Краси́тели — химические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитного излучения в видимой и в ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и применяемые для придания этой способности другим телам. Термин «краситель» своим происхождением обязан А. Е. Порай-КошицуКрасители. Словарь терминов . и был введён им в научную терминологию в 1909 году.
Отличительная особенность красителя — способность за счёт капиллярных и диффузионных процессов пропитывать окрашиваемый материал (например, текстиль, бумагу, мех, волосы, кожу, древесину, пищу — пищевые красители) и давать цвет по всему его объёму, фиксируясь тем или иным способом на активных центрах.
Термины «краситель» и «пигмент», хотя часто и используются как равнозначные, обозначают чётко различающиеся понятия. Красители растворимы в красильной среде (растворителе), а пигменты нерастворимы. В процессе окрашивания красители проникают внутрь материала и образуют более или менее прочную связь с волокнами; при использовании пигментов связь с окрашиваемым материалом обеспечивает связующее, а не пигменты. В красках цветообразующие агенты (в данном случае — пигменты) находятся в связующем (олифе, нитроцеллюлозе и др.), и свойства краски (за исключением цвета) зависят больше от связующего, чем от пигмента. Красители обычно — органические вещества; пигменты большей частью — мелкодисперсные порошки неорганических веществ, часто, оксидных соединений.
История
Еще в глубокой древности человек использовал красители, чтобы окрасить свою одежду и предметы быта. Окрашивание текстиля восходит к эпохе неолита. Многие века люди использовали для окрашивания дорогое и дефицитное растительное или животное сырьё. Процесс получения таких красителей был очень трудоемким и долгим и, естественно, что красители в древности были ценными предметами роскоши. Например, знаменитый античный пурпур добывали из желез улитки багрянки. Чтобы получить чуть более грамма красителя требовалось около 10 000 улиток. Желтый краситель в Греции, Риме и на Востоке получали из шафрана. Краситель красного цвета — из корней растения марена, а алый краситель Кармин (Кошениль) добывали из высушенных тел самок червеца карминоносного — насекомого, паразитирующего на растениях из семейства кактусовых. Растительными источниками красителей были древесина, корни, ягоды, листья. Но в XIX веке природные красители уже совсем перестали удовлетворять потребностям интенсивно развивающейся текстильной промышленности. Настоящим прорывом было получение анилиновых красителей.
Существенным вкладом в развитие анилинокрасочной промышленности, которая пришла на смену дефицитному и дорогому природному сырью, было открытие русского химика, профессора Казанского университета Николая Зинина. В 1842 году Зинин впервые восстановил нитробензол в анилин. Его открытие позволяло получать анилин в промышленном масштабе.
В 1856 году синтетические красители на основе анилина получили независимо друг от друга английский химик-органик Уильям Перкин и польский химик Якуб Натансон. Перкин, окисляя технический анилин хромовой смесью, получил вещество фиолетового цвета — мовеин, а Натансон, нагревая анилин с безводным хлоридом олова, синтезировал ярко-красный краситель фуксин. В 1869 году немецкими химиками К. Гребе и К. Т. Либерманом был синтезирован красный краситель — ализарин, который в древности получали из корней марены. В 1883 году Адольф фон Байер синтезировал из динитрофенилдиацетилена индиго. К началу XX века синтетические красители почти полностью вытеснили натуральные. Появлялись новые соединения, количество синтетических красителей к концу XX века превысило уже 6500, из которых порядка 1500 красителей производили в промышленном масштабе.
Синтетические красители до сих пор называют анилиновыми, хотя с точки зрения химии это название давно устарело.
Классификация красителей Технологи, занимающиеся крашением, классифицируют красители по применению. Специалисты-химики, занимающиеся синтезом (производством) красителей и изучающие взаимосвязи между структурой и свойствами веществ, классифицируют красители по химической структуре. Так как термин «крашение» не охватывает всех способов придания цвета текстильным и другим материалам, более удобен термин «колорирование».
Классификация красителей по применению для колорирования различных типов волоконКричевский Г.Е. В текстильной промышленности обычно используются красители восьми основных классов. Красители первых четырёх классов (прямые или субстантивные, сернистые, активныеПримером таких красителей являются некоторые красители из группы винилсульфоновых красителей: активный голубой 2КТ, активный оранжевый ЖТ и триазиновых красителей: активный фиолетовый 4К, активный ярко-голубой К, активный ярко-голубой КХ, активный ярко-красный 6С. и кубовые) используются в основном для крашения целлюлозных волокон, например, хлопковых и вискозных. Кислотные и активные красители используются для крашения шерсти и полиамида, дисперсные — также для окраски полиамида и полиэфирных материалов, катионные-основные используют для окраски полиакрилонитрила. Для крашения шерсти применяются также кислотные металлокомплексные красители, которые обладают более высокой прочностью окраски и светопрочностью.
Краткая характеристика классов красителей Наименее прочную окраску на целлюлозных волокнах дают прямые красители. Это связано с тем, что они присоединяются к волокну слабыми водородными и ионными связями. Такого типа связи разрушаются уже при действии воды или растворов мыла при 30-40°С. Для увеличения устойчивости окраски к мокрым обработкам ткань, окрашенную прямыми красителями, обрабатывают растворами специальных закрепителей — водорастворимых полимеров, которые, присоединяясь к волокну, препятствуют отделению от него молекул красителя.
Величина сродства прямых красителей к волокну связана с размером и формой их молекулы. Молекулы прямых красителей компланарны и имеют весьма большую длину. Кроме этого имеет значение совпадение расстояния между сульфогруппами в молекуле красителя и гидроксигруппами соседних звеньев макромолекулы целлюлозы. Крашение прямыми красителями производят чаще по периодическому способу. Для облегчения присоединения красителей к целлюлозному волокну в красильную ванну вводят 1-2 % кальцинированной соды (карбоната натрия) и 5-20 % поваренной соли (хлорида натрия) от массы окрашиваемого материала.
Активные (реактивные) красители придают целлюлозному волокну наиболее прочную окраску за счёт образования химической связи волокна с красителем. Молекула активного красителя состоит из хромофора — части, придающей красителю цвет, и активной группы, которая в условиях крашения реагирует с гидроксильной группой целлюлозы. Однако, в процессе крашения, а также при долгом хранении красителя часть активных групп вступает в конкурирующую реакцию с водой или с влагой воздуха и гидролизуется, утрачивая свою химическую активность. Таким образом для достижения прочной окраски необходимо по окончании крашения удалить с волокна гидролизованный краситель с помощью кипячения в растворе ПАВ. Химическое строение активной группы определяет температурные условия режима крашения. Так, например, трихлортриазиновые красители окрашивают целлюлозное волокно уже при 20-30°С, винилсульфоновые — при 60°С, а монохлортриазиновые — при 80°С. Молекулы активных красителей в противоположность молекулам прямых красителей невелики и компактны. Они содержат большое количество сульфогрупп, что придаёт им высокую растворимость в воде (100 г/л) и довольно низкое сродство к целлюлозному волокну. Поэтому использование их в периодическом способе крашения возможно только при высоком содержании нейтрального электролита (поваренной соли) в красильной ванне — до 70-80 г/л. С другой стороны активные красители более широко применяются в непрерывных способах крашения — плюсовочно-накатном (холодном), плюсовочно-запарном и плюсовочно-термофиксационном. Сущность этих способов крашения состоит в пропитке ткани концентрированным раствором активного красителя до требуемой величины привеса и химической фиксации красителя в первом случае — выдерживанием при комнатной температуре во влажном состоянии определённое время, в двух других случаях — обработкой перегретым паром или горячим воздухом. После крашения текстильный материал также следует подвергнуть воздействию раствора ПАВ для удаления гидролизованного красителя.
Следующим классом красителей, придающим целлюлозным волокнам прочную окраску, являются кубовые красители. Прочность окраски в этом случае изначально обусловлена их нерастворимостью в воде, ввиду отсутствия в молекулах ионных функциональных групп. Для придания кубовым красителям растворимости необходимо содержащиеся в их молекулах карбонильные группы восстановлением в щелочной среде перевести в енольные. Енольные формы красителей являются лейкосоединениями и обладают сродством к целлюлозным волокнам. После окончания процесса крашения лейко-соединения кубовых красителей окисляют в волокне до исходной нерастворимой хинонной формы. Не окисленную часть красителя удаляют с волокна обработкой кипящим раствором ПАВ. Высокая прочность окрасок кубовыми красителями к мокрым обработкам обусловлена также значительной величиной их молекул, а очень хорошая светостойкость связана с полицикличностью и ароматичностью их химического строения.
Ввиду того, что процесс крашения кубовыми красителями весьма трудоёмок из-за дополнительной стадии перевода красителя в растворимую форму, были разработаны их водорастворимые производные — кубозоли (СССР). Кубозоли представляют собой натриевые соли кислых сернокислых эфиров лейкосоединений кубовых красителей. Они хорошо растворимы в воде и, соответственно обладают существенно меньшим сродством к целлюлозным и белковым волокнам. Это позволяет получать более равномерные окраски слабых и средних интенсивностей. Под действием кислот и окислителей кубозоли на волокне переходят в нерастворимую форму исходных кубовых красителей.
Другим вариантом удобных в применении водорастворимых красителей «кубовой» природы являются разработанные в СССР в 1980-х годах кубогены. Кубогены представляют собой производные ароматической карбоновой кислоты, которые под действием восстановителей, например ронгалита, превращаются в окрашенные полициклические, нерастворимые в воде соединения. Это превращение проводят непосредственно на волокне при крашении и печати. Образующиеся окраски алых, красных, фиолетовых и синих цветов обладают яркостью, чистотой тона и высокой устойчивостью к свету и мокрым обработкам на уровне лучших кубовых красителей.
При запекании или варке некоторых ароматических соединений (аминов, фенолов, нитросоединений, толуидинов) с серой или с водными растворами сульфида натрия образуются сернистые красители. Сернистые красители не растворимы в воде, но при восстановлении сульфидом натрия в щелочной среде превращаются в водорастворимые лейко-соединения, способные сорбироваться целлюлозным волокном. По окончании процесса крашения лейко-соединения сернистых красителей на волокне окисляются кислородом воздуха с образованием исходной не растворимой формы. Цветовая гамма сернистых красителей ограничена, в основном неяркими жёлтыми, оранжевыми, коричневыми, синими, зелёными и чёрными цветами. Устойчивость окраски к мокрым обработкам и к свету у сернистых красителей высокая. Применяются для крашения хлопчатобумажных, вискозных и пэ/целлюлозных волокон, пряжи и тканей.