第二章 染料、纖維、水之間的相互作用
紡織品染色是一種古老的工藝，如第一章所述，我國和印度、埃及早在史前就有天然染料（natural dyes）染色的紡織品，1856年以后英國、德國等開始合成染料的染色，逐漸被推廣到世界各國。
染色過程的研究開始得較晚，據文獻記載，第一位科學地描述染色過程的是羅伯特·波伊爾（Robert Boyle）（1664年）。到19世紀40年代，沃特·奎姆（Walter Crum）對染色中的化學問題進行了研究，并應用到工業生產中，但這方面研究非常有限。直到帕金（W.H.Perkin）發明合成染料以后，人們了解了染料結構，才真正開始對染色過程中的化學問題和物理現象進行全面的研究，提出相關的染色理論。
我們先做個實驗：把一束棉纖維浸入一定溫度的直接染料水溶液中，可以觀察到染液中的染料從水中轉移到纖維上，水中染料逐漸減少。保持一段時間，纖維上顏色和水中的染料不再變化。在任何時間取出纖維，即使擰干，水分可以去除，但染料仍留在纖維上，說明該染料和纖維間存在相互作用力。染色就是染料結合在纖維上的過程。一個理想的染色過程，應該使纖維得到均勻的顏色，同時具有一定的染色牢度。
染色過程是在染料、被染物（纖維或織物）構成的染色體系中完成的。在以水為介質的染色體系中，染料分子、纖維分子、水分子間存在分子間相互作用，有染色助劑存在的體系中，又增加了染料分子、纖維分子、水分子與染色助劑分子間相互作用（圖2-1）。但決定染料上染的關鍵是染料分子與纖維分子間的作用力。
染液中，染料分子之間、染料分子與水分子、染色助劑分子間存在相互作用力；水分子之間、水分子與染色助劑分子間存在相互作用力；染色助劑分子之間也存在相互作用力，從而形成相對穩定的染色溶液。在染料上染纖維時，染料分子與纖維分子之間作用力是染料上染的主要原因，同時存在的還有纖維分子之間、纖維分子與水分子、染色助劑分子間的相互作用。在溶脹的親水性纖維孔道中，還存在染料分子與纖維分子之間、染料分子與染料分子之間、染料分子與水分子之間、染料分子與染色助劑分子間作用力。
染料從染液中轉移到纖維的過程中，存在一系列分子間力的拆散、新的分子間力的建立。最關鍵的是纖維分子與染料分子間作用力的建立，在多分子層吸附時還存在染料分子之間作用力的建立。被拆散的一是染料分子與水分子、助劑分子間的作用力，二是纖維分子與水分子、助劑分子間的作用力，三是染料分子與染料分子之間、纖維分子與纖維分子之間作用力。在分子間力的拆散和重建過程中，染色體系的染色熱、染色熵也發生變化，具體見第三章。
本章將論述上染過程及相關術語，染料上染纖維時各種分子間作用力形式，運用超分子化學解釋染料在溶液中的狀態、染料上染纖維的組裝過程及存在的狀態。
圖2-1 染色體系中的分子間作用力