2020-06-10
290Красители растительного и животного происхождения
Применение веществ, способных придавать тот или иной цвет различным предметам (тканям, одежде, посуде и пр.), было известно в самые отдаленные эпохи. Для этого использовались цветные глины, оксиды металлов, а также органические вещества, которые добывали из растений (деревья, травы, лишайники) и животных (насекомые, моллюски). Природные красители использовались несколько тысячелетий, но не более десятка из них сохранили свое значение до настоящего времени, т. к. большая часть этих красителей давала неяркие цвета, прочность окрасок была невысокой, а процесс крашения — длительным и сложным.
Наиболее прочный и яркий из природных красителей — Индиго. Само слово «индиго» происходит от «индикус», что значит индийский. В Индии и Египте краситель был известен более 4000 лет назад, о чем свидетельствуют образцы тканей, найденных археологами в египетских пирамидах и при разных раскопках.
В VIII в. Индиго был завезен в Европу арабскими купцами. Этот синий краситель добывали из стеблей и листьев растений рода индигофера (Indigofera tinctoria L.), произрастающих в странах жаркого и влажного климата (Индия, Индонезия и др.). Для получения 3 кг красителя необходимо было переработать 100 кг листьев растений.
В Англии этот же краситель, но менее интенсивного цвета и худшего качества, добывали из местного растения вайды.
Наиболее распространенным и значимым красителем красного цвета был Ализарин (другое название — Марену), который добывали из корней растения марена (корни растения Rubia tinctoria, известные под названием alizari). Этот краситель использовался для крашения обмундирования во французской и английской армиях.
В XIX в. Луи Филипп одел свою пехоту в рейтузы, окрашенные Ализарином, но наиболее знамениты были английские красные плащи. Сам Ализарин имеет желтый цвет и образует красную окраску только после протравы ткани солями алюминия. Обычно для этого применялись алюминиевые квасцы. С солями других металлов Ализарин образует иные цвета, например, с солями железа — фиолетовый, с солями хрома — коричневый.
Другие красители красного цвета были животного происхождения. Алый краситель Кармин (другое название — Кошениль) добывали из высушенных тел самок червеца карминоносного (Coccus cacti) — насекомого, живущего на одном из видов мексиканского кактуса (для получения 1 кг красителя необходимо было высушить 150 тысяч насекомых). Другой краситель красного цвета Кермес извлекали из высушенных самок червеца кермессового (Coccus ilicis) — насекомого, поражающего кермесовый дуб.
Главным желтым красителем древности был Шафран, извлекаемый из цветов растения шафрана (Crocus sativus). Чтобы получить 1 кг красителя, надо было переработать свыше 40 тысяч цветков. В средние века наиболее известным желтым красителем был Резеда — краситель, получаемый из семян, стеблей и листьев растения резеда (Reseda luteola L.). Использовались и другие природные красители желтого цвета: Кверцитрон — краситель, содержащийся в экстракте коры североамериканского дуба (Guercus tinctoria nigra), Сафлор — краситель, извлекаемый из высушенных лепестков сафлора красильного (Carthamus tinctorius). В желтый цвет ткани окрашивали также экстрактом незрелых плодов крушины.
Для получения черного цвета использовали экстракт древесины кампешевого дерева (Haematoxylon campechiancum L.). Природный краситель — Кампешевый черный был известен еще в XV в., однако приобрел свою настоящую ценность лишь в 1812 г., когда французский химик Шеврель открыл его свойство образовывать с солями металлов окрашенные лаки.
Некоторые красители были дороже золота, например, Тирийский (античный) пурпур. Его добывали из особой улитки-багрянки, обитающей в Средиземном море. Сама улитка не окрашена в пурпурный цвет. Обычно ее измельчали с водой и полученным соком пропитывали ткань, которую развешивали на воздухе. При окислении кислородом воздуха сок багрянки и окрашивался в пурпурный цвет. Из 10 тысяч улиток удавалось получить только 1 г красителя. Название Тирийского пурпура происходит от древнего средиземноморского города Тира, в котором начиналось и развивалось производство этого красителя. Окрашенные пурпурные изделия ценились очень дорого еще в Древнем Риме.
Многие из естественных красителей растительного и животного происхождения добывались в значительных количествах, удовлетворявших потребности общества. Фактически до конца XIX в. преимущественно использовались красители, добытые из природных источников.
Первые синтетические красители
Бурное развитие текстильной промышленности в XVIII в. и переход к машинному производству текстильных изделий резко повысили спрос на дешевые красители. Становилась неотложной задача замены дорогих природных красителей дешевыми и доступными синтетическими красителями.
В XIX в. на мировом рынке было единственное синтетическое красящее вещество (пикриновая кислота), открытое Вульфом в 1771 г., и его производство составляло лишь 1 % от мирового производства красителей.
Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. польским ученым Я. Натансоном. Работая в г. Юрьев (ныне г. Тарту), он, нагревая анилин с дихлорэтаном в запаянной трубке, получил соединение красного цвета, способное окрашивать шерсть и шелк в более красивый красный цвет, чем Кармин. В 1858 г. французский химик Верген получил то же вещество окислением технического анилина (содержащего примесь толуидинов) и назвал его Фуксином, т. к. краситель напоминал окраской цветок фуксии.
В 1856 г., полугодом позже Натансона, английский химик В. Перкин, окисляя технический анилин хромовой смесью, получил красновато-фиолетовое вещество, интенсивно окрашивающее шелк. Позднее краситель получил название Мовеина за сходство с окраской цветка мальвы. Шелк цвета мальвы пользовался большим спросом, и в короткий срок было организовано промышленное производство красителя. Так возникла новая отрасль химического производства — анилино-красочная промышленность, названная так потому, что все первые синтетические красители были получены либо из анилина, либо из его технических смесей с аналогичными продуктами.
Первые синтетические красители были получены случайно. Лишь после создания А.М. Бутлеровым в 1861 г. теории строения органических соединений — теоретического фундамента органической химии — стал возможным целенаправленный синтез красителей. Синтез Ализарина был первым направленным синтезом промышленно важного красителя. Краситель синтезировали немецкие химики Гребе и Либерманн после того, как в 1868 г. они исследовали структуру Ализарина, извлеченного из корней марены, и определили, что он является 1,2-дигидроксиантрахинином.
История красителей хранит много интересных событий, порой курьезных, а порой и драматических. В средние века между Италией и Швейцарией даже разразилась настоящая война из-за нескольких десятков килограммов красителя шафрана.
Богата событиями история индиго - "короля" красителей. С древних пор его добывали из стеблей и листьев растения индигоферы, произрастающего в тропических странах Азии. В Европу индиго в VIII веке завезли арабские купцы, но против него дружно восстали европейские красильщики. Они красили ткани в синий цвет соком растения вайды, часто встречавшегося по берегам рек, и заморский краситель был им не нужен. В германских городах индиго при поддержке церкви объявили "новоизобретенной мошеннической едкой и разрушительной краской, называемой также дьявольской краской". Кое-где красильщики вынуждены были ежегодно давать обет не применять индиго под угрозой смертной казни. Но, несмотря на препятствия, король красителей со временем занял подобающее ему место. А в конце прошлого века вокруг индиго вновь разгорелись страсти. Немецкий химик Адольф Байер после упорных пятнадцатилетних исследований установил строение индиго и в 1882 году получил его искусственным путем. Поначалу синтетический индиго был дорогим, но уже в первые годы нашего столетия искусственный краситель стал почти в три раза дешевле натурального. Потерпевшие крах торговцы природным индиго пытались было опять с помощью церкви обрушиться теперь уже на синтетический краситель. Но проклятьями прогресса науки не остановишь. А индиго производится в больших количествах и по сей день. Особенно высоким спросом он пользуется в последнее десятилетие как лучший краситель для джинсовых тканей.
Область применения.
В относительно короткое время синтетические красители практически полностью вытеснили натуральные. Число их росло очень быстро и сейчас значительно превышает 10 тысяч. По своим свойствам они превосходят природные, стоят значительно дешевле, да и получать их гораздо проще. Основным сырьем для производства красителей служат продукты переработки нефти и коксования каменного угля. Исторически первые синтетические красители были получены из анилина, и со временем за ними так и осталось название анилиновых, а отрасль химической промышленности, выпускающая красители, называется анилинокрасочной.
Все, что надето на вас, вплоть до пуговиц и шнурков ботинок окрашено синтетическими красителями. А что окружает вас в квартире? Мебель, шторы на окнах и обои на стенах, всевозможные изделия из пластмасс, кожаные и резиновые вещи, детские игрушки - цвет всем этим столь разным предметам тоже дают синтетические красители. Благодаря им мы смотрим цветные кинофильмы, читаем книги и журналы с яркими иллюстрациями, пишем шариковыми ручками и фломастерами всех цветов.
Как видите, окрашивать приходится очень разные по своим свойствам материалы. И каждый материал требует особенных, только для него пригодных методов крашения.
А для того чтобы покрасить кожу, нужна сложная предварительная обработка. Сначала кожу несколько дней выдерживают в растворе извести в смеси с сернистым натрием для удаления волосяного покрова. После этого специальным составом производят ее золение и смягчение. Потом кожу дубят, чтобы она стала прочной и пластичной, приобрела водоотталкивающие и противогнилостные свойства. Только после этого кожу красят в нужный цвет.
Очень интересно происходит процесс крашения изделий из анодированного алюминия. Сначала собирают электрическую цепь, в которой окрашиваемая алюминиевая пластинка служит анодом. Анод и катод опускают в разбавленную серную кислоту и начинают пропускать определенной силы электрический ток. При этом на поверхности алюминия образуется окисная пленка, которая легко окрашивается красителями. После крашения проводят процесс электрохимической полировки, в результате которого пленка затягивается и в дальнейшем не подвергается внешним воздействиям.
Большинство производимых красителей идет в текстильную промышленность для крашения тканей. При этом для различных тканей нужны разные красители: одними красят шерсть, другими - хлопчатобумажные ткани, третьими - ткани из различных синтетических волокон. Но ко всем этим красителям предъявляется одно и то же требование - давать окраску не только красивую, но и прочную. А это значит, что окраска не должна выгорать на солнце и портиться при глажении ткани утюгом, линять при стирке и оставлять следы при трении на белой ткани. Значит, краситель должен быть прочно связан с тканью. Большинство красителей удерживается на ткани за счет сил притяжения между их молекулами и волокнами ткани. Если эти силы окажутся недостаточно прочными, то окраска будет линять при стирке или во время дождя. Гораздо более прочную окраску дают недавно открытые активные красители. В их молекулах есть активная группа, которая при крашении отщепляется. При этом между красителем и волокном ткани возникает прочная химическая связь.
Для получения тканей с рисунком применяют специальные печатные машины. Способ нанесения рисунка зависит от его особенностей. Допустим, нужна ткань с таким рисунком - по белому полю разбросаны синие цветы. Окраску получают при помощи прямой печати, нанося рисунок на белую ткань. А если необходима обратная картина - белые цветы на синем фоне? В этом случае берут уже окрашенную однотонную синюю ткань и специальным составом вытравляют на ней рисунок. Вытравной состав может содержать краситель какого-нибудь другого цвета, например желтый. Тогда мы получим синюю ткань с желтыми цветами. Для получения более сложных узоров применяют резервную печать. Определенные участки на ткани предварительно покрывают резервирующим веществом, и при нанесении красителя они уже не окрашиваются. Совсем недавно появился еще один интересный способ получения сложного узора на ткани - переводная печать. Рисунок получают почти так же, как на детских переводных картинках. Сначала он наносится на бумагу, потом в определенных условиях бумагу совмещают с тканью - и краситель переходит на ткань. Так можно получить многоцветный и очень тонкий рисунок, мало чем уступающий книжным иллюстрациям.
