【テキスタイル初心者必見】染色の仕組みと代表的な染料9種類を分かりやすく解説

＆CROP編集部の瀧澤です。

テキスタイルのデザインに欠かせない染色についてのシリーズ一回目です。服飾デザインの中で大きなウェイトを占めるテキスタイルの表現を決める二大要素がテクスチャーと色です。テクスチャーを大雑把に言うと質感ですが、テクスチャーを構成するものには素材から仕上げまで多くの要素があります。

今回はもう一つの大きな大切な構成要素の色を決める染色について解説しています。個人的に脱線しまくりそうなテーマなので今回Part1では下記の３つのテーマに絞って書いています。その後ヒンシュクを買わないように徐々に個人的な興味の方向に展開したいと企んでいますが…まずは染色についての基礎的なことを知りたい方に役に立つ内容になっているので興味のある方は最後までお付き合いいただけるとうれしいです。

・なぜ染まる？染色の化学

・染料と顔料

・天然染料と化学染料

なぜ染まる？簡単な染色の化学

染色と仕上げ整理

実際に染色を体験したことがある方はご存じかと思いますが、布や糸を染めるときには水やお湯に染料を溶かして染めることが多いです。水に溶かした染料液に布や糸を浸して加熱や媒染をして染めた後に何度か水を変えて余分な染料を洗い落とすと染め上げた布や糸はその後に洗っても色が落ちることはほとんどありません。このように布や糸に色をつける事を染色と言い、染色した布を仕上げして納品出来る状態にする工程を仕上げ整理と言います。

染料の種類と歴史

繊維に色をつける染色には染料が用いられますが、染料は染める繊維の種類や表現によって変わるので目的に応じて適したものを使う必要があります。また染料には人類が古くから用いて来た天然染料と19世紀以降に用いられるようになった化学染料（合成染料）があります。現在では市販されている衣類のほとんどが化学染料によって染色されていますが人類が伝統的に利用してきた天然染料素材の植物や昆虫、貝などを使った染色方法や鉱物や土から得られる天然の顔料を使用した染色は大変に手間暇のかかる染色方法であるため現在では伝統工芸やアートなどの一部のテキスタイルに使われています。また近年では、環境への配慮や自然回帰志向から天然原料や食品残渣を利用した染色を工業的に行う方法も確立されつつあります。

染料とは？

染料とは繊維に対して染着力を有する色素を持つ物質である…

う～ん、分かるようで分からない。なんとなく分かる気がするけれど全然腑に落ちない説明なのでもう少し（自分にも）判るように解説してみます。

1. 染料というのは色素（色）を持っている物質
2. 繊維が染まる為には染料が繊維に対して染まる力（染着力）を持っている必要がある
3. 染着力とは染料分子と繊維分子の親和性（分子同士の引力・くっつく性質）のこと
4. 繊維の種類と染料となる物質の性質によって染着力（親和性）が違うので染料と繊維の組み合わせによって染まる・染まらない・良く（濃く）染まる・染まり難いなどの差が出る。
5. 染料と繊維の親和性（染着力）が弱い場合には両者を仲立ちする物質（媒染剤）を使うことで染色が可能になる場合もある。

染着力ってなに？

では染着力（親和性）とはどんな仕組みで、どのように染料は繊維に染まるのでしょうか…？染色で繊維と染料を結びつけるのは分子同士の結合です。繊維を染める分子の結合にはファンデルワールス力（結合）＜水素結合＜イオン結合＜共有結合があります。これらの結合が単独または組み合わさって繊維に染料分子が結合して繊維に色が着きます。ちなみに＜の印の順に結合力が強くなるのでファンデルワールス力は一番緩やかな結合で共有結合へ向かって結合力が強くなり染色性も堅牢になります。そして大半の人はこの辺りで離脱します！もちろん、私も離脱組なのでその気持ちはとても良く分かりますが出来るだけ簡単に判りやすく説明するので（と言うよりも自分が理解しながら書いているので）一緒にこの壁を越えましょう♪

繊維を染める4つの結合

では、気をとり直して高校の化学の時間です。

染色＝繊維が染まるのは繊維の分子と染料の分子の結合によります。この結合には下記の4つの結合があって①から④へと結合力が強くなります。そして繊維と染料の種類によってこの4つの結合が単独または組み合わさって繊維に色が着いているのでその組み合わせによって染着力や染色堅牢度も変わって来ます。

1. ファンデルワールス結合
2. 水素結合
3. イオン結合
4. 共有結合

ここで①～④の結合について簡単に説明します

①ファンデルワールス結合

ファンデルワールス力を簡単に言うと全ての物質分子の間に働く引き合う力（近くにある分子同士がなんとなくくっつく）で、分子量が大きいほど働く力が大きくなりますが分子間の結合力としては最も弱い力です。直接染料から分散染料まで他の②③④の結合と組み合わさって繊維の染色に影響している分子間の結合です。

②水素結合

水素結合は水素原子（H）をなかだちにして隣接する分子同士が引き合う結合です。代表的な水素結合が水の分子（H2O）が常温で液体の状態になる水分子同士の結合です。ファンデルワールス力よりも10倍くらいの強さの結合で、イオン結合や共有結合に比べると結合力の弱い結合ですが生物にとっては重要な結合で脂肪・炭水化物・タンパク質の構成などに使われている結合です。染色では反応染料以外の染色で繊維の染着に影響している分子間の結合です。

③イオン結合

イオン結合は塩化ナトリウムNaCl（塩）のようにプラス電荷を帯びた陽イオン（Na⁺）とマイナスの電荷を帯びた陰イオン（Cl‐）を結びつけている分子内結合で酸性染料やカチオン染料の主要な結合がイオン結合です。

④共有結合

 染料の分子と繊維の分子が電子を共有する最も安定した強い結合が共有結合で、身近な例では水の原子(H2O)の水素（Ｈ）と酸素（O）の結合が共有結合です。綿をはじめセルロース繊維の染色に広く使われている反応染料は共有結合による分子内結合による染色です。

繊維の染色では染料によって以上の①～④の化学結合が組み合わさって繊維が染色されます。また結合力の弱い結合でも染料の分子が繊維組織の中に入りこむことで堅牢な染色となる場合や強い結合でも条件によって色落ちや色移りが起こることもあります。通常は用いる繊維と染料の組み合わせによって染色の安定性（染色堅牢度）が変わります。次の項では代表的な繊維と染料の組み合わせや結合ついて簡単な表を使って説明しています。

繊維と代表的な染料の種類

代表的な繊維の染色に用いられる化学染料と繊維の組み合わせと4つの結合の関係を下表に記しました。各染料の概説と合わせて参考にしてください。

直接染料

水に溶けやすく中性から弱アルカリ性の水溶液で媒染剤無しで綿やレーヨン等のセルロース系繊維を直接染められることから直接染料と呼ばれます。直接染料は染色方法がシンプルでコストも低く使用しやすいことから多く繊維製品の染色に広く用いられ、かつては合成染料の中で最大の生産量を占めていました。

直接染料の使用比率減少

一方で鮮明な発色が得にくい、耐光・洗濯堅牢性が低いなどの理由でその後開発された反応染料や分散染料での染色が主流になるのに伴い使用比率は減少しています。初期の直接染料には染色性に優れることからベンジジン系の化合物が多く使われていましたが発癌性の問題から生産が中止された品目が多数あります。また平成２８年に特定芳香族アミンを生成するアゾ基を有する一部のアゾ染料への規制が国内で始まったことは皆さんもご存じの通りです。直接染料は染色方法が容易なことから市販の家庭用染料にも多く使われています。

反応染料

綿や麻、レーヨン等のセルロース繊維を染めるのにもっとも幅広く使用されている染料です。得られる色相の幅も広く、共有結合によって繊維に染着するので耐久性にも優れています。染料分子をアルカリ剤（ソーダ灰など）を加えて化学反応で共有結合させるので絹や羊毛などの動物繊維も良く染まりますが、特にアルカリで縮む性質のある羊毛や獣毛の染色にはあまり使われません。

酸性染料

酸性染料は水に溶けたときにマイナスの電荷を帯びるアニオン性があることで繊維とイオン結合をすることで染まります。染料分子が繊維を直接染色しますが直接染料よりも鮮明な発色が得られます。アルカリに弱い羊毛をはじめ絹やナイロンの染色に広く用いられます。

カチオン染料

水に溶けたときにプラスの電荷を帯びるカチオン性によって繊維中の陰イオンとイオン結合することで染色するのでカチオン染料（塩基性染料）と呼ばれます。主にアクリル染色用に改質された染料でアクリルやカチオン（改質）ポリエステルの染色に使われます。カチオン染のできるポリエステルをCDと表記するのは通常は分散染料で高圧染色するポリエステルに対してのカチオンダイ（cation dye）と言う意味です。

建染（バット）染料

建染（バット）染料は水溶性でない染料をハイドロサルファイト等の強アルカリ還元剤を使って水に溶かして繊維に吸着させた後に空気にさらして酸化させて発色させて染色する染料で主にセルロース系の繊維の染に用いられる。染料を還元して染料液を作ることを建てると言っていたことから建染とも呼ばれます。伝統的な日本の藍染やインディゴ染色が代表的なバット染料による染色法です。この染色方法は染着力が弱く色落ちしやすいことや繊維の内部まで染料が浸透しない為に繊維の内部まで染まらない（中白）に染まる特徴があります。

ナフトール染料

ナフトール染料はアゾック染料とも呼ばれ、染料になる手前のナフトールに繊維を浸漬して顕色剤を繊維の上で反応させて染色する染色方法でセルロース繊維の染色に用いられる。下染め剤と顕色剤の組み合わせによって色が決まります。

分散染料

半合成繊維のアセテート繊維は植物セルロースから合成されるが綿やレーヨンなどのセルロース繊維を染める染料では染色が出来なかったことからアセテートの染色用に開発されたのが分散染料です。後にポリエステルやナイロンのような疎水性の合成繊維の染色に有効であることが判り、特にポリエステル用に多くに種類が開発されてポリエステルの高温高圧染色に広く使われている。分散染料は水に完全に溶解しないため分散剤と言う界面活性剤を用いて染料分子を分散させて繊維に吸着させることから分散染料と呼ばれています。ポリエステルをはじめアセテート、ナイロン、アクリル、ビニロン、ポリウレタン等の染色に用いられています。

染料と顔料

染料と顔料の違い

繊維の染色で良く聞かれるのが染料と顔料の違いが良く判らないという質問です。そして説明しても多分あまり理解してもらえていない気がするのも染料と顔料の違いです。繊維の染色は原則として水を媒体として行われるので媒体である水に分子レベルで溶解して、先に述べた①～④の化学結合で繊維と結びついて色をつけるものを染料。水に溶けない粒子状の物を顔料と言います。

天然の顔料

天然の顔料は日本画の絵具として用いられ鉱物・泥・貝殻の粉・墨等の原料に膠を接着剤にして描かれますが、繊維の染色においても粒子自体が繊維と結合することができないので膠（糊）の替わりになるバインダーと呼ばれる接着剤を用いて繊維（生地）の表面に付着させる形で着色し、主にプリントの技法等に用いられます。

伝統的な染め

また伝統的な泥染め※１）柿渋染※２）墨染めなども顔料染めに分けられますがこれらの染色では時間をかけて何度も顔料の粒子を繊維の隙間に固着させて着色します。染料の染色は繊維の中まで浸透して分子レベルで染まっているので透明感がある発色。一方、顔料染色はくっきりとした発色が特徴ですが繊維の深部まで浸透しないので繊維の中や裏が染まらない場合が多く、摩擦による色落ちが起こりやすいです。顔料と染料のプリントについてはまた別の機会に紹介したいと思います。

※１：奄美大島の泥染めはシャリンバイから抽出したタンニンと泥に含まれる鉄の反応による染なので顔料染めではない。 ※2：柿渋染めは柿のしぼり汁を熟成させた染液に含まれるタンニン等による染色で塗料としても用いられ乾くと顔料のように硬くなり耐水性がある。

染料か顔料か？建染という染色方法

建染でもっとも広く知られているのが藍染です。建染染料はバット染料とも呼ばれ天然藍を使った建染も現在のデニムの染色に広く使われている合成インディゴも建染と言う方法で染められています。インディゴはそのままでは水に溶けないので顔料に分類されますが、鉱物等の顔料とは異なりアルカリに還元することで水溶性になります。一度アルカリ性にしてインディゴを溶かした染液を繊維に吸着させてから空気にさらして酸化させることでインディゴの青色を発色させます。この工程を繰り返すことで明るい透明感のあるブルーから黒に近い濃紺まで染めることが可能です。

インディゴ染色の特徴

しかしデニムでご存じのようにインディゴ染色は繊維内部への浸透力が弱く染料の繊維への結合が弱いため色落ちしやすいのが特徴で、洗いや加工によって色落ちやエイジング感を表現ができることが建て染め染料の魅力でもあります。藍染ついては別の機会に改めて書いてみたいです。

天然染料

ここまでおもに化学染料（合成染料）の染まる仕組みや種類、染料と顔料の違いについて述べて来ました。最後に古来から繊維の染色に用いられてきた天然染料について。19世紀に合成繊維と並んで化学染料が開発される以前、人類が使用していたのはすべて天然の繊維と染料であったことは言うまでもありません。

草木染め

天然染料の多くは植物から抽出された染料を使用していたので日本では「草木染め」と呼ばれることが多いです。草木染めと言う呼び方は昭和になって化学染料が普及してゆく中で作家で染織家でもあった山崎 斌（やまざき　あきら）氏によって商標登録された言葉です。天然染料のほとんどはこの草・樹木・地衣類（コケ）・菌類（キノコ）などを使った植物染料を使用したものですが一部に昆虫や貝等から染料を抽出して染める動物染料があります。また植物染料で繊維を堅牢に染める為には煮だすなどの工程で植物から抽出した染液に溶けている染料の分子を金属イオンを仲立ちにして繊維に結合させる工程が必要でこの工程を媒染と呼んでいます。ここでは植物染料・動物染料・媒染についての概要を簡単に説明しています。

植物染料

日本の伝統色は植物の名前が付いた色名が多い？

日本の伝統色には植物の名前がついた色名も多く、中にはその色を染める植物に由来している色名もあります。櫨染（はじぞめ）は染料となる山櫨（やまはぜ）の心材から得られる赤みの黄色、桑染（くわぞめ）は蚕の餌となる桑を染材にした黄味の褐色、丁子染め（ちょうじぞめ）は丁子の煮汁で染めた褐色…等々、また藍で染めた色は淡い色から順に藍白（あいじろ）・白殺し・浅葱（あさぎ）・縹（はなだ）・藍色（あいいろ）・紺（こん）そしてこれ以上濃く染めることのできない紺は留紺（とめこん）と呼ばれていて植物染料と日本の伝統色の深い関りを感じることが出来ます。

植物から得ることができる色は様々な要因で変化する

また身の回りにあるほとんどの植物は煮出すことで染料を抽出することが出来ますが、植物から得ることが出来る色は植物の種類、季節、部位、染材の量、煮出し方や媒染の方法によって変化します。その中でも安定して良い発色が得られる植物が伝統的に広く植物染色に使われて来ました。

染材として知られている植物の代表例

染材として良く知られている代表的な植物には藍・茜（あかね）・ウコン・黄檗（きはだ）・紫根（しこん）・蘇芳（すおう）・山梔子（くちなし）・紅花・枇杷・ヤシャブシ…と、とにかく沢山あります。身近なところでは玉葱の皮やヨモギ・珈琲なども染材として良く使われています。日本以外でもヨーロッパの各地で植物染色の材料として古くから用いられてきた地衣類（コケ）や菌類（キノコ）も染材としては優秀でウメノキゴケのように驚くほど鮮やかな紫～紅色系の発色を得られる染材もあります。

媒染剤

植物染色では色を発色させて繊維に定着させる為に媒染を行います。媒染は植物から抽出した染料分子を金属イオンの働きで繊維に結合させる工程でアルミニュウム・鉄・銅などの金属を用います。

伝統的に用いられてきた媒染剤には鉄漿（オハグロ）・明礬（ミョウバン）・灰汁（あく）・石灰などがあります。鉄漿は鉄媒染、明礬はアルミ媒染、灰汁や石灰は微量に含まれる酸化アルミニュウムや酸化マグネシュウムの働きによる媒染です。灰汁媒染の原料としてはアルミニュウムの含有量多いことから椿灰が有名ですが灰は原料に使用する植物によって成分が変わるため発色にも違いが現れます。

また酢（酸）や灰汁（アルカリ）は染料の抽出を助けたり色止めをする助剤としても使われて来ました。近年は媒染剤としてアルミや鉄をはじめ銅やクロムの媒染剤が良い発色を得られることから市販されて利用されていますが本来手間暇をかけて自然素材を利用した染色方法を選択した理由と考え併せて使用を検討する必要があると思います。

動物染料

英国でロイヤルパープルと呼ばれる貝紫色（かいむらさきいろ）は巻貝から摂れる分泌液を取り出して光に充てることで得られる染料で古代紫とも呼ばれます。他にはサボテンに寄生するコチニールカイガラムシから得られる赤系染料もインカやアステカ時代から養殖されて利用されて来ました。ヨーロッパでも古くからタカイガラムシ科のカーミンから色素を抽出して染料として利用。インド・東南アジアでもラックカイガラムシが大量に養殖されて着色料をはじめ広い用途に利用されている。またイカやタコの墨も天然の顔料として古くから用いられて来た。余談ですが色を表すセピア（sepia）と言う言葉は墨を採ったコウイカが語源になっていてレオナルド・ダ・ヴィンチもイカ墨のインクを使っていたらしい。

まとめ

染色とテキスタイルは切り離して考えることが出来ない存在です。染料の歴史や成り立ちも繊維と同様に有史以前からの古い歴史があり、その上に19世紀以降には化学繊維と化学染料と言うカテゴリーが加わって幅広い利用法や表現が生まれ続けています。今後AIの発達に伴って更に多くの表現や便利さが可能になる一方で天然素材を利用した人の手による表現の重要性や貴重さも増して行くと思います。染色や染料について幅広い見識を持つことが新しい表現や価値を生み出す助けにあるのではないかと思います。最後まで読んでいただきありがとうございました。

参考にさせていただいた書籍とURL

図解染色技術辞典  理工学社

https://www.mukogawa-u.ac.jp/~ushida/index.html

https://maitokomuro.com/

http://sentaku-shiminuki.com/seni/seni-11.html

https://center.esnet.ed.jp/uploads/07shiryo/05rika/03_dyestuffs.pdf

https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjtmsj1972/54/10/54_10_413/_pdf/-char/ja

https://www.jstage.jst.go.jp/article/transjtmsj1972/54/11/54_11_463/_pdf/-char/ja

https://www.jstage.jst.go.jp/article/fiber1944/36/2/36_2_P27/_pdf

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%81%E3%83%8B%E3%83%BC%E3%83%AB%E8%89%B2%E7%B4%A0

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9F%E3%83%A7%E3%82%A6%E3%83%90%E3%83%B3