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【资料】服装中的化学知识．５

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2008/04/24

(续)4.6 颜色的化学
自然界的色彩都与光联系在一起，光是大自然的化妆师。
为什么在白色的太阳光下，物体会呈现出五颜六色呢？这是由于太阳光照到物体上时，一部分光被物体表面反射，另一部分被物体吸收，剩下的穿过物体透射出去。对于不同的物质反射、吸收和透过的光的情况不同，因而不同的物质具有不同的颜色。对透明物质而言，物质的颜色主要取决于该物质对光的吸收或透过的程度。如果物质对光谱中各种色光的透过程度相同，则这种物质就是无色的；若物质只能透过某一部分波长的光，而吸收其它波长的光，那么这种物质的颜色就有它所透过的光来决定。例如，绿色的玻璃主要透过绿色光，而其它色光几乎全部被吸收，所以这种玻璃就呈现为绿色。节日悬挂的彩色电灯能呈现彩色，并非因为它们能发出往颜六色的光，而是它们的玻璃灯泡只让某种颜色的光透过，它们的发光体与普通电灯是一样的。普通窗玻璃能让各种颜色的光透过，所以，它对阳光是完全透明的。对不透明物质而言，物质的颜色主要决定于该物质对光的吸收和反射的程度。当白光照射到不透明物质的表面时，如果入射光几乎全部被物质吸收，则该物质就是黑色的。若入射光全部被物质所反射，则该物质就是自色的。如果物质只反射某一部分波长的光，而吸收其他波长的光，那么，这种物质的颜色就由它所反射的光来决定。
4.6.1 颜料和着色
颜料和染料，都是用来着色的物质，可是，它们毕竟是两样东西，化学成分不同，性质和用途也不一样。
最早的颜料是矿矿物，是从大自然中取得的。如①彩陶上的黑色是炭，红色却是一种赤铁矿，人们叫它“红赭石”，化学成分主要是氧化铁。②朱砂，它的成分是硫化汞。人造朱砂俗名叫“银朱”。我国制造的银朱印泥，颜色纯正，不会褪色，受到国内外画家的赞誉。
颜料，如自色颜料白垩粉（碳酸钙）、铅白（碱性碳酸铅）、黄色和桔红色颜料铬黄（铬酸铅）、雄黄（硫化砷）、雌黄（三硫化二砷）等，大多是一此无机物。
颜料不仅大量被用做涂料，而且是制造墨水、油墨、绘画颜色的原料，还是橡胶、塑料、搪瓷和纸张等的着色剂。现在，人们已经能够用化学方法制造各种颇料，它们比天然颜料更丰富多彩。
有些特别的颜料会变色，它们在光或热的作用下，会引起分子结构的电子变化，从无色变为蓝色、绿色，或由橙色变成蓝色，变色的速度快得惊人，在1秒钟内就能改变色泽。这种颜料可用来涂军事上的伪装防护物，工业上可用它来制造变色漆。
4.6.2 天然染料
很早以前人类就开始用一些动物和植物的色素漂染丝绸和布匹，这些色素就是最早的染料。染料是有颜色的物质，但有颜色的物质不一定能做染料，染料必须能把自己的颜色附着在纤维上，而且耐洗耐晒不易变色。几千年来，人们费尽心机，从动植物机体中和矿石里，只提炼出了10多种天然染料。如3000多年前，我国已经学会从紫草、茜草和靛蓝草里得到赤紫、绛红和蓝色的染料。人们在植物中提取到的天然染料还有不少：从木兰属植物的叶子和蓝檀树（产墨西哥）里，可提取蓝色染料；从巴西木中可以提取红色染料；从地衣中可以提炼紫色染料；从古巴的黄檀木中可提炼黄色染料；从热带含羞草和金合欢树中可提炼棕色染料；从鞣科植物中可提炼出深赭色的染料。
从动物中也可提炼出染料，古代的欧洲是从动物中提取紫色染料的。为了取得一点点紫色染料，要潜进地中海海底去采集海螺，提取一种“骨螺紫”—名贵的紫色染料。从几千个海螺中只能提取到1千克紫色染料，因为来之不易，也只能供王公贵族享用，叫做“帝王紫”。‘有一种个体微小的胭脂虫，原产墨西哥，寄生在多刺的仙人掌上。当地人把这种虫干燥后，制成洋红。从好几万只这种小昆虫里才得到50克红色染料。16世纪初，传到欧洲，成为工业品。到19世纪中叶，天然染料依然很盛行。人们用很多士地种植茜草。那时候．全世界每年要割下10万吨茜草，供人们提炼红色的茜素。
除了生物染料外，人们还发现了无机染料。我国古代的炼丹家葛洪，用含硫的矿石和汞化合物炼就了汞红、翠绿和孔雀蓝，奠定了无机染料的基石。后来，随着近代化学染料工业的发展，人们对植物和动物染料等的分子结构进行研究，相继合成了各种染料，由于人造染料的质地纯净，色彩缤纷，产量高，成本低，渐渐替代了动植物染料。
4.6.3 人造染料
染料给纺织品、塑料等物品抹上了绚丽的色彩。今天，人工创造的妮紫嫣红的染料，比大自然亿万年来赋子的五光十色，更加瑰丽多彩。
最早人工合成的染料，是从煤焦油中提炼出来的。
经过对一系列染料的研究与合成，人们逐渐掌握了颜色与物质结构的关系。在染料化合物的分子中都有一类称为“发色基团”的原子团，还有一类叫‘助色基团”，发色基团是物质具有各种颜色的根源，助色基团可以使原色加深。掌握了这些规律，人们合成并生产了比天然染料颜色更鲜艳、性质更稳定的染料。现在人造染料的总数已达几万种，经常生产的约有2000多种。人造染料主要有苯胺染料、茜素染料、硫化染料和偶氮染料等。
4.6.4 纤维染色
染料大多是有机物，对于天然纤维和人造纤维有很大的亲着力。大部分染料都能溶于水，有一部分不溶于水但经过一定的化学处理（如酸化，还原）后，也溶于水。
丝、毛的纤维是蛋白质高分子，它由几百个氨基酸分子组成，氨基酸有酸基，也有氨基。酸基显酸性，氨基显碱性，容易同酸性或碱性染料分子结合成盐。因此，丝、毛织品染色比较容易。
棉、麻纤维是中性的聚葡萄糖高分子，分子中没有易于和染料分子结合的基团，所以它需要用媒染剂做媒介，把染料牢牢地固着在纤维上，使棉、麻织物染色。此外，印染织物时间长了还会褪色，这与织物纤维内的气体有关。炎炎烈日下、当棉纤维还在棉铃中成长时，就已与空气中的气体原子（多数是氧原子）结合了。这种结合力极大，比现代任何一种染料的粘含力都大得多。因此，要想给加工成布的棉花染色，用染料原子来“驱逐”气体原子是很困难的。如果把织物放在不断往外抽气的真空箱内，织物内的气体就会被清除得干于净净；再让织物从染料液中通过，织物纤维就能十分有效地“抓住”染料，这样原来需要好多小时印染的织物，在真空箱里只要零点几秒印染过程就可完成，而且染料可以浸透每个“死角”，这就叫“真空印染技术”。采用真空印染，不仪能提高运转速度，而且可以简化甚至取消纺织品印染前的准备工序，直接将织物从织机上取下来即可印染。
20世纪50年代后，新的绚丽鲜艳的染料不断涌现出来。成百种活性染料的出现，引起了染料工业的一场革命，前程未可限量。它染色范围广，价格不很贵，绸缎、呢绒、哔叽、灯芯绒等都能印染，色彩特别鲜艳。
人造纤维和天然纤维本质上差不多，也很容易染上颜色，因此，人造丝、人造棉像棉、麻、丝、毛一样都披上了绚丽的色彩。
可是，合成纤维的染色情况却大不相同，只有锦纶的分子同蛋白质有点相似，容易染上颜色。丙纶、涤纶、氯纶等染色就困难了，因为染料、媒染剂都粘附不上它们，所以人们只好在喷丝前将染料混在原料里，喷出带色的丝，使织物有颜色。
染料工业发展到现在，不仅有给纺织品染色的染料，还有专门用于生物学和医学研究用的染料，有液晶染料、激光染料、变色染料、感光染料、半导体染料等，在尖端科学和工业、农业生产中都有广泛的应用。染料除了染色以外，还有着许多奇妙的用途。

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