Краситель — это окрашенное вещество, которое химически связывается с субстратом, на который оно наносится. Это отличает красители от пигментов , которые химически не связываются с материалом, который они окрашивают. Краситель обычно наносится в водном растворе и может потребовать протравы для улучшения стойкости красителя на волокне. [2]
Большинство натуральных красителей получают из неживотных источников, таких как корни, ягоды, кора, листья, древесина, грибы и лишайники . [3] Однако из-за большого спроса и технологических усовершенствований большинство красителей, используемых в современном мире, производятся синтетическим путем из таких веществ, как нефтехимические продукты. [4] Некоторые из них извлекаются из насекомых и/или минералов . [5]
Синтетические красители производятся из различных химикатов. Подавляющее большинство красителей получают таким образом из-за их превосходной стоимости, оптических свойств (цвет) и устойчивости (стойкость, протравленность). [2] И красители, и пигменты окрашены, потому что они поглощают только некоторые длины волн видимого света . Красители обычно растворимы в каком-либо растворителе, тогда как пигменты нерастворимы. Некоторые красители можно сделать нерастворимыми, добавив соль , чтобы получить пигмент-лак .
Окрашивание тканей восходит к периоду неолита . На протяжении всей истории люди красили свои ткани, используя обычные, доступные местные материалы. Редкие красители, которые давали яркие и стойкие цвета, такие как натуральные беспозвоночные красители тирский пурпур и малиновый кермес, были высоко ценимыми предметами роскоши в древнем и средневековом мире. Растительные красители, такие как вайда , индиго , шафран и марена , были важными товарами в экономике Азии и Европы. По всей Азии и Африке узорчатые ткани производились с использованием методов стойкого окрашивания , чтобы контролировать поглощение цвета в полотняном крашении. Красители из Нового Света, такие как кошениль и кампешевое дерево, были привезены в Европу испанскими флотилиями сокровищ, [6] а красители из Европы были доставлены колонистами в Америку. [7]
Окрашенные льняные волокна были найдены в Республике Грузия в доисторической пещере, датируемой 36 000 г. до н. э . [8] [9] Археологические свидетельства показывают, что, особенно в Индии и Финикии , крашение широко применялось на протяжении более 5000 лет. Ранние красители получали из животных , растительных или минеральных источников, без какой-либо обработки или с очень незначительной обработкой. Безусловно, наибольшим источником красителей было растительное царство , в частности корни, ягоды, кора, листья и древесина, лишь немногие из которых используются в коммерческих масштабах.
Ранняя индустриализация была проведена J. Pullar and Sons в Шотландии. [10] Первый синтетический краситель, лиловый , был случайно открыт Уильямом Генри Перкиным в 1856 году. [11] [12] [13] Открытие лилового цвета положило начало всплеску синтетических красителей и органической химии в целом. Затем последовали другие анилиновые красители, такие как фуксин , сафранин и индулин . С тех пор были получены многие тысячи синтетических красителей. [14] [15] [16]
Открытие лилового также привело к развитию иммунологии и химиотерапии . В 1863 году предшественник Bayer AG был образован в том, что стало Вупперталем , Германия . В 1891 году Пауль Эрлих обнаружил, что определенные клетки или организмы избирательно поглощают определенные красители. Затем он рассудил, что достаточно большую дозу можно ввести, чтобы убить патогенные микроорганизмы, если краситель не повлияет на другие клетки. Эрлих продолжил использовать соединение для борьбы с сифилисом , впервые применив химическое вещество для избирательного уничтожения бактерий в организме. Он также использовал метиленовый синий для борьбы с плазмодием, ответственным за малярию . [17]
Цвет красителя зависит от способности вещества поглощать свет в видимой области электромагнитного спектра (380-750 нм). Более ранняя теория, известная как теория Витта, утверждала, что цветной краситель имеет два компонента: хромофор , который придает цвет, поглощая свет в видимой области (некоторые примеры - нитро , азо , хиноидные группы), и ауксохром , который служит для углубления цвета. Эта теория была заменена современной теорией электронной структуры, которая утверждает, что цвет в красителях обусловлен возбуждением валентных π-электронов видимым светом. [18]
Красители классифицируются по их растворимости и химическим свойствам. [2]
Кислотные красители -это водорастворимые анионные красители, которые наносятся на такие волокна , как шелк , шерсть , нейлон и модифицированные акриловые волокна с использованием нейтральных или кислотных красильных ванн. Присоединение к волокну объясняется, по крайней мере частично, образованием солей между анионными группами в красителях икатионными группами в волокне. Кислотные красители не являются существенными для целлюлозных волокон. Большинство синтетических пищевых красителей попадают в эту категорию. Примерами кислотных красителей являются ализариновый чистый синий B, кислотный красный 88 и т. д.
Основные красители — это водорастворимые катионные красители, которые в основном применяются для акриловых волокон , но находят применение для шерсти и шелка. Обычно в красильную ванну добавляют уксусную кислоту , чтобы помочь впитыванию красителя волокном. Основные красители также используются для окраски бумаги .
Прямое или субстантивное окрашивание обычно осуществляется в нейтральной или слабощелочной красильной ванне, при температуре кипения или близкой к ней , с добавлением либо хлорида натрия (NaCl), либо сульфата натрия (Na 2 SO 4 ), либо карбоната натрия (Na 2 CO 3 ). Прямые красители используются на хлопке , бумаге, коже , шерсти, шелке и нейлоне . Они также используются в качестве индикаторов pH и биологических красителей .
Лазерные красители используются в производстве некоторых лазеров, оптических носителей ( CD-R ) и датчиков камер ( матрица цветных фильтров ). [19]
Протравные красители требуют протравы , которая улучшает устойчивость красителя к воде, свету и поту . Выбор протравы очень важен, так как различные протравы могут значительно изменить конечный цвет. Большинство натуральных красителей являются протравными красителями, и поэтому существует большая литературная база, описывающая методы окрашивания. Наиболее важными протравными красителями являются синтетические протравные красители, или хромовые красители, используемые для шерсти; они составляют около 30% красителей, используемых для шерсти, и особенно полезны для черных и темно-синих оттенков. Протравный дихромат калия применяется в качестве последующей обработки. Важно отметить, что многие протравы, особенно те, которые относятся к категории тяжелых металлов, могут быть опасны для здоровья, и при их использовании следует соблюдать особую осторожность.
Кубовые красители по существу нерастворимы в воде и не способны окрашивать волокна напрямую. Однако восстановление в щелочной жидкости дает водорастворимую соль щелочного металла красителя. Эта форма часто бесцветна, в этом случае ее называют лейкокрасителем , и она имеет сродство к текстильному волокну. Последующее окисление преобразует исходный нерастворимый краситель. Цвет денима обусловлен индиго , исходным кубовым красителем.
Реактивные красители используют хромофор, прикрепленный к заместителю , который способен напрямую реагировать с волокнистым субстратом. Ковалентные связи, которые прикрепляют реактивный краситель к натуральным волокнам, делают их одними из самых постоянных красителей. «Холодные» реактивные красители, такие как Procion MX , Cibacron F и Drimarene K, очень просты в использовании, поскольку краситель можно наносить при комнатной температуре. Реактивные красители являются, безусловно, лучшим выбором для окрашивания хлопковых и других целлюлозных волокон дома или в художественной студии.
Дисперсные красители изначально были разработаны для окрашивания ацетата целлюлозы и нерастворимы в воде. Красители тонко измельчаются в присутствии диспергирующего агента и продаются в виде пасты или высушиваются распылением и продаются в виде порошка. Их основное применение — окрашивание полиэстера , но их также можно использовать для окрашивания нейлона, триацетата целлюлозы и акриловых волокон. В некоторых случаях требуется температура окрашивания 130 °C (266 °F) и используется красильная ванна под давлением. Очень мелкий размер частиц обеспечивает большую площадь поверхности, что способствует растворению, позволяя волокну поглощать краситель. Скорость окрашивания может существенно зависеть от выбора диспергирующего агента, используемого во время измельчения.
Азоидное крашение — это метод, при котором нерастворимый азокраситель производится непосредственно на волокне или внутри него. Это достигается путем обработки волокна как диазоидными, так и связующими компонентами. При соответствующей регулировке условий красильной ванны два компонента реагируют, образуя требуемый нерастворимый азокраситель. Этот метод крашения уникален тем, что конечный цвет контролируется выбором диазоидных и связующих компонентов. Этот метод крашения хлопка теряет свою значимость из-за токсичной природы используемых химикатов.
Красители Sulfur — недорогие красители, используемые для окрашивания хлопка в темные цвета. Окрашивание осуществляется путем нагревания ткани в растворе органического соединения, обычно производного нитрофенола, и сульфида или полисульфида . Органическое соединение реагирует с источником сульфида, образуя темные цвета, которые прилипают к ткани. Sulfur Black 1, самый продаваемый краситель по объему, не имеет четко определенной химической структуры.
Некоторые красители, обычно используемые при окрашивании:
Еще один класс, описывающий роль красителей, а не способ их использования, — это пищевые красители . Поскольку пищевые красители классифицируются как пищевые добавки , они производятся по более высоким стандартам, чем некоторые промышленные красители. Пищевые красители могут быть прямыми, протравными и кубовыми красителями, и их использование строго контролируется законодательством . Многие из них являются азокрасителями , хотя для получения таких цветов, как зеленый и синий , используются соединения антрахинона и трифенилметана . Также используются некоторые природные красители. [20]
Также был создан ряд других классов, в том числе:
По природе хромофора красители делятся на: [23]
Красители, производимые текстильной, полиграфической и бумажной промышленностью, являются источником загрязнения рек и водных путей. [24] По оценкам, ежегодно производится 700 000 тонн красителей (данные 1990 года). Утилизации этого материала уделяется большое внимание с использованием химических и биологических средств. [25]
«Жизненный краситель» или пятно — это краситель, способный проникать в живые клетки или ткани, не вызывая немедленных видимых дегенеративных изменений. [26] Такие красители полезны в медицинских и патологических областях для избирательного окрашивания определенных структур (например, клеток), чтобы отличать их от окружающей ткани и, таким образом, делать их более заметными для изучения (например, под микроскопом). Поскольку видимость предназначена для изучения клеток или тканей, обычно важно, чтобы краситель не оказывал других эффектов на структуру или функцию ткани, которые могли бы помешать объективному наблюдению.
Проводится различие между красителями, которые предназначены для использования на клетках, извлеченных из организма перед исследованием (суправитальное окрашивание), и красителями, которые используются внутри живого организма — вводятся путем инъекции или другими способами (интравитальное окрашивание), — поскольку последнее (например) подлежит более высоким стандартам безопасности и, как правило, должно представлять собой химическое вещество, известное тем, что не оказывает неблагоприятного воздействия на любую биохимию (пока не выведется из ткани), а не только на изучаемую ткань или в краткосрочной перспективе.
Термин «витальное окрашивание» иногда используется взаимозаменяемо с терминами «интравитальное» и «суправитальное» окрашивание, при этом в основе любого из этих терминов лежит представление о том, что исследуемые клетки все еще живы. В более строгом смысле термин «витальное окрашивание» означает полярную противоположность «суправитальному окрашиванию». Если живые клетки поглощают краситель во время суправитального окрашивания, они исключают его во время «витального окрашивания»; например, они окрашиваются отрицательно, в то время как только мертвые клетки окрашиваются положительно, и, таким образом, жизнеспособность можно определить, подсчитав процент от общего числа клеток, которые окрашиваются отрицательно. Поскольку краситель определяет, является ли окрашивание суправитальным или интравитальным, можно использовать комбинацию суправитальных и витальных красителей для более точной классификации клеток по различным группам (например, жизнеспособные, мертвые, умирающие). [27]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)