在染整行业中,染色环节是染料对织物上染颜色的过程,因此染料的性质决定了产品的质量。色谱和溶解度是染料的两个重要指标,它们都受分子量影响。通常染料色谱越深,分子量越大;但分子量越大,溶解度却越小。因此,色谱和溶解度二者是相互矛盾的。尤其对于超临界CO2染色,染料的溶解度是当前染料设计研究面临的技术难题,色谱深的染料溶解性能较差,因此解决色谱和溶解度的矛盾问题对提高染料设计效率和染料质量具有重要意义。为了解决以上存在的问题,本课题一方面优化设计染料的分子结构,得到目标染料,另一方面根据目标染料的分子结构,优化设计染料的合成路线,研究内容如下:1、通过分析分子轨道、电子跃迁来研究含羰基功能团的链状多苯环染料的分子结构。以薛定谔方程为理论基础建立染料分子结构与颜色的微观模型,并建立不含功能团的链状多苯环染料分子最大吸收波长与苯环个数模型,进一步引入羰基功能团,分别建立染料分子最大吸收波长与羰基个数和羰基位置的模型,并通过Gaussian等仿真软件验证了模型的准确性。2、染料的色谱和溶解度都与分子结构有关,为了同时满足色谱和溶解度的要求,建立以染料色谱深度为约束,溶解度最大即相对分子质量最小为目标函数的弱极性染料分子结构的最优化模型,并采用多目标分层优化的方法得到链状多苯环染料色谱深度最大时最小的苯环个数、羰基个数以及最佳的羰基位置,设计出最优的染料分子结构,并验证了最优化方法设计染料分子结构的可行性,为以后染料分子设计提供有效的方法,提高了染料设计的效率。3、以并四苯-1,7-二酮染料为目标染料,利用启发式搜索算法得到染料合成的中间体,并通过构建贝叶斯网络得到合成目标染料的最佳路线,提高了染料合成的效率,保证了产品质量。以上的研究为染料分子结构及合成的优化设计提供有效参考,对提高染料设计效率、降低染料合成成本和提高染料质量具有重要意义。