barwnik - Dye

Budowa chemiczna barwnika indygo , niebieskie zabarwienie niebieskiego dżinsu. Po wyekstrahowaniu z roślin barwnik indygo jest prawie wyłącznie syntetyzowany na skalę przemysłową.
Suszenie przędzy po farbowaniu zgodnie z wczesną amerykańską tradycją w muzeum żywej historii Conner Prairie .

Barwnik jest kolorowy substancja przywiera chemicznie do podłoża , do którego jest stosowana. To odróżnia barwniki od pigmentów, które nie wiążą się chemicznie z barwionym materiałem. Barwnik jest zwykle nakładany w roztworze wodnym i może wymagać zaprawy w celu poprawy trwałości barwnika na włóknie.

Zarówno barwniki, jak i pigmenty są barwione, ponieważ pochłaniają tylko niektóre długości fal światła widzialnego . Barwniki są zwykle rozpuszczalne w wodzie, natomiast pigmenty są nierozpuszczalne. Niektóre barwniki mogą stać się nierozpuszczalne po dodaniu soli w celu wytworzenia pigmentu lakowego .

Barwniki naturalne i syntetyczne

Barwienie sukna wełnianego, 1482: z francuskiego przekładu Bartolomaeus Anglicus

Większość naturalnych barwników pochodzi ze źródeł niezwierzęcych: korzeni , jagód , kory , liści , drewna , grzybów i porostów . W XXI wieku większość barwników jest syntetyczna, tj. wytworzona przez człowieka z produktów petrochemicznych. Proces ten został zapoczątkowany przez J. Pullar and Sons w Szkocji. Oprócz pigmentacji mają one szereg zastosowań, w tym organiczne lasery barwnikowe , nośniki optyczne ( CD-R ) i czujniki kamery ( matryca filtrów kolorów ).

Historia

Barwienie tkanin datuje się na okres neolitu . Na przestrzeni dziejów ludzie farbowali swoje tkaniny przy użyciu powszechnie dostępnych, lokalnie dostępnych materiałów. Nieliczne barwniki, które dawały żywe i trwałe kolory, takie jak naturalne barwniki bezkręgowców, tyryjska purpura i szkarłat kermes, były wysoko cenionymi luksusowymi przedmiotami w starożytnym i średniowiecznym świecie. Barwniki pochodzenia roślinnego, takie jak urzet , indygo , szafran i marzanna, były ważnymi towarami handlowymi w gospodarkach Azji i Europy. W Azji i Afryce wzorzyste tkaniny były produkowane przy użyciu technik odpornych na farbowanie w celu kontrolowania absorpcji koloru w tkaninach barwionych w sztukach. Barwniki z Nowego Świata, takie jak koszenila i drewno, zostały przywiezione do Europy przez hiszpańskie floty skarbów, a barwniki z Europy przywieźli do Ameryki koloniści.

Barwione lniane włókna zostały znalezione w Gruzji w prehistorycznej jaskini dnia do 36.000 BP . Dowody archeologiczne pokazują, że farbowanie , szczególnie w Indiach i Fenicji , jest szeroko stosowane od ponad 5000 lat. Wczesne barwniki pozyskiwano ze źródeł zwierzęcych , roślinnych lub mineralnych , przy niewielkim lub niewielkim przetwarzaniu. Zdecydowanie największym źródłem barwników jest królestwo roślin , zwłaszcza korzenie, jagody, kora, liście i drewno, z których tylko kilka jest używanych na skalę przemysłową.

Pierwszy barwnik syntetyczny, fioletowe , odkryto nieoczekiwanie przez William Henry Perkin w 1856 Odkrycie mauveine rozpoczął wzrost w barwnikami syntetycznymi i w dziedzinie chemii organicznej w ogóle. Następnie pojawiły się inne barwniki anilinowe , takie jak fuksyna , safranina i indulina . Od tego czasu przygotowano wiele tysięcy syntetycznych barwników.

Odkrycie fioletu doprowadziło również do rozwoju immunologii i chemioterapii . W 1863 roku utworzono poprzednika Bayer AG w Wuppertalu w Niemczech . W 1891 Paul Ehrlich odkrył, że pewne komórki lub organizmy selektywnie pobierają pewne barwniki. Następnie doszedł do wniosku, że można by wstrzyknąć wystarczająco dużą dawkę, aby zabić patogenne mikroorganizmy, jeśli barwnik nie wpłynąłby na inne komórki. Ehrlich użył związku do zwalczania kiły , po raz pierwszy użył substancji chemicznej w celu selektywnego zabijania bakterii w organizmie, użył również błękitu metylenowego do namierzenia plazmodium odpowiedzialnego za malarię .

Historyczna kolekcja ponad 10 000 barwników na Uniwersytecie Technicznym w Dreźnie, Niemcy

Chemia

Kolor barwnika zależy od zdolności substancji do pochłaniania światła w widzialnym obszarze widma elektromagnetycznego (380-750 nm). Wcześniejsza teoria znana jako teoria Witta głosiła, że ​​barwny barwnik ma dwa składniki, chromofor, który nadaje kolor poprzez pochłanianie światła w obszarze widzialnym (niektóre przykłady to grupy nitro , azowe i chinoidowe) oraz auksochrom, który służy do pogłębiania koloru. Teoria ta została zastąpiona przez współczesną teorię struktury elektronowej, która mówi, że kolor barwników jest wynikiem wzbudzenia elektronów walencyjnych π przez światło widzialne.

Rodzaje

Barwnik marki RIT z połowy XX wieku w Meksyku, część stałej kolekcji Museo del Objeto del Objeto
Kobieta farbowania jej włosy .

Barwniki są klasyfikowane według ich rozpuszczalności i właściwości chemicznych.

Barwniki kwasowe woda - rozpuszczalny anionowe barwniki, które są stosowane do włókien , takich jak jedwab , wełna , nylonu i zmodyfikowanych włókien akrylowych, stosując obojętny do kąpieli kwasowy barwnik. Przyczepność do włókna przypisuje się, przynajmniej częściowo, tworzeniu soli między grupami anionowymi w barwnikach igrupami kationowymi we włóknie. Barwniki kwasowe nie są trwałe w stosunku dowłókien celulozowych . Do tej kategorii należy większość syntetycznych barwników spożywczych. Przykładami barwników kwasowych są Alizarine Pure Blue B, Acid Red 88 itp.

Barwniki podstawowe to rozpuszczalne w wodzie barwniki kationowe, które są głównie nakładane na włókna akrylowe , ale znajdują pewne zastosowanie w przypadku wełny i jedwabiu. Zwykle do kąpieli barwiącej dodaje się kwas octowy, aby wspomóc wchłanianie barwnika na włókno. Barwniki podstawowe są również używane do barwienia papieru .

Barwienie bezpośrednie lub merytoryczne zwykle przeprowadza się w obojętnej lub lekko alkalicznej kąpieli barwiącej, w temperaturze wrzenia lub bliskiej temperaturze wrzenia , z dodatkiem chlorku sodu (NaCl) lub siarczanu sodu (Na 2 SO 4 ) lub węglanu sodu (Na 2 CO 3 ) ). Barwniki bezpośrednie są stosowane na bawełnie , papierze, skórze , wełnie, jedwabiu i nylonie . Stosowane są również jako wskaźniki pH i jako barwniki biologiczne .

Barwniki zaprawowe wymagają zaprawy , która poprawia odporność barwnika na wodę, światło i pot . Wybór zaprawy jest bardzo ważny, ponieważ różne zaprawy mogą znacząco zmienić ostateczny kolor. Większość naturalnych barwników to barwniki zaprawowe, dlatego istnieje obszerna baza literaturowa opisująca techniki barwienia. Najważniejszymi barwnikami zaprawowymi są syntetyczne barwniki zaprawowe lub barwniki chromowe, stosowane do wełny; stanowią one około 30% barwników używanych do wełny i są szczególnie przydatne w przypadku odcieni czerni i granatu. Zaprawę dwuchromian potasu stosuje się jako dodatkową obróbkę. Należy zauważyć, że wiele zapraw, szczególnie tych z kategorii metali ciężkich, może być niebezpiecznych dla zdrowia i należy zachować szczególną ostrożność podczas ich stosowania.

Barwniki kadziowe są zasadniczo nierozpuszczalne w wodzie i niezdolne do bezpośredniego barwienia włókien. Jednak redukcja alkalicznego ługu daje rozpuszczalną w wodzie sól metalu alkalicznego barwnika. Forma ta jest często bezbarwna, w takim przypadku określana jest jako barwnik Leuco i ma powinowactwo do włókna tekstylnego. Późniejsze utlenianie przywraca pierwotny nierozpuszczalny barwnik. Kolor denimu zawdzięcza indygo , oryginalnemu barwnikowi kadzi.

Barwniki reaktywne wykorzystują chromofor przyłączony do podstawnika, który jest zdolny do bezpośredniego reagowania z podłożem włóknistym. Do kowalencyjnych wiązań, które przywiązują reaktywnego barwnika do włókien naturalnych uczynić je wśród najbardziej trwałe barwników. Barwniki reaktywne „zimne”, takie jak Procion MX , Cibacron F i Drimarene K , są bardzo łatwe w użyciu, ponieważ barwnik można nakładać w temperaturze pokojowej. Barwniki reaktywne są zdecydowanie najlepszym wyborem do barwienia bawełny i innychwłókien celulozowych w domu lub w pracowni artystycznej.

Barwniki dyspersyjne zostały pierwotnie opracowane do barwienia octanu celulozy i są nierozpuszczalne w wodzie. Barwniki są drobno zmielone w obecności środka dyspergującego i sprzedawane w postaci pasty lub suszone rozpyłowo i sprzedawane w postaci proszku. Ich głównym zastosowaniem jest farbowanie poliestru , ale można je również stosować do farbowania włókien nylonowych, trioctanowych celulozy i akrylowych. W niektórych przypadkachwymagana jest temperatura barwienia130°C (266°F) i stosowana jest kąpiel barwiąca pod ciśnieniem. Bardzo drobny rozmiar cząstek zapewnia dużą powierzchnię, która ułatwia rozpuszczanie, aby umożliwić wchłanianie przez włókno. Na szybkość barwienia może mieć istotny wpływ dobór środka dyspergującego stosowanego podczas mielenia.

Barwienie azowe to technika, w której nierozpuszczalny barwnik azowy jest wytwarzany bezpośrednio na włóknie lub w jego wnętrzu. Osiąga się to traktując włókno zarówno składnikami dwuazowymi, jak i sprzęgającymi . Przy odpowiednim dostosowaniu warunków kąpieli barwiącej oba składniki reagują, wytwarzając wymagany nierozpuszczalny barwnik azowy. Ta technika barwienia jest wyjątkowa, ponieważ ostateczny kolor jest kontrolowany przez dobór składników diazoicznych i sprzęgających. Ta metoda barwienia bawełny traci na znaczeniu ze względu na toksyczny charakter stosowanych chemikaliów.

Barwniki siarkowe to niedrogie barwniki używane do barwienia bawełny o ciemnych kolorach. Barwienie odbywa się przez ogrzewanie tkaniny w roztworze związku organicznego, zazwyczaj pochodnej nitrofenolu i siarczku lub polisiarczku . Związek organiczny reaguje ze źródłem siarczków, tworząc ciemne kolory, które przylegają do tkaniny. Siarka 1, najlepiej sprzedający się ilościowo barwnik, nie ma dobrze zdefiniowanej struktury chemicznej.

Niektóre barwniki powszechnie stosowane w barwieniu:

Barwniki podstawowe Barwniki kwasowe
Safranin Eozyna
Podstawowy fuksyna Kwaśna fuksyna
Krystaliczny fiolet Czerwony Kongo
Błękit metylenowy

Barwniki spożywcze

Inną klasą opisującą rolę barwników, a nie sposób ich użycia, jest barwnik spożywczy . Ponieważ barwniki spożywcze są klasyfikowane jako dodatki do żywności , są produkowane zgodnie z wyższym standardem niż niektóre barwniki przemysłowe. Barwniki spożywcze mogą być barwnikami bezpośrednimi, zaprawowymi i kadziowymi, a ich stosowanie jest ściśle kontrolowane przez prawo . Wiele z nich to barwniki azowe , chociaż związki antrachinonu i trifenylometanu są używane do kolorów takich jak zielony i niebieski . Stosowane są również niektóre naturalnie występujące barwniki.

Inne ważne barwniki

Ustanowiono również szereg innych klas, w tym:

  • Bazy utleniające, głównie do włosów i sierści
  • Barwniki laserowe : rodamina 6G i barwniki kumarynowe .
  • Skórzane barwniki do skór
  • Wybielacze fluorescencyjne , do włókien tekstylnych i papieru
  • Barwniki rozpuszczalnikowe , do barwienia drewna i produkcji lakierów kolorowych, tuszy rozpuszczalnikowych, olejów barwiących, wosków.
  • Barwniki kontrastowe, wstrzykiwane do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, są zasadniczo takie same jak barwniki do odzieży, z wyjątkiem tego, że są sprzężone ze środkiem o silnych właściwościach paramagnetycznych.
  • Barwnik Mayhems, używany do chłodzenia wodą dla wyglądu, często przemianowany na barwnik RIT

Barwniki chromoforowe

Ze względu na charakter chromoforu barwniki dzielą się na:

Skażenie

Barwniki produkowane przez przemysł tekstylny, drukarski i papierniczy są źródłem zanieczyszczenia rzek i cieków wodnych. Szacuje się, że rocznie produkuje się 700 000 ton barwników (dane z 1990 r.). Dużo uwagi poświęcono utylizacji tego materiału przy użyciu środków chemicznych i biologicznych.

Barwniki klasyczne i ich zastosowanie w medycynie i laboratorium

Według słownika Merriam-Webster barwnik lub barwnik to taki, który jest zdolny do penetracji żywych komórek lub tkanek bez powodowania natychmiastowych widocznych zmian zwyrodnieniowych; dlatego jest również określany jako plama życiowa. Barwienie przyżyciowe polega na usunięciu żywych komórek z organizmu, natomiast barwienie przyżyciowe polega na wstrzyknięciu (lub innym podaniu) barwnika do organizmu. Termin „barwienie przyżyciowe” jest czasami używany zamiennie z barwieniem przyżyciowym i, w niektórych przypadkach, z barwieniem przyżyciowym, przy czym podstawową koncepcją jest to, że badana komórka jest wciąż żywa. W ściślejszym znaczeniu termin „zabarwienie przyżyciowe” oznacza biegunowe przeciwieństwo „barwienia przedżyciowego”. Jeśli żywe komórki absorbują plamę podczas barwienia pozażyciowego, wykluczają go podczas „barwienia przyżyciowego”; na przykład barwią się negatywnie, podczas gdy tylko martwe komórki barwią się pozytywnie, a zatem żywotność można określić, licząc procent wszystkich komórek, które barwią się ujemnie. Ponieważ barwnik określa, czy zabarwienie jest przyżyciowe czy przyżyciowe, można zastosować kombinację barwników przyżyciowych i przyżyciowych w celu dokładniejszego zaklasyfikowania komórek do różnych grup (np. żywe, martwe, umierające).

Zobacz też

Bibliografia

Dalsze czytanie

  • Abelshauser, Werner. Niemiecka historia i globalne przedsiębiorstwo: BASF: Historia firmy (2004) obejmuje lata 1865–2000
  • Piwo, John J. Powstanie niemieckiego przemysłu barwników (1959)