作为染料 是具有着色其他材料特性的化合物。根据 DIN 55934，这些是可溶于其应用介质的着色剂。不溶性着色剂称为颜料。
用于给食物着色的染料称为食用色素，是食品添加剂。
着色剂可分为动物和植物或有机和无机着色剂。另一种分类区分合成染料和天然染料。合成染料的例子是偶氮染料。动物染料是由动物生产的染料。例如，紫色（来自紫色蜗牛）和胭脂红（来自胭脂虫）。植物染料是由植物产生的染料，例如靛蓝、叶绿素、来自藏红花的藏红花素（如藏红花）或来自胡萝卜的胡萝卜素。无机染料是不含碳的染料，如铬黄。
颜色指数是染料化学的标准工作，其中列出并表征了所有已知的着色剂。
历史
自人类诞生以来，着色剂（即可溶性染料和不溶性颜料）已被用于各种场合和应用，例如B. 用于人体彩绘、洞穴彩绘和陶瓷装饰。
自远古以来使用的颜色之一是白色，最早使用的白色颜料之一是氧化钙（CaO），它是通过燃烧石灰石获得的，另见石灰漆。
铅白（Pb(OH)2）长期用于绘画 · 2 PbCO3 ) 是唯一可用的白色，直到它最终在 19 世纪初被锌白 (ZnO) 取代，由于其较低的毒性，锌白比铅白更受欢迎。今天，几乎完全使用钛白（TiO2。仅在 20 世纪开发） ） 用过的。然而，白色可溶性染料在物理上是不可能的。
直到 18 世纪，最昂贵的颜色之一是蓝色，当时，除了合成生产的微量颜料外，唯一可用的原材料是半宝石青金石，经过劳动密集型过程然后产生群青。
已知最古老的有机染料是靛蓝，可追溯到公元前 2000 年。在埃及发现使用。在欧洲，这种染料是从菘蓝中获得的。此外，已经并且已经从各种植物中获得了许多其他染料。染料植物列表可以在文章有用植物中找到。
有史以来最昂贵的染料是真正的紫色。它可以从地中海东部海岸发现的紫色蜗牛的有色腺体中获得。 1克染料需要大约8000只蜗牛。
直到 19 世纪中叶随着合成染料的发展，可供使用的颜色数量增加，耐久性大大提高。
这里的第一种合成染料是紫红色，由 William Henry Perkin 在 19 世纪中叶在试验焦油成分时发现。
现在大多数由植物制成的染料（天然染料）都是合成生产的。
作用方式
白光（光谱范围为 380-790 nm）是不同波长的光的混合。色谱范围从长波红光（约 790 nm）到短波紫光（约 380 nm）。
染料的作用方式现在基于吸收光谱的某些部分。吸收波长的补色是染料出现的颜色。
电磁辐射（也包括光）的吸收是基于提高分子或原子中电子的能级（增加电子与原子核之间的距离）。为此所需的能量来自入射的电磁辐射，即光。
由于这些过程发生在量子水平上，因此这种吸收不是连续的，而是仅发生在与吸收前后电子之间的能量差异相对应的某些阶段。这种能量差与入射光的吸收波长成反比，从而决定了染料出现的颜色。
染料经过化学反应（通常是还原）后呈现无色的状态称为无色形式。
部分物质的吸收波长列表见化学物质的吸收值。
另请参阅： 溶剂致变色
分子的化学物理适用性
如果在所考虑的分子或原子中只发生简单的 σ 键，那么将相应的 σ 电子提高到更高的能级所需的能量对于通过电磁光谱的可见部分增加的能级来说太大了。通常，吸收发生在紫外光或 X 射线的范围内，因此这些类型的化合物通常不适合用作染料。 B. 出现不饱和键。它们已经吸收了长波紫外线范围内的电磁波。
如果将几个这样的不饱和键（多键）与单个原子键交替排列，则 π 电子会离域，从而进一步减小激发态和基态之间的距离。这对应于吸收波长向更长波长的偏移。一般来说，这些不饱和键的数量越多，吸收范围向上移动的越多。可以通过将这些物质与特别合适的其他原子团或充当电子受体或电子供体和/或能够共振的原子组合来实现进一步的增加。例如，以下官能团可以用作辅助色素（电子供体) 或抗辅助色素（电子受体）：
| Auxochrome | 抗辅助色素 | ||||||
| R-OH | R-NH2 | R-SO3 H | R-COOH | R2 -C=O | R-NO2 | R-CHO | R-C=NR |
这些辅助色素或抗辅助色素的作用是基于分子的极化和由此产生的离域电子的位移，这些电子可通过分子其余部分的不饱和化合物获得。使相应离域电子可用的基团是也称为发色团。从上面的解释可以推断，发色团和它们在所考虑的分子中出现的频率主要负责染料的着色。例如，以下官能团可以作为发色团：
| 发色团 | |||||
| R-C=C-R | R-N=N-R | R - 否 哦 哦 | R-C=O | R-C=NH | R-N=O |
以氨基偶氮苯为例，芳环与偶氮基团的π-叠加。
所涉及的分子部分的π基团在这里显示为结构式和3D模型。
不幸的是，这个 3D 图像中的苯环是饱和的。在二维表示中，每个环碳仅带有一个氢原子。否则不会形成 π 键。 氨基偶氮苯中的极化和电荷转移。 NH2 基团的孤对电子具有加深颜色的作用。
发色团和助色素等名称来自Otto Nikolaus Witt的染料理论。
不饱和碳的吸收激发了影响整个分子的-I效应，从而导致分子结构发生变化。
纺织纤维用染料的分类
染色后
阴离子染料（酸性染料）
阴离子染料 或酸性染料 从水性介质中直接吸收到纤维上。它们特别适用于聚酰胺纤维和羊毛。染料根据它们的迁移能力（即消除不平衡的能力=不平衡）和它们的湿牢度特性（如何定义由普通纤维制成的多纤维带洗涤条件，因所用染料沾水或汗水）。
金属络合染料
金属络合染料 ，其中一些是酸性染料，含有铬或铜（以前也是镉）作为中心原子。有不同酸基数的金属络合物染料（-SO3 H）。与基材相互作用的强度相应变化。今天使用的染料对生态无害，并且比不含金属的酸性染料产生更高水平的湿牢度。该染料仅含有极少量的游离金属（例如铬），以后在纤维上就无法检测到了。
直接染料
直接染料 或直接染料 从水溶液中直接施加到纤维上。它们特别适用于纤维素。早期也在聚酰胺上染色，由于对牢度要求的提高，现在只在特殊情况下进行。这些染料主要形成次价（氢桥键和范德华键），这解释了它们的牢度低。
阳离子（或碱性）染料
阳离子染料 是一组几乎专门用于聚丙烯腈纤维的染料，可产生鲜艳且高度耐光的颜色。阴离子改性聚酯（例如，作为染色机织物中的效果线以实现双色染色）和阴离子改性聚酰胺（除了可以用酸性染料染色的聚酰胺类型外，还经常用于染色地毯=差异化染色）可以用它染色。
分散染料
分散染料 ：这些水不溶性染料特别适用于染色涤纶、三醋酸纤维和 2 1/2 醋酸纤维。一般来说，它们适用于染色不含游离-NH2-或-OH基团的全合成和半合成纤维。在涤纶上可实现极易水洗和耐光染色。锦纶和聚丙烯腈也可以用它染色，但牢度一般。
显影或偶联染料
显影染料 分两步施加到纤维上。首先应用所谓的底漆，即对纤维素具有亲和力的水不溶性偶联组分（例如萘酚 AS、2-羟基-3-萘酚酰苯胺）。第二步，让它们与水溶性重氮盐反应，在纤维上产生真正的染料。
还原染料
还原染料 是水不溶性染料，它们被还原为可溶的无色形式（瓮）。通过这种方式，还原染料可以被纤维吸收，通过随后的氧化作用将还原染料转化回不溶状态，并以一种可以说“它沉淀在纤维中”的方式固定。最著名的还原染料是靛蓝、紫色（靛蓝染料）和阴丹士林蓝 RS（阴丹士酮/阴丹士林染料）。 Indanthren 是 DyStar Textilfarben GmbH &Co. KG 的注册商标
活性染料
活性染料 是当今纤维素上最大的染料组。原子键形成的事实导致了鲜艳和耐湿的染色。即使是细微差别的羊毛也经常用活性染料染色。从化学角度来看，活性染料由两部分组成：发色部分（例如偶氮化合物）和附着在其上的活性基团（在双功能活性染料的情况下）还有几个反应基团）例如B. 一个乙烯基砜基团（Remazol 染料）或一个三嗪-基团。该反应部分与纤维素的羟基发生化学结合。
媒染染料
与媒染剂 要着色的纤维首先用铬（III）、铁（III）或铝盐处理。随后用蒸汽处理在纤维上形成金属氢氧化物。然后这些氢氧化物与（酸性）染料反应形成可固定的络合物。由于纤维和废水中的重金属污染，这种染色如今已基本不再进行。
颜料染料
颜料 在化学意义上，它们是经过沉淀形成颜料的染料。在纺织品染色中，在纺织品印染或染色过程中，粘合剂、增稠剂以及柔软剂被施加到纺织纤维上。耐光牢度高，但对摩擦和溶剂的牢度仅低于平均水平。全世界超过 50% 的纺织品印花是用颜料染料制成的，而另一方面，颜料染料很少出现在浅色和可能的中等细微差别中。深色调的摩擦牢度不再足够。颜料染料适用于所有类型的纤维（天然纤维和人造纤维），主要用于廉价物品。
按化学结构分类
硝基染料
硝基染料的核心成分 是硝基（NO2 ）。该属的代表之一是苦味酸（2,4,6-三硝基苯酚）。
苦味酸：
偶氮染料
偶氮染料的中心成分 是作为发色基团的偶氮基团（R-N=N-R'）。染料是通过与芳香酚或胺类重氮化（偶氮基团偶联）合成的，染料根据染料分子中偶氮基团的数目可进一步细分为单偶氮染料、两个偶氮基团的双偶氮染料和具有多个偶氮基团的多偶氮染料。偶氮染料大多对还原剂敏感；它们在偶氮桥处再次分裂并变色。偶氮染料几乎存在于所有染料组中，并且在数量上构成最大的组。偶氮染料的著名代表有刚果红和茜素黄R，包括上面讨论的橙色2,4-二氨基偶氮苯。
茜素黄R：
刚果红：
靛蓝染料
靛蓝染料 是还原染料，例如B.靛蓝本身或紫色等靛蓝染料（染料）。
酞菁染料
酞菁染料 由酞菁衍生而来，主要用作塑料加工中的颜料。酞菁染料由于具有特殊性能，一般具有强酸、强碱、耐光等特性。
邻苯二甲酸染料
邻苯二甲酸染料 邻苯二甲酸在酸性或中性溶液或干燥状态下为无色。红盐只在碱性溶液中形成。
三苯甲烷染料
基本结构单元三苯甲烷因此得名。三苯甲烷染料至少有两个芳香环 携带给电子取代基。三苯甲烷染料主要用于印刷技术或作为指示剂，一般不耐光。三苯甲烷染料组分为三个亚组：
- 氨基三苯甲烷染料 :这里的代表是例如B. 品红、孔雀绿或结晶紫。该组的代表以至少两个氨基作为辅助色素来区分。
- 羟基三苯甲烷染料 ：该亚组的母体化合物含有至少一个羟基作为助色素。 Fuchsone (diphenylquinomethane) 是母体化合物，但它不具有染料的特性。该亚组的另一个代表是苯脲（对羟基福克森）。该化合物是苯酚衍生物，呈黄红色并具有酸性。用稀碱形成紫色盐。
- 酞类 ：此类染料来源于三苯甲醇的邻羧酸，因此与三苯甲烷染料关系密切。这组的代表有：酚酞，它是由邻苯二甲酸酐和苯酚制成的。荧光素也是酞菁的代表，曙红也是如此。
蒽醌染料
蒽醌染料 许多纤维的特点是具有高水洗和耐光牢度（阴丹士林染料），并且均来自蒽醌。
蒽醌：
阴丹士林：
茜素：
参考文献
- J. Fabian, H. Hartmann，有机着色剂的光吸收，柏林，施普林格，1980 年。
- H. Schweppe，天然染料手册，出现 - 使用 - 证明，Landsberg，Ecomed，1992.，ISBN 360965130X .
- H. Zollinger，颜色化学，第 3 版，Weinheim，Wiley-VCH，2003，ISBN 3906390233 .
参见
- 按颜色排序的染料列表
- 分类：染料，按字母顺序排列
