第一節(jié) 染料及其分類

一、染料的來源與發(fā)展歷史

紡織品的染色具有十分悠久的歷史。在公元前3000年，有幾種古代文化已經(jīng)具備了染色技術(shù)。但在19世紀(jì)中葉之前，人們在染色中使用的都是來源于自然界的天然染料。天然染料主要是通過植物、動物原料用水萃取而得，幾乎未經(jīng)化學(xué)加工，如靛藍(lán)、茜素等。紡織品浸漬在這些水萃取物中進(jìn)行染色，但多數(shù)天然染料對棉、羊毛等纖維沒有親和性，在溶液中的染料不能被纖維充分吸收，只局限于染一些色澤單調(diào)、暗淡的顏色，且染色牢度較差。為了改善天然染料對纖維的親和性和染色牢度，通常可以用鐵、銅、錫等金屬鹽溶液對織物進(jìn)行處理，這些金屬鹽稱為媒染劑。當(dāng)經(jīng)過媒染劑處理的織物浸入天然染料的染浴中，染料與纖維上的金屬離子反應(yīng)形成了染料—金屬絡(luò)合物，降低了染料的水溶性，從而提高了染色牢度。但通過使用媒染劑獲得較好的染色質(zhì)量的方法，工藝流程長、操作復(fù)雜，只能在少數(shù)天然染料的染色中應(yīng)用。

直至1856年英國化學(xué)家珀金（Perkin）在苯胺和重鉻酸鉀的反應(yīng)過程中，分離制得第一只合成染料——苯胺紫，開創(chuàng)了人類使用合成染料的時代。苯胺紫的分子含有正電荷離子，是一種陽離子染料。在制得苯胺紫兩年以后，1864年彼得·格利斯（Peter Greiss）通過芳香族伯胺的重氮化反應(yīng)，生成重氮陽離子，其與苯酚或芳香胺的偶合反應(yīng)生成偶氮化合物。在目前的染料應(yīng)用領(lǐng)域，60%以上的商品染料是含有偶氮基的化合物。例如1884年制得的剛果紅是一種陰離子偶氮染料，與早期合成的苯胺紫等陽離子染料不同，這種陰離子染料無需用單寧酸預(yù)媒處理就可對棉進(jìn)行直接染色。合成靛藍(lán)于1880年制得，并于1897年實(shí)現(xiàn)商品化。靛藍(lán)是最古老的染料之一，廣泛應(yīng)用于牛仔布和棉紗的染色。1901年靛蒽醌的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了具有良好耐洗牢度和耐光牢度的合成還原染料，被應(yīng)用于羊毛和棉織物的染色。

在20世紀(jì)以前，紡織品都是由棉和羊毛這樣的天然纖維制成。隨著黏膠纖維、醋酯纖維等再生纖維素纖維的出現(xiàn)，人們開始利用化學(xué)纖維來制造紡織品。黏膠纖維具有某些與棉類似的親水性質(zhì)，可以用棉用的離子型染料進(jìn)行染色。而醋酯纖維是疏水性的，難以與離子型染料獲得滿意的染色效果。于是出現(xiàn)了非離子型疏水性的分散染料，染色是在染料細(xì)微粒子的水分散液中進(jìn)行。分散染料也被應(yīng)用于20世紀(jì)40年代前后出現(xiàn)的大部分合成纖維的染色。

1956年，英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司又稱卜內(nèi)門公司推出了一類能與纖維素纖維及蛋白質(zhì)纖維發(fā)生共價鍵結(jié)合的活性染料。活性染料與纖維間的共價鍵結(jié)合提高了對棉染色的耐洗牢度，目前已成為棉織物最重要的染料品種之一，有些活性染料也被應(yīng)用于羊毛、聚酰胺纖維的染色。

目前，全世界纖維的消耗量約為五千萬噸，其中80%以上的紡織品要進(jìn)行染色加工。從煤焦油和石油化工原料中提取的合成染料已經(jīng)取代了天然染料，合成染料的品種約有5000種以上。合成染料在生產(chǎn)和使用的過程中會對環(huán)境和健康帶來影響，近年來隨著人們生態(tài)環(huán)保意識不斷加強(qiáng)，對天然染料的應(yīng)用研究越來越多，一些天然染料不但在棉、麻、羊毛等天然纖維的染色中取得了進(jìn)展，而且在對聚酯纖維、聚酰胺纖維染色時也獲得了滿意的染色效果。但是天然染料不僅數(shù)量與品種有限，而且染色過程中還有許多問題需要解決，要使天然染料大規(guī)模地應(yīng)用于紡織品的染色加工，還有一段很長的路要走。

二、染料的分類

染料的分類方法通常有兩種，即按化學(xué)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能進(jìn)行分類。

（一）按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)染料分子結(jié)構(gòu)中共軛體系的特征進(jìn)行分類，這種分類方法適用于對染料的分子結(jié)構(gòu)研究和染料合成。主要有以下幾種類別。

1.偶氮染料

分子結(jié)構(gòu)中含有偶氮基（—NN—）的染料。根據(jù)偶氮基的數(shù)目可分為單、雙和多偶氮染料。染料分子中含有一個偶氮基的稱為單偶氮染料，二個偶氮基的稱為雙偶氮染料，具有三個及以上偶氮基的染料統(tǒng)稱為多偶氮染料。偶氮結(jié)構(gòu)的染料是所有各類結(jié)構(gòu)的染料中品種最多的一類染料，約有3200多種，占全部染料的60%左右。包括堿性、酸性、酸性媒染、酸性含媒、直接、分散、活性染料等。例如：酸性嫩黃2G是單偶氮染料，而分散黃E-5R是雙偶氮染料：

研究表明，部分偶氮染料在一定的條件下會還原出某些對人體或動物有致癌作用的芳香胺。紡織品使用含致癌芳香胺的偶氮染料之后，在某些特殊的條件下，特別是在染色牢度不佳時，與人體的長期接觸，這類偶氮染料會從紡織品上轉(zhuǎn)移到人的皮膚上，經(jīng)人體的正常代謝過程，在分泌物的生物催化作用下發(fā)生分解還原，并釋放出某些有致癌性的芳香胺。國際環(huán)保紡織協(xié)會的Oeko-Tex Standard 100對禁用偶氮染料有明確規(guī)定，在這類染料中涉嫌可還原出24種致癌芳香胺的染料都屬于被禁用之列，德國和歐盟委員會還公布了138種禁用的致癌染料名單。

2.蒽醌染料

蒽醌染料是其分子結(jié)構(gòu)中含有蒽醌基本結(jié)構(gòu)的染料，品種數(shù)量僅次于偶氮染料，有還原、分散、活性、酸性、酸性媒染、酸性含媒、陽離子染料等。如還原黃3GFN的結(jié)構(gòu)式為：

3.靛類染料

靛類染料是其分子結(jié)構(gòu)中含有靛藍(lán)或硫靛結(jié)構(gòu)的染料。靛藍(lán)結(jié)構(gòu)的染料作為藍(lán)色還原染料主要用于纖維素纖維織物的染色和印花。靛類還原染料有時也用于羊毛的染色。溴靛藍(lán)和還原桃紅R的結(jié)構(gòu)式分別為：

4.甲川染料和氮雜甲川染料

其分子結(jié)構(gòu)的共軛體系中含有次甲基，染料品種主要是陽離子染料，也有少數(shù)分散染料。如陽離子橙2GL的結(jié)構(gòu)式為：

在甲川染料結(jié)構(gòu)中，有一個或幾個次甲基為所替代的染料叫做氮雜甲川染料，作為陽離子染料用于聚丙烯腈纖維的染色，比較耐洗、耐曬。

5.三芳甲烷染料

染料分子結(jié)構(gòu)中有三個芳基連接在一個碳原子上形成共軛體系。包括堿性、酸性等染料。色澤以濃艷著稱，但總的來說，染色產(chǎn)品容易褪色。如酸性媒介漂藍(lán)B，結(jié)構(gòu)式為：

6.酞菁染料

染料分子中具有“酞菁結(jié)構(gòu)”的染料：

酞菁染料色澤鮮艷，但只有藍(lán)色和綠色品種。酞菁的銅絡(luò)合物是一個極為重要的藍(lán)色顏料，它的多氯化物是很好的綠色顏料。引入適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)可以將酞菁染料分別制成直接、活性、硫化染料。酞菁的鈷絡(luò)合物還可作為還原染料使用。

7.硝基和亞硝基染料

在染料的分子結(jié)構(gòu)中，硝基和亞硝基作為共軛體系的關(guān)鍵組成部分。硝基染料主要是一些黃色和橙色的分散染料，還有一些是不耐水洗的黃、橙色酸性染料。例如分散橙S-4RL，結(jié)構(gòu)式為：

亞硝基染料的品種很少，比較重要的是1-亞硝基-2-萘酚，是一只媒染染料，它和亞鐵媒染劑作用生成草綠色顏料：

8.雜環(huán)染料

在分子中帶有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的染料，例如酸性桃紅B，結(jié)構(gòu)式為：

又如分散艷黃3GL，結(jié)構(gòu)式為：

（二）按應(yīng)用性能分類

按照染料的應(yīng)用特性和使用方法進(jìn)行分類，可分為以下幾種類別：

1.直接染料

是一類可溶于水的陰離子染料，分子結(jié)構(gòu)中含水溶性基團(tuán)，色素離子絕大多數(shù)是含磺酸基（—SO₃H），也有的具有羧基（—COOH）。能在鹽類電解質(zhì)的染浴中直接上染纖維素纖維，也可用于蛋白質(zhì)纖維的染色。

直接染料染色方便，色譜齊全，價格便宜，但染色牢度較差。

2.活性染料

分子結(jié)構(gòu)中帶有反應(yīng)性基團(tuán)，即所謂活性基團(tuán)。染色時活性基團(tuán)與纖維素纖維中的羥基（—OH）、蛋白質(zhì)纖維中的氨基（—NH₂）等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成共價鍵，故又稱反應(yīng)性染料。主要用于棉、麻、黏膠等纖維素纖維的染色和印花。有些品種也能用于羊毛、蠶絲及聚酰胺纖維的染色。

活性染料能溶于水，染色方便，色譜齊全，顏色鮮艷，染色牢度好。

3.還原染料

這類染料不溶于水，除了個別品種外，分子結(jié)構(gòu)中都含有羰基（），在堿性介質(zhì)中被保險粉還原成可溶性的隱色體鈉鹽而上染纖維，再經(jīng)氧化重新生成原來的不溶性染料而固著在纖維上，故稱還原染料。主要用于纖維素纖維織物的染色和印花，耐曬、耐洗牢度優(yōu)良。

4.可溶性還原染料

這類染料是還原染料隱色體硫酸酯的鈉鹽或鉀鹽，可溶于水。染色時，上染纖維后，經(jīng)水解氧化為不溶性狀態(tài)的染料而染著在纖維上。主要用于棉及滌/棉混紡織物的染色。

5.硫化染料

這類染料是由某些芳胺、酚等有機(jī)化合物和硫黃、硫化鈉加熱制得，染料分子中有復(fù)雜的含硫雜環(huán)結(jié)構(gòu)，染色時要用硫化鈉進(jìn)行還原溶解，所以稱硫化染料。硫化染料主要用于棉、麻、黏膠等纖維素纖維的染色，色譜有黑、藍(lán)、綠、棕色等，黑色、藍(lán)色品種用得較多，色牢度好，但色澤較暗。且在儲存過程中會發(fā)生脆損現(xiàn)象，尤以硫化黑更為突出。

6.不溶性偶氮染料

這是一類染色過程中在纖維上生成的不溶于水的偶氮染料。它由兩種組分組成，即色基的重氮鹽組分和偶合組分在纖維上反應(yīng)形成不溶性偶氮染料。因染色化料過程中需要用冰，故又稱作冰染料。這類染料主要用于纖維素纖維織物的染色和印花。

7.酸性染料

這也是一類可溶于水的陰離子染料，染料分子結(jié)構(gòu)中含有（—SO₃H）、（—COOH）等酸性基團(tuán)，在酸性或中性介質(zhì)中上染蛋白質(zhì)纖維，也可用于錦綸的染色。根據(jù)染料染色性能的不同可分為強(qiáng)酸、弱酸和中性浴染色的酸性染料。

8.酸性媒染染料和酸性含媒染料

酸性媒染染料能溶于水，但染前或染后要經(jīng)過媒染劑處理，使媒染劑中的金屬離子與染料絡(luò)合并沉積在纖維上而完成染色。將某些金屬離子以配價鍵形式引入酸性染料母體中，使分子結(jié)構(gòu)具有螯合金屬離子的酸性染料稱為酸性含媒染料。一般分為1∶1和1∶2型兩種。前者要在強(qiáng)酸性條件下染色，在國產(chǎn)染料的分類中，這類染料稱為酸性金屬絡(luò)合染料。后者適合于在中性或弱酸性染浴中染色，往往稱為中性金屬絡(luò)合染料，簡稱中性染料。

這兩類染料染色牢度優(yōu)于酸性染料，但色澤不夠鮮艷。適用于羊毛、蠶絲及聚酰胺纖維的染色。

9.分散染料

分子結(jié)構(gòu)中不含水溶性基團(tuán)，是非離子型染料，染色時借助分散劑將染料分散成極細(xì)小的顆粒，形成分散浴而染著纖維，所以稱為分散染料。主要用于聚酯、聚酰胺及醋酯纖維的染色。

10.陽離子染料

陽離子染料是在堿性染料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，堿性染料分子結(jié)構(gòu)中含有堿性基團(tuán)，遇酸成鹽而溶于水，染料的色素離子帶有陽電荷，所以后來被稱為陽離子染料。這類染料色澤鮮艷，染色牢度較好。陽離子染料主要用于聚丙烯腈纖維的染色。

11.熒光增白劑與熒光染料

熒光增白劑是一種能吸收紫外線發(fā)射藍(lán)色光而增加纖維等基質(zhì)白度的化學(xué)劑。熒光增白劑能增加反射光強(qiáng)度，提高亮度，對淺色織物有增艷作用。

熒光染料能吸收紫外線放出可見光，顏色亮麗，主要用于印花。