2010年第l期化学教育
知课、龠缉il形形色色的化学颜料
吕海平1朱琳2彭蜀晋”
(1．四川师范大学化学与材料科学学院成都610068；
2．安徽师范大学化学与材料科学学院芜湖241000)
摘要以天然颜料和合成颜料为主线对颜料的发展过程做一个概述，并以应用较多的颜料种类
为例进行阐述，以便使人们更加深入地了解颜料，充分发挥其作用。
关键词化学颜料天然颜料合成颜料有机颜料偶氮颜料酞菁颜料
形形色色的颜料在人类发展的历史中占有十分
重要的地位。纵观古今，人类最早学会了从自然界
中选择有颜色的物质来美化生活，这就是早期的天
然颜料，以后随着人类社会的发展，尤其足科学技术
的飞速发展，人们通过化学上业合成了各种各样的化
学颜料。虽然今天天然颜料仍有，“泛的应用，但是化
学合成颜料已经在颜料的应用中占据主流地位。
1天然颜料
颜料分为天然颜料和化学合成颜料2大类。天
然颜料是指人们利用各种方法从天然矿物或者有色
植物中分选得到的、不经化学加工就呵用作涂色的
一类颜料。在人类漫长的历史上，所使用过的天然
颜料多达数百种，其中天然矿物颜料和源于天然植
物的颜料占主要的地位。
1．1天然矿物颜料
天然矿物颜料完全取自矿物资源，如天然朱砂、
红土、铜绿、雄黄等，它是将矿物经机械破碎、分选、
漂洗、提纯、干燥而制得的。人类开始使用天然矿物
颜料是在史前，如：山顶洞文化遗址中发现的红色石
珠、鱼骨、兽牙等饰品【lj就是用赤铁矿粉涂成的。下
面简要介绍几种天然矿物颜料。
1．1．1红色颜料
朱砂(HgS)是古代应用较多的红色天然矿物颜
料，它的天然矿物名称为辰砂，在自然界中多以晶体
形式存在，红中透黄，化学性能稳定。天然朱砂矿石
经过研磨、漂制即成红色颜料。朱砂在古代大量用于
绘画、点书等，也足印泥的原料。考占发现L2]，我国在
距今6000多年前的河姆渡文化时期就已经使用天然
的朱砂做彩绘颜料，是世界上使用朱砂最早的国家。
另外，红色天然颜料还有许多种，例如红土
(Fe20s)和铅丹(Pb304)等。
1．1．2绿色颜料
经分析敦煌石窟的大量颜料[3]：北朝以来的绿
色颜料，既有单独的氯铜矿(Cuz(0H)sCI)，也有氯
铜矿与石绿(就是孔雀石，Cu(oH)z·CuC()s)或者
石青(2CuC()3·Cu(OH)2)混合的；唐代以来，敦
煌、新疆等石窟中的绿色颜料主要是氯铜矿。含有
铜质的颜料在空气中遇到硫化氢，生成硫化铜，颜色
-通讯联系人，E-mail：pshHin@163．cola
变黑，有毒。例如：孔雀石在空气中遇到硫化氢就会
发生如下反应：Cu(OH)2·咖+2H2S=CuS++o嘎十+3H20
除上述颜料之外，蓝色和黄色的天然矿物颜料
应用也很多。例如：在18世纪之前，蓝色颜料中的
群青(Na6Al。SisS4020)都是由天然的青金石矿物
加工而成；黄色颜料中的雌黄(As。S：I)也是取自天
然矿物。此外，曾经在秦兵马俑彩绘中分析到一种
罕见的紫色天然矿物颜料。主要成分是硅酸铜钡
(BaCuSi206)[43；黑色颜料中的烟黑等也是取自天
然矿物。天然矿物颜料在当时的经济和技术条件
下，为人们的生产和生活带来了很大的方便。
1．2天然有机颜料
人类使用天然有机颜料已经有很长的历史，古
代利用植物的浸出液或者动物性的色材，加入黏土
类物质，进行吸附，制成色淀，用来使物体着色，足为
天然有机颜料【51，或者把草木的根、茎、叶经过粉碎、
烧煮或者发酵来制取天然有机颜料。人们使用这些
天然有机色材作为对无机色材的补充，如茜素、靛
蓝、胭脂、泰尔紫(来自一种海螺)等，其中，茜素和靛
蓝是2种使用广泛的天然有机颜料。
1．2．1茜素
茜素足从植物茜草的根中获得的，有色成分是
1，2--羟基蒽醌(C，tHsO。)，如图1，现在又称为
C．I．媒染红11；CI．颜料红83；C．I．58000，作为红
色颜料使用。哕O
OHH婶
图1茜素图2靛蓝
1．2．2靛蓝
靛蓝则是从靛草中提取的有机色素，分子式：
C，。H。。N：()2，系统命名为2-(1，3--"氢一3一氧代-2H一
吲哚一2一亚基)-1，2一二氢一3H一吲哚一3一酮，如图2。它
作为蓝色颜料应用已有三千多年的历史。
这2种物质或者它们的衍生物至今仍然被作为
色素使用，它们是现代有机颜料的起源。
万方数据
·12·化学教育2010年第1期
2化学合成颜料
随着对颜料性能和种类要求的逐渐提高，天然
颜料已经不能满足人们的需求，于是开始通过化学
反应合成一些颜料。合成颜料主要分为无机合成颜
料和有机合成颜料，经历．r手上业生产和丁业化生
产2个阶段。
2．1无机合成颜料的发展
早在我国的秦代，人们就开始利用铅白
(2PbCgh·Pb(OH)2)和铅丹(Pb30。)米做而。这足
我国最早使用的无机合成颜料∞j，但那时技术落后，
颜料的合成仪以手-L业方式进行牛产。现在人们利
用x射线衍射仪等仪器对古代壁画等文物进行研
究[7]，发现了古代合成的多种多样的无机颜料，而且
能够确定其使用特征及色材来源。1704年，酱鲁士
人Diesbach发现r铁蓝(Fe正Fe(CN)。]。)的工业制
法，从染料扩展到颜料，带来了无机化’学合成类颜料
的迅猛发展。时至今日，我国的尤机合成颜料已经
形成_r完善的j二业化生产体系，产量位培世界前列，
种类齐伞，用途厂‘泛。
根据化学结构的不同，无机颜料可以分为：金属
氧化物类、金属硫化物类、铬酸盐类、亚铁氰化物类、
金属元素及合金类等。氧化铁、钛白粉、立德粉、铬
系颜料等是无机颜料的主要晶种。
2．1．1氧化铁颜料
氧化铁作为一种颜料，已被人们利用了千百万
年，现在仍然是产销量居第一位的无机彩色颜料。
由于其颜色多、色谱广、稳定件好、无毒性，被广泛地
应用于涂料、塑料、橡胶、造纸等领域。氧化铁系颜
料主要是指氧化铁红(Fe：()。)、氧化铁黄(Fe。O。·
HzO)、氧化铁黑(Fes(X)、氧化铁棕(氧化铁红与氧
化铁黑的机械混合物)，以及复合氧化铁颜料等。
铁红颜料足铁氧化物tl，最稳定的化合物，由于
制造途径不同，产牛的粒子大小及形状不同，铁红的
颜色也就各不相同。工业生产铁红最主要的方法[8]
有2种：一种是十法，即高温煅烧法；另一种是湿法，
即酸溶液氧化法。
(1)高温煅烧法一绿矾煅烧法的化学反应原理
可表示如下：
绿矾脱水：
FeS04·7H20—FeS()d·H20+6H20
氧化煅烧：
2FeSO,．H20+02』≥FezQ+2s()3+2H20
在工、№牛产中。第1步反应常常控温在200
300℃之间，第2步反应控温在700--一800℃之间。
(2)酸溶液氧化法一混酸盐湿法制铁红的主要
反应原理如下：
12FES04+NH4N03+()2+13H20一
6Fe203+(NH4)2S(h+11H2S04
6FeS04+2HN03+3H2S04—
2No+3Fe2(S04)3+4H20
在传统氧化铁颜料的基础上，人们又研制了许
多新的种类，例如：把纳米技术引入颜料领域。制成
了纳米氧化铁颜料，扩大了铁系颜料的应用范围。
2．1．2钛白粉
钛白粉的主要成分足二氧化钛(TiO：)，它在涂
料、塑料和造纸这3大行、北中有大量的应用。二氧
化钛是多品型化合物，在自然界中以3种结晶刑念
存红：金红右型、锐钛型和板钛刑。其中。会红石型
和锐钛型应用较多，锐钛型在高温下(700℃以卜)，
能够转变成金红石型。目前生产二氧化钛主要有硫
酸法和氯化法2种。多数情况下采片j氯化法，这种
方法在TZ流程中产生的t‘染较少，总反应如下：
2XO+Ti02+4C+4(：12——
TiCl4+2XCl2+2(：()十+2C02十
上式中的X()指的是原料矿粉中所含有的町以
氯化的杂质。‘
近年来，钛系颜料增添了许多新类型，如超耐久
性钛白品种、钛系衍生产品、医用钛白、云母钛系珠
光颜料等，钛白系列颜料逐步完善。
2．1．3其他无机合成颜料
许多具有特殊功用的颜料在乍产和生活中也足
必不可少的，如：防锈颜料、金属颜料等。防锈颜料
具有保护金属表面不被腐蚀的作用，主要用于配制
防锈漆。现在已经开发fjj磷酸锌等无毒防锈颜料来
代替红丹等有毒的防锈颜料；金属颜料是颜料中的
一个特殊种类，几乎所有的金属粉颜料均由金属或
者合金组成，具有金属的色棚和光泽，町用作装饰性
颜料，并且具有防腐能力、保温能力等特殊性能，用
途较为广泛。金属颜料rfl经常使用的有铝粉、铜锌
粉以及锌粉等。
2．2有机合成颜料的发展
随着有机染料的不断发展，有机颜料也得到了
快速的发展。1895年I址界上第一个有机颜料——
对位红间fI卜，1935年发现了酞苦颜料。从此，有机
颜料的发展尤为迅速。人fi’j把酞菁颜料出现以前的
传统品种。称为经典颜料，其后称为现代颜料或者高
级颜料。我困从20世纪50年代初开始下业化生产
有机颜料，经过儿f年的发展，日前已经成为世界上
重要的有机颜料生产国和m几国。
根据化学结构的不同有机颜料可以分为偶氮
类、酞菁类、多环类、三芳甲烷类颜料和其他颜料等。
这里主要介绍偶氮类颜料和酞爵类颜料。
2．2．1偶氮类颜料
偶氮颜料足指化学结构中含有偶氮基(一‘N=
N～)的有机颜料，其色浒分布较广，有红、橙、黄、
棕、蓝等颜色。偶氮颜料品种繁多，根据化学结构的
小同可以分为单偶氮颜料、双偶氮颜料和缩合型偶
氮颜料等。偶氮颜料的基本乍产方法是重氮化一偶
合反应，以永固橙RN(单偶氮颜料)为例，合成反应
式如下：
重氮化：2NaN02+3H2S04—2NO·S04H+
Na2S()4+2H20
偶合：
万方数据
2010年第l期化学教育·13·
叩薛…+∞‰小岱专
偶氮颜料的产品非常多，应用比较广泛。其中，
f：文所述的对传红就是偶氮类颜料，又称为对硝苯
胺红，即C。。H¨N{()。，系统命名为卜[(对硝旗苯基)
偶氮]一2一荼酚，如图3，它与
引发英国有史以来最大一
起食品召同行动的“苏丹
红”染料结构相似，现在已
被禁用作为食品染色剂。
2．2．2酞菁类颜料
02N弋>N：
图3对位红
酞箭颜料具有优异的耐光、耐热、耐酸碱性，同时
不溶于任何溶剂的载体中，并以鲜艳的颜色而著称，是
目Ij订再要的高级颜料巾成本最低的一种，应用广泛。
酞菁是含有4个吡咯而具有四氮杂环结构的化
合物，如图4。酞菁系颜料分为2类：金属酞菁和无
金属酞菅，主要有蓝、绿2个色系。金属酞菁是与
铜、铁、钴、镍等金属牛成的稳定的络合物。酞箐与
铜生成的铜酞菁具有非常鲜艳的蓝色，又称酞菁蓝，
如图5。酞菁蓝足由4个酞箐素在催化剂作用下与
氯化眶铜络合而成，合成力‘法如下[9]：
4C8H7N3+2CuCl
4NH3+CuCl2
(NH4)2MoO
圈4酞青
若酞菁蓝的4个苯
环上引入16个氯原子则
生成酞菁蓝的多氯代产
物，称为颜料酞菁绿，如
图6。
2．2．3其他应用较多的
颜料
(1)喹吖啶酮类颜料
喹吖啶酮类颜料是
一种高档有机颜料，它的
C32H16CuN8+
圈5酞瞢蓝
圈6酞瞢绿
出现及其以后的发展是颜料技术的一大杰出成就。
1935年首次合成线性喹吖啶酮，1955年才发现其优
异的耐光-氍牢度的物理性质。我国在20世纪60年
代开始对其进行研究，现在已经取得了很大的成就，
喹吖啶酮类颜料的通式为图7：
(2)DPP[diketopyrrlo(3，4-c)pyrroles-]系颜
料‘10]
DPP系颜料是吡咯并吡咯：二酮系颜料的简称，
oH
III
xn
图7喹吖啶酮图8DPP
H
母体是1，4一吡咯并吡咯二酮，如图8。它是近年来
最有影响的一·类新的高级杂环颜料，主要有CL颜
料红254和C．I．颜料红255，由汽巴一嘉基公司1983
年发现，该系颜料被誉为有机颜料发展史上的一个里
程碑。现在，DPP系颜料的许多新类型仍在不断地被
研制出来，例如蓝光红色颜料和黄光红色颜料。
另外，三芳甲烷系颜料和一些其他类型的颜料
如有机颜料中唯一的黑色颜料～一苯胺黑等许多有
机合成颜料也有较广的应用。
3化学颜料发展的一些趋势
随着科学技术的发展和各种生产工艺的进一步
完善，颜料领域也不断向前发展，以适应社会的发
展，满足人们的需求。当今，颜料的发展主要有2个
方向：一方面，通过表面改性处理等技术使颜料产生
许多新的物理、化学和机械性能，并产牛新的功能，
扩大其应用范围[11I，从而牛产出高档次的颜料剂
型，例如：在无机颜料的表面形成一层“包膜”[12|、有
机颜料的微胶囊化F133等，如把有机颜料耐晒黄G微
胶囊化；另一方面，即不断开发研制新型化学结构品
种，例如：开发大分子、耐高温、易分散、无毒性的有机
颜料新品种。并且，当今颜料牛产的绿色化也颇受重
视，除了开发低毒、无毒颜料之外，还采用先进生产工
艺技术和更环保的原料路线，控制污染的产生。
当今，随着科学技术的迅速发展，化学颜料的研
发与生产也只益进步，种类越来越齐全，色彩越来越
丰富，它在生产和生活中不可缺少。我国的颜料工
业El益强大，但是仍然与国外的颜料发展有一定的
差距，所以需要我们为颜料业的发展而继续努力。
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万方数据
形形色色的化学颜料
作者：吕海平，朱琳，彭蜀晋，LVHaiping，ZHULin，PENGShujin
作者单位：吕海平,彭蜀晋,LVHaiping,PENGShujin(四川师范大学化学与材料科学学院,成都,610068)
，朱琳,ZHULin(安徽师范大学化学与材料科学学院,芜湖,241000)
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2010,31(1)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201001005.aspx
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