酸性染料：结构和应用简介

第一章　酸性染料概述

第一节　酸性染料基本特点

酸性染料是一类结构上带有酸性基团的水溶性染料，通常是以磺酸钠盐的形式存在，极个别以羧基钠盐形式存在。这类染料在发展的初期需要在酸性条件下染色，故习惯上称之为酸性染料。

按照化学结构分类，酸性染料有偶氮、蒽醌、三芳甲烷、吨、吖嗪、硝基亚胺等类型。偶氮染料无论在品种上还是在产量上都占首位，而且以单偶氮类居多。偶氮染料有黄、橙、红、藏青和黑等各种颜色，以黄、橙、红色为主。蒽醌染料日晒牢度较好，色泽也鲜艳，主要是紫、蓝、绿色染料，尤以蓝色最重要。三芳甲烷染料以艳紫、艳蓝、艳绿为主，色泽特别鲜艳，但日晒牢度较差。其他类型的染料品种很少。

与直接染料相比，酸性染料结构比较简单，染料分子中缺乏较长的共轭双键系统，分子芳环共平面性或线型特征不强，对纤维素纤维的直接性很低，几乎不上染纤维素纤维或所染的颜色极不坚牢，只有少数结构复杂的染料可以上染纤维素纤维。

酸性染料按染色性能分类，可分为强酸性浴染色、弱酸性浴染色和中性浴染色的三类。强酸性浴染色的酸性染料匀染性好，湿处理牢度差；弱酸性浴染色和中性浴染色的染料匀染性差，湿处理牢度好。与强酸性浴染色的染料相比，弱酸性浴染色和中性浴染色染料的分子结构复杂，相对分子质量较大，分子中的疏水有机部分增加，磺酸基所占比例降低，溶解度降低。

酸性染料主要用于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维以及聚酰胺纤维的染色和印花。此外，还用于皮革、纸张、木材、食品的染色或着色以及制备墨水等。

酸性染料是很重要的一类染料，品种很多，具有色谱齐全、色泽鲜艳等特点。酸性染料湿处理牢度和耐日晒牢度随品种的不同而有很大的差异，其中结构较简单、含磺酸基较多的湿处理牢度就较差。一般中深色都必须经过固色处理，方能达到湿处理牢度要求。酸性染料染蛋白质纤维和聚酰胺纤维的匀染性和湿处理牢度不完全一样。总体而言，染聚酰胺纤维的匀染性较差，湿处理牢度却较好，染蚕丝的湿处理牢度比染羊毛的差。

第二节　酸性染料分类

一、按应用分类

酸性染料按应用性能的不同，可分为强酸性浴染色、弱酸性浴染色和中性浴染色的酸性染料三种类型。

1．强酸性浴染色的酸性染料

强酸性浴染色的酸性染料简称强酸性染料，也称匀染性酸性染料。这类染料结构简单，相对分子质量小，分子中磺酸基所占比例大，亲水性强，疏水性弱，在水溶液中的聚集度低，水溶性好。这类染料的应用特点是：对羊毛等纤维的亲和力低，移染性好，匀染性很好，需在强酸性浴（pH＝2．5～4）中染色才能获得很高的上染率，色泽鲜艳，价格便宜，熨烫牢度尚可，但耐缩绒性不好，湿处理牢度较差，通常适用于染浅中色，主要用于羊毛染色，对湿处理牢度要求较高的纺织品（尤其是深浓色）一般不采用这类染料染色。

2．弱酸性浴染色的酸性染料

弱酸性浴染色的酸性染料也称半耐缩绒性酸性染料和半匀染性酸性染料。这类染料结构稍复杂，相对分子质量中等，分子中磺酸基所占比例相对较小，亲水性、在水溶液中的聚集度和溶解度中等，对纤维的亲和力较高，移染性和匀染性稍差，湿处理牢度较好，染色常在弱酸性浴（pH＝4～5）中进行，可耐轻度缩绒，染色性能介于匀染性酸性染料和耐缩绒性酸性染料之间。

3．中性浴染色的酸性染料

中性浴染色的酸性染料也称耐缩绒性酸性染料，属于非匀染性酸性染料。这类染料结构复杂，相对分子质量大，分子中磺酸基所占比例小，疏水性部分比例大，在水溶液中的聚集度高，水溶性不好。这类染料的应用特点是：对羊毛等纤维的亲和力高，移染性和匀染性差，常在中性浴（pH＝6～7）中染色，色泽不够鲜艳，熨烫和湿处理牢度都很好，染色毛制品经得起洗呢和缩呢处理，对湿处理牢度要求高的纺织品可采用这类染料染色。

以上是根据染色条件进行分类的。如果根据染料的匀染性分类，则可分为匀染性、半匀染性和非匀染性酸性染料；根据毛纺产品的染色方法或耐缩绒性，又可分为非耐缩绒性、半耐缩绒性和耐缩绒性酸性染料。事实上，这些分类方法与染料的应用性能之间是相互关联的。酸性染料的应用分类与主要应用性能的比较见表8—1—1。

表8—1—1　酸性染料的应用分类和主要应用性能

续表

二、按结构分类

从化学结构上来看，酸性染料可分为偶氮类、蒽醌类、三芳甲烷类、吨或氧杂蒽和吖嗪或氮杂蒽等杂环类、硝基亚胺类、靛族类、酞菁类等类别。其中，偶氮结构的酸性染料品种最多，蒽醌和三芳甲烷染料次之，其他染料品种和生产量很少。

1．偶氮染料

偶氮酸性染料色谱较齐，包括黄、橙、红、棕、藏青和黑色等各种颜色，以黄、橙、红色为主，深色较少，蓝色品种主要是藏青色，紫色和绿色品种鲜艳度不高，棕色多为拼混染料。在偶氮酸性染料中，既有单偶氮染料，又有双偶氮染料；既有磺酸基比例高的染料，又有磺酸基比例低的染料；既有相对分子质量大的染料，又有相对分子质量小的染料；既有疏水性强的染料，又有亲水性强的染料。通过改变芳香环类型和数量、取代基类型和偶氮基数目以及引入长链烷基、苯甲氧基、对甲苯砜基、对甲苯磺酸酯基等，可改变偶氮酸性染料的色光、鲜艳度、染色牢度和染色特性。一些偶氮酸性染料的结构如下 ：

2．蒽醌染料

蒽醌结构的酸性染料除了含有磺酸基外，在α位上还含有2～4个氨基、芳氨基、烷氨基和羟基。根据这些基团的性质和位置，蒽醌酸性染料可分为三种主要结构类型，即芳氨基蒽醌、氨基羟基蒽醌和杂环蒽醌。蒽醌酸性染料大多以紫、蓝、绿色为主，深色居多，尤以蓝色为最多。这类染料色泽鲜艳，日晒牢度较好，匀染性和湿处理牢度随结构的变化而不同，蓝色和绿色染料广泛应用于羊毛、蚕丝和锦纶的染色。一些蒽醌酸性染料的结构如下：

3．三芳甲烷染料

如果在氨基三芳甲烷碱性染料分子中引入两个以上的磺酸基，则可转变为三芳甲烷酸性染料，其中一个磺酸基与氨基形成内盐，剩余的磺酸基可保证染料的水溶性。三芳甲烷酸性染料大多以浓艳的紫、蓝、绿色为主，色泽特别鲜艳，但日晒牢度较差，日晒牢度不超过4级，很多品种只有1～2级，有些蓝色品种不耐氧漂（如含过硼酸钠的洗衣粉）。另外，有些三芳甲烷染料对酸、碱、中性电解质、氧化剂、还原剂、温度等条件极为敏感，经常因为遇不适当的条件而出现聚集、水溶性降低、变色和消色现象，造成严重的染色质量问题。三芳甲烷酸性染料的结构举例如下：

4．杂环染料

酸性染料大多属于偶氮、蒽醌、三芳甲烷结构类别，但也有少数染料分子中含有由氧、氮、硫等杂原子组成的杂环，杂环酸性染料中比较重要的是 吨（氧杂蒽）和吖嗪（氮杂蒽）染料，另外还有喹啉、氨基酮类等。在黄色酸性偶氮染料中，有很多染料分子中含有吡唑啉酮结构，尽管吡唑啉酮也属于杂环，但本手册仍将它们列为偶氮染料。

吨类酸性染料大多为玫瑰红和红紫色，如酸性玫瑰红B（酸性玫瑰精B，酸性罗达明B，C．I．酸性红52，C．I．45100）、弱酸性红A（曙红A，C．I．酸性红87，C．I．45380）、酸性紫R（C．I．酸性紫9，C．I．45190）等，其中的玫瑰红染料带有荧光，非常娇艳。吨类酸性染料色泽鲜艳，但日晒牢度很差，使其应用受到一定的限制，只适用于色泽要求特别鲜艳而牢度要求低的产品，在毛纺和丝绸行业有少量应用。

吖嗪类酸性染料具有较好的日晒牢度，大多为深色，如C．I．酸性蓝121（C．I．50310）、C．I．酸性蓝59（C．I．50315）、C．I．酸性黑2（C．I．50420）等。(www.zuozong.com)

喹啉和氨基酮类染料一般为黄色，例如喹啉结构的C．I．酸性黄2（C．I．47010）、C．I．酸性黄3（C．I．47005）、C．I．酸性黄5（C．I．47035），氨基酮结构的C．I．酸性黄7（C．I．56205）。C．I．酸性黄2和5在羊毛上具有很高的日晒牢度，而C．I．酸性黄7在羊毛上的日晒牢度较差，这类染料品种数量极少。

杂环类酸性染料的结构举例如下：

第三节　酸性染料冠称与国外主要商品牌号

强酸性浴染色的酸性染料国内习称强酸性染料，本手册中冠称“酸性”的国内商品均属于此类。弱酸性浴和中性浴染色的酸性染料国内习惯上统称为弱酸性染料，本手册中冠称“弱酸性”的国内商品属于此类。

为了便于应用厂家选用酸性染料，国外染料厂商对酸性染料品种的划分通常是综合考虑了染料的染色牢度、染色特性、应用对象和应用场合，把相同特性的染料在色谱上进行配套，并分别标以各自的不同牌号或不同冠称加以区别，或冠以专用的牌号。现在，国内染料厂家也开始了这种做法。由于酸性染料染羊毛、蚕丝和锦纶的匀染性和湿处理牢度不完全一样，同一结构的酸性染料也可能应用于不同的染色对象或应用场合，因此同一结构的酸性染料也可能出现不同的冠称和牌号。

国外公司的主要酸性染料商品冠称或牌号列于表8—1—2。

表8—1—2　国外酸性染料冠称（商品牌号）

续表

第四节　酸性染料的发展趋势

与分散和活性等染料一样，酸性染料是纺织品染色最重要的三大类染料之一。强酸性染料，因湿处理牢度较差，在羊毛和蚕丝染色中的使用量正逐步减少；弱酸性染料，因湿处理牢度好，其发展一直受到了更多的关注。

在常见的纺织纤维中，羊毛、蚕丝和锦纶染色使用的染料主要是酸性染料。酸性染料在羊毛和锦纶上的使用量很高；虽然因蚕丝产量有限，酸性染料在其上的使用量不高，但酸性染料仍是蚕丝染色最为重要的染料。

当前酸性染料的主要研究课题是提高染色牢度，改善匀染性，提高染色效率，保证染色质量，减小染色时的纤维损伤，开发高发色力的产品，注重染料的商品化加工，开发液态、粒状、低粉尘等剂型的产品，减小使用中的危害和环境污染，拓宽应用范围，适应新材料、新技术发展的需求，适应应用发展需求向专用方向发展。

一、提高染色质量和保证纤维品质

酸性染料的发展趋势之一是提高常规纺织品的染色质量，保证染色纤维的品质，根据应用的需求，开发适合各应用特点的专用染料，即向专用方向发展。典型的例子是一些羊毛和锦纶专用染料的开发。

一些羊毛品种存在严重的毛尖毛根染色浓淡差异，因此需要采用合适的染料去尽可能避免这种差异。针对这一问题，科莱恩公司推出了Lanasan染料，Lanasan染料是精选的酸性和金属络合染料，具有优良的相容性，匀染性良好，可使毛尖和毛根得色均匀。亨兹曼公司推出的Neolan　A酸性染料，则特别适合羊毛的匹料和绞纱染色，是其他毛用染料的补充染料。

羊毛在pH值低于和高于等电点的染液中长时间染色，均很容易受到损伤。如果在等电点附近染色，则可将羊毛的损伤降低到最小程度，羊毛的品质就能得到保证。但不是每种酸性染料均适合在等电点附近染色。科莱恩公司以前推出的Sandolan　MF染料是在保证匀染性的基础上进一步提高湿处理牢度而形成的一组适用于纱线和匹料染色的酸性染料，该类染料适合在pH＝4．5～5的条件下染色，因条件比较柔和，故羊毛的损伤最小。德司达公司最新开发的Supralan染料是1∶2金属络合染料和耐缩绒性酸性染料，最佳染色的pH值是4．5～5，也能满足这一需求。

锦纶染色存在两大问题，即匀染性和湿处理牢度差的问题，从选用的染料角度有时很难同时解决这两个问题，因此需要开发适合锦纶染色专用的酸性染料。锦纶专用染料的开发有两个途径，一个途径是合成新结构的染料，例如日晒牢度优良的红色染料C．I．酸性红266即是典型的例子；另一个途径是从羊毛用酸性染料中筛选出合适的染料应用于锦纶染色。实际上，多家染料厂商已开发了锦纶专用酸性染料。目前，市场上的锦纶专用酸性染料分两类，即匀染型和坚牢型，部分商品牌号参见表8—1—2。

二、适应新纤维和多组分纤维纺织品染色发展的需求

当前，纺织材料和面料的发展趋势之一是新纤维不断涌现，多组分纤维纺织品在纺织品中所占比例大幅增加，新纤维和新纺织品的出现需要有相应的染料和染色技术与之相配套。

与酸性染料染色相关的新纤维如微细和细旦锦纶、涤／锦复合超细纤维、大豆蛋白／聚乙醇共混纤维、蚕蛹蛋白／黏胶纤维、酪素丙烯腈接枝共聚纤维、甲壳素和甲壳胺纤维、甲壳素或甲壳胺／黏胶纤维、酸性染料可染腈纶等，这些新纤维在日常服饰、功能性运动服、保健医疗服等方面已有了很多的应用。但是，这些新纤维的染色，不是在染色牢度和匀染性方面存在很大的问题，就是在染深性或纤维内部着色的均匀性和透染性方面存在较多问题。因此，开发和筛选合适的酸性染料对解决新纤维的染色问题是十分有帮助的。例如，采用锦纶专用的坚牢型酸性染料有利于提高微细锦纶和涤／锦复合超细纤维的湿处理牢度。

涉及酸性染料染色的多组分纤维纺织品主要指含羊毛、蚕丝、锦纶组分的纺织产品，常见产品有羊毛与绢丝混纺物、羊毛与锦纶混纺物、羊毛与黏胶以及天丝或莫代尔混纺物、羊毛与棉混纺交织物、羊毛与腈纶混纺物、羊毛与涤纶混纺物、蚕丝与黏胶交织物、绢丝与天丝或莫代尔混纺物、锦纶与氨纶包覆丝织物等。这些多组分纤维纺织品普遍存在同色染色和／或异色染色问题。对于羊毛与绢丝混纺物、羊毛与锦纶混纺物、锦纶与氨纶包覆丝织物而言，其中的两种纤维均可以用酸性染料染色，但用未经过筛选的染料染色，很难获得同色染色效果。德司达公司新推出的Supranol　S—WP染料是不含金属的匀染和耐缩绒酸性染料的混合物，适应了羊毛／锦纶、羊毛／蚕丝纺织品同色染色的要求。一些染料品种原本不是针对羊毛／锦纶纺织品染色而开发的，但经过试验证明，也很适合羊毛／锦纶纺织品的染色，例如亨兹曼公司的Neolan　A酸性染料染80／20的羊毛／锦纶纺织品，具有很好的同色性。再如，科莱恩公司的Lanasan酸性染料或金属络合染料，约克夏公司的Intracid　T和TX酸性染料。

三、适应印染新技术发展的需求

数字喷墨印花技术具有个性化、时尚化、小批量、低污染、对市场反应速度快等特点，一经问世，便备受关注。近年来，喷墨印花设备和技术发展迅速，喷印用的墨水急需发展。酸性染料墨水可用于蛋白质纤维和聚酰胺纤维织物的喷墨印花。但是，酸性染料墨水有严格的物化指标，如黏度、表面张力、pH值、电解质含量、电导率等要求控制在一定范围内。如果喷印墨水开发工作做好了，市场前景和经济效益十分巨大。亨兹曼公司已开发了Lanaset　SI酸性染料墨水，德司达公司开发了Jettex　A酸性染料墨水，国内的研发工作也正在进行之中。

随着由计算机控制的自动调浆和自动调液系统的广泛应用和小浴比染色机的发展，要求配制高浓度、高稳定性的染料溶液或印花浆，因此对染料的溶解性提出了更高的要求。采用合适的酸性染料商品化加工方法、选用合适的染料品种和溶解添加剂，是提高酸性染料溶解度的重要途径。

四、开发环保酸性染料

染料制造和染色加工面临的环保要求越来越高，环保问题越来越突出。开发的新染料主要着眼于符合环保和生态要求，即具有“六不”特点：不含致癌芳香胺和不会裂解产生致癌芳香胺、不含过敏性染料、不使用对人体和环境产生危害的激素类原料或中间体、不含超标的重金属、不含超标的甲醛、染料和添加剂中不含对环境有污染的化学物质。虽然现在使用的酸性染料在这些方面的问题不大，但这一问题仍需引起高度重视。另外，在酸性染料配套助剂的开发方面，也需要注重环保要求。

五、开发新发色体、提高色牢度和改进商品化技术

在酸性染料品种中，偶氮结构发色体占主要，某些偶氮染料能被生物诱变产生致癌芳香胺。常用的部分酸性染料仍存在发色力不高、鲜艳度不佳的问题，一些酸性染料的日晒、耐洗、湿摩擦、汗渍等牢度达不到现在的高标准牢度要求。部分酸性染料由于受商品化加工的影响，在溶解度、上染率、匀染性等方面问题严重。因此，研制和开发新的酸性染料发色体、提高色牢度、改进商品化加工技术，将有助于这些问题的解决。

六、拓宽酸性染料的用途

在纺织领域，酸性染料主要应用于羊毛、蚕丝、锦纶的染色和印花。另外，酸性染料还有很多的非纺织应用，例如可应用于皮革、木材、纸张等的染色和制备墨水等。

酸性染料在皮革染色中也有着重要的应用，目前皮革用染料大部分为酸性染料，约占50%～60%，10%～20%为直接染料，10%～20%为金属络合染料。因此，进一步开发适合皮革染色的环保型酸性染料具有十分重要的意义和经济价值。

随着计算机的普及，喷墨打印机使用量日益增加，近年来水性圆珠笔发展速度也很快，普通纸张喷墨打印和水性圆珠笔均需要采用水性墨水，在水性墨水染料中，酸性染料占了较大的比例。纺织品数字喷墨印花技术的快速发展，也急需开发酸性染料墨水用于蚕丝、羊毛和锦纶的印花。但是，墨水物化指标的要求相当严格，需要很高的染料分离技术。水性墨水是酸性染料急需开发的应用领域，国产水性墨水尚不能较好地满足国内市场需求。

随着人们环保意识、国家天然森林资源保护措施的加强以及生活水平的提高，家具与装修对珍贵木材的需求与珍贵木材的匮乏之间的矛盾日益突出，因此利用染色实现低值木材模拟珍贵木材就成为理想的选择。木材染色可以把天然木材生长过程中产生的不同树种、不同部位之间的色差消除，提高低值木材的经济价值，增加装饰建材的花色品种。木材可以用酸性、碱性、直接、活性等水溶性染料染色，就目前木材染色的现状而言，酸性染料在木材染色中的地位是较重要的。开发木材专用染料是拓宽酸性染料新用途的重要途径之一。天津天顺化工染料有限公司针对目前市场需求，推出一套木材染色专用的染料，有黄秧木色、柚木色、浅香红木色、深香红木色、红榉木色、紫罗兰色和黑胡桃木色等，色谱从黄到黑共计13个品种：酸性黄F、酸性黄NG、酸性黄R、酸性橙NO、酸性红NR、酸性红RF、酸性红RN、酸性红NB、酸性紫B、酸性棕NS、酸性棕NW、酸性黑NT和酸性黑RN等。该套染料对木材染色亲和力高，渗透力强，染色方法简单，色泽稳定、鲜艳，色牢度高，各项指标均已达到木材染色的要求。另外，浙江上虞光明化工有限公司、天津亚东化工染料厂也对木材染色用染料进行了开发和生产。