Некоторые красящие вещества находят применение в медицине в качестве лекарственных веществ, преимущественно антисептиков, а также служат в физиологии, и биологии, исследованиях для целей диагностики и микроскопии. За последнее время усилилось применение некоторых веществ в фотографии и в тонкой оптике для изготовления сенсибилизаторов, светофильтров, окрашенных пленок и т. п.
Красители бывают 2 видов:
Их отличия состоят в получении, химической формуле, интенсивности окрашивания, сферах применения.
Естественные красящие вещества содержатся в растительных, и животных организмах в виде готовых красителей, в виде бесцветных, легко переходящих в краситель соединений, или в виде продуктов сочетания тех и других с углеводами, дубильными кислотами и другими веществами. Естественные красящие вещества были известны в глубокой древности; их значение в мировом хозяйстве было очень велико вплоть до конца 19 в., когда они начали вытесняться синтетические.
В настоящее время лишь небольшое число естественных красителей сохранило промышленное значение и способно конкурировать с синтетическими продуктами. Изучение строения естественных веществ дало очень много для развития химии синтетических красителей. Вначале изучалось строение естественных, важных в текстильной промышленности и доступных в больших количествах, как индиго, ализарин, вещества красильных деревьев. Затем перешли к изучению красящих веществ, выделение которых трудно, но которые могут быть получены в достаточных количествах. Успехи органической химии и особенно микрохимического анализа позволили подойти к изучению и мало доступных вещества, близких к витаминам, и даже содержащихся в микроорганизмах.
Принципиальной разницы между красящими веществами растительного и животного происхождения нет: например хлорофилл ( растений) и гемоглобин ( крови животных организмов) являются производными весьма близких по строению сложных соединений, содержащих в своем составе 4 связанных между собой цикла пиррола. Точно так же пурпур древних (продукт животного происхождения) представляет дибромпроизводное индиго — красителя растительного происхождения.
Среди естественных красящие вещества имеются представители различных карбоциклических и гетероциклических соединений. Несмотря на большое разнообразие их можно разбить на следующие основные группы:
Вопрос о принципе классификации до сих пор является спорным. Так как почти все вещества можно себе представить как содержащие хиноидную группировку, то наиболее целесообразно в настоящее время классифицировать синтетические вещества по типам заключающихся в них хиноидных производных.
Этот принцип классификации очень удобен для запоминания и для обобщений в химии красящих веществ и кроме того он позволяет легко при желании перестроить классификацию и по иным принципам в соответствии с развитием связи между строением и цветностью. Заменой одного или двух кислородных атомов хинона какой-либо двувалентной группой можно получать следующие производные хинона.
Синтетические красящие вещества могут быть разбиты на следующие классы:
По принятой у нас технической классификации все красители можно разбить на следующие группы.
К ним относятся:
Основные красители, являющиеся обычно солянокислыми или сернокислыми солями соединений основного характера. Эта группа красителей, преимущественно метиленхинонных и хинониминных, играла большую роль в начале производства синтетических красителей, но в настоящее время вследствие малой прочности большинства этих красителей к свету и наличию ярких красителей иных групп потеряла свое значение.
Основные красители применяют для окраски волокнистых материалов как животного, так и растительного происхождения. Волокнистые материалы животного происхождения окрашиваются непосредственно слабокислым водным раствором основного красителя. При этом амфотерное вещество шерсти — кератин, — имеющее наряду с основными и кислые свойства, вступает в химическое солеобразное соединение с основанием красителя, вытесняя в красильную ванну миперальную кислоту.
Растительные волокна, обладающие нейтральным характером, не способны непосредственно окрашиваться основными красителями. Поэтому для окраски и печати основными красителями на растительные волокнистые материалы предварительно наносят протраву, обладающую кислыми свойствами, и после ее закрепления красят точно так же, как и животные волокна. В качестве протравы под основные красители применяют танин, закрепляемый на ткани при помощи сурьмяных солей, или усваиваемые волокном кислые по характеру продукты конденсации фенолов с серой, называемые катанолом, или закрепителем.
Кислотные красители представляют собой натриевые или реже калиевые и кальциевые соли сульфокислот (или карбоновых кислот). Этот класс красителей насчитывает большое число представителей самого разнообразного химического строения; некоторые из кислотных красителей обладают выдающейся прочностью к свету, валке, мытью и поэтому находят широкое применение. Кислотные красители применяют для окраски лишь амфотерных животных волокон, имеющих наряду с кислым и основной характер. Кислота красителя вступает в химическое взаимодействие с основными группами кератина шерсти, образуя солеобразные соединения. Гидрат окиси щелочного металла при этой реакции переходит в красильную ванну. Поэтому в красильную ванну прибавляют какую-либо кислоту, связывающую гидрат окиси щелочного металла.
Протравные красители являются органическими полиоксисоединениями или оксикарбоновыми кислотами, причем непременным условием является наличие в них по крайней мере двух оксигрупп или окси- и карбоксигрупп в о-положениях друг к другу. Крашение этим классом красителей более сложно, но эта сложность искупается большой прочностью получаемых окрасок. К этому классу относится группа антрахинонных производных, в том числе ализарин, а также представители иных классов красящих веществ. Протравными красителями окрашивают как растительные, так и животные волокна по так называемым металлическим протравам, с металлами которых красители образуют очень прочные, комплексно построенные лаки. Для крашения хлопка протравными красителями иногда на волокне предварительно закрепляют какую-либо непредельную жирную кислоту, которая при последующем протравлении образует основные соли с металлом, дающие с красителями очень красивые и прочные оттенки (ализариновое или пунцовое крашение).
Хромировочные красители представляют собой сульфокислоты протравных красителей и применяются для окрашивания только животных волокон, причем взаимодействие красителя с протравой происходит после усвоения красящих веществ волокном. В качестве протравляющего агента чаще всего применяется хромовая кислота в виде ее солей, иногда оказывающая и окислительное действие на красящие вещества.
Соляные, или субстантивные, для хлопка красители являются в большинстве случаев солями ароматическими сульфокислот, преимущественно азосоединений, и отличаются от кислотных красителей тем, что дают коллоидные водные растворы, усваиваемые целлюлозой растительных волокон. Ими можно пользоваться для окраски животных волокон (подобно кислотным красителям) и растительных В последнем случае краситель закрепляется на волокне в результате физико-химических процессов (адсорбция, коагуляция) в виде солей сульфокислот. Окраски субстантивными красителями не во всех случаях прочны. Особый интерес представляет группа субстантивных красителей, прочно закрепляемых на волокне различными последующими после крашения обработками. Число подобных прочных к свету и стирке субстантивных красителей значительно выросло за последние годы. Существуют также субстантивные красители основного характера, но пока еще практического значения они не имеют.
Растворимые в воде красящие вещества в подавляющем большинстве являются солями сульфокислот; при фабрикации их обыкновенно выделяют из водных растворов отсаливанием, реже — кристаллизацией.
Кубовые красители представляют собой соединения, содержащие по крайней мере две карбонильные группы =С=0, разделенный системой конъюгированых двойных связей. Под действием восстановителей эти красители восстанавливаются и переходят в растворимые в едких щелочах лейкопроизводные красителей. Натриевые соли лейкосоединений способны под действием углекислоты и кислорода воздуха переходить обратно в нерастворимые кубовые красители, что может иметь место и на волокне. Окраски кубовыми красителями ведут с помощью щелочного раствора лейкосоединения (называемого «кубом»), в который погружают волокнистые материалы.
При «вызревании» пропитанного таким раствором волокнистого материала на воздухе лейкосоединение окисляется кислородом воздуха в краситель, причем реакция эта проходит в толще самого волокна. Благодаря этому окраски кубовыми красителями обладают высокой степенью прочности. Прочность эта возрастает, если лейкосоединение красителя обладает субстантивными свойствами, как это имеет место у индантреновых красителей.
Эти красители, обладающие в большинстве случаев максимальной прочностью к свету и иным воздействиям, особенно широко применяются в ситцепечатании. Большая исследовательская работа в этой области позволила получить почти полную гамму цветов этих красителей, и число их возрастает с каждым годом. За последние годы нашли большое применение растворимые в воде препараты кубовых красителей, представляющие собой в большинстве случаев соли кислых сернокислых эфиров лейкопроизводных кубовых красителей, называемые индигозолями.
Применение индигозолей облегчает применение кубовых красителей в крашении шерсти и особенно при ситцепечатании. При крашении животных волокон кубовыми красителями применяют «бродильный куб» с известью или добавляют в красильную ванну хлористый аммоний, связывающий едкие щелочи, вредно влияющие на животные волокна.
Сернистые красители сложного строения, формулы которых выясняются в настоящее время, получают сплавлением различных органических соединений с серой или сернистыми щелочами. Окраску сернистыми красителями производят так же, как кубовыми, т. к. сернистые красители способны образовать лейкосоединения. Но в случае сернистых красителей в качестве специфич. восстановителя и растворителя применяют сернистый натрий. В отличие от кубовых красителей сернистыми окрашивают при нагревании до 80—85°. Лейкосоединения сернистых красителей обладают субстантивными свойствами. Недостатком сернистых красителей является неполная гамма их цветов и недостаточная яркость их. Но они сравнительно дешевы и прочны к свету и стирке.
Нерастворимые, или ледяные, азокрасители, образующиеся непосредственно на волокне при действии какого-либо ароматического диазосоединения («диазокомпоненты») на ароматические фенолы преимущественно нафталинового ряда («азо-компоненты»), Для этого ткань пропитывают (или печатают) щелочным раствором азокомпоненты и затем пропускают ее через охлажденный до 2—3° раствор диазокомпоненты. В толще волокна происходит азосочетание, и образующийся нерастворимый краситель окрашивает ткань.
Окраски ледяными красителями отличаются большой прочностью, в некоторых случаях они даже равноценны индантреновым. В последнее время приобрели громадное значение т. н. «нафтолы АС», применяющиеся в качестве азокомпонент и представляющие собой арилиды , β-оксинафтойной к-ты. Они обладают повышенными субстантивными свойствами и часто применяются для печати в виде препаратов, представляющих собой смесь нафтола АС со стойкой формой диазосоединения, не реагирующей в обычных условиях с азокомпонентой. Такого рода препараты, называемые «рапидогенами» и «рапидами», наносят на ткань и затем проявляют действием пара или кислоты. Во время «проявления» в толще волокна происходит реакция азосочетания. Ледяные красители, осажденные на субстрате, лежат в основе ряда прочных лаков.
Группа черного анилина обнимает сложные продукты окисления анилина и его аналогов, получаемые непосредственно на волокне. Окраски красителями ряда черного анилина очень прочны. Для окраски шерсти черный анилин не применяют, так как шерсть нестойка к действию окислителей. Но некоторые красящие вещества этой группы применяются для окраски мехов. Нерастворимые в воде, выпускаемые в виде готовой продукции, необходимо применять в крашении в мелком суспензе. Но достаточно тонкого измельчения нельзя достигнуть обычным перемолом высушенного красителя. Поэтому краситель, обычно получающийся в процессе фабрикации в виде осадка в водной среде, часто не высушивают, а пускают в продажу в виде водной пасты с содержанием сухого - в 20, 40, иногда 50%. Чаще всего встречается 20%-ная паста.
