Farvestof - Dye

For anden anvendelse, se Farvestof (disambiguation) .
Kemisk struktur af indigo farvestof , den blå farve af blå jeans. Når først det er udvundet fra planter, syntetiseres indigofarvestoffet næsten udelukkende industrielt.
Garntørring efter at være blevet farvet i den tidlige amerikanske tradition, på Conner Prairie living history museum .

Et farvestof er et farvet stof, der binder sig kemisk til det underlag , det påføres på. Dette adskiller farvestoffer fra pigmenter, som ikke binder sig kemisk til det materiale, de farver. Farvestof påføres generelt i en vandig opløsning og kan kræve et bejdsemiddel for at forbedre farveægtheden på fiberen.

Både farvestoffer og pigmenter er farvede, fordi de kun absorberer nogle bølgelængder af synligt lys . Farvestoffer er normalt opløselige i vand, mens pigmenter er uopløselige. Nogle farvestoffer kan gøres uopløselige med tilsætning af salt for at producere et søpigment .

Naturlige og syntetiske farvestoffer

Farvning af uldstof, 1482: fra en fransk oversættelse af Bartolomaeus Anglicus
Hovedartikel: Naturligt farvestof

Størstedelen af ​​naturlige farvestoffer stammer fra ikke-animalske kilder: rødder , bær , bark , blade , træ , svampe og lav . I det 21. århundrede er de fleste farvestoffer syntetiske, dvs. de er menneskeskabte af petrokemikalier. Processen blev pioneret af J. Pullar and Sons i Skotland. Bortset fra pigmentering har de en række anvendelser, herunder organiske farvelasere , optiske medier ( CD-R ) og kamerasensorer ( farvefilterarray ).

Historie

Tekstilfarvning går tilbage til den neolitiske periode. Gennem historien har folk farvet deres tekstiler ved hjælp af almindelige, lokalt tilgængelige materialer. Knappe farvestoffer, der producerede strålende og permanente farver, såsom de naturlige hvirvelløse farvestoffer Tyrian lilla og crimson kermes, var højt værdsatte luksusgenstande i den antikke og middelalderlige verden. Plantebaserede farvestoffer som woad , indigo , safran og madder var vigtige handelsvarer i økonomierne i Asien og Europa. På tværs af Asien og Afrika blev mønstrede stoffer fremstillet ved hjælp af resistfarveteknikker for at kontrollere absorptionen af ​​farve i stykkefarvet klud. Farvestoffer fra den nye verden såsom cochenille og træ blev bragt til Europa af de spanske skatteflåder, og Europas farvestoffer blev ført af kolonister til Amerika.

Farvede hørfibre er blevet fundet i Republikken Georgia i en forhistorisk hule dateret til 36.000 BP . Arkæologiske beviser viser, at især i Indien og Fønikien har farvning været udbredt i over 5.000 år. Tidlige farvestoffer blev opnået fra animalske , vegetabilske eller mineralske kilder med ingen til meget lidt forarbejdning. Langt den største kilde til farvestoffer har været fra planteriget , især rødder, bær, bark, blade og træ, hvoraf kun få bruges i kommerciel skala.

Det første syntetiske farvestof, lilla , blev opdaget serendipitously af William Henry Perkin i 1856. Opdagelsen af ​​mauveine startede en stigning i syntetiske farvestoffer og i organisk kemi generelt. Andre anilinfarvestoffer fulgte, såsom fuchsin , safranin og indulin . Mange tusinde syntetiske farvestoffer er siden blevet fremstillet.

Opdagelsen af ​​mauve førte også til udvikling inden for immunologi og kemoterapi . I 1863 blev forløberen til Bayer AG dannet i det, der blev Wuppertal , Tyskland . I 1891 opdagede Paul Ehrlich , at visse celler eller organismer optog visse farvestoffer selektivt. Han ræsonnerede derefter, at en tilstrækkelig stor dosis kunne injiceres til at dræbe patogene mikroorganismer, hvis farvestoffet ikke påvirkede andre celler. Ehrlich fortsatte med at bruge en forbindelse til at målrette syfilis , første gang et kemikalie blev brugt til selektivt at dræbe bakterier i kroppen, brugte han også methylenblåt til at målrette mod plasmodium, der er ansvarlig for malaria .

Historisk samling af over 10.000 farvestoffer ved Technical University Dresden, Tyskland

Kemi

Farven på et farvestof afhænger af stoffets evne til at absorbere lys inden for det synlige område af det elektromagnetiske spektrum (380-750 nm). En tidligere teori kendt som Witt-teorien udtalte, at et farvet farvestof havde to komponenter, en kromofor, der giver farve ved at absorbere lys i det synlige område (nogle eksempler er nitro- , azo- , quinoidgrupper) og en auxochrom, som tjener til at uddybe farven. Denne teori er blevet afløst af moderne elektronisk strukturteori, som siger, at farven i farvestoffer skyldes excitation af valens π-elektroner af synligt lys.

Typer

RIT mærke farvestof fra midten af ​​det 20. århundrede Mexico, en del af den permanente samling af Museo del Objeto del Objeto
En kvinde, der farver sit hår .

Farvestoffer er klassificeret efter deres opløselighed og kemiske egenskaber.

Syrefarvestoffer er vand - opløselige anioniske farvestoffer, der anvendes på fibre såsom silke , uld , nylon og modificerede acrylfibre anvender neutral for sure farvebade. Vedhæftning til fiberen tilskrives, i det mindste delvist, saltdannelse mellem anioniske grupper i farvestofferne og kationiske grupper i fiberen. Syrefarvestoffer er ikke væsentlige for cellulosefibre . De fleste syntetiske madfarver falder i denne kategori. Eksempler på syrefarve er Alizarine Pure Blue B, Acid red 88 osv.

Basisfarvestoffer er vandopløselige kationiske farvestoffer, der hovedsageligt påføres akrylfibre , men som finder nogen anvendelse til uld og silke. Sædvanligvis tilsættes eddikesyre til farvebadet for at hjælpe med optagelsen af ​​farvestoffet på fiberen. Grundlæggende farvestoffer bruges også til farvning af papir .

Direkte eller substantiv farvning udføres normalt i et neutralt eller let alkalisk farvebad, ved eller nær kogepunktet , med tilsætning af enten natriumchlorid (NaCl) eller natriumsulfat (Na 2 SO 4 ) eller natriumcarbonat (Na 2 CO 3 ) ). Direkte farvestoffer bruges på bomuld , papir, læder , uld, silke og nylon . De bruges også som pH-indikatorer og som biologiske pletter .

Bejdsefarvestoffer kræver et bejdsemiddel , som forbedrer farvestoffets bestandighed mod vand, lys og sved . Valget af bejdsemiddel er meget vigtigt, da forskellige bejdsemidler kan ændre den endelige farve betydeligt. De fleste naturlige farvestoffer er bejdsefarvestoffer, og der er derfor en stor litteraturbase, der beskriver farvningsteknikker. De vigtigste bejdsefarvestoffer er de syntetiske bejdsefarver, eller kromfarvestoffer, der anvendes til uld; disse udgør omkring 30 % af de farvestoffer, der bruges til uld, og er især nyttige til sorte og marineblå nuancer. Bejdsemidlet kaliumdichromat påføres som en efterbehandling. Det er vigtigt at bemærke, at mange bejdsemidler, især dem i tungmetalkategorien, kan være sundhedsfarlige, og der skal udvises ekstrem forsigtighed med at bruge dem.

Vat-farvestoffer er i det væsentlige uopløselige i vand og ude af stand til at farve fibre direkte. Imidlertid reduktion i alkalisk væske frembringer det vandopløselige alkali metal salt af farvestoffet. Denne form er ofte farveløs, i hvilket tilfælde den omtales som et Leuco-farvestof og har en affinitet til tekstilfibrene. Efterfølgende oxidation reformerer det oprindelige uopløselige farvestof. Farven på denim skyldes indigo , det originale karfarvestof.

Reaktive farvestoffer anvender en kromofor knyttet til en substituent, der er i stand til at reagere direktemed fibersubstratet. De kovalente bindinger, der binder reaktivt farvestof til naturlige fibre, gør dem til de mest permanente af farvestoffer. "Kolde" reaktive farvestoffer, såsom Procion MX , Cibacron F og Drimarene K , er meget nemme at bruge, fordi farvestoffet kan påføres ved stuetemperatur. Reaktive farvestoffer er langt det bedste valg til farvning af bomuld og andre cellulosefibre derhjemme eller i kunststudiet.

Disperse farvestoffer blev oprindeligt udviklet til farvning af celluloseacetat og er vanduopløselige. Farvestofferne formales fint i nærværelse af et dispergeringsmiddel og sælges som en pasta eller spraytørres og sælges som et pulver. Deres hovedanvendelse er at farve polyester , men de kan også bruges til at farve nylon, cellulosetriacetat og akrylfibre. I nogle tilfælde, en farvning temperatur er på 130 ° C (266 ° F), der kræves, og en tryksat farvebad anvendes. Den meget fine partikelstørrelse giver et stort overfladeareal, der hjælper med opløsning for at tillade optagelse af fiberen. Farvehastigheden kan være væsentligt påvirket af valget af dispergeringsmiddel, der anvendes under formalingen.

Azofarvning er en teknik, hvor et uopløseligt azofarvestof fremstilles direkte på eller inden i fiberen. Dette opnås ved at behandle en fiber med både diazoiske komponenter og koblingskomponenter . Med passende justering af farvebadsbetingelserne reagerer de to komponenter for at producere det nødvendige uopløselige azofarvestof. Denne farveteknik er unik, idet den endelige farve styres af valget af diazoikum og koblingskomponenter. Denne metode til farvning af bomuld er aftagende i betydning på grund af den giftige natur af de anvendte kemikalier.

Svovlfarvestoffer er billige farvestoffer, der bruges til at farve bomuld med mørke farver. Farvning udføres ved at opvarme stoffet i en opløsning af en organisk forbindelse, typisk et nitrophenolderivat, og sulfid eller polysulfid . Den organiske forbindelse reagerer med sulfidkilden og danner mørke farver, der klæber til stoffet. Sulphur Black 1, det mest solgte farvestof efter volumen, har ikke en veldefineret kemisk struktur.

Nogle farvestoffer, der almindeligvis anvendes til farvning:

Grundlæggende farvestoffer Sure farvestoffer
Safranin Eosin
Grundlæggende Fuchsin Syre Fuchsin
Krystalviolet Congo rød
Methylen blå

Fødevarefarvestoffer

En anden klasse, der beskriver farvestoffernes rolle, snarere end deres brugsmåde, er fødevarefarvestoffet . Fordi fødevarefarvestoffer er klassificeret som fødevaretilsætningsstoffer , er de fremstillet til en højere standard end nogle industrielle farvestoffer. Fødevarefarvestoffer kan være direkte, bejdse- og karfarvestoffer, og deres anvendelse er strengt kontrolleret af lovgivningen . Mange er azofarvestoffer , selvom anthraquinon- og triphenylmethanforbindelser bruges til farver som grøn og blå . Nogle naturligt forekommende farvestoffer anvendes også.

Andre vigtige farvestoffer

Der er også etableret en række andre klasser, herunder:

  • Oxidationsbaser til hovedsageligt hår og pels
  • Laserfarvestoffer : rhodamin 6G og kumarinfarvestoffer .
  • Læderfarver , til læder
  • Fluorescerende blegemidler til tekstilfibre og papir
  • Opløsningsmiddelfarvestoffer , til træfarvning og fremstilling af farvede lakker, solventblæk, farvende olier, voks.
  • Kontrastfarvestoffer, der injiceres til magnetisk resonansbilleddannelse, er i det væsentlige det samme som farvestof til tøj, bortset fra at de er koblet til et middel, der har stærke paramagnetiske egenskaber.
  • Mayhems farvestof, der bruges til vandkøling til udseende, ofte omdøbt RIT farvestof

Kromofore farvestoffer

Af arten af ​​deres kromofor er farvestoffer opdelt i:

Forurening

Farvestoffer produceret af tekstil-, trykkeri- og papirindustrien er en kilde til forurening af floder og vandveje. Der produceres anslået 700.000 tons farvestoffer årligt (data fra 1990). Bortskaffelsen af ​​dette materiale har fået stor opmærksomhed ved at bruge kemiske og biologiske midler.

Klassiske farvestoffer og deres anvendelse i medicin og laboratorier

Ifølge Merriam-Webster-ordbogen er et farvestof eller en plet en, der er i stand til at trænge ind i levende celler eller væv uden at forårsage umiddelbare synlige degenerative ændringer; derfor omtales det også som en vital plet. Supravital farvning indebærer fjernelse af levende celler fra en organisme, hvorimod intravital farvning indebærer injektion (eller anden administration) af farvestoffet i organismen. Udtrykket "vital farvning" bruges lejlighedsvis i flæng med en intravital farvning og i nogle tilfælde med en supravital farvning, idet det underliggende koncept er, at cellen, der undersøges, stadig er i live. I en strengere forstand betyder udtrykket "vital farvning" det modsatte af "supravital farvning". Hvis levende celler absorberer pletten under supravital farvning, udelukker de den under "vital farvning"; for eksempel farver de negativt, mens kun døde celler farver positivt, og levedygtigheden kan således bestemmes ved at tælle procentdelen af ​​de samlede celler, der farves negativt. Fordi farvestoffet bestemmer, om farvningen er supravital eller intravital, kan en kombination af supravitale og vitale farvestoffer bruges til mere præcist at klassificere celler i forskellige grupper (f.eks. levedygtige, døde, døende).

Se også

Referencer

Yderligere læsning

  • Abelshauser, Werner. Tysk historie og global virksomhed: BASF: The History of a Company (2004) dækker 1865 til 2000
  • Beer, John J. Fremkomsten af ​​den tyske farvestofindustri (1959)