IV.5.1. Coloranți naturali și sintetici. Vopsele.

Culoarea este proprietatea substanţelor de a absorbi şi de a reflecta selectiv cele şapte culori fundamentale ale spectrului luminii albe.

Substanţele colorate absorb numai anumite radiaţii din spectrul vizibil şi le reflectă pe celelalte, care ajung la ochiul nostru. Prin urmare, substanţele colorate au culoarea spectrului reflectat.

Corpurile negre absorb toate culorile și nu reflectă nicio culoare.

Corpurile albe nu absorb nicio culoare și reflectă toate cele șapte culori ale curcubeului.

Un colorant este o substanță organică care are culoare proprie și care are proprietatea de a colora substraturile pe care este aplicată (textile, hârtie, ceramică, piele, plastic etc.).

Grupele cromofore (cromofori) sunt grupe de atomi care dau culoarea proprie unui colorant și care absorb selectiv diferite radiații ale luminii albe, fiecărui cromofor corespunzându-i una sau mai multe benzi de absorbție în spectrul vizibil.

Pentru ca o substanță colorată să devină și colorantă (să poată colora la rândul ei), trebuie să conțină în moleculă, pe lângă cromofori și alte grupe, numite auxocrome.

Grupele auxocrome imprimă substanței proprietatea de a colora și produc o intensificare a culorii.

Coloranții organici pot fi clasificați după proveniența lor în: coloranți naturali și coloranți de sinteză.

Încă din antichitate erau cunoscuți mulți coloranți naturali, ca: indigoul (extras din plante din familia Indigofera), șofranul, purpura (extrasă din unele varietăți de melci de pe coastele Mării Mediterane), carminul (extras dintr-un gândac parazit care se dezvoltă pe diverse specii de stejar pitic din Asia și sudul Europei).

Șofranul este cel mai scump condiment din lume, ce oferă mâncărurilor o savoare specifică, fiind apreciat pentru proprietățile sale aromatice și nutriționale. Supranumit și „aurul roșu”, acesta costă până la 40.000 de euro/kg. Prețul foarte mare al acestui condiment se datorează faptului că pentru 1 kg de condiment trebuie recoltate între 130.000 și 250.000 de flori de Crocus sativus, din care se folosesc doar stigmatele, care apoi se usucă.

Primul colorant chimic a fost moveina, obținut de W. H. Perkin în 1856, prin oxidarea anilinei cu bicromat de potasiu și acid sulfuric, în încercarea de a sintetiza chinina, folosită pentru combaterea malariei. Ca de fiecare dată a obținut un precipitat negru, pe care l-a uscat pe hârtia de filtru. În urma uscării a observat un compus de o culoare strălucitoare violetă, ale cărui pete nu puteau fi spălate. Dându-și seama că a obținut primul colorant sintetic, l-a brevetat imediat.

Astfel a început era coloranților sintetici mult mai ușor de procurat și mai ieftini decât coloranții naturali.

Coloranții de sinteză sunt performanți, atât sub aspectul paletei coloristice, cât și al rezistenței la agenții exteriori : spălare, lumină, umiditate etc.

Cei mai importanți coloranți de sinteză :

- Coloranţii azoici (roșu acid 88) formează cea mai însemnată şi numeroasă clasă de coloranţi. Din punct de vedere tinctorial, clasa coloranţilor azoici cuprinde: coloranţi acizi, bazici, cu mordant, substantivi, de developare şi pigmenţi. Coloranţii azoici conţin cel puţin o grupă azo -N=N-.

- Coloranții antrachinonici (albastru acid 27) conţin unul sau mai multe radicale antrachinonice și dau vopsiri rezistente. Tot din această clasă fac parte şi coloranţii policiclocetonici, cu nuclee aromatice condensate, care conţin şi una sau mai multe grupe cetonice. Cel mai important colorant al acestei clase este alizarina (1,2-dihidroxiantrachinona), unul dintre cei mai vechi coloranţi, fiind cunoscută şi utilizată încă din antichitate ( din rădăcina de roibă sau garanţă). Alizarina formează cu mordant de aluminiu o culoare roşu aprins (roşu turcesc sau roşu de Adrianopole), cu mordant de crom dă o coloraţie violet închis, cu mordant de staniu dă o culoare roşu-violet, cu mordant de fier – violet-negru, iar cu mordant de cupru – culoare brună.

- Coloranţii aril-metanici (Auramina O, Albastru bazic 11) sunt derivaţi ai difenil- şi trifenil-metanului și se obţin prin condensarea aminelor aromatice primare, secundare sau terţiare cu formaldehidă sau oxiclorură de carbon.

- Coloranţii indigoizi sau tioindigoizi (indigoul) se pot obţine plecând de la indigo sau tioindigo prin sulfonare, bromurare sau clorurare. Întrucât coloranţii indigoizi sunt insolubili în apă, pentru a putea fi aplicaţi sub formă de coloranţi de cadă sunt reduşi în prealabil cu hidrosulfit de sodiu, în mediu alcalin. Leucoderivaţii formaţi, care sunt soluţii incolore, au afinitate pentru fibrele celulozice. După vopsire colorantul insolubil se reformează în interiorul fibrei prin oxidare în prezenţa O₂ din aer.

- Coloranţii de sulf (oranj de sulf) se obţin în urma reacţiei sulfului sau polisulfurilor cu amine, alcooli sau alţi derivaţi aromatici. Fiind insolubili în apă sau alţi solvenţi organici, prin tratare cu soluţii apoase alcaline de sulfură de sodiu, se reduc formând leucoderivaţii solubili, care au substantivitate pentru fibrele celulozice. Ulterior, prin oxidare pe fibră, se reface colorantul insolubil.

- Coloranţii ftalocianinici (ftalocianina de cupru) sunt utilizaţi la prepararea lacurilor şi vopselelor, cernelurilor tipografice, în pictură, la colorarea maselor plastice şi a cauciucului, la vopsirea şi imprimarea textilelor în nuanţe de albastru şi verde.

- Coloranți metinici și polimetinici (roșu bazic 12)

- Coloranți azometinici (galben de dispersie)

- Coloranți nitro (galben naftol S)

- Coloranți nitrozo (verde acid 1)

- Coloranți azinici (albastru metilen)

- Coloranți chinoniminici (verdele lui Bindschelder)

- Coloranți xantenici (fluoresceina) etc.

Clasificarea coloranţilor organici de sinteză în funcţie de modul de fixarea lor pe un suport:

1. Coloranţii uşor solubili în apă: au caracter ionic (cationic sau anionic) şi sunt adsorbiţi ca atare din soluţia apoasă pe materialul textil sau pe piele, având o culoare puternică. Coloranţii cationici sunt săruri ale unor baze organice (săruri cuaternare de amoniu) cu acizii clorhidric, sulfuric sau acetic. Din punct de vedere al structurii chimice, sunt coloranţi cationici la care azotul este inclus în grupa cromoforă și coloranţi cationici la care azotul bazic se găseşte într-o catenă laterală. Vopsesc bine mătasea naturală şi lâna în mediu neutru, bumbacul tratat cu tanin, fibrele acrilice, la un pH = 4,5. Aceşti coloranţi sunt puţin folosiţi la vopsirea fibrelor naturale, deoarece rezistenţa lor la lumină este slabă, pe când culorile obţinute cu aceşti coloranţi pe fibrele acrilice sunt rezistente la lumină.

Exemple:

• coloranţii acizi (vopsesc fibre poliamide);
• coloranţii direcţi sau substantivi (vopsesc fibrele celulozice);
• coloranţii bazici sau cationici (care vopsesc fibrele PNA).

2. Coloranţii greu solubili în apă (neionici): sunt adsorbiţi pe materialul textil din suspensii apoase fin dispersate.

De exemplu, coloranţii de dispersie, folosiţi pentru fibrele de tip acetat şi triacetat de celuloză şi pentru fibrele poliesterice, poliamidice şi poliacrilonitrilice. Aceste fibre acţionează ca un solvent hidrofob care extrage colorantul greu solubil în apă.

3. Coloranţii insolubili în apă (neionici), care trebuie transformaţi într-o formă solubilă în apă și absorbită de către materialul textil. Ulterior se reface colorantul iniţial printr-un tratament potrivit, el rămânând fixat în suport. Ei se utilizează pentru vopsirea fibrelor celulozice şi numai o parte pentru vopsirea lânii.

Exemple:

• coloranţii de cadă: indigoul și derivații săi
• coloranţii de sulf: negrul de sulf, albastrul de sulf etc.

4. Coloranţii insolubili în apă şi solvenţi, numiţi pigmenţi de vopsele sunt folosiți pentru colorarea superficială și opacă a diverselor obiecte. Domeniul pigmenților organici este industria fibrelor, pe când pigmenții anorganici intră în compoziția vopselelor și lacurilor.