Краситель – это окрашенное вещество, которое химически связывается с основой , на которую оно наносится. Это отличает красители от пигментов , которые химически не связываются с материалом, который они окрашивают. Краситель обычно наносится в водном растворе , и для улучшения стойкости красителя на волокне может потребоваться протрава . [2]
Большинство натуральных красителей получают из источников неживотного происхождения, таких как корни, ягоды, кора, листья, древесина, грибы и лишайники . [3] Однако из-за масштабного спроса и технологических усовершенствований большинство красителей, используемых в современном мире, производятся синтетически из таких веществ, как нефтехимические продукты. [4] Некоторые из них добываются из насекомых и/или минералов . [5]
Синтетические красители производятся из различных химических веществ. Подавляющее большинство красителей получают таким способом из-за их превосходной стоимости, оптических свойств (цвета) и устойчивости (стойкость, протрава). [2] И красители, и пигменты являются цветными, поскольку они поглощают лишь некоторые длины волн видимого света . Красители обычно растворимы в некоторых растворителях, тогда как пигменты нерастворимы. Некоторые красители можно сделать нерастворимыми с помощью добавления соли для получения озерного пигмента .
Крашение тканей восходит к периоду неолита . На протяжении всей истории люди красили свои ткани, используя обычные, доступные на месте материалы. Дефицитные красители, дающие яркие и стойкие цвета, такие как натуральные красители для беспозвоночных, тирийский пурпур и малиновый кермес , высоко ценились в античном и средневековом мире. Растительные красители, такие как вайда , индиго , шафран и марена , были важными товарами торговли в экономиках Азии и Европы. В Азии и Африке ткани с рисунком производились с использованием методов резистивного крашения , чтобы контролировать поглощение цвета окрашенной поштучно тканью. Красители из Нового Света , такие как кошениль и бревно, были привезены в Европу испанским флотом сокровищ [6] , а красители из Европы были доставлены колонистами в Америку. [7]
Окрашенные волокна льна были найдены в Республике Грузия в доисторической пещере, датируемой 36 000 лет назад . [8] [9] Археологические данные показывают, что, особенно в Индии и Финикии , окрашивание широко практикуется уже 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 являются растения , в частности корни, ягоды, кора, листья и древесина, лишь немногие из которых используются в коммерческих масштабах.
Раннюю индустриализацию провела компания «Дж. Пуллар и сыновья» в Шотландии. [10] Первый синтетический краситель, лиловый , был открыт по счастливой случайности Уильямом Генри Перкиным в 1856 году. [11] [12] [13] Открытие мовеина положило начало всплеску синтетических красителей и органической химии в целом. Затем последовали другие анилиновые красители, такие как фуксин , сафранин и идулин . С тех пор были получены многие тысячи синтетических красителей. [14] [15] [16]
Открытие лилового цвета также привело к развитию иммунологии и химиотерапии . В 1863 году в месте, которое впоследствии стало Вупперталем , Германия , была основана компания-предшественник Bayer AG . В 1891 году Пауль Эрлих обнаружил, что определенные клетки или организмы избирательно поглощают определенные красители. Затем он рассудил, что можно было бы ввести достаточно большую дозу, чтобы убить патогенные микроорганизмы, если бы краситель не воздействовал на другие клетки. Эрлих продолжил использовать соединение для борьбы с сифилисом , впервые химическое вещество использовалось для избирательного уничтожения бактерий в организме. Он также использовал метиленовый синий для воздействия на плазмодий , ответственный 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 состоит из двух компонентов: хромофора , который придает цвет путем поглощения света в видимой области (некоторые примеры — нитро , азо , хиноидные группы) и ауксохрома , который служит для углубления цвета. Эта теория была заменена современной теорией электронной структуры, которая утверждает, что цвет красителей обусловлен возбуждением валентных π-электронов видимым светом. [18]
Красители классифицируются в зависимости от их растворимости и химических свойств. [2]
Кислотные красители — это водорастворимые анионные красители , которые наносятся на такие волокна , как шелк , шерсть , нейлон и модифицированные акриловые волокна, с использованием красящих ванн от нейтральных до кислотных. Прикрепление к волокну объясняется, по крайней мере частично, образованием солей между анионными группами красителей и катионными группами волокна. Кислотные красители не являются вредными для целлюлозных волокон. Большинство синтетических пищевых красителей попадают в эту категорию. Примерами кислотного красителя являются ализарин Pure Blue B, кислотный красный 88 и т. д.
Основные красители — это водорастворимые катионные красители, которые в основном наносятся на акриловые волокна , но находят применение и для шерсти и шелка. Обычно в красильную ванну добавляют уксусную кислоту , чтобы краситель лучше впитывался в волокно. Основные красители также используются при окраске бумаги .
Прямое или субстантивное крашение обычно проводят 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 для хлопка , бумаги, кожи , шерсти, шелка и нейлона . Они также используются в качестве индикаторов pH и биологических красителей .
Лазерные красители используются в производстве некоторых лазеров, оптических носителей ( CD-R ) и сенсоров камер ( матриц цветных фильтров ). [19]
Для протравных красителей требуется протрава , которая повышает устойчивость красителя к воде, свету и поту . Выбор протравы очень важен, поскольку разные протравы могут существенно изменить конечный цвет. Большинство натуральных красителей являются протравными красителями, 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. Протраву дихромат калия применяют 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 необходимо соблюдать крайнюю осторожность.
Човые красители практически нерастворимы в воде и не способны непосредственно окрашивать волокна. Однако при восстановлении щелочного раствора образуется водорастворимая соль щелочного металла красителя. Эта форма часто бесцветна, и в этом случае ее называют красителем Leuco , и она имеет сходство с текстильным волокном. Последующее окисление преобразует исходный нерастворимый краситель. Цвет джинсовой ткани обусловлен индиго , оригинальным красителем.
В реактивных красителях используется хромофор , присоединенный к заместителю , который способен напрямую реагировать с подложкой волокна. Ковалентные связи, которые прикрепляют реактивный краситель к натуральным волокнам , делают их одними из самых стойких 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 на сегодняшний день являются лучшим выбором для окрашивания хлопка и других целлюлозных волокон дома или в художественной студии.
Дисперсные красители изначально были разработаны для окрашивания ацетата целлюлозы и нерастворимы в воде. Красители тонко измельчают в присутствии диспергатора и продают в виде пасты или высушивают распылением и продают в виде порошка. Их основное применение — окрашивание полиэстера , но их также можно использовать для окрашивания нейлона, триацетата целлюлозы и акриловых волокон. В некоторых случаяхтребуется температура крашения 130 ° C (266 ° F) и используется красильная ванна под давлением. Очень мелкий размер частиц обеспечивает большую площадь поверхности, что способствует растворению и поглощению волокнами. На скорость крашения может существенно влиять выбор диспергатора, используемого при измельчении.
Азокраситель — это метод, при котором нерастворимый азокраситель наносится непосредственно на волокно или внутри него. Это достигается путем обработки волокна как диазойными, так и связующими компонентами. При соответствующем подборе условий красильной ванны два компонента вступают в реакцию с образованием необходимого нерастворимого азокрасителя. Эта техника окрашивания уникальна тем, что окончательный цвет зависит от выбора диазойных и связующих компонентов. Значение этого метода крашения хлопка снижается из-за токсичности используемых химикатов.
Серные красители — недорогие красители, используемые для окраски хлопка в темные цвета. Крашение осуществляется путем нагревания ткани в растворе органического соединения, обычно производного нитрофенола, и сульфида или полисульфида . Органическое соединение вступает в реакцию с источником сульфида, образуя темные цвета, которые прилипают к ткани. Sulphur Black 1, самый продаваемый краситель по объему, не имеет четко определенной химической структуры.
Некоторые красители, обычно используемые при окрашивании:
Еще один класс, который описывает 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, и их применение строго контролируется законодательством . Многие из них являются азокрасителями , хотя соединения антрахинона и трифенилметана используются для таких цветов, как зеленый и синий . Также используются некоторые природные красители. [20]
Также был установлен 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] Ежегодно производится около 700 000 тонн красителей (данные за 1990 год). Утилизации этого материала уделялось 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 медицине и патологии для избирательного окрашивания определенных структур (например, клеток), чтобы отличить их от окружающей ткани и, таким образом, сделать их более видимыми для изучения (например, под микроскопом). Поскольку видимость предназначена для изучения клеток или тканей, обычно важно, чтобы краситель не оказывал другого воздействия на структуру или функцию ткани, которое могло бы ухудшить объективное наблюдение.
Различают красители, предназначенные для использования на клетках, удаленных из организма до исследования (прижизненное окрашивание), и красители, которые используются внутри живого организма - вводятся путем инъекции или другими способами (прижизненное окрашивание) - как последний (например) подчиняется более высоким стандартам безопасности и обычно должен представлять собой химическое вещество, о котором известно, что оно не оказывает неблагоприятного воздействия на любую биохимию (до тех пор, пока не будет очищено от ткани), а не только на изучаемую ткань или в краткосрочной перспективе.
Термин «витальное пятно» иногда используется как синоним как прижизненного, так и наджизненного окрашивания, при этом в любом случае основная концепция заключается в том, что исследуемые клетки все еще живы. В более строгом смысле термин «витальное окрашивание» означает полную противоположность «суправитальному окрашиванию». Если живые клетки поглощают краситель при прижизненном окрашивании, они исключают его при «витальном окрашивании»; например, они окрашиваются отрицательно, в то время как только мертвые клетки окрашиваются положительно, и, таким образом, жизнеспособность можно определить путем подсчета процента от общего числа клеток, окрашивающихся отрицательно. Поскольку краситель определяет, является ли окрашивание наджизненным или прижизненным, можно использовать комбинацию наджизненных и витальных красителей для более точной классификации клеток по различным группам (например, жизнеспособные, мертвые, умирающие). [27]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )