染料として 他の物質を着色する性質を持つ化合物です。 DIN 55934 によると、これらは塗布媒体に溶解する着色剤です。不溶性着色剤は顔料と呼ばれます。
食品の着色に使用される染料は食品着色料と呼ばれ、食品添加物です。
着色料は、動物性着色料と植物性着色料、または有機着色料と無機着色料に分けることができます。別の分類では、合成染料と天然染料が区別されます。合成染料の例はアゾ染料である。動物染料は、動物が作り出す染料です。これらは、例えば、紫色（紫色のカタツムリ由来）およびカルミン（コチニールカイガラムシ由来）です。野菜染料は、藍、クロロフィル、サフランなどのクロッカスのクロセチン、ニンジンのカロテンなど、植物から生成される染料です。無機染料は、クロムイエローなどの炭素を含まない染料です。
カラー インデックスは染料化学の標準的な作業であり、すべての既知の着色剤がリストされ、特徴付けられています。
歴史
着色剤 (すなわち、可溶性染料と不溶性顔料) は、人類の黎明期からさまざまな場面や用途に使用されてきました。 B. ボディ ペインティング、ケーブ ペインティング、セラミック装飾用。
太古の昔から使用されていた色の 1 つは白で、最初に使用された白色顔料の 1 つは、石灰岩を燃焼して得られる酸化カルシウム (CaO) でした。石灰塗料も参照してください。
鉛白 (Pb(OH)2) は古くから塗装に使用されていました · 2 PbCO3 ) は、19 世紀初頭に亜鉛白 (ZnO) に最終的に置き換えられるまでは、入手可能な唯一の白色でした。ZnO は、毒性が低いため、白鉛よりも好まれていました。今日では、チタン ホワイト (TiO2. は 20 世紀になって初めて開発された) がほぼ独占的に使用されています。 ） 使用済み。ただし、白色の可溶性染料は物理的に不可能です。
18 世紀まで、最も高価な色の 1 つは青でした。当時、合成的に生成された小さな顔料に加えて、入手可能な原材料は半貴石のラピスラズリだけでした。プロセスはウルトラマリンを生成します.
知られている最古の有機染料は藍であり、その起源は紀元前 2000 年にさかのぼります。エジプトで使用されました。ヨーロッパでは、この染料は木材から得られました。さらに、多くの他の染料がさまざまな植物から得られてきました。染料植物のリストは、役に立つ植物の記事にあります。
史上最も高価な染料は真の紫です。地中海沿岸に生息する紫色のカタツムリの有色腺から得られます。 1グラムの染料には約8000匹のカタツムリが必要です.
19 世紀半ばに合成染料が開発されて初めて、使用できる色の数が増え、耐久性が大幅に向上しました。
ここでの最初の合成染料はモーベインで、19 世紀半ばにウィリアム ヘンリー パーキンがタール成分を実験していたときに発見しました。
植物から作られたほとんどの染料 (天然染料) は現在、合成的に生産されています.
作用機序
白色光 (380 ～ 790 nm の範囲のスペクトル) は、異なる波長の光の混合物です。色スペクトルは、長波長の赤色光 (約 790 nm) から短波長の紫色光 (約 380 nm) までの範囲です。
現在、染料の作用機序は、光スペクトルの特定の部分を吸収することに基づいています。吸収された波長の補色は、色素が現れる色です。
光を含む電磁放射の吸収は、分子または原子内の電子のエネルギー レベルを上げる (電子と原子核の間の距離を長くする) ことに基づいています。これに必要なエネルギーは、入射電磁放射、光から取得されます。
これらのプロセスは量子レベルで発生するため、この吸収は連続的ではなく、吸収前後の電子間のエネルギー差に対応する特定の段階でのみ発生します。このエネルギー差は、入射光の吸収波長に反比例するため、染料の色が決まります。
化学反応 (通常は還元) の後に無色に見える染料の状態は、ロイコ型と呼ばれます。
一部の物質の吸収波長のリストについては、化学物質の吸収値を参照してください。
こちらもご覧ください: ソルバトクロミズム
分子の化学物理的適合性
考慮される分子または原子で単純なσ結合のみが発生する場合、対応するσ電子をより高いエネルギーレベルに上げるのに必要なエネルギーは、電磁スペクトルの可視部分を介してレベルを上げるには大きすぎます。一般に、紫外線やX線の範囲で吸収が起こるため、これらのタイプの化合物は通常染料としては不向きです。 B.不飽和結合が発生します。これらはすでに長波 UV 範囲の電磁波を吸収しています。
このような不飽和結合 (多重結合) を単原子結合と交互に配置すると、π 電子が非局在化し、励起状態と基底状態の間の距離がさらに短くなります。これは、吸収波長がより長い波長にシフトすることに対応します。一般に、これらの不飽和結合の数が多いほど、吸収範囲は上方にシフトします。このような物質を、電子受容体または電子供与体として作用し、および/または共鳴することができる特に適切な他の原子団または原子と組み合わせることによって、さらなる増加を達成することができます。 ) または antiauxochromes (電子受容体):
| 助色 | アンチオーキソクローム | ||||||
| R-OH | R-NH2 | R-SO3 H | R-COOH | R2 -C=O | R-NO2 | R-CHO | R-C=NR |
これらの助色団または反助色団の効果は、分子の分極と、分子の残りの部分の不飽和化合物を介して利用できる非局在化電子のシフトに基づいています.対応する非局在化電子を利用可能にする基は、発色団とも呼ばれます。上記の説明から推測できるように、発色団とそれらが考慮中の分子内で発生する頻度は、主に染料の着色に関与しています。たとえば、次の官能基は発色団として機能します:
| 発色団 | |||||
| R-C=C-R | R-N=N-R | R − N おお おお <サブ> | R-C=O | R-C=NH | R-N=O |
アミノアゾベンゼンの例を使用した、芳香環とアゾ基のπオーバーレイ。
関連する分子の部分のπ基は、構造式と3Dモデルとしてここに示されています.
残念ながら、この 3D 画像ではベンゼン環が飽和しています。 2D 表現では、各環炭素は水素原子を 1 つだけ持っています。そうでなければ、π結合は形成されません。アミノアゾベンゼンの分極と電荷シフト。 NH2 グループは、孤立した電子対で色を濃くする効果があります.
発色団や助色団などの名称は、オットー・ニコラウス・ウィットの色素理論に由来します。
不飽和炭素の吸収は、分子全体に影響を与える -I 効果を刺激し、分子構造の変化を引き起こします。
繊維用染料の分類
染色工程後
アニオン染料 (酸性染料)
アニオン染料 または酸性染料 水性媒体から繊維に直接吸収されます。それらはポリアミド繊維とウールに特に適しています. 染料は、移行能力 (つまり、不均衡を均一化する力 =不均衡) と湿潤堅牢度特性 (通常の繊維から作られた多繊維テープがどのように定義されているか) に従って分類されます。洗濯の状態、使用している染料による水や汗で汚れた接触）。
金属錯体染料
金属錯体染料 、そのうちのいくつかは酸性染料であり、中心原子としてクロムまたは銅（以前はカドミウムも）を含んでいます.異なる数の酸基 (-SO3) を持つ金属錯体色素があります。 H)。基質との相互作用の強さは、それに応じて変化します。現在使用されている染料は環境に無害で、無金属の酸性染料よりも高いレベルの湿潤堅牢度を備えています。染料には非常に少量の遊離金属 (クロムなど) しか含まれておらず、後で繊維上で検出することはできません。
実質染料
実質染料 または直接染料 水溶液から繊維に直接塗布されます。それらは、セルロースでの使用に特に適しています。また、以前はポリアミドで染色されていましたが、堅牢度の要件が高まっているため、今日では例外的な場合にのみ行われています. これらの染料は主に二次原子価 (水素架橋結合とファンデルワールス結合) を形成し、これが堅牢度の低さを説明しています.
カチオン性 (または塩基性) 染料
カチオン染料 ポリアクリロニトリル繊維にほぼ独占的に使用され、鮮やかで耐光性の高い着色を生成する染料のグループです。アニオン変性ポリエステル（例えば、ツートン染色を実現する後染め織物の効果糸として）およびアニオン変性ポリアミド（酸性染料で染色できるポリアミドタイプに加えて、後染めカーペットによく使用される =微分）染色) で染色できます。
分散染料
分散染料 :これらの水不溶性染料は、ポリエステル、トリアセテート、2 1/2 アセテート繊維の染色に特に適しています。一般的に言えば、それらは遊離-NH2-または-OH基を持たない完全および半合成繊維の染色に適しています。ポリエステルでは、非常に洗濯可能で耐光性の高い染色が可能です。ポリアミドとポリアクリロニトリルもこれで染色できますが、適度な堅牢性があります.
色素の発色またはカップリング
現像染料 2 段階で繊維に適用されます。最初に、セルロースに親和性のある水不溶性カップリング成分（ナフトール AS、2-ヒドロキシ-3-ナフトール酸アニリドなど）である、いわゆるプライマーが適用されます。 2 番目のステップでは、水溶性のジアゾニウム塩と反応させ、繊維上に実際の染料を生成します。
バット染料
バット染料 水不溶性染料で、還元されて可溶性ロイコ型 (バテッド) になります。このようにして、建染染料は繊維に吸収され、その後の酸化によって不溶性の状態に戻り、「繊維内に沈殿した」と言えるような方法で固定されます。最もよく知られているバット染料は、インジゴ、パープル (インジゴイド染料)、およびインダンスレン ブルー RS (インダンスロン/インダンスレン染料) です。 Indanthren は、DyStar Textilfarben GmbH &Co. KG の登録商標です。
反応染料
反応染料 今日、セルロース上で最大の染料グループです. 原子結合が形成されるという事実は、鮮やかで耐湿性の染色をもたらします.深いニュアンスのあるウールでさえ、反応染料で染色されることがよくあります. 化学的観点から、反応染料は、発色団部分（例えば、アゾ化合物）とそれに結合した反応基（二官能反応染料の場合）の2つの部分で構成されています.また、いくつかの反応基）。 Ｂ．ビニルスルホン基（Ｒｅｍａｚｏｌ染料）またはトリアジン基。この反応部分は、セルロースの OH 基と化学的に結合します。
媒染染料
媒染剤とともに 着色される繊維は、最初にクロム（III）、鉄（III）またはアルミニウム塩で処理されます。その後の蒸気による処理により、繊維上に金属水酸化物が形成されます。次に、これらの水酸化物は（酸性）染料と反応して、定着可能な錯体化合物を形成します。繊維と廃水の重金属汚染により、このような染色は今日では事実上行われなくなりました.
顔料染料
顔料 化学的な意味では、それらは顔料を形成するためにレーキされる染料です。織物の染色では、バインダー、増粘剤、および柔軟剤が、織物の印刷または染色中に織物繊維に適用されます。高い耐光性が得られますが、摩擦や溶剤に対する堅牢性は平均以下です。世界中のテキスタイル プリントの 50% 以上が顔料染料で作成されていますが、一方で、顔料染料は、明るいニュアンスや中間のニュアンスでしか見られません。ダークシェードの摩擦堅牢度はもはや十分ではありません。顔料染料はあらゆる種類の繊維 (天然繊維と人工繊維) に適しており、主に安価なアイテムに使用されます。
化学構造による分類
ニトロ染料
ニトロ染料の中心成分 はニトロ基 (NO2 ）。この属の代表の 1 つはピクリン酸 (2,4,6-トリニトロフェノール) です。
ピクリン酸:
アゾ染料
アゾ染料の中心成分 発色団として機能するアゾ基 (R-N=N-R') です。染料は、芳香族フェノールまたはアミンとのジアゾ化 (アゾ基のカップリングによる) によって合成されます. 染料は、染料分子内のアゾ基の数に応じて、モノアゾ染料、2 つのアゾ基を持つジアゾ染料、およびいくつかのアゾ基を持つポリアゾ染料. アゾ染料は主に還元剤に敏感です。それらはアゾ橋で再び分裂し、変色します. アゾ染料は、ほとんどすべての染料グループに代表され、数の点で最大のグループを形成します.アゾ染料のよく知られた代表的なものには、前述のオレンジ色の 2,4-ジアミノアゾベンゼンを含む、コンゴ レッドとアリザリン イエロー R が含まれます。
アリザリンイエローR:
コンゴレッド:
藍染
インディゴ染料 などのバット染料です。 B. 藍そのもの、または紫などの藍色の染料 (染料)。
フタロシアニン色素
フタロシアニン染料 フタロシアニンに由来し、主に顔料としてプラスチック加工に使用されます。特殊な特性として、フタロシアニン染料は一般的に強い酸、アルカリ、耐光性を持つことができます.
フタル酸染料
フタル酸染料 フタル酸をベースにしたものは、酸性または中性溶液または乾燥状態で無色です。赤い塩は塩基性溶液でのみ形成されます。
トリフェニルメタン染料
基本構成要素であるトリフェニルメタンがその名前の由来です。トリフェニルメタン染料の少なくとも 2 つの芳香環 トリフェニルメタン染料は、主に印刷技術または指示薬として使用され、一般に耐光性は高くありません。トリフェニルメタン染料のグループは、次の 3 つのサブグループに分けられます。
- アミノトリフェニルメタン染料 :ここでの代表例は次のとおりです。 B.フクシン、マラカイトグリーンまたはクリスタルバイオレット。このグループの代表は、助色団として少なくとも 2 つのアミノ基によって区別されます。
- ヒドロキシトリフェニルメタン染料 :このサブグループの親化合物には、助色団として少なくとも 1 つのヒドロキシ基が含まれています。フクソン (ジフェニルキノメタン) は親化合物ですが、染料の性質はありません。このサブグループの別の代表は、ベンザウリン (p-ヒドロキシフクソン) です。この化合物はフェノール誘導体で、色は黄赤色で、酸性です。紫色の塩は希アルカリで形成されます。
- フタレイン :このクラスの染料は、トリフェニルメタノールの o-カルボン酸に由来するため、トリフェニルメタン染料と密接に関連しています。このグループの代表的なものは、無水フタル酸とフェノールから作られるフェノールフタレインです。フルオレセインも、エオシンと同様にフタレインの代表です。
アントラキノン染料
アントラキノン染料 多くの繊維で高い洗濯堅牢度と耐光堅牢度 (インダスレン染料) が特徴で、すべてアントラキノン由来です。
アントラキノン:
インダンスレン:
アリザリン:
参考文献
- J. Fabian、H. Hartmann、有機着色剤の光吸収、ベルリン、Springer、1980.
- H. Schweppe, Handbook of Natural Dyes, Occurrence - Use - Proof, Landsberg, Ecomed, 1992., ISBN 360965130X .
- H. Zollinger、Color Chemistry、第 3 版、Weinheim、Wiley-VCH、2003 年、ISBN 3906390233 .
こちらもご覧ください
- 色ごとに分類された染料のリスト
- カテゴリ:染料、アルファベット順に並べ替え
