A 级应用科学/颜色化学/染料

染料是可溶的彩色化合物。

颜料是不溶的 - 请参阅染料和颜料。

生色团是容易转化为染料或颜料的物质。

实验

碱性染料

碱性染料是水溶性的阳离子染料，主要用于丙烯酸纤维，但也有一些用于羊毛和丝绸。对于纤维素纤维，需要阴离子鞣酸媒染剂。通常在染色浴中加入乙酸 ('醋酸') 以帮助染料吸附到纤维上。碱性染料也用于纸张的染色。

第一批合成染料，如苯胺紫 (1856 年研制)，属于碱性染料。它们的颜色范围很广，但光牢度差。现代碱性染料具有光牢度，如果可以从化学结构中排除水，则光牢度会进一步提高。它们对洗涤的牢度相当好，除了丙烯酸纤维以外；但是，新型碱性染料在丙烯酸纤维上的牢度非常高。它们含有 =NH₂⁺ 或 -NH₃⁺ 基团，在溶液中的电荷为 +1。

还原染料

还原染料是一种古老的染料类别，基于天然染料靛蓝，现在是合成生产的。现代还原染料 (1901 年) 包括蒽醌衍生物，但靛蓝仍然是最重要的还原染料。它们主要用于棉花；但也用于羊毛和其他纤维。

“还原染色”过程指的是在桶或缸中染色。当需要在整个服装上获得均匀的色调时，可以进行此过程。几乎可以使用任何染料，包括纤维反应染料、直接染料和酸性染料。还原染色的一个替代方法是直接染料应用，例如用于扎染的工艺。“还原染料”是一类特殊的染料，它们具有特殊的化学作用。请注意，并非所有还原染色都是用还原染料进行的！

关于还原染料

与纤维反应染料等相比，大多数还原染料不太适合家庭染色者，因为它们难以使用；它们需要还原剂才能使其溶解。染料仅在其还原 (无氧) 形式中可溶。将纤维反复浸入这种无氧染色浴中，然后暴露在空气中，然后水溶性的还原形式会随着氧气将其转变为不溶于水的氧化形式而变色。靛蓝就是这类染料的例子；它在染色浴中从黄色变为绿色，然后在空气接触时变为蓝色。

还原染料染色说明

PRO Chemical & Dye 销售一些还原染料，它在线提供使用 PRO 还原染料进行浸没染色的说明。该过程需要使用苛性钠 (氢氧化钠)，必须谨慎使用，包括使用安全眼镜。

除非小心地使用靛蓝，否则它会发生严重的沾色 (染料擦到其他物品上)。这意味着要使用较弱的染色浴，并多次浸泡，而不是一次强浸泡。

光氧化还原染料

Ink-o-dye 是一种还原染料，它使用光而不是氧气来“固定”染料，具有多种可能的令人惊叹的效果。这些染料在化学上与还原染料相似，Inkodyes 是通过光而不是在无氧浴中应用并通过暴露于氧气在织物中显影而显影的。Inkodyes 是真正的染料，而不是织物颜料。（染料实际上本身附着在织物上；织物颜料包含类似胶水的粘合剂，使织物感觉更硬。）该过程比使用纤维反应染料进行扎染的过程更难。Inkodye 的一个零售来源是 Dharma Trading Company。

进一步阅读

织物上的意象，作者：让·雷·劳里

还原染料化学，作者：戴安·埃普斯

酸性染料

酸性染料 (1862 年研制) 是水溶性的阴离子染料，使用中性到酸性的染色浴应用于纤维，如丝绸、羊毛、尼龙和改性丙烯酸纤维。附着到纤维上至少部分归因于染料中阴离子基团与纤维中阳离子基团之间的盐形成。

如果选择合适的染料，酸性染料具有良好的牢度；但总的来说，它们对纤维素纤维没有实质性。它们具有良好的颜色范围。

从化学上讲，它们是在酸性染色浴中使用的羧酸或磺酸盐。在家中或艺术工作室，染色浴中使用的酸通常是醋 ('醋酸' 或乙酸) 或柠檬酸。染料分子形成阴离子，电荷为 -1 到 -4，有时更多。

在纺织品中，酸性染料对蛋白质纤维有效，即动物毛纤维，如羊毛、羊驼毛、马海毛和丝绸。它们对染色合成纤维尼龙有效，但对其他合成纤维的染色兴趣不大。

酸性染料通常分为三类，这取决于牢度要求、匀染性能和经济性。这些类别是重叠的，通常取决于要染色的纤维类型以及使用的工艺。

人们认为酸性染料通过氢键固定到纤维上。它们通常以钠盐的形式出售，因此在溶液中呈阴离子。动物蛋白纤维和尼龙纤维含有许多阳离子部位，因此阴离子染料分子会被吸引到纤维上的阳离子部位。这种键的强度 (牢度) 与染料在水中溶解的愿望/化学性质以及固定到纤维上的愿望有关。

结构

酸性染料的化学性质相当复杂。染料通常是非常大的芳香族分子，由许多连接的环组成。酸性染料通常在分子上具有磺酰基或氨基，使其溶于水。水是染色发生的介质。大多数酸性染料在基本结构上与以下染料有关

蒽醌型:

许多酸性染料是从化学中间体合成的，这些中间体在其最终状态下形成类似蒽醌的结构。许多蓝色染料具有这种结构作为其基本形状。该结构在匀染类酸性染料中占主导地位。

偶氮染料:

尽管偶氮染料是一类独立的染料，主要用于棉花 (纤维素) 纤维的染色，但许多酸性染料具有类似的结构，大多数呈红色。

三芳基型:

三芳基酸性染料在磨毛类染料中占主导地位。

酸性染料的种类

均染/匀染酸性染料

具有最高级别的染色性能。在三色系中可以很好地混合。相对较小的分子，因此在固定之前具有较高的迁移性。湿牢度较低，因此通常不适合用于服装。

磨毛酸性染料

中等至高湿牢度。一些磨毛染料在浅色中光牢度较差。一般不混合使用 - 仅作为自色使用。

金属络合物酸性染料

较新的化学方法将过渡金属与染料前体结合，生产出具有最高光牢度和湿牢度的金属络合物酸性染料。这些染料也很经济。然而，它们会产生更暗淡的色调。

健康和安全

包括酸性染料在内的任何染料都有可能因其复杂的分子结构和在人体中代谢的方式而导致人类敏感性。如今这种情况非常罕见，因为我们通过经验和对染料本身的了解，对染料有了更深入的理解。一些酸性染料用于为食品染色。我们每天都穿着布料，使我们的皮肤暴露在染料中。

由于染料引起的疾病或伤害的最大风险是摄入或接触染料粉尘。这些情况通常局限于纺织工人。染料本身通常无毒，但分子会在（通常在肝脏中）代谢，在那里它们可能被分解回制造中使用的原始中间体。因此，许多用于染料制造的中间体化学物质已被认定为有毒，其使用受到限制。各国政府正在越来越多地禁止进口使用受限制的中间体合成的染料。例如：染料 CI 酸性红 128 在欧洲被禁止，因为它被发现会在体内代谢回邻甲苯胺，这是一种化学中间体。许多用于染料制造的中间体，如邻甲苯胺、联苯胺等，被发现具有致癌性。所有主要的化工公司现已停止销售这些染料。然而，一些染料仍在生产，但在其最终状态下，它们在纤维上被发现是完全安全的。随着廉价且更安全的替代品现在很容易获得，这些染料的使用正在迅速减少。

与苏丹红 1 染料有关的事件是怀疑有毒染料进入食物链的一个例子。此类事件极其罕见。

纤维反应性染料

纤维反应性染料利用含有取代基的生色团，该取代基能够在被激活后直接与纤维基质反应。反应性染料与纤维的胺基或羟基形成的共价键使其成为最永久的染料之一。

反应性染料于 1956 年首次在商业上出现，此前于 1954 年由英国曼彻斯特布莱克利 ICI 染料部门的 Rattee 和 Stephens 发明。这些染料含有反应性基团，可以是卤代杂环或活化的双键，当在弱碱性染浴中应用于纤维时，与纤维素纤维上的羟基形成化学键。

三氯三嗪是一种常见的反应性基团

它的三个氯原子可以很容易地与 -OH 或 -NH₂ 的氢原子形成 HCl，使 O 或 N 附着在三嗪环上以取代 Cl。

“冷”反应性染料，如 Procion MX、Cibacron F 和 Drimarene K，使用起来非常方便，因为染料可以在室温下应用。对于在家里或艺术工作室染色棉花和其他纤维素纤维，反应性染料是迄今为止最佳的选择。反应性染色现在是纤维素纤维着色的最重要方法。反应性染料也可以应用于羊毛和尼龙，在后一种情况下，它们在弱酸性条件下应用。

反应性染料有多种颜色可供选择。

有关更多信息，请访问反应性染料的基本化学

其他反应性染料

卡宾染料

直接染料

直接或实质性染料分子（1884 年发展）通过分子间力被纺织品吸引。这种吸引力的程度称为“实质性”：实质性越高，染料对纤维的吸引力就越大。它们易于应用（“直接”意为“无媒染剂”），并有多种颜色可供选择。

直接染色通常在中性或略微碱性的染浴中进行，在沸点或接近沸点进行，并添加氯化钠 (NaCl) 或硫酸钠 (Na₂SO₄)。直接染料主要用于棉花和纸张；但也用于皮革、羊毛、丝绸和尼龙。有些用作pH 指示剂和生物染色剂。

直接染料对洗涤具有相当的牢度，可以通过后处理来提高。有些具有高光牢度。从化学角度来看，染料含有磺酸基，这对于水溶性至关重要。基团越多，水溶性就越大。通常为 2-4 个，偶尔为 1 或 5 个基团。生色团通常为偶氮类型。

分散染料

分散染料最初（1923 年）是为染色醋酸纤维素而开发的，但也可以用于染色尼龙、三醋酸纤维素和聚酯纤维。如果为纤维选择合适的染料，它们会具有牢度。丙烯酸可以用分散染料染色，但牢度仅为中等，不会产生强烈的染色效果。

从化学角度来看，分散染料是不溶于水的偶氮和蒽醌染料。这些染料在分散剂的存在下被精细研磨，然后以糊状物出售，或者喷雾干燥并以粉末形式出售。

这些染料以分散体（乳液）形式应用。在某些情况下，需要 130 °C 的染色温度，并使用加压染浴。非常细的粒径提供了很大的表面积，有利于溶解，从而使纤维能够吸收染料。染色速率会受到研磨过程中使用的分散剂选择的影响。

分散染料有多种颜色可供选择。

偶氮染料

偶氮染色是一种在纤维上或纤维内部直接生成不溶性偶氮染料的技术。这是通过用重氮化和偶联组分处理纤维来实现的。通过对染浴条件进行适当调整，两种组分反应生成所需的不溶性偶氮染料。这种染色技术是独一无二的，因为最终的颜色由重氮化和偶联组分的选择控制。

偶氮化合物通常具有 R-N=N-R' 的分子式，其中 R 和 R' 可以是芳香族或脂肪族。N=N 基团称为偶氮或二亚胺官能团。芳香基团通过使 N=N 基团成为扩展离域体系的一部分来帮助稳定 N=N 基团。这也使许多偶氮化合物具有颜色，因为离域或共轭体系通常会吸收可见光频率。

“偶氮”这个名字源于法语的 *azote*，它是氮的旧称，来源于希腊语 *a*（不） + *zoe*（生命）。芳香偶氮化合物（R = R' = 芳香族）通常稳定，并具有鲜艳的颜色，如红色、橙色和黄色。因此，它们被用作染料，被称为 **偶氮染料**。一些偶氮化合物，例如甲基橙，由于其能够作为弱酸，以及酸式和盐式形式的不同颜色，因此也可以用作酸碱指示剂。偶氮苯是另一种典型的芳香偶氮化合物。它们的顏色源于可见光谱区的吸收，这是由于苯和偶氮基团中的电子离域形成共轭体系，其中 N=N 基团是生色团。

脂肪族偶氮化合物（R 和/或 R' = 脂肪族）很不稳定。在升高的温度下或通过照射，两个碳氮 (R-N) 键会同时断裂，并失去氮气，生成以碳为中心的自由基。

芳香偶氮化合物可以通过偶氮偶联反应合成，即用重氮盐对芳香环进行亲电取代反应。重氮盐在高于约 5 摄氏度的温度下会分解，因此反应必须在冷冻条件下溶液中进行。

蒽醌

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化学名称	蒽醌
化学式	C₁₄H₈O₂
分子量	208 g/mol
CAS 号码	[84-65-1]
密度	x.xxx g/cm³
熔点	286 °C
沸点	379.8 °C
SMILES	O=C2c1ccccc1 C(c3c2cccc3)=O
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