Đề tài thuốc nhuộm và vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải thuốc nhuộm

Ngành dệt nhuộm đã có từ rất lâu đời và là nghề truyền thống có từ thời ông cha ta. Nó trở thành 1 trong những nhu cầu cơ bản của con người. Từ thời cổ đại thì màu sắc trong các sản phẩm may mặc là những nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên nhưng khi xã hội phát triển con người không những ăn no mặc ấm mà phải tự đẹp và hợp thời trang do đó sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp dần dần đang thay thế hoàn toàn thuốc nhuộm tự nhiên. Ước tính hơn 1015% tổng số thuốc nhuộm được sử dụng trong quy trình nhuộm và ngành công nghiệp dệt may thải vào môi trường trong suốt quá trình tổng hợp và nhuộm, khoảng 280,000 tấn thuốc nhuộm dệt thải ra mỗi năm trên toàn thế giới. Dòng chất thải phát sinh từ ngành công nghiệp dệt may nguy hiểm và khó phân hủy sinh học nên vấn đề ô nhiễm môi trường đã và đang được quan tâm.Chương I. SƠ LƯỢC VỀ THUỐC NHUỘM Chương II. TỔNG HỢP THUỐC NHUỘM Chương III. VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CHẤT THẢI THUỐC NHUỘM C. KẾT LUẬN:

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA HỌC

*****

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: HÓA HỌC HỮU CƠ

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CHẤT THẢI THUỐC NHUỘM

Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Th.S Ngô Duy Ý Tống Ngọc Trâm Anh

Lớp Hóa 2B MSV: 16S2011001

Huế, tháng 05/2018

Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm Huế và các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho sinh viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn Thạc sĩ Ngô Duy

Ý đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi để em được làm đề tài này

Bài viết sẽ không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy

cô và các bạn để bài viết hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và khách thể nguyên cứu 1

4 Phạm vi nghiên cứu 1

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

6 Phương pháp nghiên cứu 2

7 Bố cục đề tài: Bao gồm 2

B NỘI DUNG 3

CHƯƠNG I SƠ LƯỢC VỀ THUỐC NHUỘM 3

1 Tổng quan về phẩm màu 3

2 Lịch sử phát triển các thuyết màu 4

2.1 Lý thuyết màu cổ điển 4

2.1.1 Thuyết mang màu 4

2.1.2 Thuyết màu quinoit 5

2.1.3 Thuyết nguyên tử chưa bão hòa và thuyết tạo màu khi chuyển hợp chất hữu cơ về dạng muối 6

2.1.4 Thuyết dao động màu 6

2.1.5 Thuyết nhiễm sắc 7

2.2 Lý thuyết màu hiện đại 7

2.2.1 Bản chất màu sắc trong tự nhiên 7

2.2.2 Cấu tạo vật thể có màu 9

2.2.3 Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát 9

2.2.4 Tình trạng mắt người quan sát 9

2.3 Tính chất của ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng của vật thể 9

2.3.1 Bản chất của ánh sáng 9

2.3.2 Thuyết điện tử về hợp chất hữu cơ có màu 12

2.4 Nguyên lý phối ghép màu 15

2.4.1 Khả năng cảm thụ màu của mắt 15

2.4.2 Sự phản màu và sự hài hòa của màu 15

2.4.3 Phương pháp phối màu phẩm màu 16

3 Thuốc nhuộm thiên nhiên 17

3.1 Nguồn gốc màu 17

3.2 Phản ứng chuyển hóa màu thiên nhiên 18

3.3 Sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên ở Việt Nam 19

4 Thuốc nhuộm tổng hợp 20

4.1 Các giai đoạn phát triển 20

4.2 Phân loại 21

CHƯƠNG II TỔNG HỢP THUỐC NHUỘM 22

1 Phân loại theo cấu tạo hóa học 22

1.1 Thuốc nhuộm azo 22

1.2 Thuốc nhuộm antraquinon 22

1.3.Thuốc nhuộm inđigoit 23

1.4 Thuốc nhuộm arylmetan 23

1.5 Thuốc nhuộm nitro 24

1.6 Thuốc nhuộm nitrozo 24

1.7 Thuốc nhuộm polymetyn 24

1.8 Thuốc nhuộm lưu huỳnh 24

1.9 Thuốc nhuộm arylamin 25

1.10 Thuốc nhuộm azometyn 25

1.11 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng 25

1.12 Thuốc nhuộm phtaloxianin 25

2 Phân loại theo phân lớp kỹ thuật 26

2.1 Phân loại 26

2.2 Gọi tên 26

2.3 Cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu 27

2.3.1 Liên kết ion 27

2.3.2 Liên kết đồng hóa trị 27

2.3.3 Liên kết hyđro 27

2.3.4 Liên kết Van der Waals 28

2.3.5 Lực tương tác kỵ nước 28

2.4 Các loại thuốc nhuộm cụ thể 28

2.4.1 Thuốc nhuộm trực tiếp 28

2.4.2 Thuốc nhuộm axit 29

2.4.3 Thuốc nhuộm hoạt tính 30

2.4.4 Thuốc nhuộm bazơ – cation 30

2.4.5 Thuốc nhuộm hoàn nguyên 31

2.4.6 Thuốc nhuộm lưu huỳnh 32

2.4.7 Thuốc nhuộm phân tán 33

2.4.8 Thuốc nhuộm azo không tan 33

2.4.9 Thuốc nhuộm pigment 34

2.4.10 Chất tăng trắng quang học 35

3 Các phản ứng tổng hợp thuốc nhuộm 36

3.1 Phản ứng thế nhân thơm 36

3.1.1 Phản ứng thế electrophin 36

3.1.2 Phản ứng thế nucleophin 39

3.2 Phản ứng biến đổi nhóm thế 40

3.2.1 Phản ứng thế nucleophin 40

3.2.2 Các phản ứng biến đổi khác 40

3.3 Phản ứng biến đổi vòng thơm 41

4 Quy trình tạo vật phẩm trung gian 42

4.1 Sunfo hóa (thuận nghịch) 42

4.1.1 Mục đích: 42

4.1.2 Tác nhân sunfo hóa: 42

4.1.3 Cơ chế của phản ứng: 42

4.1.4 Sơ đồ sunfo hóa một số hợp chất thơm 43

4.2 Nitro hóa (không thuận nghịch) 44

4.2.1 Tác nhân nitro hóa và cơ chế 44

4.2.2 Tính chất của hợp chất nitro: 44

4.2.3 Sơ đồ nitro hoá một số hợp chất: 44

4.3 Halogen hóa 45

4.3.1 Tác nhân halogen hóa 45

4.3.2 Cơ chế phản ứng 45

4.3.3 Sơ đồ clo hóa một số hợp chất thơm 45

4.4 Tạo nhóm hydroxyl trong nhân thơm 46

4.4.1 Phản ứng nung chảy kiềm 46

4.4.2 Phản ứng thế nguyên tử halogen 46

4.4.3 Phản ứng thủy phân nhóm amin bậc nhất 46

4.5 Tạo nhóm amin trong nhân thơm 47

4.5.1 Khử nhóm nitro và các nhóm chứa nitơ 47

4.5.2 Phản ứng thay thế các nhóm khác 47

4.6 Tổng hợp chất vòng dị thể 48

4.6.1 Tổng hợp hợp chất pizolon 48

4.6.2 Các hợp chất inđol 49

4.6.3 Aminothiazol 49

4.6.4 Aminobenzothiazol 49

CHƯƠNG III VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CHẤT THẢI THUỐC NHUỘM 50

1 Thành phần và tính chất trong nước thải dệt nhuộm 50

2 Các chất ô nhiễm chính và ảnh hưởng tới môi trường 51

2.1 Các chất ô nhiễm chính 51

3.2 Ảnh hưởng tới môi trường 53

3.3 Nồng độ ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm ở nước ta và trên thế giới: 53

4 Một số phương pháp xử lý 54

4.1 Phương pháp cơ học 55

4.2 Phương pháp hóa học 55

4.2.1 Phương pháp hóa lý 56

4.2.2 Phương pháp sinh học 56

4.2.3 Công nghệ xử lý hiện nay 56

C KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Những nhóm mang màu quan trọng

Hình 1.2 Các đại lượng đặc trưng của sóng

Hình 1.3 Bước sóng của các tia trong quang phổ ánh sáng Mặt trời

Hình 1.4 Những màu sắc chính của quang phổ Mặt trời

Hình 1.5 Quang phổ ánh sáng Mặt trời

Hình 1.6 Quang phổ ánh sáng nhân tạo

Hình 1.7 Quy luật phối ghép màu hình tam giác

Hình 1.8 Quy luật bổ trợ màu trên đường tròn

Hình 2.1 Ưu và nhược điểm thuốc nhuộm hoạt tính

Hình 3.1 Các chất ô nhiễm và đặc tính của nước thải của ngành công nghiệp dệt

nhuộm

Hình 3.2 Thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm ở nước ngoài

Hình 3.3 Lưu lượng và tính chất nước thải các nhà máy dệt nhuộm ở TpHCM

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

SS : Chất rắn lơ lửng

CMC : Carboxymetyl cellulose

PVA : Polyvinylalcol

A MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngành dệt nhuộm đã có từ rất lâu đời và là nghề truyền thống có từ thời ông cha ta Nó trở thành 1 trong những nhu cầu cơ bản của con người Từ thời cổ đại thì màu sắc trong các sản phẩm may mặc là những nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên nhưng khi xã hội phát triển con người không những ăn no mặc ấm mà phải tự đẹp và hợp thời trang do đó sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp dần dần đang thay thế hoàn toàn thuốc nhuộm tự nhiên Ước tính hơn 10-15% tổng số thuốc nhuộm được sử dụng trong quy trình nhuộm và ngành công nghiệp dệt may thải vào môi trường trong suốt quá trình tổng hợp và nhuộm, khoảng 280,000 tấn thuốc nhuộm dệt thải ra mỗi năm trên toàn thế giới Dòng chất thải phát sinh từ ngành công nghiệp dệt may nguy hiểm và khó phân hủy sinh học nên vấn đề ô nhiễm môi trường đã và đang được quan

tâm Vì lý do đó nên em chọn đề tài “Tìm hiểu về thuốc nhuộm và vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải thuốc nhuộm” với mong muốn trao dồi kiến thức cho bản thân

kiến thức về thuốc nhuộm và cơ chế hình thành màu nhuộm cũng như vấn đề ô nhiễm môi trường từ nước thải góp phần nâng cao ý thức cải thiện và bảo vệ môi trường sống hiện nay

2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

Tìm hiểu tổng quan về thuốc nhuộm, phân loại thuốc nhuộm, các phản ứng tổng hợp thuốc nhuộm

Tìm hiểu về vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải thuốc nhuộm và các biện pháp khắc phục

3 Đối tượng và khách thể nguyên cứu

Thuốc nhuộm tự nhiên

Thuốc nhuộm tổng hợp

4 Phạm vi nghiên cứu

Tìm hiểu các vấn đề lý thuyết về tự thuốc nhuộm như lịch sử phát triển, phân loại, phản ứng tổng hợp thuốc nhuộm, quy trình tạo vật phẩm trung gian, cơ chế liên kết thuốc nhuộm với vật liệu

Thành phần chất thải thuốc nhuộm và ảnh hưởng của nó tới môi trường cũng như biện pháp khắc phục

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Các vấn đề lý thuyết cơ bản về thuốc nhuộm

Nêu bật được mặt tiêu cực của chất thải thuốc nhuộm lên môi trường

6 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu các vấn đề lý thuyết thông qua các giáo trình hóa học hữu cơ và tài liệu tham khảo

Tìm hiểu vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải thuốc nhuộm và biện pháp khắc phục thông qua báo, Internet và tài liệu liên quan

7 Bố cục đề tài: Bao gồm

A MỞ ĐẦU:

B NỘI DUNG:

Chương I SƠ LƯỢC VỀ THUỐC NHUỘM

Chương II TỔNG HỢP THUỐC NHUỘM

Chương III VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO CHẤT THẢI THUỐC NHUỘM

C KẾT LUẬN:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

sử dụng thì khác nhau,cần phân biệt cho đúng

Thuốc nhuộm là tên chỉ chung những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên

và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác.[12]

Tùy theo cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng của chúng mà người ta chia thuốc nhuộm thành các nhóm, họ, loại, lớp khác nhau

Thuốc nhuộm được dùng chủ yếu để nhuộm vật liệu dệt từ xơ thiên nhiên (bông, lanh, gai, len, tơ tằm ), xơ nhân tạo (vixco, axetat, polyno, ) và xơ tổng hợp (polyamit,polyeste, polyacrylonitrin, polyvinylic, polyolefin ) Ngoài ra chúng còn được dùng để nhuộm cao su, chất dẻo, chất béo, sáp, xà phòng; để chế tạo mực in trong công nghiệp ấn loát, để chế tạo văn phòng phẩm, vật liệu làm ảnh màu dùng làm chất tăng và giảm độ nhạy với ánh sáng.[4]

Để nhuộm các loại vật liệu dệt ưa nước người ta dùng những lớp thuốc nhuộm hoà tan trong nước, chúng khuếch tán và gắn màu vào xơ sợi nhờ các lực liên kết hoá

lý, liên kết ion hoặc liên kết đồng hoá trị với thuốc nhuộm hoạt tính Để nhuộm các loại vật liệu dệt ghét nước và nhiệt dẻo (xơ axetat và xơ tổng hợp) người ta dùng loại thuốc nhuộm không tan trong nước, sản xuất ở dạng bột mịn phân tán cao gọi là thuốc nhuộm phân tán,nó bắt màu vào xơ sợi theo cơ chế hoà tan (xơ sợi là dung dịch rắn) hoặc phân bố sâu trong hệ thống mao quản của xơ

Để nhuộm cao su, chất dẻo, chỉ màu, mực in, sơn màu, người ta dùng pigment và những loại thuốc nhuộm không tan trong nước Trong trường hợp này pigment hay thuốc nhuộm được gắn vào vật liệu hoặc là nhờ chất tạo màng (khi nhuộm bề mặt) hoặc là trộn với khối vật liệu để phân bố chúng sâu trong đó Khi nhuộm chất béo, dầu, mỡ, xăng,vecni

nitro người ta dùng loại thuốc nhuộm hoà tan trong các vật liệu này [4]

2 Lịch sử phát triển các thuyết màu

2.1 Lý thuyết màu cổ điển

Từ lâu các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm cách giải thích câu hỏi: Tại sao thế giới quanh ta có màu và màu của chúng lại khác nhau? Đây là vấn đề hay nhưng cũng rất khó, trải qua nhiều thế kỷ cho đến khi các nhà khoa học vật lý và hóa học phát triển đến mức cao thì mới tìm được các lời giải đáp tương đối thỏa đáng và xây dựng được lý thuyết màu hiện nay.[6]

Giải đáp vấn đề màu sắc của mọi vật theo quan điểm của hoá hữu cơ có nghĩa là xác định sự phụ thuộc chung giữa sự hấp thụ các tia sáng trong miền thấy được của quang phổ ánh sáng mặt trời và cấu tạo hoá học của hợp chất hữu cơ nói chung và thuốc nhuộm nói riêng Đến nay nhờ dựa vào lý thuyết màu người ta đã định hướng cho việc tổng hợp nên những chất màu và thuốc nhuộm mới rất phong phú và đa dạng.[4]

2.1.1 Thuyết mang màu

Dựa trên các quan điểm của Butlerov và Alektsev năm 1876 O Witt đã lập nên thuyết mang màu của hợp chất hữu cơ, được coi là thuyết màu đầu tiên Theo thuyết này thì hợp chất hữu cơ có màu do chúng chứa các nhóm mang màu trong phân tử, đó

là những nhóm nguyên tử chưa bão hoà hoá trị [4]

Bảng 1.1.Những nhóm mang màu quan trọng

Theo O Witt thì những hợp chất hữu cơ chứa nhóm mang màu được gọi là

“chất mang” Ngoài các nhóm mang màu cần thiết, khi đưa thêm vào phân tử của chất mang một nhóm nguyên tử gọi là nhóm trợ màu thì màu của hợp chất sẽ sâu hơn và sẽ

có khả năng nhuộm màu cho một số vật liệu thích hợp Trong số các nhóm trợ màu thì quan trọng hơn cả là: -OH, -NH2, -N(CH3)2, -N(C2H5)2.[11]

Màu sâu hơn có thể tạo thành từ những nhóm sinh màu (chromogen) Màu sẽ sâu hơn khi:

- Liên kết nối đôi cách của hệ thống mang màu dài hơn

- Tăng số nhân thơm từ cấu trúc đơn giản thành cấu trúc đa nhân

- Tăng số nhóm cacbonyl liên kết trực tiếp với nhau

- Tăng liên kết nội phân tử mà không phá vỡ hệ nối đôi tiếp cách

- Chuyển nhóm tạo màu thành dạng muối hoặc alkyl hóa nhóm amin

Tuy nhiên khi :

- Chuyển nhóm trợ màu vào vòng thơm màu sẽ nhạt đi [1]

Tuy chưa có những giải thích thoả mãn về bản chất màu của hợp chất hữu cơ, những kết luận rút ra chỉ dựa vào hiện tượng và kinh nghiệm, song thuyết mang màu

đã làm cơ sở cho các thuyết màu sau này tiếp tục nghiên cứu sâu hơn, nó đã góp phần không nhỏ vào việc tổng hợp chất màu và thuốc nhuộm, một số khái niệm đến nay vẫn còn được sử dụng

2.1.2 Thuyết màu quinoit

Thuyết màu này được R Nesaki đề xuất năm 1888, theo ông thì các hợp chất hữu cơ có màu là do trong phân tử của chúng có chứa nhân thơm ở dạng quinoit Để minh hoạ cho thuyết này người ta đã dẫn ra thí dụ sau đây: parabenzoquinon (1) có màu vàng do có cấu tạo quinoit; khi bị khử đến 1,4-xyclohexanđion (2) thì bị mất màu

dù vẫn chứa hai nhóm cacbonyl là hai nhóm mang màu; khi bị khử đến hiđroquinon (3) cũng mất màu

(1) (2) (3)

Hiện tượng này được giải thích rằng các hợp chất (2) và (3) mất màu là do không còn tồn tại cấu tạo quinoit

Thuyết mang màu đã được sử dụng để giải thích hiện tượng màu của thuốc nhuộm dựa vào cấu tạo phân tử của chúng; tuy nhiên thuyết này chưa tìm được các

quy luật chung, một số trường hợp ngoại lệ (hợp chất có màu nhưng không viết được cấu tạo quinoit) dùng thuyết này không giải đáp được hiện tượng màu.[4]

2.1.3 Thuyết nguyên tử chưa bão hòa và thuyết tạo màu khi chuyển hợp chất hữu cơ về dạng muối

Năm 1902 Bayer đã tìm ra hiện tượng gọi là “Galocromy”, thể hiện ở các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm cacbonyl ( C=O), màu của chúng sẽ sâu hơn dưới tác dụng của axit hay muối kim loại Để làm rõ hơn hiện tượng này năm 1910 Pfeifer đã tìm thấy rằng các axit hay muối kim loại có khả năng kết hợp với oxy của nhóm cacbonyl

là do nguyên tử oxy chứa trong các hợp chất này có cặp điện tử chưa chia nên chúng

có thể liên kết với axit hay muối của kim loại làm cho màu sâu hơn, và có cấu tạo muối có thể viết tổng quát như sau:

Không màu Có màu

Ở đây R là các gốc hữu cơ; HX là axit khoáng.[10]

Năm 1928 Đinte - Vixinge còn nhận thấy rằng các nhóm mang màu là những

nhóm nguyên tử chưa bão hoà hoá trị, khi chuyển sang dạng ion thì màu sẽ sâu hơn.[4]

2.1.4 Thuyết dao động màu

Để giải thích bản chất của hiện tượng màu, năm 1910 Porai - Cosix (nhà bác học người Nga) lần đầu tiên đã nghiên cứu sâu về thực chất của hiện tượng màu, đã gắn khả năng hấp thụ các tia sáng với quá trình thay đổi các mối liên kết giữa các nguyên tử trong các hợp chất màu Theo ông thì trong phân tử của hợp chất hữu cơ chưa bão hoà liên tục xảy ra biến đổi hoặc dao động các liên kết, và giả thiết rằng sự hấp thụ chọn lọc các tia sáng là kết quả của sự giao thoa giữa dao động của các tia sáng đồng bộ với dao động của các liên kết nội phân tử trong các hợp chất chưa bão hoà Nếu như tốc độ dao động của các liên kết của hợp chất hữu cơ ở mức đồng bộ với dao động của các tia sáng trong miền quang phổ nhìn thấy thì điểm hấp thụ cực đại của các hợp chất sẽ chuyển đến miền này làm cho hợp chất có màu

Thuyết dao động màu đã tiến thêm một bước nữa trong việc giải

thích bản chất của màu sắc.[4]

2.1.5 Thuyết nhiễm sắc

Khi nghiên cứu về bản chất của màu sắc, năm 1915 nhà bác học người Nga là

V A Izmanski đã đề ra thuyết nhiễm sắc Theo ông thì khả năng hấp thụ chọn lọc ánh sáng của thuốc nhuộm hữu cơ không chỉ do chúng chứa các nhóm mang màu mà còn

do chúng có thay đổi cấu tạo trong phân tử nhờ sự liên hợp của các nhóm mang màu riêng biệt và sự tương tác của các điện tử trong hệ thống liên hợp Ông gọi trạng thái của phân tử lúc này tương tác của các điện tử trong hệ thống liên hợp.[4]

Trạng thái nhiễm sắc xuất hiện khi ở một đầu hệ thống mối liên kết nối đôi cách

qua hệ thống liên hợp làm phát sinh trạng thái đặc biệt trong phân tử đó là sự cạnh tranh điện tích của các nhóm ở 2 đầu hệ thống liên kết nối đôi cách, chuyển hợp chất sang trạng thái có màu [1]Thuyết nhiễm sắc đã góp phần giải thích bản chất màu của một số thuốc nhuộm hữu cơ

Các thuyết màu kể trên đã đóng vai trò nhất định trong việc nghiên cứu và giải thíchhiện tượng màu, song do những hạn chế về điều kiện và phương tiện nghiên cứu, chưa có thuyết nào được coi là hoàn hảo, nhất là chưa giải thích được đầy đủ bản chất của màu sắc Bản chất của màu sắc gần đây đã được nghiên cứu và giải thích đầy đủ hơn bằng thuyết điện tử

2.2 Lý thuyết màu hiện đại

2.2.1 Bản chất màu sắc trong tự nhiên

Màu sắc là một hiện tượng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau đây:

- Cấu tạo của vật thể có màu

- Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát

- Tình trạng của mắt người quan sát.[4]

Màu sắc của vật chất trong tự nhiên được tạo thành do sự tương tác giữa ánh sáng chiếu vào với bề mặt của vật Sự tương tác này chính là sự hấp thu có chọn lọc các tia sáng có bước sóng khác nhau trong ánh sáng chiếu vào và sự phản xạ lại những phần còn lại của ánh sáng

Do phụ thuộc vào mắt người quan sát nên màu sắc phụ thuộc vào yếu tố chủ quan của con người Để đánh giá và phân biệt màu sắc một cách khách quan người ta

đã chế tạo ra những dụng cụ và thiết bị đo màu dựa vào bước sóng và các thông số

khác nữa của các tia phản xạ Khi nghiên cứu về màu sắc người ta dùng các khái niệm sau đây

 Màu vô sắc (hay còn gọi là màu tiên sắc, màu trung hoà) đặc trưng bằng

cường độ như nhau của các tia phản xạ ở tất cả các bước sóng: không có tia trội, chúng trung hòa lẫn nhau nên mắt người không cảm giác được sắc thái riêng của màu Thí dụ: màu trắng, màu ghi, màu đen.[10]

 Màu hữu sắc là những màu thiên nhiên thể hiện ở mọi vật trong thế giới

xung quanh chúng ta với các từ: xanh lam, xanh lục, đỏ, tím, vàng, da cam v.v Màu hữu sắc là kết quả của sự hấp thụ chọn lọc và phản xạ một số tia sáng có bước sóng nhất định Màu của vật thể là hiệu ứng màu phối hợp của các tia phản xạ mà mắt người cảm thụ được

Màu hữu sắc chia làm hai loại: màu đơn sắc và màu đa sắc Màu đơn sắc chính

là màu quang phổ, gặp ở những trường hợp vật thể chỉ phản xạ một tia của quang phổ ánh sáng trắng, còn các tia khác thì hấp thụ hết Màu đa sắc là màu của tập hợp các tia phản xạ của một vật nào đó có bước sóng khác nhau nhưng cường độ và tỷ lệ các tia này không như nhau Màu chủ đạo của vật thể sẽ là màu của tia phản xạ nào chiếm tỷ

lệ lớn nhất được hoà với màu của các tia còn lại theo quy luật phối màu.[4]

Trong tự nhiên để chỉ màu đa sắc người ta dùng các tính từ kép như: màu tím

đỏ, lam ánh đỏ, lục ánh vàng hoặc dùng các màu có sẵn trong tự nhiên để gọi như: vàng chanh, vàng kim, xanh da trời, xanh nước biển v.v Theo lý thuyết màu và các phép tính màu, các đồ thị màu thì màu hữu sắc là một đại lượng ba chiều được xác định bằng: tông màu, độ thuần sắc hay độ bão hoà và độ sáng hay độ ánh

Trong ngôn ngữ thông thường nó được hiểu là sắc điệu của màu và được biểu thị bằng các từ: sắc, sắc thái, hoặc ánh màu, thí dụ như: sắc xanh, sắc vàng hay ánh vàng Trong

kỹ thuật người ta hiểu tông màu là sự khác biệt về cảm giác màu của một màu hữu sắc nào đó so với màu ghi có cùng độ sáng Sắc hay tông màu được biểu thị bằng bước sóng trội của màu Những màu giống nhau về sắc thường được xếp vào loại có chung một tông màu.[4]

bằng tỉ lệ của độ ánh thành phần đơn sắc đối với đọ ánh chung Màu đơn sắc có độ thuần sắc 100%, màu vô sắc có độ thuần sắc 0%

 Độ sáng cũng là một khái niệm thường dùng khi đánh giá và phân tích màu

sắc Mức độ sang tối của 1 màu được đánh giá bằng phần trăm của tia phản chiếu so với tổng chùm tia tới Trong thực tế thường gặp các màu huỳnh quang có độ sáng hay

độ ánh cao hơn các màu thông thường.[11]

2.2.2 Cấu tạo vật thể có màu

Do cấu tạo hóa học khác nhau nên dưới tác dụng của ánh sáng, mọi vật sẽ hấp thụ và phản xạ lại các phần tia tới với tỷ lệ và cường độ khác nhau Những tia phản xạ này sẽ tác động vào hệ thống cảm thụ thị giác và truyền thông tin về hệ thống thần kinh trung ương để hợp thành cảm giác màu, màu của mỗi vật chính là màu hợp thành của các tia phản xạ.[11]

2.2.3 Thành phần của ánh sáng chiếu vào vật thể và góc quan sát

Màu quang phổ là những màu nhận được khi phân tích ánh sáng trắng ra thành

những tia màu hợp thành nhờ các dụng cụ quang học, mỗi màu được đặc trưng bằng một bước sóng nhất định từ 380 đến 760 nm và gọi là màu đơn sắc, đặc điểm của các màu này là tươi và thuần sắc.[4]

Màu vô sắc

Màu đa sắc

2.2.4 Tình trạng mắt người quan sát

Không có sự tham gia của mắt người thì không có ý niệm về màu sắc

Trên cơ sở lý thuyết 3 màu, người ta giải thích rằng mắt cảm thụ được màu, phân biệt được các sắc thái khác nhau trong thiên nhiên là do sự phối hợp của ba màu

cơ bản: đỏ, xanh lục và xanh lam

Khi mắt nhận được thông tin màu dưới dạng năng lượng sóng của ánh sáng thì

hệ thống dây thần kinh thị giác sẽ truyền hình ảnh về não, ở đây não sẽ tập hợp thông tin và dựng lên các yếu tố về màu sắc của vật.[6]

2.3 Tính chất của ánh sáng và sự hấp thụ ánh sáng của vật thể

2.3.1 Bản chất của ánh sáng

a Bản chất sóng – hạt của ánh sáng

Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hình… tất cả đều

là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng, cũng giống như các bức xạ điện từ khác được đặc trưng bởi bước sóng, tần số, hoặc chu kỳ

T

Hình 1.2 Các đại lượng đặc trưng của sóng

Với sự ra đời của thuyết lượng tử, ánh sáng còn mang bản chất hạt

Một photon bị biến mất khi nó va vào và đẩy một điện tử vòng ngoài lên trạng thái kích thích ở các quỹ đạo xa nhân hơn sự hấp thu năng lượng ánh sáng vật chất

Một photon được sinh ra khi điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang một quỹ đạo khác gần nhân hơn và tải đi một năng lượng mà nguyên tử bị mất dưới dạng

năng lượng ánh sáng của vật chất.[11]

b Đặc điểm ánh sáng mặt trời

Ánh sáng là yếu tố trực tiếp tạo cho cơ quan thị giác của mắt cảm thụ được màu sắc Trong bóng tối mọi vật sẽ không thể hiện được màu sắc của mình và mắt người cũng không cảm thụ được gì cả Các nguồn sáng có cấu tạo khác nhau khi chiếu vào một vật sẽ làm cho vật đó thể hiện màu sắc khác nhau.[4]

Trong số các tia sáng chiếu từ mặt trời đến trái đất chúng ta, mắt của con người chỉ cảm thụ được phần ánh sáng trắng, còn gọi là miền thấy được của quang phổ ánh sáng mặt trời.[4] Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc của mắt người.[11]

Hình 1.3 Bước sóng của các tia trong quang phổ ánh sáng Mặt trời.[4]

Như vậy thì phần thấy được chỉ chiếm một giải rất hẹp trong toàn bộ quang phổ ánh sáng mặt trời Phần thấy được hay ánh sáng trắng này được hợp thành từ một số tia sáng có bước sóng khác nhau ứng với các màu của cầu vồng mà ta vẫn gặp trong tự nhiên sẽ có vô số màu trung gian, nhưng những màu chính được trình bày trong bảng

Hình 1.4 Những màu sắc chính của quang phổ Mặt trời

Như vậy dải phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 400- 700 nm

Để khắc phục hiện tượng này và nhằm chuyển các tia bức xạ cực tím thành các bức xạ nhìn thấy được có quang phổ liên tục, người ta đã phủ lên bên trong các loại đèn ống một lớp chất huỳnh quang có thành phần khác nhau nhằm tạo ra nguồn sang gần với ánh sáng trắng Các tia bức xạ của loại đèn này đã phối hợp quang phổ vạch của hơi thủy ngân với quang phổ liên tục của lớp phủ để tạo thành quang phổ liên tục của ánh sáng phát ra

Trên cơ sở này người ta đã chế tạo ra những loại đèn chuyên dùng cho việc đánh giá màu, trong số này có đèn xenon được coi là nguồn ánh sáng nhân tạo tiêu chuẩn dùng để quan sát, đánh giá và đo màu.[4]

có màu đen

Chúng ta cảm thụ được màu của những vật này nhờ tác dụng của các tia phản

xạ vào cơ quan thị giác của mắt Như vậy màu của một vật là do các tia phản xạ tạo nên Mọi vật muôn màu là do chúng có khả năng hấp thụ chọn lọc những phần nhất định của ánh sáng và phản xạ lại những phần nhất định.[4]

2.3.2 Thuyết điện tử về hợp chất hữu cơ có màu

Khi 1 phân tử hấp thu năng lượng bức xạ điện từ, phân tử có thể trải qua nhiều dạng kích thích Khi hấp thụ ánh sáng thì hợp chất màu sẽ tiếp nhận năng lượng của photon làm các điện tử vòng ngoài bị chuyển sang trạng thái kích thích, sau đó phần năng lượng này có thể chuyển sang các dạng: Quang năng, hóa năng, nhiệt năng…và hợp chất màu sẽ chuyển sang trạng thái ban đầu.[6]

Nhờ những thành tựu của các ngành vật lý và hoá học người ta đã xác định rằng chỉ có những điện tử vòng ngoài (điện tử hoá trị) của chất màu mới tham gia vào quá trình hấp thụ ánh sáng kèm theo sự chuyển động của chúng Khi hấp thụ ánh sáng thì hợp chất màu sẽ tiếp nhận năng lượng của các hạt photon, làm cho các điện tử vòng ngoài bị chuyển sang trạng thái kích động, sau đó phần năng lượng này có thể chuyển

sang các dạng: quang năng, hoá năng, nhiệt năng v.v và hợp chất màu lại trở về trạng thái ban đầu như vậy sự hấp thụ ánh sáng là kết quả của sự tương tác của các điện tử vòng ngoài củacác nguyên tử và phân tử các hợp chất hữu cơ với photon ánh sáng.[4]

a Ảnh hưởng của liên kết đôi

Trong các hợp chất hữu cơ thường gặp hai loại liên kết cơ bản: liên kết đơn và liên kết đôi Để kích động các điện tử trong mối liên kết đơn cần có một năng lượng lớn, tương ứng với năng lượng của các tia sóng ngắn nên những hợp chất chỉ chứa một loại liên kết nối đơn thường không có màu Ngược lại, các điện tử vòng ngoài của mối liên kết nối đôi do liên kết với nhân yếu, chúng linh động, nên chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng đủ kích động, nên chúng có khả năng hấp thụ các tia sáng có bước sóng lớn hơn trong miền thấy được của quang phổ và chúng có màu

Nếu như các mối liên kết nối đơn và nối đôi trong một hợp chất hữu cơ được xếp liên tục thành một hệ thống “một cách một” hay còn gọi là “nối đôi cách”, “nối đôi liên hợp” thì các điện tử vòng ngoài sẽ linh động hơn Độ linh động của các điện tử vòng ngoài trong hệ thống này phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

- Độ dài của hệ thống;

- Bản chất các nguyên tử chứa trong hệ thống;

- Cấu tạo của hợp chất (mạch thẳng hay mạch vòng) [4]

Nếu như tổng số mối liên kết nối đôi khá lớn nhưng không liên hợp thì hợp chất cũng không có màu hoặc màu không sâu.[7]

b Ảnh hưởng của nguyên tử khác ngoài Cacbon

Khi trong hệ thống mối liên kết nối đôi cách của một hợp chất hữu cơ nào đó ngoài cacbon còn chứa các nguyên tố khác như: O, N, S v.v.; do các nguyên tử này có điện tích hạt nhân và khoảng cách từ nhân đến các điện tử vòng ngoài khác nhau, khi nằm chung trong hệ thống mối liên kết nối đôi cách thì các điện tử vòng ngoài này dễ dàng chuyển dịch từ nguyên từ này sang nguyên tử khác, nghĩa là chúng linh động hơn, nên các hợp chất này sẽ hấp thụ được các tia sáng có bước sóng lớn hơn và có màu sâu hơn.[11]

c Ảnh hưởng của nhóm thế

Các phân tử của hợp chất hữu cơ khi ở trạng thái kích động luôn luôn khác với trạng thái bình thường của chúng Trong phân tử sẽ có những vị trí tích điện dương và những vị trí tích điện âm, nói khác đi ánh sáng đã làm phân cực hoá chúng, đây là tính

chất chung của tất cả các hợp chất hữu cơ có màu Những hợp chất hữu cơ chứa trong phân tử hệ thống mối liên kết nối đôi cách sẽ có khả năng phân cực dễ hơn các hợp chất khác; khả năng này sẽ tăng lên mạnh mẽ khi ở đầu mạch và cuối mạch có chứa các nhóm thế có khả năng thu và nhường điện tử Điều này sẽ làm cho các điện tử vòng ngoài linh động hơn và kết quả là hợp chất sẽ có thể hấp thụ được các tia sáng có bước sóng lớn hơn và màu sẽ sâu hơn.[4]

d Ảnh hưởng của sự ion hóa phân tử

Khi phân tử hợp chất hữu cơ bị ion hoá thì màu của chúng cũng thay đổi

Thí dụ : benzaurin sunfoaxit có màu vàng trong môi trường axit có màu đỏ do

bị ion hoá như sau:

Màu vàng Màu đỏ

Hay alizarin có màu vàng trong môi trường kiềm có màu tím:

e Ảnh hưởng của cấu tạo phân tử

Theo thuyết điện tử để cho phân tử hợp chất hữu cơ có màu sâu thì yêu cầu quan trọng là phân tử của nó phải có cấu tạo phẳng nhở đó mà sự tương tác của các điện tử khong bị cản trở Bất kỳ yếu tố nào phá vỡ yêu cầu này cũng ảnh hưởng đến màu của hợp chất [11]

Quy ước về hướng sâu màu và nhạt màu như sau:

2.4 Nguyên lý phối ghép màu

2.4.1 Khả năng cảm thụ màu của mắt

Màu mang đặc điểm của năng lượng sóng ánh sáng được cảm thụ bằng mắt, không có sự tham gia của mắt thì không có ý niệm về màu sắc

Mắt có thể xem như được cấu tạo bằng một hệ thống quang học rất tinh vi Trên cơ sở của thuyết ba màu người ta giải thích rằng: mắt cảm thụ được màu, phân biệt được các sắc thái khác nhau trong thiên nhiên là do sự phối hợp của ba màu

cơ bản Võng mạc của mắt được cấu tạo từ hai loại tế bào hình que và hình nón, chúng

có khả năng cảm thụ các tia có bước sóng nhất định của ánh sáng trắng Những tế bào hình que làm nhiệm vụ phân biệt sự khác nhau về cường độ của hình ảnh sáng tạo ra trên võng mạc, không tham gia vào việc cảm nhận màu thị giác Các tế bào hình nón

có ba miền nhạy cảm cực đại tương ứng với bước sóng của các màu: đỏ, xanh lục (đúng ra là vàng lục) và xanh lam, chúng có chức năng chính trong việc tạo nên cảm giác màu Mỗi khi nhận được tín hiệu màu từ môi trường xung quanh, thông qua các nón nhận cảm ứng với ba màu trên, chúng hội tụ lại và truyền về thần kinh thị giác, sau đó về vỏ não Ở vỏ não màu sẽ được tái tạo và cho ta nhận biết đầy đủ về sắc thái của nó.[4]

2.4.2 Sự phản màu và sự hài hòa của màu

Sự thay đổi sắc thái màu phản ánh ảnh hưởng qua lại giữa màu này với màu khác khi để chúng gần nhau, mà những màu đó lại có sắc thái khác nhau

Sự tương phản về sắc thái và độ tươi sáng của các màu thường xảy ra rõ nét ở ranh giới giữa chúng Để giảm bớt sự tương phản ranh giới đó người ta thường tách

có màu cùng với ánh màu của màu tương phản Thí dụ, màu vàng lục trên nền xanh lục sẽ cho cảm giác như màu vàng thuần sắc

Diện tích của các hình màu cũng có quan hệ qua lại với sự ảnh hưởng của màu sắc, nếu diện tích của màu càng lớn thì ảnh hưởng của nó càng mạnh Đồng thời độ sáng và cường độ màu cũng có ảnh hưởng đến diện tích của các hình.[4]

2.4.3 Phương pháp phối màu phẩm màu

Phối hợp thuốc nhuộm cũng dựa trên nguyên lý ghép cộng và ghép trừ các tia màu quang phổ và nguyên lý ghép từ ba màu cơ bản

Dù dùng phương pháp nào cũng phải dựa vào cặp nguyên tắc sau:

1- Phải dùng thuốc nhuộm cùng lớp theo phân lớp kỹ thuật và có các tính chất

kỹ thuật tương tự nhau: cùng điều kiện nhuộm (nhiệt độ, trị số pH, xúc tác, phụ gia); cùng có tốc độ bắt màu; cùng có độ bền màu với các chỉ tiêu khác nhau, v.v

2- Khi phối thuốc nhuộm thuộc các lớp khác nhau để nhuộm vải pha cần chọn những loại không tích điện trái dấu, không chứa các phụ gia có tính chất kỵ nhau làm cho dung dịch nhuộm bị kết tủa, sa lắng hoặc biến màu, khó ghép đồng màu

3- Có thể phối từ hai thuốc nhuộm kỹ thuật để tạo nên màu mới cần thiết nhưng

số màu mới tạo thành sẽ bị hạn chế Để tạo nên nhiều gam màu khác nhau người ta dung thuật phối ghép từ ba màu cơ bản: đỏ, vàng và xanh lam hoặc đỏ, vàng và xanh lục Đồ thị ghép màu được thiết lập theo hình tam giác đều, mỗi màu cơ bản được đặt

ở một đỉnh của tam giác, tỷ lệ phối ghép được chia đều theo các cạnh

Hình 1.7 Quy luật phối ghép màu hình tam giác

Hình 1.8.Quy luật bổ trợ màu trên đường tròn

* Chú ý: Khi phối màu hỗn hợp 2 thuốc nhuộm với nhau sẽ không cho màu

như khi phối 2 tia đơn sắc Nguyên nhân là do thuốc nhuộm không có khả năng phản

xạ các tia đơn sắc mà phản xạ tập hợp các tia lân cận, nên hiệu quả bổ trợ màu không hoàn toàn theo qui luật của phối màu quang học.[11]

3 Thuốc nhuộm thiên nhiên

3.1 Nguồn gốc màu

Từ thời thượng cổ loài người đã biết sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên lấy từ thực vật và động vật Đến nay người ta đã xác định được công thức cấu tạo của một số thuốc nhuộm thiên nhiên theo từng loại màu, từ đó đã đánh giá được tính chất sử dụng

của chúng

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu vàng: Tất cả thuốc nhuộm thiên nhiên màu

vàng đều có nguồn gốc thực vật Màu vàngquan trọng hơn cả được dùng trong nhiều thế kỷ qua là rezeđa Khi phối nó với màu xanh chàm sẽ nhận được màu xanh lục gọi

là màu Lincon tuyệt đẹp

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đỏ: Khác với các màu vàng, ba trong số bốn

thuốc nhuộm màu đỏ thiên nhiên (cecmec,cosenil, lac) có nguồn gốc động vật, song

màu đỏ quan trọng nhất vẫn là marena hay còn gọi là alizarin thu được từ thực vật

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đỏ tía: 6,6’- đibrominđigo (4) là gốc của màu

đỏ tía từ thân lá của cây Dacathais orbita

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu chàm: Inđigo tách được từ cây họ chàm có tên khoa học là Indigofera tinctoria L

- Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đen: Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đen có ý

nghĩa thực tế duy nhất là màu đen campec, nó đã được biết từ năm 1500, nhưng đến

năm 1812 mới thực sự có ý nghĩa thực tế khi một nhà hoá học Pháp đã tìm thấy nó có khả năng tạo thành phức không tan với muối kim loại có màu đen Khi mới tách từ gỗ campec ra, hợp chất ban đầu có màu đỏ gọi là hematein,khi kết hợp với muối crôm nó

chuyển thành màu đen vì thế mà gỗ campec trở nên có giá trị.[4]

3.2 Phản ứng chuyển hóa màu thiên nhiên

Sau đây là một số ví dụ về phản ứng chuyển hóa màu thiên nhiên

- Chuyển hóa hợp chất inđigo:

Khi tiến hành Halogen hóa tr ực tiếp indigo sẽ thu dược sản phẩm cuối cùng là 6,6-đibrom indigo có màu tím ánh đỏ

Khi sufo hóa bằng monohidrat hoặc axit sunfuric đậm đặc có đun nóng sẽ tạo ra 5,5-đisunfunic inđogo màu xanh

Trong một thùng nước nóng một số loài vi khuẩn đó tạo rahydro chuyển đổi màu chàm không hòa tan thành chàm trắng hòa tan

- Chuyển hóa của hợp chất anthocyanin theo pH:

- Chuyển hóa của hợp chất hematin:

3.3 Sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên ở Việt Nam

Có độ bền thấp, cường độ màu nhỏ, hiệu suất khai thác thấp nhưng có khả năng phủ màu tốt nên giá thành cao

Đến nay đồng bào thiểu số ở các tỉnh miền núi phía Bắc vẫn còn dùng lá chàm

để nhuộm màu xanh lam Những thập kỷ đầu của thế kỷ này một số vùng ở Bắc Bộ đã

dung nước chiết từ củ nâu để nhuộm màu nâu tươi, khi nhúng vào bùn ao thì màu nâu này chuyển thành màu đen rất bền và đẹp (đây cũng là một dạng phức của thuốc nhuộm với ion kim loại nặng có trong bùn) Ngoài ra để nhuộm nâu và đen người ta còn dùng lá bàng, vỏ sú, vỏ vẹt và một số vỏ và lá cây khác nữa Để nhuộm đen một số vùng ở Nam Bộ còn dùng nước chiết từ quả mặc nưa để nhuộm lót sau đó nhúng vào bùn sông Hậu sẽ tạo thành màu đen bền và đẹp

Một số loại lá và quả được dùng để nhuộm thực phẩm như: quả giành giành, bột nghệ để nhuộm màu vàng, lá cơm sôi để nhuộm xôi màu đỏ v.v Đến nay vẫn chưa

có cơ sở tổ chức chiết tách thuốc nhuộm thiên nhiên để dùng vào mục đích kỹ thuật và dân sinh; việc sử dụng chúng ở nước ta vẫn dựa vào kinh nghiệm dân gian của từng miền.[11]

4 Thuốc nhuộm tổng hợp

4.1 Các giai đoạn phát triển

Người có vinh dự phát minh ra thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên pararoalinin từ anilin (1855) là I A Natason, giáo sư Trường Đại học tổng hợp Vacsava Sau đó một năm (1856) nhà hoá học trẻ người Anh là V G Pekin đã tổng hợp được thuốc nhuộm màu đỏ tím tên gọi là movein thuộc lớp thuốc nhuộm azin và là thuốc nhuộm tổng hợp đầu tiên được sản xuất ở phạm vi công nghiệp Ít năm sau, ở Lyon, một trung tâm tơ lụa của Pháp, F E Vergen đã tổng hợp được thuốc nhuộm bazơ đầu tiên có gốc triphenylmetan, đó là thuốc nhuộm fucxin

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu và chế tạo thuốc nhuộm tổng hợp, trong đó việc phát triển ngành hoá học hữu cơ và việc ra đời xơ sợi tổng hợp

là những yếu tố có tầm quan trọng hàng đầu Quá trình phát triển của thuốc nhuộm tổng hợp có thể chia làm ba giai đoạn

- Giai đoạn thứ nhất (1855 - 1876): Giai đoạn này được đánh dấu bằng các

phát minh và ứng dụng vào sản xuất thuốc nhuộm lớp azin và triphenylmetan (movein, fucxin, tím metyl, inđulin, xanh metylen); một số thuốc nhuộm azo (vàng anilin, nâu bismac, crizoiđin) v.v

- Giai đoạn thứ hai (1876 - 1893): Giai đoạn này được đánh dấu bằng việc

bắt đầu sản xuất thuốc nhuộm azo

triển sản xuất thuốc nhuộm lưu huỳnh và hoàn thiện công nghệ tổng hợp inđigo

4.2 Phân loại

- Theo cấu tạo hóa học

- Theo tính năng kĩ thuật

CHƯƠNG II TỔNG HỢP THUỐC NHUỘM

1 Phân loại theo cấu tạo hóa học

Từ khi hoá học hữu cơ phát triển, các học thuyết về cấu tạo của các hợp chất hữu cơ ra đời và đặc biệt là các lý thuyết về màu sắc phát triển đã khẳng định sự liên quan giữa cấu tạo hợp chất với màu sắc thì sự phân loại thuốc nhuộm theo đặc trưng của các hệ mang màu trong phân tử thuốc nhuộm càng được thể hiện rõ nét

1.1 Thuốc nhuộm azo

Là loại thuốc nhuộm quan trọng và có lịch sử phát triển rất lâu đời, chiếm khoảng 50% tổng sản phẩm lượng thuốc nhuộm.[12]

Trong phân tử loại thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azo (−N=N−) Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của thuốc nhuộm mà người ta chia ra các nhóm thuốc nhuộm:

− Monoazo: Ar−N=N−Ar’;

− Điazo: Ar−N=N−Ar’−N=N−Ar”;

− Tri và polyazo: Ar−N=N−Ar’−N=N−Ar”−N=N−Ar”’− ;

Trong đó Ar, Ar’, Ar” là những gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng, dị vòng rất khác nhau.[4]

1.2 Thuốc nhuộm antraquinon

Trong phân tử có một hoặc nhiều nhân antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó.[11]

Những dẫn xuất khác nhau ở các vị trí 1, 4, 5, 8 sẽ cho các loại thuốc nhuộm tương ứng như sau:

- Thuốc nhuộm amino antraquinon;

- Thuốc nhuộm hyđroxyl antraquinon;

- Thuốc nhuộm axylamino antraquinon;

- Thuốc nhuộm antrimit;

- Thuốc nhuộm antraquinon đa vòng

Thuốc nhuộm antraquinon chiếm vị trí thứ hai sau thuốc nhuộm azo Nó bao gồm các loại thuốc nhuộm cầm màu, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp và thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng.[4]

1.3.Thuốc nhuộm inđigoit

Indigo, hoặc indigotin, là thuốc nhuộm ban đầu được chiết xuất từ các giống cây chàm Dựa trên gốc thuốc nhuộm inđigo có trong lá chàm, người ta đã tổng hợp được thuốc nhuộm inđigoit với nhiều màu sắc phong phú bằng cách đưa thêm các nhóm thế vào phân tử inđigo [13] Gốc mang màu của loại thuốc nhuộm này có công thức:

trong đó X, Y là O, S, Se, NH,

1.4 Thuốc nhuộm arylmetan

Chúng là những dẫn xuất của metan mà trong đó nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia vào mạch liên hợp của hệ mang màu:

Nếu R là nguyên tử hyđro hoặc gốc hyđrocacbon mạch thẳng thì sẽ có thuốc nhuộm điarylmetan, nếu R là Ar” thì sẽ có thuốc nhuộm triarylmetan.[12]

Theo cấu tạo phân tử, thuốc nhuộm arylmetan được chia thành các phân nhóm sau: Thuốc nhuộm xanten, thuốc nhuộm acryđin, Phạm vi cấu tạo của họ thuốc nhuộm này rất rộng, ngoài những gốc chính, chúng còn tồn tại ở các dạng dẫn xuất như: điamino, triamino, hydroxyl Nó bao gồm các loại thuốc nhuộm bazic, thuốc nhuộm axit và một số chất tăng nhạy quang học.[11]

1.5 Thuốc nhuộm nitro

Phân tử thuốc nhuộm có từ hai hoặc nhiều nhân thơm (benzen, naphtalen), có ít

Ví dụ:

1.6 Thuốc nhuộm nitrozo

Trong phân tử của thuốc nhuộm này có nhóm nitrozo (NO), thuốc nhuộm naphtolnitrozo có khả năng tạo phức nội phân tử với sắt có màu xanh lục thường được

β-sử dụng làm pigment

1.7 Thuốc nhuộm polymetyn

Chúng có công thức tổng quát là Ar−(CH=CH)n−CH=Ar’, trong đó Ar, Ar’ tương ứng phải có nhóm cho và nhóm nhận điện tử, chúng có thể là các vòng thơm như benzen, naphtalen hoặc các gốc dị vòng như quinolin, piriđin, inđol Màu của thuốc nhuộm phụ thuộc chủ yếu vào hai nhóm cho và nhóm nhận điện tử trong hệ mang màu nhưng nhìn chung chúng đều có màu tươi, thuần sắc

1.8 Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Chúng là những thuốc nhuộm mà trong phân tử có nhiều nguyên tử lưu huỳnh Gốc mang màu của thuốc nhuộm thường là các nhóm có cấu tạo như sau:

1.9 Thuốc nhuộm arylamin

Trong phân tử thuốc nhuộm arylamin có hệ mang màu là mạch nối các gốc thơm với nhau qua nguyên tử nitơ trung tâm Ar−N=Ar’, trong đó Ar là gốc thơm chứa nhóm cho điện tử, Ar’ là gốc thơm chứa nhóm nhận điện tử.[4]

1.10 Thuốc nhuộm azometyn

Trong phân tử của chúng có chứa hệ mang màu là Ar−CH=N−Ar’ Lớp thuốc nhuộm này ít được sản xuất và chỉ được sử dụng để nhuộm xơ axetat, xơ sợi tổng hợp

và in ảnh màu.[11]

1.11 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

Trong phân tử của chúng có hệ mang màu là các hợp chất đa tụ giữa antraquinon (hoặc dẫn xuất) với các vòng dị thể khác, tạo nên các mạch đa vòng Hợp chất đa tụ của lớp thuốc nhuộm này gồm các nhóm sau:

1.12 Thuốc nhuộm phtaloxianin

Hệ thống mang màu trong phân tử là một hệ liên hợp khép kín như tetrazaporphin, phtaloxianin Đặc điểm chung của lớp thuốc nhuộm này là những nguyên tử hydro trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi các ion kim loại, còn các nguyên tử nitơ khác thì lại tham gia tạo phức với kim loại làm cho màu sắc thuốc nhuộm thay đổi Sự thay đổi này phụ thuộc vào bản chất ion kim loại.[11]

2 Phân loại theo phân lớp kỹ thuật

2.1 Phân loại

- Thuốc nhuộm trực tiếp

- Thuốc nhuộm axit

- Thuốc nhuộm hoạt tính

- Thuốc nhuộm bazơ – cation

- Thuốc nhuộm hoàn nguyên

- Thuốc nhuộm lưu huỳnh

- Thuốc nhuộm phân tán

- Thuốc nhuộm azo không tan

- Thuốc nhuộm pigment

- Phần thứ 3: Được viết bằng chữ và chữ số chỉ sắc thái và cường độ của thuốc nhuộm Để chỉ cường độ màu người ta dùng hai chữ cái đi liền với nhau như

BB, RR …., hoặc thêm vào các chữ số như: 2R, 6B, 4G….[12]