染料概論

2.1.1 合成染料起源

染料是有顏色的物質。但有顏色的物質並不一定是染料。而作為染料，必須能 夠使一定顏色附著在纖維上。且不易脫落、變色。

而考古資料顯示，染色技術於印度和中東已有超過五千年歷史。當時的染料從 動植物或礦物質而來，甚少經過處理。大多數染料來自植物界（如植物的根、莓類、

樹皮、葉子和木料等），但此類染料甚少被廣泛用於商業上。直到1856 年 W.H.Perkin 在實驗室作奎寧實驗時，無意中將苯胺以重鉻酸鉀氧化，合成紅紫色的染料 Mauve(苯胺紫)。世界第一種有機染料因此而誕生，並被人類廣泛發展應用至今，成 為生活中不可或缺的化學品。

2.1.2 染料發色團理論

發色團理論的概念，最早是由1876 年德國的 O. N. Whitt 所提倡，最後廣被應 用，且歷時已久。他從多種合成染料之顏色與結構所得之經驗解說，認為染料有顏 色之原因是有不飽和之特定原子團存在，稱之為發色團，而分子中含有此類發色團 之芳香族化合物稱為色原體(Chromogene)。例如：

─N＝O，─CH＝N─，＞C＝O

─NO

，─N＝N─，─C＝C─

但單只有發色團也許無法在可見光線部位吸收，或者對纖維之染著性顯得不夠 充分，因此為了禰補此種缺點，須有第二個基團以為輔助。此種機團稱為助色團 (Aux-ochrome)。

─NH，─NHR，─OH，─OR，─SO

H

2.1.3 染料之分類

依據定義而言，染料屬於色素的一種，色素包含染料及顏料，兩者之區別為：

染料可溶於水，為纖維吸收而不容易褪色之色素；顏料為不溶於水或無染色性之色 素(^葉，2002)。

染料用途廣泛，最大使用源為紡織業，約佔總量75 %，為染色實務上之方便性，

一般將染料做下列分類^{(郭，2003；謝，2007)}：

(1). 鹽基性染料(Basic dyes)：為陽離子性，染料溶於水中解離成染料陽離子，

大部分屬於有毒性，用於奧龍、壓克力等之染色。

(2). 酸性染料(Acid dyes)：此染料與染色過程中皆須在酸性染浴中進行，其溶 解性佳，尤以含磺酸基(-SO3H)者為然，毒性小，用於尼龍，食品工業亦有應用。

(3). 金屬性染料(Metallic dyes)：染料結構中含有鉻，故具有毒性，應用於羊毛 與尼龍染色。

(4). 酸性鉻黃染料(Acid chrome yellow dyes)：染料中含有磺酸基(-SO3H)或羧基 (-COOH)，且含有重鉻酸根，故具有毒性，用於毛纖維染色，皮革工廠亦使用之，

其顏色之堅牢度為毛系之冠。

(5). 甕染料(Vat dyes)：可分為靛族(indigo)及蔥醌(anthraquinone)等，用於棉布 與混紡，染色後不易褪色，廢水亦不易氧化，為棉類纖維用染料堅牢度最佳。

(6). 硫化染料(Sulphur dyes)：含有硫、吸收率低、染色後不易褪色，硫化染料 通常為結構複雜之化合物，易造成環境污染問題，但因價格低廉且應用面廣大，故 仍多用於棉、人造棉及造紙方面。

(7). 冰染料(Ice dyes)：由於染色過程需使用冰來降溫故有此稱，亦稱酚染料，

為不溶性偶氮性染料，由兩種化合物相合成不溶性染料，用於棉布燈心，現今已少 被使用。

(8). 分散性染料(Dispersion dyes)：由於是疏水性強之非離子型染料，故不溶於 水，通常分子量小，分為硝基、偶氮、蔥醌類，雖其不易被分解及氧化、吸收率低，

但仍多用，一般用於醋酸纖維。

(9). 直接染料(Direct dyes)：染料可於中性或弱鹼性之介質中直接對纖維進行染 色無須藉助媒染劑，通常分子大小較其他染料大，因其易分解，故堅牢度較差，且 具有毒性小、用途廣泛、價格低廉等特性。

(10).反應性染料(Reactive dyes)：染料分子可與纖維反應，形成共價結合，可形 成穩定之有色化合物，故牢度大，但吸收率小於30 %，分為偶氮及蔥醌染料等，具 有酸性反應者。

(11).顏料(Pigments)：不溶性，用於棉布之印花、油漆等。

以下列出常見的染料分子結構：

圖 a：C.I. Acid Yellow 11 圖 b：C.I .Acid Red 19

圖 c：C.I. Reactive Black 8 圖 d：C.I. Reactive Orange 12

圖 e：C.I. Disperse Yellow 3 圖 f：C.I. Disperse Red 167

圖 i：C.I. Direct Yellow 12

1圖 2-1 七種常見的染料分子結構

2.1.4 染料之合成

染料之種類繁多，結構複雜，它們是由基本有機原料如苯(Benzene)、甲苯 (Toluene)、奈(Naphthalene)、蒽(Anthracene)等芳香族化合物(煤焦油製品)，經一系 列化學反應(如鹵化、磺酸化、硝化及其他反應)先製成各種染料中間體，再進而將 此中間體依適當的組合及反應(重氮化、偶合、縮和、硫化及其他反應)而製成各種 染料，最後再配合物理方法，如結晶、過濾、濃縮、乾燥等而製成成品。

2圖2-2 染料製造流程示意圖 中間體原料

溶解

重氮化

偶和

縮和

鹽析

壓濾

濾餅

盤式乾燥

混合

粉態染料成品

濃縮脫鹽

噴霧乾燥

混合

濃縮脫鹽

液態染料成品 廢水

廢水 廢水