染料的基本知识与分类详解

染料一般是有色的有机化合物，大多溶于水，或通过一定化学药剂处理，转变成可溶于水的物质。它们能与纤维发生物理或化学的结合，而染着在纤维上，使纤维材料具有一定染色牢度的颜色。颜料也是一种有色物质，不溶于水，与纤维没有亲和力，因而不能染着于纤维，但能依靠黏着剂的作用，机械地附着在纤维表面或内部。

（一）染料的颜色和吸收光谱

各种物质对光所引起的反射、折射及吸收等作用不同，肉眼的感觉也不同，因而形成不同的颜色。如果不同波长的可见光波，都透过物体，则该物体是无色透明的；如果光都被物体反射，该物体是白色的；倘若光都被吸收，则物体是黑色的。只有当物体选择吸收可见光波中某一波段的光波，反射出其余各波段光波时，物体才呈现赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等相应的彩色。因此，染料有颜色是由于染料对可见光的选择吸收的结果。例如，黄色染料溶液所吸收的主要是可见光谱中波长为450～475nm 的蓝色光波，紫红色染料溶液所吸收的主要是可见光谱中波长为500～540nm 的绿色光波。如果把染料所吸收的光波和反射的光波混在一起，又得到白光，两束光线相加呈白光的关系，称为补色关系。这两束光线的颜色互成补色。染料的颜色是被染料所吸收光色的补色。如果染料溶液对不同波长的波，都有同样地强烈吸收，这种染料是灰色或黑色染料。

染料在稀溶液中的浓度，可根据朗伯—比尔定律测定。将光强I0的单色光，透过染液浓度为c、厚度为l 的稀染液液层，经染液吸收后，从染液射出的出射光强度减弱为I。根据朗伯—比尔定律，它们之间的关系如下：

式中：D——吸光度；

I0——入射光线强度；

I——透过溶液后的光线强度；

ε——吸收度或摩尔吸光系数，L／（mol·cm）；

c——溶液浓度，mol／L；

l——液层厚度，cm。

图3－1　酸性红G （C.I.酸性红1）的吸收光谱图

由此可见，光的吸收与染料溶液的浓度有关。可通过分光光度计在不同波长的单色光下，测定某一浓度溶液的光密度值即可表示染料在这个浓度下对不同波长光线的吸收强度，并且以波长为横坐标，吸收强度为纵坐标作图得到该染料的吸收光谱曲线。图3－1 为酸性单偶氮染料（酸性红G）的吸收光谱曲线。

（二）染料颜色的色调（hue of color）、明度（brightness）和饱和度（degree of saturation）

染料颜色有三种特性：色调、明度和饱和度。可见光谱不同波长的辐射，在视觉上表现为各种色调，如红、黄、蓝。红、黄、蓝三色是染料颜色中的基本色，称三原色，各种色调的颜色都可由三原色拼混得到。明度是人眼感觉到染料颜色的明亮程度，决定于染料反射率的高低。饱和度相当于颜色的纯度。染料颜色中加入白光，颜色饱和度减低，明度增高；染料颜色中加入黑光，颜色饱和度增加，明度下降。人眼是从这三种特性来区分各种颜色的。

（三）染料应用分类

根据染料的化学性质、染色对象和染色方法，通常将染料分为以下几种。

1.直接染料（direct dyes）　这类染料分子多数为偶氮结构并含磺酸基、羧酸基等水溶性基团，可溶于水，一般染料对纤维素有亲和力，染料分子与纤维素纤维分子之间以范德瓦尔斯力和氢键相结合，在中性盐存在的水溶液中，可直接上染纤维素纤维，应用方便。这类染料主要用于纤维素纤维的染色。但染色牢度不够好。直接染料也可用于真丝的染色。

2.活性染料（reactive dyes）　这类染料结构中含有一个或几个反应性官能团，称为活性基团，在适当条件下，能与纤维素纤维、蛋白质纤维等发生化学反应，而生成坚牢的结合。它们具有良好的湿处理牢度和摩擦牢度，色泽也很鲜艳，所以有较多的应用。主要用于棉、麻、合成纤维等纤维的印染，也可用于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的染色、印花。(https://www.xing528.com)

3.还原染料（vat dyes）　这类染料不溶于水，分子中含有羰基需在碱性条件下经还原剂还原成羟基钠盐（又称隐色体钠盐），才能溶解于水。隐色体钠盐上染纤维后，经过氧化，再回复成不溶性还原染料。染色过程为染料还原氧化过程。这类染料的日晒牢度、皂洗牢度一般都很好，色谱比较齐全，主要用于纤维素纤维的染色。

4.暂溶性还原染料（temporarily solubilized vat dyes）　它是还原染料的衍生物，可溶于水，上染纤维后，需在酸液中经过氧化剂处理，使染料水解、氧化，回复成不溶性的还原染料而染着在纤维上，主要用于纤维素纤维染色。

5.硫化染料（sulphur dyes）　它与还原染料类似，染色前需要还原、溶解才能上染纤维，然后氧化，恢复成不溶性硫化染料。这类染料用于纤维素纤维的染色。

6.不溶性偶氮染料（azoic dyes）　这类染料由两个有机化合物组成，它们在纤维上偶合，生成偶氮染料而染着纤维。这类染料又称冰染染料，皂洗牢度良好，曾是纤维素纤维制品的重要染料之一。限于安全方面的考虑，现已禁止使用。

7.酸性染料（acid dyes）　这类染料可溶于水，分子结构中有磺酸基或羧基。可在酸性或中性介质中上染蛋白质纤维和聚酰胺纤维，湿处理牢度随品种而异。

8.酸性媒染染料（acid mordant dyes）　染料分子中含有磺酸基或羧基，具有酸性染料的性质，而在偶氮基上的邻位上又含有羟基，染色后又可与金属离子在纤维上螯合，具有媒介染料的性质。这类染料在染色前或上染纤维以后，需将织物用媒染剂处理，才能获得良好的染色牢度和预期的色泽。这类染料的日晒牢度和湿处理牢度均比酸性染料好，但色泽较暗。主要用于羊毛的染色。含有媒染剂的络合金属离子的酸性染料，称为酸性含媒染料。

9.阳离子染料（cationic dyes）　这类染料分子溶于水呈阳离子状态，故称阳离子染料，主要用于腈纶的染色。但早期的染料分子中，具有碱性基团，常以盐形式存在，可溶于水，能与蚕丝等蛋白质分子以盐键形式相结合，故又称碱性染料或盐基染料。

10.分散染料（disperse dyes）　这类染料在水中溶解度很低，是非离子型染料，染色时用分散剂将染料分散成极细颗粒，在染浴中呈分散状态对纤维染色，所以称分散染料，是涤纶和醋酯纤维染色的常用染料，染色牢度好。

各种不同类别的纤维制品，根据所需染色色泽、染色牢度和染色成本，可选用多种染料品种。纤维素纤维可用直接染料、活性染料、还原染料、暂溶性还原染料、硫化染料和不溶性偶氮染料染色。蛋白质纤维羊毛可用酸性染料、酸性含媒染料和酸性媒染染料染色。蚕丝可用酸性染料、酸性含媒染料、直接染料和活性染料染色。涤纶可用分散染料染色。锦纶可用酸性染料、酸性含媒染料和分散染料染色。腈纶可用阳离子染料染色。维纶可用硫化染料、还原染料和酸性媒染染料染色，也可用直接染料和分散染料染色。

（四）染料的结构分类

1.偶氮染料（azo dyes）　这类染料的结构中，由偶氮基连接芳环，成为一个共轭体系。根据染料分子中含有偶氮基的数目可分单偶氮染料、双偶氮染料和多偶氮染料。具有这类结构的染料品种最多，有直接染料、活性染料、不溶性偶氮染料、酸性染料、酸性媒染染料、酸性含媒染料、阳离子染料和分散染料等，色谱较为齐全。

2.蒽醌染料（anthraquinone dyes）　这类染料中含有蒽醌结构，包括酸性染料、酸性媒染染料、活性染料、还原染料、分散染料和阳离子染料等。

3.三芳甲烷类染料（triarylmethane dyes）　这类染料以三芳甲烷结构为共轭体系的骨干，由一个碳原子连接三个芳环形成共轭体系。这类染料包括酸性染料、阳离子染料等，染料色谱主要是紫、蓝、绿等浓色。如结晶紫的结构如下：

4.靛类染料（indigoid dyes）　这类染料分子中有结构，包括靛蓝和硫靛染料两种类型。

5.硫化染料（sulfuration dyes）　这类染料具有比较复杂的含硫结构，能在硫化钠溶液中对纤维素纤维染色。

6.（多）次甲基类染料（polymethine dyes）　这类染料又称为多甲川类染料，其分子的共轭体系中具有链段（式中n 为正整数）。其品种主要是碱性染料（阳离子染料）。

在多次甲基类染料结构中，有一个或几个次甲基所代替而成的染料，称氮杂次甲基染料，主要为阳离子染料。

染料结构类别除上述外，还有酞菁染料、硝基和亚硝基染料、杂环结构染料等。