Классификация красителей.

2.1. Химическая классификация красителей.

Первая химическая классификация красителей была основана на хромофорноауксохромной теории цветности, которая объясняла окраску органических соединений присутствием в их молекулах типичных хромофорных групп. По этому признаку в самостоятельные классы были выделены нитрокрасители, нитрозокрасители, азокрасители и др. Затем к ним добавились группы, объе­диняющие красители по сходству химического строения и методам получения - трифенилметановые, антрахиноновые, индигоидные, сернистые красители. Эта классификация сохранилась до нашего времени:

1. Нитро и нитрозокрасители.

2. Полиметиновые красители.

3. Арилметановые красители.

4. Хинониминовые красители.

5. Азокрасители.

6. Азометиновые красители.

7. Антрахиноновые красители.

8. Кубовые красители:

8.1. индигоидные и тиоиндигоидные;

8.2. антрахиноновые;

8.3. периноновые;

8.4. полициклохиноновые.

9. Антрапиридиновые красители.

10. Сернистые красители.

11. Фталоциановые красители.

12. Флюоресцентные (оптические) отбеливатели.[7].

 

 

2.2. Техническая классификация.

При практическом применении красителей их химическое строение имеет второстепенное значение, а наиболее важными являются растворимость и хи­мические свойства. Поэтому наряду с химической классификацией существует техническая, основы которой были сформулированы в 1896 г. академиком В.Г. Шапошниковым. Современная техническая классификация красителей учиты­вает факторы, определяющие способ и области применения красителей, в част­ности, она позволяет свободно ориентироваться в вопросах применения краси­телей для крашения волокнистых материалов.

По технической классификации красители делят на следующие классы:

1. Кислотные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот, главным образом сульфо-, реже карбоновых кислот, ино­гда соли фенолов. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов. Компенсирующим катионом большей частью является катион натрия, реже — аммония. Обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный ха­рактер (белковые и полиамидные волокна), и окрашивают их из водного рас­твора в присутствии кислот, вступая в солеобразование с молекулами этих ве­ществ за счет содержащихся в них основных групп (аминогрупп); удерживают­ся на волокне силами ионных связей. К целлюлозным волокнам сродством не обладают.

По химическому строению и способам применения кислотные красители делят на группы: кислотные обычные красители, кислотные металлсодержащие красители, окрашивающие из сильнокислой ванны (комплексы состава 1:1), кислотные металлсодержащие красители, окрашивающие из слабокислой ван­ны (комплексы состава 1: 2) и кислотные антрахиноновые красители.

2. Основные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических оснований. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных катионов. Компенсирующими анионами обычно являются хлорид-, бисульфат- и оксалат-анионы. Обладают сродством к волокнам, имеющим ам-фотерный (белковые и полиамидные) и кислотный (ацетатные, полиэфирные, полиакрилонитрильные и т. п.) характер, и окрашивают их из водного раствора, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержащихся в них кислотных групп (карбоксильные и др.); удерживаются на волокне силами ионных связей. К целлюлозным волокнам сродством не обладают, но могут ок­рашивать их после предварительной обработки волокна веществами фенольного характера (таннины, синтетические фенольные олигомеры и т. п.), придаю­щими целлюлозным волокнам слабокислый характер (крашение по танниновой и т. п. протравам). Основные красители образуют на волокнах очень яркие и чистые окраски, однако устойчивость окрасок к свету и мокрым обработкам низка, поэтому эти красители почти не применяются в текстильной промыш­ленности. Исключение составляют катионные красители - основные красители, специально выпускаемые для крашения полиакрилонитрильного волокна.

3.Протравные красители. Представляют собой растворимые в воде (или водно-щелочной среде) красители, содержащие заместители, обусловли­вающие способность к комплексообразованию с металлами (крашение по ме­таллической протраве). Не обладают достаточным сродством к целлюлозе, но закрепляются на ней после предварительной обработки целлюлозы солями ме­таллов вследствие образования нерастворимого внутрикомплексного соедине­ния (протравные красители для хлопка). При наличии кислотных групп обла­дают сродством к белковым волокнам (кислотно-протравные красители). По­скольку в комплексообразовании с металлами участвуют не только молекулы красителя, но и молекулы белкового вещества, кислотно-протравные красители удерживаются на белковом волокне как силами ионных связей краситель- волокно, так и силами координационных связей краситель-металл-волокно.

4.Прямые красители. Представляют собой растворимые в воде соли ор­ганических сульфокислот. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов, обладающих большой склонностью к ассоциации. Компенси­рующими катионами обычно являются катионы натрия, реже - аммония. Обладают сродством к целлюлозным волокнам (хлопок, лен, волокна из регенериро­ванной целлюлозы:вискозное, медноаммиачное и др.) и окрашивают их непо­средственно из водного раствора в присутствии электролитов. Переходят на целлюлозное волокно в виде солей и удерживаются па волокне силами водо­родных связей и силами Ван-дер-Ваальса.Обладают также сродством к волок­нам амфотерного характера (шерсть, натуральный шелк, кожа и т. п.) и окра­шивают их из водного раствора в присутствии кислот; на волокно переходят в виде анионов и удерживаются силами ионных связей.

По свойствам и способам применения прямые красители делят на группы: прямые обычные красители, прямые светопрочные красители, прямые упрочняемые красители и прямые диазотируемые красители.

5. Активные красители. Представляют собой растворимые в воде соли органических кислот или оснований, содержащих подвижные (активные) атомы или группы, которые в момент крашения отщепляются, или активные (легко раскрывающиеся) связи. Достаточным сродством к окрашиваемым веществам, как правило, не обладают, закрепляются на них силами ковалентных связей, ко­торые образуются между окрашиваемым веществом и красителем за счет отще­пления от последнего активных атомов или групп или раскрытия активных свя­зей. Применяются для крашения целлюлозных, белковых и некоторых синтетических волокон.

6. Кубовые красители. Представляют собой нерастворимые в воде кра­сители (пигменты), способные восстанавливаться с образованием производных, растворимых в щелочных средах и обладающих сродством к целлюлозным во­локнам. После крашения восстановленные соединения окисляются на волокне кислородом воздуха в исходный нерастворимый краситель и удерживаются на волокне вследствие нерастворимости. Восстановление производится большей частью действием дитионита натрия (в анилинокрасочной и текстильной про­мышленности дитионит натрия называют гидросульфитом, что не соответству­ет формуле Na₂S₂0₄; гидросульфит натрия - это NaHS03.) в щелочной среде, поэтому кубовые красители применяются главным образом для крашения цел­люлозных волокон. Некоторые красители, способные восстанавливаться в сла­бощелочной среде в мягких условиях, могут применяться для крашения белко­вых волокон.

7.Сернистые красители. Представляют собой нерастворимые в воде красители, по способу применения аналогичные кубовым, но отличающиеся от них тем, что восстановление в растворимые производные осуществляется дей­ствием растворов сульфида натрия. Гак как восстановление ведется в сильно- щелочной среде, применяются лишь для крашения целлюлозных волокон.

8.Дисперсные красители. Представляют собой не растворимые или сла­бо растворимые в воде красители, окрашивающие гидрофобные волокна (аце­татные, синтетические) из водных дисперсий. Процесс крашения заключается в растворении красителя в волокне с образованием твердого раствора. По хими­ческим свойствам и способам крашения дисперсные красители делятся на три группы: дисперсные обычные красители (в том числе для полиэфирных и поли­амидных волокон), дисперсные диазотируемые красители, дисперсные металл­содержащие красители.

9.Пигменты и лаки. Представляют собой не растворимые в воде краси­тели (пигменты) или нерастворимые производные растворимых красителей (лаки). Применяю гея для изготовления типографских красок и красок для пиг­ментной печати на тканях, а также для окрашивания резины, пластических масс, бумажных и карандашных масс и других целей. Процесс крашения за­ключается в механическом распределении в связующих веществах, растворах связующих веществ или непосредственно в окрашиваемых материалах. [8].

2.3. Прямые красители.

ПРЯМЫЕ КРАСИТЕЛИ (субстантивные красители), анионные водорас­творимые красители, окрашивающие целлюлозные волокна непосредственно в нейтральных или слабощелочных растворах в присутствии нейтральных элек­тролитов (NaCl или Na₂S0₄). Прямые красители содержат в молекуле группы SO3H,реже - СООН. Часто для повышения растворимости в краситель добав­ляют Na-соль нитрилуксусной кислоты N(CH₂COONa)₃(трилон А). Произво­дятся прямые красители в виде Na-солей (реже аммониевых или калиевых), диссоциирующих в воде с образованием окрашенных анионов:, где Крашенный -остаток молекулы красителя. В растворах, особенно в присутствии электроли­тов, молекулы красителей находятся в виде ассоциатов. Степень ассоциации за­висит от строения и температуры раствора (при повышении температуры сте­пень ассоциации понижается) и колеблется от 10 до 600. По хим. классифика­ции, прямые красители преименяютсядис- и полиазокрасители, производные диоксазина и фталоцианинов. Предназначены главным образом для окрашива­ния материалов из целлюлозных волокон (хлобчатобумажных, швейных нитей, пряжи, трикотажных полотен, чулочно-носочных изделий, подкладочных вис­козных тканей и др.), реже для окрашивания материалов из натурального шелка и полиамидного волокна. [9]

Достаточно высокое сродство к целлюлозным волокнам связано со струк­турой молекул прямых красителей, имеющих относительно длинную цепь со­пряженных двойных связей (как правило, не меньше 8). Кроме того, для прояв­ления высокого сродства к волокну молекула прямых красителей должна иметь плоскостное (планарное) строение, содержать минимальное число групп S0₃Hи СООН и группы, способные к донорно-акцепторному взаимодействию (ОН, NH.2,N=Nи др.). Удерживаются прямые красители на волокне силами Ван-дер- Ваальса, водородными связями и др.

По свойствам прямые красители делят на 4 группы: 1) обычные прямые красители с устойчивостью окраски к свету в интенсивности стандартного тона <4 баллов (по 8-балльной шкале); 2) светопрочные прямые красители с устой­чивостью окраски к свету >4 баллов; 3) прямые красители, упрочняемые соля­ми Си (напр.,C11SO4,ДЦМ-уксуснокислая соль комплексного соединения и продукта конденсации дициандиамида с СН₂0); 4) прямые красители, упрочне­ние окраски которых достигается диазотированием сорбированного на волокне красителя с послед, азосочетанием (в качестве азосоставляющих используют (3- нафтол, м-толуилендин - амин, З-метил-1 -фенил-5-пиразолон).

Прямые красители просты в применении, как правило, хорошо комби­нируются друг с другом, большинство из них обладает хорошей ровняющей способностью; окраски мн. красителей вытравляются для получения бес­цветных и цветных рисунков по окрашенному фону. Крашение прямыми красителями можно проводить на любом красильном оборудовании.

Многие прямые красители первой и второй групп дают окраски в свет­лых тонах, достаточно устойчивые к мокрым обработкам и не требующие упрочнения закрепителями; окраски же в средних и темных тонах требуют упрочнения закрепителями: ДЦМ, ДЦУ (уксуснокислая соль продукта кон­денсации дициандиамида с СН₂0) и Устойчивый-2 (продукт конденсации дициандиамида с СН₂0 и гексаметилентетра-мином). Окраски красителями третьей группы в любой интенсивности закрепляют солями Си.

Окрашивание целлюлозных волокон прямыми красителями осуществ­ляют преимущественно по периодическому способу, реже непрерывному плюсовочно-запарному. По классическому и периодическому способу кра­шение производят из слабощелочных растворов, благодаря чему исключается выпадение красителя в осадок, при начальной т-ре 30-40 °С, затем медленно повышают температуру до 80-95 °С и выдерживают в течение часа. Для по­вышения сорбции красителя волокном в красильный раствор добавляют электролит (NaCl или Na₂S0₄) в количестве 10-20% от массы окрашивае­мого материала, действие которого проявляется в снижении заряда частиц красителя и волокна, а при высоких концентрациях в растворе он оказывает десольватирующее действие на полярные группы молекул красителя и во­локна. После крашения текстильный материал промывают холодной и теп­лой (40-45 °С) водой до бесцветных промывных вод и обрабатывают закре­пителями в концентрации 3-6% от массы окрашиваемого материала при 40- 50 °С в течение 30 мин. Закрепители образуют на волокне с сульфогруппами красителя труднорастворимые соли, что и приводи т к упрочнению окраски.

Прямые красители (субстантивные), синтетические красители, обла­дающие способностью при крашении непосредственно без протрав (отсюда название «прямые») связей достаточно прочно адсорбироваться целлюлоз­ными волокнами. Предполагается, что прямые красители удерживаются на волокне за счёт водородных с и дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса. Водо­родные связи могут образовывать гидроксильные группы целлюлозы и груп­пы —ОН, —NH₂, —CONH— красителей. По химическому строению боль­шая часть прямые красители относится к группе азокрасителей, а отдельные представители к диоксазиновым и фталоцианиновым красителям; они обыч­но содержат сульфогруппы и хорошо растворимы в воде. Типичный предста­витель прямых красителей - Прямой голубой2с:

Существуют прямые красители всех цветов; по яркости они уступают реактивным красителям. Светоустойчивость многих прямых красителей низ­кая. Для повышения устойчивости окрасок к воде, поту, механическим воз­действиям при стирке и др. Прямые красители обрабатывают на материале закрепителями - специальными веществами, образующими на волокне высо­комолекулярные защитные плёнки или дающие с красителем нерастворимые в воде соли, которые прочно удерживаются в волокне. Прямые красители применяются для крашения хлопка, вискозы, а также кожи, бумаги, в мень­шей степени - натурального шёлка, шерсти и полиамидных волокон. Широ­кому применению прямые красители способствуют их невысокая стоимость и простые методы крашения. [10]