tintura

Come colorante sono composti chimici che hanno la proprietà di colorare altri materiali. Secondo DIN 55934 si tratta di coloranti solubili nel loro mezzo di applicazione. I coloranti insolubili sono chiamati pigmenti.

I coloranti usati per colorare gli alimenti sono chiamati coloranti alimentari e sono additivi alimentari.

I coloranti possono essere suddivisi in coloranti animali e vegetali oppure organici e inorganici. Un'altra classificazione distingue tra coloranti sintetici e naturali. Esempi di coloranti sintetici sono i coloranti azoici. I coloranti animali sono coloranti prodotti dagli animali. Questi sono, ad esempio, viola (dalla lumaca viola) e carminio (dalla cocciniglia). I coloranti vegetali sono coloranti prodotti dalle piante, ad esempio l'indaco, la clorofilla, la crocetina dai crochi come lo zafferano o il carotene dalle carote. I coloranti inorganici sono coloranti senza carbonio, come il giallo cromo.

Il Color Index è il lavoro standard della chimica dei coloranti, in cui tutti i coloranti conosciuti sono elencati e caratterizzati.

Cronologia

I coloranti (cioè coloranti solubili e pigmenti insolubili) sono stati usati per un'ampia varietà di occasioni e applicazioni sin dagli albori dell'umanità, ad es. B. per la pittura del corpo, la pittura rupestre e la decorazione della ceramica.

Uno dei colori usati da tempo immemorabile era il bianco e uno dei primi pigmenti bianchi utilizzati fu l'ossido di calcio (CaO), che si ottiene bruciando il calcare, vedi anche pittura a calce.

Il bianco piombo (Pb(OH)₂) è stato usato nella pittura per molto tempo · 2 PbCO₃ ) era l'unico colore bianco disponibile fino a quando non fu finalmente sostituito dal bianco di zinco (ZnO) all'inizio del XIX secolo, che era preferito al piombo bianco a causa della sua minore tossicità. Oggi si usa quasi esclusivamente il bianco di titanio (TiO₂. sviluppato solo nel XX secolo) ) Usato. Tuttavia, i coloranti solubili bianchi sono fisicamente impossibili.

Fino al 18° secolo uno dei colori più costosi era il blu, per il quale all'epoca, oltre ai pigmenti smaltati prodotti sinteticamente, l'unica materia prima disponibile era la pietra semipreziosa lapislazzuli, che dopo un laborioso processo quindi produce blu oltremare.

Il colorante organico più antico conosciuto è l'indaco, che risale al 2000 a.C. trovò impiego in Egitto. In Europa, questo colorante è stato ottenuto dal guado. Inoltre, una serie di altri coloranti sono stati e sono ottenuti da varie piante. Un elenco di piante coloranti può essere trovato nell'articolo piante utili.

Il colorante più costoso di tutti i tempi è il vero viola. Si ottiene dalle ghiandole colorate della lumaca viola che si trova sulla costa orientale del Mediterraneo. Per 1 grammo di colorante sono necessarie circa 8000 lumache.

Solo con lo sviluppo dei coloranti sintetici a metà del 19° secolo il numero di colori disponibili aumentò e la loro durata aumentò notevolmente.

Il primo colorante sintetico qui è il malva, scoperto da William Henry Perkin a metà del 19° secolo quando stava sperimentando componenti di catrame.

La maggior parte dei coloranti a base di piante (coloranti naturali) sono ora prodotti sinteticamente.

Modalità d'azione

La luce bianca (spettro nell'intervallo 380-790 nm) è una miscela di luce con diverse lunghezze d'onda. Lo spettro dei colori va dalla luce rossa a onde lunghe (circa 790 nm) alla luce viola a onde corte (circa 380 nm).

La modalità d'azione dei coloranti si basa ora sull'assorbimento di alcune parti dello spettro luminoso. Il colore complementare della lunghezza d'onda assorbita è il colore in cui appare il colorante.

L'assorbimento della radiazione elettromagnetica, che comprende anche la luce, si basa sull'innalzamento del livello energetico degli elettroni nelle molecole o negli atomi (aumentando la distanza tra gli elettroni ei nuclei atomici). L'energia necessaria per questo viene prelevata dalla radiazione elettromagnetica incidente, la luce.

Poiché questi processi hanno luogo a livello quantistico, questo assorbimento non è continuo, ma avviene solo in determinati stadi che corrispondono alla differenza energetica tra l'elettrone o gli elettroni prima e dopo l'assorbimento. Questa differenza di energia è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda assorbita dalla luce incidente e determina quindi il colore in cui appare il colorante.

Lo stato di un colorante che appare incolore dopo una reazione chimica, solitamente di riduzione, è chiamato forma leuco.

Per un elenco delle lunghezze d'onda di assorbimento per alcune sostanze, vedere Valori di assorbimento delle sostanze chimiche.

Vedi anche: Solvatocromismo

Idoneità chimico-fisica delle molecole

Se nelle molecole o atomi considerati si verificano solo semplici legami σ, allora l'energia richiesta per portare i corrispondenti elettroni σ a un livello energetico più alto è troppo grande perché potrebbe verificarsi un aumento di livello attraverso la parte visibile dello spettro elettromagnetico. In generale, l'assorbimento avviene nell'intervallo della luce UV o dei raggi X, per cui questi tipi di composti sono normalmente inadatti come coloranti. B. si verificano legami insaturi. Questi assorbono già le onde elettromagnetiche nella gamma UV a onde lunghe.

Se si organizzano diversi di questi legami insaturi (legami multipli) alternativamente con singoli legami atomici, gli elettroni π vengono delocalizzato, il che riduce ulteriormente la distanza tra lo stato eccitato e lo stato fondamentale. Ciò corrisponde a uno spostamento delle lunghezze d'onda assorbite verso lunghezze d'onda più lunghe. In generale, maggiore è il numero di questi legami insaturi, più l'intervallo di assorbimento viene spostato verso l'alto. Un ulteriore incremento può essere ottenuto combinando tali sostanze con altri gruppi atomici o atomi particolarmente adatti che agiscono come accettori di elettroni o donatori di elettroni e/o sono capaci di risonanza.I seguenti gruppi funzionali, ad esempio, possono essere utilizzati come auxocromi (donatori di elettroni ) o antiauxocromi (accettori di elettroni):

L'effetto di questi auxo- o anti-auxocromi si basa su una polarizzazione della molecola e un conseguente spostamento degli elettroni delocalizzati che sono disponibili attraverso i composti insaturi nel resto della molecola.I gruppi che rendono disponibili i corrispondenti elettroni delocalizzati sono detti anche cromofori. Come si può dedurre dalle spiegazioni precedenti, i cromofori e la frequenza con cui si presentano nella molecola in esame sono i principali responsabili della colorazione di un colorante. Ad esempio, i seguenti gruppi funzionali possono fungere da cromofori:

π-Sovrapposizione di anelli aromatici e un gruppo azo utilizzando l'esempio dell'aminoazobenzene.

I gruppi π delle parti della molecola coinvolte sono mostrati qui come una formula strutturale e un modello 3D.

Sfortunatamente, gli anelli benzenici sono saturi in questa immagine 3D. Nella rappresentazione 2D, ogni anello di carbonio trasporta un solo atomo di idrogeno. Altrimenti non si formano legami π. Polarizzazione e spostamento di carica nell'amminoazobenzene. L'NH₂ gruppo ha un effetto di intensificazione del colore con la sua coppia solitaria di elettroni.

Designazioni come cromofori e auxocromi provengono dalla teoria dei coloranti di Otto Nikolaus Witt.

L'assorbimento del carbonio insaturo stimola un effetto -I che interessa l'intera molecola e quindi provoca uno spostamento della struttura molecolare.

Classificazione dei coloranti per fibre tessili

Dopo il processo di tintura

Coloranti anionici (coloranti acidi)

Coloranti anionici o coloranti acidi vengono assorbiti direttamente sulla fibra da un mezzo acquoso. Particolarmente indicati per fibre poliammidiche e lana, i coloranti sono classificati in base alla loro capacità di migrazione (ovvero il potere di uniformare squilibri =squilibri) e alle loro proprietà di solidità all'umido (come è un nastro multifibra costituito dalle fibre usuali sotto definito condizioni di lavaggio, contatto sporchi di acqua o di sudore a causa del colorante utilizzato).

Coloranti a complessi metallici

Coloranti a complessi metallici , alcuni dei quali sono coloranti acidi, contengono cromo o rame (precedentemente anche cadmio) come atomo centrale. Esistono coloranti complessi metallici con diversi numeri di gruppi acidi (-SO₃ H). La forza dell'interazione con il substrato varia di conseguenza. I coloranti utilizzati oggi sono ecologicamente innocui e producono un livello più elevato di solidità all'umidità rispetto ai coloranti acidi privi di metalli. Il colorante contiene solo una quantità estremamente piccola di metallo libero (es. cromo), che non può più essere rilevato successivamente sulla fibra.

Coloranti sostanziali

Coloranti sostanziali o coloranti diretti vengono applicati direttamente sulla fibra da una soluzione acquosa. Sono particolarmente indicati per l'uso su cellulosa. Anche tinto su poliammide in passato, questo viene fatto oggi solo in casi eccezionali a causa dell'aumento dei requisiti di solidità.Questi coloranti formano principalmente valenze secondarie (legami a ponte idrogeno e legami di Van der Waals), il che spiega la loro bassa solidità.

Coloranti cationici (o basici)

Coloranti cationici sono un gruppo di coloranti che vengono utilizzati quasi esclusivamente su fibre di poliacrilonitrile e producono colorazioni vivide e altamente resistenti alla luce. Poliestere anionicamente modificato (ad es. come filo ad effetto in un tessuto tinto in pezza per ottenere la tintura bicolore) e poliammide anionicamente modificato (viene spesso utilizzato per i tappeti tinti in pezza oltre ai tipi di poliammide che possono essere tinti con coloranti acidi =differenziale tintura) può essere tinto con esso.

Coloranti dispersi

Coloranti dispersi :Questi coloranti insolubili in acqua sono particolarmente adatti per la tintura di fibre di poliestere, triacetato e 2 1/2 acetato. In generale, sono adatti per la tintura di fibre integrali e semisintetiche che non hanno gruppi -NH2- o -OH liberi. Su poliestere si possono ottenere tinture estremamente lavabili e resistenti alla luce. Con questo possono essere tinti anche poliammide e poliacrilonitrile, ma con proprietà di solidità moderate.

Sviluppo o accoppiamento di coloranti

Sviluppo di coloranti vengono applicati alla fibra in due passaggi. Per prima cosa viene applicato il cosiddetto primer, un componente di accoppiamento insolubile in acqua (ad es. naftolo AS, anilide dell'acido 2-idrossi-3-naftolico) con un'affinità per la cellulosa. Nella seconda fase, vengono fatti reagire con un sale di diazonio solubile in acqua, che crea il vero colorante sulla fibra.

Coloranti al tino

Coloranti al tino sono coloranti insolubili in acqua che vengono ridotti alla loro forma solubile leuco (vatted). In questo modo il colorante al tino può essere assorbito dalla fibra, dove viene riconvertito allo stato insolubile per successiva ossidazione e fissato in modo tale che si potrebbe dire "precipita nella fibra". I coloranti al tino più noti sono l'indaco, il viola (coloranti indacoidi) e il blu indanthrene RS (coloranti indanthrone/indanthrene). Indanthren è un marchio registrato di DyStar Textilfarben GmbH &Co. KG

Coloranti reattivi

Coloranti reattivi sono oggi il gruppo più numeroso di coloranti sulla cellulosa.Il fatto che si formino legami atomici determina tinture brillanti e resistenti all'acqua. Anche la lana con sfumature profonde viene spesso tinta con coloranti reattivi.Da un punto di vista chimico, i coloranti reattivi sono costituiti da due parti:la parte cromoforica (es. un composto azo) e un gruppo reattivo ad essa attaccato (nel caso di coloranti reattivi bifunzionali anche diversi gruppi reattivi) es. B. un gruppo vinilsolfone (coloranti Remazol) o un gruppo triazinico. Questa parte reattiva si combina chimicamente con un gruppo OH della cellulosa.

Coloranti mordenti

Con i mordenti le fibre da colorare vengono prima trattate con sali di cromo(III), ferro(III) o alluminio. Il successivo trattamento con vapore forma idrossidi metallici sulla fibra. Questi idrossidi reagiscono quindi con il colorante (acido) per formare un composto complesso fissabile. A causa della contaminazione da metalli pesanti delle fibre e delle acque reflue, tali tinture non vengono praticamente più eseguite oggi.

Coloranti a pigmento

pigmenti In senso chimico, sono coloranti che vengono laccati per formare pigmenti. Nella tintura tessile, leganti, addensanti e anche ammorbidenti vengono applicati alla fibra tessile durante la stampa o la tintura dei tessuti. Risultati di elevata solidità alla luce, ma solo una solidità inferiore alla media allo sfregamento e ai solventi. Più del 50% delle stampe tessili in tutto il mondo sono create con coloranti pigmentati, i coloranti pigmentati, d'altra parte, si trovano solo raramente in sfumature chiare e possibilmente medie. La solidità allo sfregamento delle tonalità scure non è più sufficiente. Il colorante pigmentato è adatto a tutti i tipi di fibre (fibre naturali e sintetiche) e viene utilizzato principalmente per articoli economici.

Classificazione in base alla struttura chimica

Coloranti nitro

Componente centrale dei coloranti nitro è il gruppo nitro (NO₂ ). Uno dei rappresentanti di questo genere è l'acido picrico (2,4,6-trinitrofenolo).

Acido picrico:

Coloranti azoici

Componente centrale dei coloranti azoici è il gruppo azo (R-N=N-R') che funge da gruppo cromoforico. Il colorante viene sintetizzato per diazotazione (accoppiando il gruppo azo) con fenoli aromatici o ammine I coloranti possono essere ulteriormente suddivisi in base al numero di gruppi azo nella molecola del colorante in coloranti mono-azo, coloranti di-azo con due gruppi azo e coloranti poli-azo con diversi gruppi azo I coloranti azo sono per lo più sensibili agli agenti riducenti; vengono nuovamente divisi sul ponte azoico e diventano scoloriti I coloranti azoici sono rappresentati in quasi tutti i gruppi di coloranti e formano il gruppo più numeroso in termini di numero. Noti rappresentanti dei coloranti azoici includono il rosso Congo e il giallo alizarina R, incluso il 2,4-diaminoazobenzene arancione discusso sopra.

Giallo Alizarina R:

Rosso Congo:

Coloranti indaco

Coloranti indaco sono coloranti al tino, come B. indaco stesso o coloranti indaco come il viola (colorante).

Coloranti a base di ftalocianina

Coloranti a base di ftalocianina sono derivati ​​dalla ftalocianina e sono utilizzati principalmente nella lavorazione della plastica come pigmenti. Come proprietà speciali, i coloranti alla ftalocianina possono generalmente avere una forte resistenza agli acidi, agli alcali e alla luce.

Coloranti all'acido ftalico

Coloranti all'acido ftalico a base di acido ftalico sono incolori in soluzione acida o neutra o allo stato secco. Un sale rosso si forma solo in una soluzione basica.

Coloranti al trifenilmetano

Il trifenilmetano, elemento costitutivo di base, gli dà il nome Almeno due degli anelli aromatici del colorante trifenilmetano trasportano sostituenti donatori di elettroni. I coloranti trifenilmetano sono utilizzati principalmente nella tecnologia di stampa o come indicatori e generalmente non sono molto resistenti alla luce. Il gruppo dei coloranti al trifenilmetano è diviso in tre sottogruppi:

• Coloranti aminotrifenilmetano :I rappresentanti qui sono ad es. B. la fucsina, il verde malachite o il cristalvioletto. I rappresentanti di questo gruppo si distinguono per almeno due gruppi amminici come auxocromi.
• Coloranti idrossitrifenilmetano :Il composto progenitore di questo sottogruppo contiene almeno un gruppo idrossile come auxocromo. Il fuchsone (difenilchinometano) è il composto progenitore, ma non ha il carattere di un colorante. Un altro rappresentante di questo sottogruppo è la benzurina (p-idrossifuchson). Il composto è un derivato fenolico, è di colore giallo-rosso ed ha proprietà acide. I sali viola si formano con alcali diluiti.
• Ftaleine :Questa classe di coloranti è derivata dall'acido o-carbossilico del trifenilmetanolo ed è quindi strettamente correlata ai coloranti trifenilmetano. I rappresentanti di questo gruppo sono:fenolftaleina, che è composta da anidride ftalica e fenolo. La fluoresceina è anche un rappresentante delle ftaleine, così come l'eosina.

Coloranti antrachinonici

Coloranti antrachinonici sono caratterizzati su molte fibre da elevata resistenza al lavaggio e alla luce (coloranti indanthrene) e sono tutti derivati ​​dall'antrachinone.

Antrachinone:

Indanthrene:

Alizarina:

Riferimenti

• J. Fabian, H. Hartmann, Light Absorption of Organic Colorants, Berlino, Springer, 1980.
• H. Schweppe, Handbook of Natural Dyes, Occurrence - Use - Proof, Landsberg, Ecomed, 1992., ISBN 360965130X .
• H. Zollinger, Color Chemistry, 3a edizione, Weinheim, Wiley-VCH, 2003, ISBN 3906390233 .

Vedi anche

• Elenco dei coloranti ordinati per colore
• Categoria:colorante, in ordine alfabetico