第一节 染料及其分类
一、染料的来源与发展历史
纺织品的染色具有十分悠久的历史。在公元前3000年，有几种古代文化已经具备了染色技术。但在19世纪中叶之前，人们在染色中使用的都是来源于自然界的天然染料。天然染料主要是通过植物、动物原料用水萃取而得，几乎未经化学加工，如靛蓝、茜素等。纺织品浸渍在这些水萃取物中进行染色，但多数天然染料对棉、羊毛等纤维没有亲和性，在溶液中的染料不能被纤维充分吸收，只局限于染一些色泽单调、暗淡的颜色，且染色牢度较差。为了改善天然染料对纤维的亲和性和染色牢度，通常可以用铁、铜、锡等金属盐溶液对织物进行处理，这些金属盐称为媒染剂。当经过媒染剂处理的织物浸入天然染料的染浴中，染料与纤维上的金属离子反应形成了染料—金属络合物，降低了染料的水溶性，从而提高了染色牢度。但通过使用媒染剂获得较好的染色质量的方法，工艺流程长、操作复杂，只能在少数天然染料的染色中应用。
直至1856年英国化学家珀金（Perkin）在苯胺和重铬酸钾的反应过程中，分离制得第一只合成染料——苯胺紫，开创了人类使用合成染料的时代。苯胺紫的分子含有正电荷离子，是一种阳离子染料。在制得苯胺紫两年以后，1864年彼得·格利斯（Peter Greiss）通过芳香族伯胺的重氮化反应，生成重氮阳离子，其与苯酚或芳香胺的偶合反应生成偶氮化合物。在目前的染料应用领域，60%以上的商品染料是含有偶氮基的化合物。例如1884年制得的刚果红是一种阴离子偶氮染料，与早期合成的苯胺紫等阳离子染料不同，这种阴离子染料无需用单宁酸预媒处理就可对棉进行直接染色。合成靛蓝于1880年制得，并于1897年实现商品化。靛蓝是最古老的染料之一，广泛应用于牛仔布和棉纱的染色。1901年靛蒽醌的发现，出现了具有良好耐洗牢度和耐光牢度的合成还原染料，被应用于羊毛和棉织物的染色。
在20世纪以前，纺织品都是由棉和羊毛这样的天然纤维制成。随着黏胶纤维、醋酯纤维等再生纤维素纤维的出现，人们开始利用化学纤维来制造纺织品。黏胶纤维具有某些与棉类似的亲水性质，可以用棉用的离子型染料进行染色。而醋酯纤维是疏水性的，难以与离子型染料获得满意的染色效果。于是出现了非离子型疏水性的分散染料，染色是在染料细微粒子的水分散液中进行。分散染料也被应用于20世纪40年代前后出现的大部分合成纤维的染色。
1956年，英国的帝国化学工业公司又称卜内门公司推出了一类能与纤维素纤维及蛋白质纤维发生共价键结合的活性染料。活性染料与纤维间的共价键结合提高了对棉染色的耐洗牢度，目前已成为棉织物最重要的染料品种之一，有些活性染料也被应用于羊毛、聚酰胺纤维的染色。
目前，全世界纤维的消耗量约为五千万吨，其中80%以上的纺织品要进行染色加工。从煤焦油和石油化工原料中提取的合成染料已经取代了天然染料，合成染料的品种约有5000种以上。合成染料在生产和使用的过程中会对环境和健康带来影响，近年来随着人们生态环保意识不断加强，对天然染料的应用研究越来越多，一些天然染料不但在棉、麻、羊毛等天然纤维的染色中取得了进展，而且在对聚酯纤维、聚酰胺纤维染色时也获得了满意的染色效果。但是天然染料不仅数量与品种有限，而且染色过程中还有许多问题需要解决，要使天然染料大规模地应用于纺织品的染色加工，还有一段很长的路要走。
二、染料的分类
染料的分类方法通常有两种，即按化学结构和应用性能进行分类。
（一）按化学结构分类
根据染料分子结构中共轭体系的特征进行分类，这种分类方法适用于对染料的分子结构研究和染料合成。主要有以下几种类别。
1.偶氮染料
分子结构中含有偶氮基（—NN—）的染料。根据偶氮基的数目可分为单、双和多偶氮染料。染料分子中含有一个偶氮基的称为单偶氮染料，二个偶氮基的称为双偶氮染料，具有三个及以上偶氮基的染料统称为多偶氮染料。偶氮结构的染料是所有各类结构的染料中品种最多的一类染料，约有3200多种，占全部染料的60%左右。包括碱性、酸性、酸性媒染、酸性含媒、直接、分散、活性染料等。例如：酸性嫩黄2G是单偶氮染料，而分散黄E-5R是双偶氮染料：
研究表明，部分偶氮染料在一定的条件下会还原出某些对人体或动物有致癌作用的芳香胺。纺织品使用含致癌芳香胺的偶氮染料之后，在某些特殊的条件下，特别是在染色牢度不佳时，与人体的长期接触，这类偶氮染料会从纺织品上转移到人的皮肤上，经人体的正常代谢过程，在分泌物的生物催化作用下发生分解还原，并释放出某些有致癌性的芳香胺。国际环保纺织协会的Oeko-Tex Standard 100对禁用偶氮染料有明确规定，在这类染料中涉嫌可还原出24种致癌芳香胺的染料都属于被禁用之列，德国和欧盟委员会还公布了138种禁用的致癌染料名单。
2.蒽醌染料
蒽醌染料是其分子结构中含有蒽醌
基本结构的染料，品种数量仅次于偶氮染料，有还原、分散、活性、酸性、酸性媒染、酸性含媒、阳离子染料等。如还原黄3GFN的结构式为：
3.靛类染料
靛类染料是其分子结构中含有靛蓝
或硫靛结构
的染料。靛蓝结构的染料作为蓝色还原染料主要用于纤维素纤维织物的染色和印花。靛类还原染料有时也用于羊毛的染色。溴靛蓝和还原桃红R的结构式分别为：
4.甲川染料和氮杂甲川染料
其分子结构的共轭体系中含有次甲基
，染料品种主要是阳离子染料，也有少数分散染料。如阳离子橙2GL的结构式为：
在甲川染料结构中，有一个或几个次甲基
为
所替代的染料叫做氮杂甲川染料，作为阳离子染料用于聚丙烯腈纤维的染色，比较耐洗、耐晒。
5.三芳甲烷染料
染料分子结构中有三个芳基连接在一个碳原子上形成共轭体系。包括碱性、酸性等染料。色泽以浓艳著称，但总的来说，染色产品容易褪色。如酸性媒介漂蓝B，结构式为：
6.酞菁染料
染料分子中具有“酞菁结构”的染料：
酞菁染料色泽鲜艳，但只有蓝色和绿色品种。酞菁的铜络合物是一个极为重要的蓝色颜料，它的多氯化物是很好的绿色颜料。引入适当的基团可以将酞菁染料分别制成直接、活性、硫化染料。酞菁的钴络合物还可作为还原染料使用。
7.硝基和亚硝基染料
在染料的分子结构中，硝基和亚硝基作为共轭体系的关键组成部分。硝基染料主要是一些黄色和橙色的分散染料，还有一些是不耐水洗的黄、橙色酸性染料。例如分散橙S-4RL，结构式为：
亚硝基染料的品种很少，比较重要的是1-亚硝基-2-萘酚，是一只媒染染料，它和亚铁媒染剂作用生成草绿色颜料：
8.杂环染料
在分子中带有杂环结构的染料，例如酸性桃红B，结构式为：
又如分散艳黄3GL，结构式为：
（二）按应用性能分类
按照染料的应用特性和使用方法进行分类，可分为以下几种类别：
1.直接染料
是一类可溶于水的阴离子染料，分子结构中含水溶性基团，色素离子绝大多数是含磺酸基（—SO3H），也有的具有羧基（—COOH）。能在盐类电解质的染浴中直接上染纤维素纤维，也可用于蛋白质纤维的染色。
直接染料染色方便，色谱齐全，价格便宜，但染色牢度较差。
2.活性染料
分子结构中带有反应性基团，即所谓活性基团。染色时活性基团与纤维素纤维中的羟基（—OH）、蛋白质纤维中的氨基（—NH2）等发生化学反应生成共价键，故又称反应性染料。主要用于棉、麻、黏胶等纤维素纤维的染色和印花。有些品种也能用于羊毛、蚕丝及聚酰胺纤维的染色。
活性染料能溶于水，染色方便，色谱齐全，颜色鲜艳，染色牢度好。
3.还原染料
这类染料不溶于水，除了个别品种外，分子结构中都含有羰基（
），在碱性介质中被保险粉还原成可溶性的隐色体钠盐而上染纤维，再经氧化重新生成原来的不溶性染料而固着在纤维上，故称还原染料。主要用于纤维素纤维织物的染色和印花，耐晒、耐洗牢度优良。
4.可溶性还原染料
这类染料是还原染料隐色体硫酸酯的钠盐或钾盐，可溶于水。染色时，上染纤维后，经水解氧化为不溶性状态的染料而染着在纤维上。主要用于棉及涤/棉混纺织物的染色。
5.硫化染料
这类染料是由某些芳胺、酚等有机化合物和硫黄、硫化钠加热制得，染料分子中有复杂的含硫杂环结构，染色时要用硫化钠进行还原溶解，所以称硫化染料。硫化染料主要用于棉、麻、黏胶等纤维素纤维的染色，色谱有黑、蓝、绿、棕色等，黑色、蓝色品种用得较多，色牢度好，但色泽较暗。且在储存过程中会发生脆损现象，尤以硫化黑更为突出。
6.不溶性偶氮染料
这是一类染色过程中在纤维上生成的不溶于水的偶氮染料。它由两种组分组成，即色基的重氮盐组分和偶合组分在纤维上反应形成不溶性偶氮染料。因染色化料过程中需要用冰，故又称作冰染料。这类染料主要用于纤维素纤维织物的染色和印花。
7.酸性染料
这也是一类可溶于水的阴离子染料，染料分子结构中含有（—SO3H）、（—COOH）等酸性基团，在酸性或中性介质中上染蛋白质纤维，也可用于锦纶的染色。根据染料染色性能的不同可分为强酸、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，但染前或染后要经过媒染剂处理，使媒染剂中的金属离子与染料络合并沉积在纤维上而完成染色。将某些金属离子以配价键形式引入酸性染料母体中，使分子结构具有螯合金属离子的酸性染料称为酸性含媒染料。一般分为1∶1和1∶2型两种。前者要在强酸性条件下染色，在国产染料的分类中，这类染料称为酸性金属络合染料。后者适合于在中性或弱酸性染浴中染色，往往称为中性金属络合染料，简称中性染料。
这两类染料染色牢度优于酸性染料，但色泽不够鲜艳。适用于羊毛、蚕丝及聚酰胺纤维的染色。
9.分散染料
分子结构中不含水溶性基团，是非离子型染料，染色时借助分散剂将染料分散成极细小的颗粒，形成分散浴而染着纤维，所以称为分散染料。主要用于聚酯、聚酰胺及醋酯纤维的染色。
10.阳离子染料
阳离子染料是在碱性染料的基础上发展起来的，碱性染料分子结构中含有碱性基团，遇酸成盐而溶于水，染料的色素离子带有阳电荷，所以后来被称为阳离子染料。这类染料色泽鲜艳，染色牢度较好。阳离子染料主要用于聚丙烯腈纤维的染色。
11.荧光增白剂与荧光染料
荧光增白剂是一种能吸收紫外线发射蓝色光而增加纤维等基质白度的化学剂。荧光增白剂能增加反射光强度，提高亮度，对浅色织物有增艳作用。
荧光染料能吸收紫外线放出可见光，颜色亮丽，主要用于印花。