Классификация красителей

Красящие вещества имеют чрезвычайно разнообразное строение. Они обладают различными физико-химическими свойствами и по-разному относятся к волокнистым материалам и другим объектам крашения. Большое многообразие красителей вызвало необходимость создания стройной научной их классификации. Существуют две системы классификации красителей: химическая и техническая. Химическая классификация основана на современных представлениях о строении молекул, природе химических связей, теории цветности веществ и предусматривает разделение красителей на классы по признаку общности хромофорных систем. Эта классификация играет большую роль в развитии химии и производства красителей.

Однако она не отражает технических свойств красителей, их назначения и способов применения. Поэтому возникла необходимость в разработке технической классификации красящих веществ, которая позволила бы свободно ориентироваться в вопросах их применения, прежде всего при крашении волокнистых материалов, как природных, так и химических. Это тем более необходимо, что красители, входящие в один класс по химической классификации, могут иметь совершенно различное отношение к волокнистым и другим окрашиваемым материалам, и для применения таких красителей нужно использовать совершенно различные приемы.

В качестве критериев для отбора красителей по способам применения учитывают такие свойства красителей, как растворимость в воде или других растворителях, способность к взаимодействию с окрашиваемыми полимерами, возможность превращения в волокне в соединения с новыми свойствами. Краска, окрашивание волокнистых и других материалов может основываться:

• 1) на химической реакции между красителем и функциональными группами полимера;
• 2) на связывании красителя с полимером посредством адсорбционных сил;
• 3) на способности красителей растворяться, диспергироваться или механически распределяться в полимерных и других материалах;
• 4) на образовании красителей из промежуточных продуктов непосредственно в волокне или других материалах;
• 5) на закреплении красителя или пигмента на полимерном материале с помощью специальных связующих веществ.

Таким образом, строение красителей играет существенную роль не только при химической, но и при технической классификации. Однако в технической классификации на первый план выступают особенности строения входящих в состав красителей отдельных групп, которые определяют растворимость красителей и их способность к взаимодействию с волокнообразующими полимерами, а также с другими веществами, например с солями некоторых металлов, образующих с красителем в волокне комплексные соединения.

Кислотные красители

Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, главным образом сульфо-, реже, карбоновых кислот, иногда соли фенолов. В водных растворах кислотные красители диссоциируют с образованием окрашенных анионов. Компенсирующим катионом большей частью является катион натрия, реже — аммония. В условиях крашения кислотные красители проявляют свойства сильных электролитов.

Кислотные красители окрашивают белковые (шерсть и шелк), а также синтетические полиамидные волокна. Крашение обычно проводят в кислой среде в присутствии минеральных или органических кислот, иногда в качестве кислотного реагента используют кислые соли. Взаимодействие кислотных красителей с волокнами основано на солеобразованни между кислотными группами красителя и аминогруппами волокна. В окрашенном волокне красители удерживаются ионными связями. Кислотные красители не окрашивают целлюлозные волокна.

Основные (катионные) красители

Представляют собой растворимые в воде соли органических оснований. В водных растворах диссоциируют с образованием окрашенных катионов. Компенсирующими анионами обычно являются хлорид-, гидросульфат- и оксалат-анионы. Основные красители обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный (белковые и синтетические полиамидные) и кислотный (полиакрилонитрильные) характер, и окрашивают их из водного раствора, вступая в реакцию солеобразования с макромолекулами этих волокон за счет содержащихся в них кислотных групп (карбоксильные и др.). В волокне основные красители удерживаются ионными связями.

Основные красители не обладают сродством к целлюлозным волокнам, но могут окрашивать их после предварительной обработки волокна веществами фенольного характера (таннины, синтетические олигомерные фепольные смолы и т. п.), придающими целлюлозным волокнам слабокислый характер (крашение по танниновой и другим протравам). Окраски получаются очень чистыми и яркими, но недостаточно устойчивыми к действию света и мокрых обработок.

По этой причине основные красители почти не используют при крашении и печатании изделий нз целлюлозных волокон.

Специальные катионные красители хорошо окрашивают полипакрилонитрильные волокна, образуя окраски, устойчивые ко всем видам воздействий.

Протравные красители

В молекулах этих красителей содержатся группировки, обусловливающие их способность к комплексообразованию с солями металлов. В исходной выпускной форме протравные красители растворимы в воде. После образования в волокне комплексного соединения с металлом краситель переходит в нерастворимое состояние.

К целлюлозным волокнам протравные красители сродством не обладают. Они окрашивают целлюлозные волокна только после предварительной обработки волокна солями металлов вследствие образования в волокне нерастворимого комплексного соединения с металлом (протравные красители для хлопка). Процесс крашения отличается большой продолжительностью и сложностью. По этим причинам протравные красители для хлопка в настоящее время утратили свое значение. При наличии кислотных (сульфо- или карбоксильных) групп протравные красители приобретают сродство к белковым волокнам. С ионами хрома эти красители образуют хромовые комплексы, которые удерживаются в шерстяном волокне силами ионных и координационных связей. Красители такого типа обладают свойствами как кислотных, так и протравных. Они получили название кислотно-протравных или хромовых и широко используются для крашения шерсти и меховых изделий.

Среди кислотно-протравных особую группу составляют металлсодержащие красители. Они растворяются в воде и так же, как и кислотные красители, применяются для крашения белковых и полиамидных волокон. По строению различают металлкомплексные красители состава 1:1 и 1:2; в первом случае на один атом металла приходится одна молекула красителя, во втором — две. Красители первого типа окрашивают белковые волокна в енльнокислой среде, красители второго типа — в нейтральной или слабокислой среде.

Прямые красители

В молекулах прямых красителей, как и в кислотных, содержатся сульфогруппы, сообщающие красителям растворимость в воде. Эти красители обладают сродством к целлюлозе. В водных растворах диссоциируют с образованием окрашенных анионов, проявляющих сильно выраженную способность к ассоциации. Компенсирующими катионами обычно являются катионы натрия, реже — аммония или калия. Прямые красители непосредственно, без всяких протрав, окрашивают природные целлюлозные н гидратцеллюлозные волокна, а также белковые (натуральный шелк) и некоторые синтетические волокна.

Крашение проводят в слабощелочной или нейтральной среде в присутствии электролита. В целлюлозных волокнах краситель удерживается водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса, в белковых волокнах — силами ионных связен.

Кубовые красители

Представляют собой нерастворимые в воде красители (пигменты), способные восстанавливаться с образованием производных (лейкосоединеннй), растворимых в щелочных средах и обладающих сродством к целлюлозным волокнам. После крашения восстановленные производные окисляют в волокне кислородом воздуха пли другим окислителем в исходный нерастворимый краситель. Кубовые красители удерживаются в волокне вследствие своей нерастворимости и благодаря действию сил Ван-дер-Ваальса. Так как восстановление производится большей частью в щелочной среде дитионитом натрия, кубовые красители применяют главным образом для крашения целлюлозных волокон. Некоторые кубовые красители, способные восстанавливаться в слабощелочной среде в мягких условиях, можно применять для крашения белковых волокон.

Растворимые в воде производные кубовых красителей — кубозоли применяют для крашения целлюлозных, белковых и синтетических волокон. В исходной форме кубозоли представляют собой натриевые соли сернокислых эфиров лейкосоеднненнй кубовых красителей. В волокне кубозоли окисляют до кубовых красителей.

Активные красители

Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот или оснований, содержащих подвижные (активные) атомы пли группы, которые в момент крашения отщепляются, или активные (легко раскрывающиеся) связи. Достаточным для закрепления в волокне сродством, как правило, не обладают. В процессе крашения реагируют с функциональными группами волокна и образуют с ним ковалентные связи в результате отщепления активных атомов пли групп или раскрытия активных связей. Применяются для крашения целлюлозных, белковых и некоторых синтетических волокон.

Сернистые красители

Нерастворимы в воде, содержат днеульфндные группировки —S—S—, способные восстанавливаться сульфидом натрия в щелочной среде; при этом краситель переходит в растворимую форму — лейкосоединение. Лейкосоединения сернистых красителей обладают сродством к целлюлозным волокнам и хорошо ими поглощаются. В исходную нерастворимую форму лейкосоединения переводят путем окисления непосредственно на волокне. Применяют сернистые красители только для крашения целлюлозных волокон.

Растворимые в воде производные сернистых красителей выпускают под названием тиозолей. Они окрашивают целлюлозные волокна в щелочной среде в присутствии электролита. После завершения крашения тиозоль окисляют в волокне до исходного сернистого красителя.

Красители, образуемые на окрашиваемых материалах

Их выпускают в виде промежуточных продуктов, из которых красители синтезируются в момент крашения непосредственно в окрашиваемом материале. К ним относятся азогены, компоненты для окислительного крашения меха (Анилиновый черный, его аналоги, красители для меха), фталоцнаногены и кубогены.

Азогены, Анилиновый черный, фталоцнаногены, кубогены используют преимущественно при крашении целлюлозных материалов.

Дисперсные красители

Представляют собой нерастворимые или слаборастворимые в воде красители, окрашивающие гидрофобные волокна (ацетатные, синтетические) из водных дисперсий. Процесс крашения заключается в самопроизвольном переходе недиссоцннрованных молекул красителя из красильной ванны в окрашиваемое волокно. Поскольку краситель плохо растворяется в воде, процесс ведут чаще всего при температурах выше 100°С.

Пигменты и лаки

Нерастворимы в воде, применяются для крашения и печатания текстильных материалов нз любых видов волокон путем закрепления пигмента на волокне с помощью специальных связующих веществ. Их используют также для приготовления малярных и типографских красок, окрашивания резины, пластических масс, химических волокон в момент их изготовления, бумажных и карандашных масс; во всех этих материалах пигменты закрепляются путем механического распределения в массе полимеров.

Красители, растворимые в органических средах

Красители жирорастворимые, спирторастворимые, ацетонорастворнмые и т. п. Представляют собой нерастворимые в воде красители, применяемые для окрашивания соответствующих органических веществ (углеводородов, восков, жиров, спиртов и т. д.), синтетических волокон в массе, пластических масс, резины.

С использованием: Мельников Б.Н., Виноградова Г.И. /Применение красителей. Учебник для вузов. Москва. Химия, 1986 г.