。人們使用這些天然有機(jī)色材作為對(duì)無(wú)機(jī)色材的補(bǔ)充,如茜素、靛藍(lán)、胭脂、泰爾紫(來(lái)自一種海螺)等,其中,茜素和靛藍(lán)是2種使用廣泛的天然有機(jī)顏料。

　　1.2.1 茜素

　　茜素是從植物茜草的根中獲得的,有色成分是1,2二羥基蒽醌(C14H8O4),如圖1,現(xiàn)在又稱為C.I.媒染紅11;C.I.顏料紅83;C.I.58000,作為紅色顏料使用。

　　1.2.2 靛藍(lán)

　　靛藍(lán)則是從靛草中提取的有機(jī)色素,分子式:C16H10N2O2,系統(tǒng)命名為2(1,3二氫3氧代2H吲哚2亞基)1,2二氫3H吲哚3酮,如圖2。它作為藍(lán)色顏料應(yīng)用已有三千多年的歷史。

　　這2種物質(zhì)或者它們的衍生物至今仍然被作為色素使用,它們是現(xiàn)代有機(jī)顏料的起源。

　　2 化學(xué)合成顏料

　　隨著對(duì)顏料性能和種類要求的逐漸提高,天然顏料已經(jīng)不能滿足人們的需求,于是開始通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成一些顏料。合成顏料主要分為無(wú)機(jī)合成顏料和有機(jī)合成顏料,經(jīng)歷了手工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)化生產(chǎn)2個(gè)階段。

　　2.1 無(wú)機(jī)合成顏料的發(fā)展

　　早在我國(guó)的秦代,人們就開始利用鉛白(2PbCO3•b(OH)2)和鉛丹(Pb3O4)來(lái)做畫,這是我國(guó)最早使用的無(wú)機(jī)合成顏料[6],但那時(shí)技術(shù)落后,顏料的合成僅以手工業(yè)方式進(jìn)行生產(chǎn)。現(xiàn)在人們利用X射線衍射儀等儀器對(duì)古代壁畫等文物進(jìn)行研究[7],發(fā)現(xiàn)了古代合成的多種多樣的無(wú)機(jī)顏料,而且能夠確定其使用特征及色材來(lái)源。

　　根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同,無(wú)機(jī)顏料可以分為:金屬氧化物類、金屬硫化物類、鉻酸鹽類、亞鐵氰化物類、金屬元素及合金類等。氧化鐵、鈦白粉、立德粉、鉻系顏料等是無(wú)機(jī)顏料的主要品種。

　　2.1.1 氧化鐵顏料

　　氧化鐵作為一種顏料,已被人們利用了千百萬(wàn)年,現(xiàn)在仍然是產(chǎn)銷量居第一位的無(wú)機(jī)彩色顏料。由于其顏色多、色譜廣、穩(wěn)定性好、無(wú)毒性,被廣泛地應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠、造紙等領(lǐng)域。氧化鐵系顏料主要是指氧化鐵紅(Fe2O3)、氧化鐵黃(Fe2O3•H2O)、氧化鐵黑(Fe3O4)、氧化鐵棕(氧化鐵紅與氧化鐵黑的機(jī)械混合物),以及復(fù)合氧化鐵顏料等。

　　鐵紅顏料是鐵氧化物中最穩(wěn)定的化合物,由于制造途徑不同,產(chǎn)生的粒子大小及形狀不同,鐵紅的顏色也就各不相同。工業(yè)生產(chǎn)鐵紅最主要的方法[8]有2種:一種是干法,即高溫煅燒法;另一種是濕法,即酸溶液氧化法。

　　(1)高溫煅燒法-綠礬煅燒法的化學(xué)反應(yīng)原理可表示如下:

　　綠礬脫水:

　　FeSO4•7H2O→FeSO4•H2O+6H2O

　　氧化煅燒:

　　2FeSO4•H2O+O2△Fe2O3+2SO3+2H2O

　　在工業(yè)生產(chǎn)中,第1步反應(yīng)常常控溫在200~300℃之間,第2步反應(yīng)控溫在700~800℃之間。

　　(2)酸溶液氧化法-混酸鹽濕法制鐵紅的主要反應(yīng)原理如下:

　　12FeSO4+NH4NO3+O2+13H2O→

　　6Fe2O3+(NH4)2 SO4+11H2SO4

　　6FeSO4+ 2HNO3+3H2SO4→

　　2NO+ 3Fe2(SO4)3+4H2O

　　2.1.2 鈦白粉

　　鈦白粉的主要成分是二氧化鈦(TiO2),它在涂料、塑料和造紙這3大行業(yè)中有大量的應(yīng)用。二氧化鈦是多晶型化合物,在自然界中以3種結(jié)晶型態(tài)存在:金紅石型、銳鈦型和板鈦型。其中,金紅石型和銳鈦型應(yīng)用較多,銳鈦型在高溫下(700℃以上),能夠轉(zhuǎn)變成金紅石型。目前生產(chǎn)二氧化鈦主要有硫酸法和氯化法2種。多數(shù)情況下采用氯化法,這種方法在工藝流程中產(chǎn)生的污染較少,總反應(yīng)如下:

　　2.1.3 其他無(wú)機(jī)合成顏料

　　許多具有特殊功用的顏料在生產(chǎn)和生活中也是必不可少的,如:防銹顏料、金屬顏料等。防銹顏料具有保護(hù)金屬表面不被腐蝕的作用,主要用于配制防銹漆。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出磷酸鋅等無(wú)毒防銹顏料來(lái)代替紅丹等有毒的防銹顏料;金屬顏料是顏料中的一個(gè)特殊種類,幾乎所有的金屬粉顏料均由金屬或者合金組成,具有金屬的色相和光澤,可用作裝飾性顏料,并且具有防腐能力、保溫能力等特殊性能,用途較為廣泛。金屬顏料中經(jīng)常使用的有鋁粉、銅鋅粉以及鋅粉等。

　　2.2 有機(jī)合成顏料的發(fā)展

　　隨著有機(jī)染料的不斷發(fā)展,有機(jī)顏料也得到了快速的發(fā)展。1895年世界上第一個(gè)有機(jī)顏料——對(duì)位紅問世,1935年發(fā)現(xiàn)了酞菁顏料。從此,有機(jī)顏料的發(fā)展尤為迅速。人們把酞菁顏料出現(xiàn)以前的傳統(tǒng)品種,稱為經(jīng)典顏料,其后稱為現(xiàn)代顏料或者高級(jí)顏料。我國(guó)從20世紀(jì)50年代初開始工業(yè)化生產(chǎn)有機(jī)顏料,經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,目前已經(jīng)成為世界上重要的有機(jī)顏料生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。

　　根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同有機(jī)顏料可以分為偶氮類、酞菁類、多環(huán)類、三芳甲烷類顏料和其他顏料等。這里主要介紹偶氮類顏料和酞菁類顏料。

　　2.2.1 偶氮類顏料

　　偶氮顏料是指化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有偶氮基(—N=N—)的有機(jī)顏料,其色譜分布較廣,有紅、橙、黃、棕、藍(lán)等顏色。偶氮顏料品種繁多,根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可以分為單偶氮顏料、雙偶氮顏料和縮合型偶氮顏料等。偶氮顏料的基本生產(chǎn)方法是重氮化-偶合反應(yīng),以永固橙RN(單偶氮顏料)為例,合成反應(yīng)式如下:

　　2.2.2 酞菁類顏料

　　酞菁顏料具有優(yōu)異的耐光、耐熱、耐酸堿性,同時(shí)不溶于任何溶劑的載體中,并以鮮艷的顏色而著稱,是目前重要的高級(jí)顏料中成本最低的一種,應(yīng)用廣泛。

　　酞菁是含有4個(gè)吡咯而具有四氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物,如圖4。酞菁系顏料分為2類:金屬酞菁和無(wú)金屬酞菁,主要有藍(lán)、綠2個(gè)色系。金屬酞菁是與銅、鐵、鈷、鎳等金屬生成的穩(wěn)定的絡(luò)合物。酞菁與銅生成的銅酞菁具有非常鮮艷的藍(lán)色,又稱酞菁藍(lán),如圖5。酞菁藍(lán)是由4個(gè)酞菁素在催化劑作用下與氯化亞銅絡(luò)合而成,合成方法如下[9]:

　　4C8H7N3+2CuCl(NH4)2MoOC32H16CuN8+4NH3+CuCl2

　　若酞菁藍(lán)的4個(gè)苯環(huán)上引入16個(gè)氯原子則生成酞菁藍(lán)的多氯代產(chǎn)物,稱為顏料酞菁綠,如圖6。

　　2.2.3 其他應(yīng)用較多的顏料

　　(1)喹吖啶酮類顏料

　　喹吖啶酮類顏料是一種高檔有機(jī)顏料,它的出現(xiàn)及其以后的發(fā)展是顏料技術(shù)的一大杰出成就。1935年首次合成線性喹吖啶酮,1955年才發(fā)現(xiàn)其優(yōu)異的耐光堅(jiān)牢度的物理性質(zhì)。我國(guó)在20世紀(jì)60年代開始對(duì)其進(jìn)行研究,現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大的成就,喹吖啶酮類顏料的通式為圖7:

　　(2)DPP[diketopyrrlo(3,4c)pyrroles]系顏料[10]

　　母體是1,4吡咯并吡咯二酮,如圖8。它是近年來(lái)最有影響的一類新的高級(jí)雜環(huán)顏料,主要有C.I.顏料紅254和C.I.顏料紅255,由汽巴—嘉基公司1983年發(fā)現(xiàn),該系顏料被譽(yù)為有機(jī)顏料發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。現(xiàn)在,DPP系顏料的許多新類型仍在不斷地被研制出來(lái),例如藍(lán)光紅色顏料和黃光紅色顏料。

　　另外,三芳甲烷系顏料和一些其他類型的顏料如有機(jī)顏料中唯一的黑色顏料——苯胺黑等許多有機(jī)合成顏料也有較廣的應(yīng)用。

　　3 化學(xué)顏料發(fā)展的一些趨勢(shì)

　　當(dāng)今,隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,化學(xué)顏料的研發(fā)與生產(chǎn)也日益進(jìn)步,種類越來(lái)越齊全,色彩越來(lái)越豐富,它在生產(chǎn)和生活中不可缺少。我國(guó)的顏料工業(yè)日益強(qiáng)大,但是仍然與國(guó)外的顏料發(fā)展有一定的差距,所以需要我們?yōu)轭伭蠘I(yè)的發(fā)展而繼續(xù)努力。

　　職稱論文發(fā)表網(wǎng)雜志推薦：《湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)》是由國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)，由湖南省教育廳主管，湖南科技學(xué)院主辦，面向全國(guó)高校，在國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行的綜合性學(xué)術(shù)期刊。學(xué)報(bào)于1980年創(chuàng)刊，1998年更名為《零陵師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)》公開發(fā)行，2002年3月更名為《零陵學(xué)院學(xué)報(bào)》。

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