CHNG 1 LY THUYT v MAU SC

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ MÀU SẮC 1.1 Sơ lược phẩm màu  Phẩm nhuộm (thường gọi : thuốc nhuộm), hợp chất hữu có màu, có khả nhuộm màu vật liệu vải, giấy, nhựa, da Ngồi nhóm mang màu (quinon, azo, nitro), phẩm nhuộm cịn chứa nhóm trợ màu OH, NH2 có tác dụng làm tăng màu tăng tính bám phẩm vào sợi  Phân loại :  Căn vào tính kĩ thuật, phân loại phẩm nhuộm : a) Trực tiếp: có nhóm SO3Na tan nước, bền ánh sáng giặt giũ nên phải kèm thêm chất cầm màu b) Axit: có nhóm SO3H COOH dùng nhuộm trực tiếp tơ sợi có tính bazơ c) Bazơ: gắn vào sợi phẩm tạo muối với nhóm chức axit sợi d) Hồn ngun đ) Hoạt tính e) Phân tán : dạng huyền phù nước, phân tán sợi axetat, polieste Ngoài phẩm nhuộm tổng hợp cịn có phẩm nhuộm tự nhiên tách từ số loài thực vật củ nâu, chàm, v.v…  Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu: - Phẩm nhuộm Acriđin: Dẫn xuất acriđin - phenylacriđin, có nhóm khác (OH, NH2, SH, vv.) vị trí phẩm nhuộm Acriđin thuộc loại phẩm nhuộm arylmetan có màu vàng da cam Dùng để nhuộm da, giấy, gỗ, vv - Phẩm nhuộm Azo: Phẩm nhuộm tổng hợp mà phân tử có chứa vài nhóm mang màu azo, vd -N = N - liên kết với gốc thơm Phẩm nhuộm Azo chất rắn, hoà tan nước phân tử có chứa nhóm SO3H, COOH -1- R4N+ Nhiều phẩm nhuộm Azo (đặc biệt khơng có nhóm SO3H có nhóm NO2) chất cháy dạng hỗn hợp với bụi không khí dễ nổ nguy hiểm Nhờ nguyên liệu đầu phong phú, phương pháp tổng hợp đơn giản, hiệu suất cao, phẩm nhuộm Azo thuộc loại phẩm nhuộm quan trọng (chiếm 50% tổng sản lượng loại phẩm nhuộm) Dùng để nhuộm vải, sợi, giấy, da, cao su, chất dẻo, vv Ưu điểm phẩm nhuộm Azo sử dụng đơn giản giá rẻ Tuy nhiên, phẩm nhuộm Azo bị cấm sử dụng hầu giới có khả gây ung thư mạnh Vàng mặt trời - Phẩm nhuộm hoàn nguyên: Gồm phẩm màu inđigo, số dẫn xuất antraquinon đồng đẳng, vài phẩm nhuộm lưu huỳnh Loại phẩm không tan nước nên sử dụng phải khử với natri hiđrosunfit mơi trường kiềm mạnh nhằm chuyển thành dạng hồ tan gọi dẫn xuất lơco bám vào sợi xenlulozơ Khi nhuộm, sợi tẩm ướt dung dịch lơco, sau phẩm màu tái sinh lơco bị oxi hóa Thường lơco dễ bị oxi hố phơi ngồi khơng khí dùng chất oxi hố H2O2, kali đicromat, vv Phẩm có nhiều màu khác nhau, bền ánh sáng, thời tiết giặt giũ - Phẩm nhuộm Nitro: Phẩm nhuộm hữu thuộc dãy benzen naphatalen có chứa nhóm nitro với nhóm hiđroxi - OH, imino = NH, sunfo - SO3H nhóm khác Ví dụ, vàng naphtol : -2- Phẩm nhuộm Nitro chủ yếu có màu vàng; dùng để nhuộm len, da, sợi axetat, poliamit, chất dẻo - Phẩm nhuộm sunfua: Hỗn hợp phức tạp gồm nhiều chất mà phân tử có chứa phần dị vòng, vòng thơm vòng quinoit; phần liên kết với nhóm đisunfua, sunfoxit nhóm cầu nối khác Phẩm nhuộm Sunfua không tan nước, khử dung dịch Na2S nước phẩm nhuộm chuyển thành dạng lơco tan (chủ yếu khử nhóm cầu nối SS thành nhóm SNa) bám vào vải bơng Sau bị oxi hố khơng khí thớ sợi, phẩm nhuộm lại chuyển thành dạng không tan Màu phẩm nhuộm Sunfua không tươi bền với ánh sáng (trừ màu vàng, màu da cam) độ ẩm, khơng bền với vị xát tác dụng clo Phẩm nhuộm Sunfua không bền bảo quản, phương pháp nhuộm phức tạp; thang màu thiếu màu đỏ Điều chế cách cho hợp chất hữu (vd aminophenol, nitrophenol, amin điamin thơm, inđophenol, azin, dẫn xuất điphenylamin) tác dụng với lưu huỳnh (S) dung dịch nước Na2Sx (x ≥ 2) Ví dụ: Phẩm nhuộm Sunfua vàng da cam có chứa vịng thiazol điều chế cách đun nóng chảy toluđin, nitrotoluđin, nitrotoluen với S 200 - 250oC; phẩm nhuộm Sunfua màu xanh nước biển, xanh lục màu đen có chứa vịng thiazin thiantren điều chế cách đun nitro-, aminophenol inđoanilin hợp chất dị vịng khác (ví dụ : phenoxazon) với dung dịch natri polisunfua 100 đến 150oC; phẩm nhuộm Sunfua tím chứa phần phenazin thiazin, điều chế phản ứng phẩm nhuộm azin với natri polisunfua có mặt đồng sunfat (CuSO4) Phẩm -3- nhuộm Sunfua quan trọng đen sunfua Phẩm nhuộm Sunfua thuộc loại rẻ tiền, dùng để nhuộm loại vải thông thường nhuộm sợi - Phẩm đen anilin: Phẩm đen tạo oxi hố anilin đồng đẳng Dùng làm phẩm nhuộm cho vải, da, gỗ ; làm mực viết, xi đánh giày, vv 1.2 Lịch sử phát triển thuyết màu 1.2.1 Lý thuyết màu sắc cổ điển Từ lâu nhà khoa học nghiên cứu tìm cách giải thích câu hỏi: giới quanh ta có màu màu chúng lại khác nhau? Đây vấn đề hay khó, trải qua nhiều kỹ nhà khoa học vật lý hoá học phát triển đến mức cao tìm lời giải đáp tương đối thoả đáng xây dựng lý thuyết màu Giải đáp vấn đề màu sắc vật theo quan điểm hố hữu có nghĩa xác định phụ thuộc chung hấp thụ tia sáng miền thấy quang phổ ánh sáng mặt trời cấu tạo hoá học hợp chất hữu 1.2.1.1 Thuyết mang màu Dựa quan điểm Butlerov Alektsev năm 1876 O.Witt lập nên thuyết mang màu hợp chất hữu cơ, coi thuyết Theo thuyết hợp chất hữu có màu chúng chứa nhóm mang màu phân tử, nhóm nguyên tử chưa bảo hồ hố trị Những nhóm mang màu quan trọng là: -CH=CH- nhóm etylen - N=N- nhóm azo -CH=N- nhóm azo metyl - N=O nhóm nitrozo - NO2 nhóm nitro =C=O nhóm cacbonyl Theo O.Witt hợp chất hữu chứa nhóm mang màu gọi “chất mang” Ngồi nhóm mang màu cần thiết, đưa thêm vào phân tử chất -4- mang nhóm nguyên tử gọi “nhóm trợ màu” màu hợp chất sâu Trong số nhóm trợ màu quan trọng là: -OH, -NH2, -N(CH3)2, (C2H5)2 Dựa vào thuyết mang màu người ta rút số kết luận sau: - Khi liên kết nối đôi cách phân tử hợp chất hữu kéo dài màu sâu - Tăng số nhân thơm hợp chất từ cấu trúc đơn giản thành cấu trúc đa nhân phức tạp màu sâu - Tăng số nhóm cacbonyl liên kết trực tiếp với hợp chất dẫn đến sâu màu - Việc tạo thành mối liên kết nguyên từ cacbon phân tử không phá hệ thống nối đôi liên hợp làm cho màu sâu - Việc chuyển nhóm trợ màu thành dạng muối ankyl hố nhóm amin dẫn đến sâu màu - Khi ankyl hố nhóm hiđroxyl tronh nhân thơm chuyển nhóm trợ màu vào liên kết vịng màu hợp chất nhạt Tuy chưa có giải thích thoả đáng chất màu hợp chất hữu cơ, kết luận rút dựa vào tượng kinh nghiệm, song thuyết mang màu làm sở cho thuyết màu sau tiếp tục nghiên cứu sâu hơn, góp phần khơng nhỏ vào lịch sử phát triển chất màu, số khái niệm ngày sử dụng 1.2.1.2 Thuyết mang màu quinoit Thuyết màu R.Nesaki đề xuất năm 1888, theo ông hợp chất hữu có màu phân tử chúng có chứa nhân thơm dạng quinoit Để minh hoạ cho thuyết người ta dẫn ví dụ sau đây: parabenzoquinon (1) có màu vàng cấu tạo quinoit; bị khử đến 1,4xyclohexandion (2) bị màu dù chứa 02 nhóm mang màu; bị khử đến hiđrôquinon (3) màu Hiện tượng dược giải thích hợp chất (2) (3) khơng cịn cấu tạo quinoit nên khơng có màu -5- O OH O H2 H2 H2 H2 O O OH (1) (2) (3) Thuyết mang màu sử dụng để giải thích tượng màu thuốc nhuộm dựa vào cấu tạo phân tử chúng, nhiên thuyết chưa tìm qui luật chung, số trường hợp ngoại lệ dùng thuyết khơng giải thích màu sắc (hợp chất có màu khơng có nhóm quinoit) 1.2.1.3 Thuyết ngun tử chưa bão hoà thuyết tạo màu chuyển hợp chất hữu dạng muối Năm 1902 Bayer tìm tượng gọi “Galacromy”, thể hợp chất chứa nhóm cacbonyl (=C=O), màu chúng sâu tác dụng axit hay muối kim loại Để làm rõ tượng năm 1910 Pfeifer tìm thấy axit hay muối kim loại có khả kết hợp với oxy nhóm cacbonyl nguyên tử oxy chứa hợp chất có cặp điện tử chưa chia nên chúng có khả kết hợp với axit hay muối kim loại làm cho màu sâu cấu tạo muối viết tổng quát sau: + R R C C ===O…HX _ OH X R R Khơng màu có màu Ở R-:các gốc hữu cơ, HX-: axit khống Năm 1928 Đinte-Vixingge cịn nhận thấy nhóm mang màu nhóm nguyên tử chưa bảo hồ hố trị, chuyển sang dạng ion màu sâu 1.2.1.4 Thuyết dao động màu Để giải thích chất tượng màu, năm 1910 Porai-Cosix lần nghiên cứu sâu thực chất tượng màu, gắn khả hấp thụ -6- tia sáng với trình thay đổi mối liên kết nguyên tử hợp chất màu Theo ơng phân tử hợp chất hữu chưa bảo hoà liên tục xảy biến đổi giao động liên kết, giả thiết hấp thụ chọn lọc tia sáng kết giao thoa giao động tia sáng đồng với dao động liên kết nội phân tử hợp chất chưa bảo hoà Nếu tốc độ giao động liên kết hợp chất hữu mức đồng tia sáng miền quang phổ nhìn thấy điểm hấp thụ cực đại hợp chất chuyển đến miền làm cho hợp chất màu Thuyết dao động màu tiến thêm bước việc giải thích chất màu sắc 1.2.1.5 Thuyết nhiễm sắc Khi nghiên cứu chất màu sắc, năm 1915 nhà khoa học người Nga V.A.Izamanski đề thuyết nhiễm sắc Theo ông khả hấp thụ chọn lọc ánh sáng chất màu hữu không chúng chứa nhóm mang màu mà chúng có thay đổi cấu tạo phân tử nhờ liên hợp nhóm mang màu riêng biệt tương tác điện tử hệ thống liên hợp Ông gọi trạng thái phân tử lúc gọi trạng thái nhiễm sắc Trạng thái nhiễm săc hợp chất xuất đầu hệ thống nối đơi liên hợp chứa nhóm nhường điện tử như: -NH2, -NR 2, -OH, -OR, CH3, -Cl; đầu chứa nhóm thu điện tử như: -NO2, -SO3H, COOH, -CN Do kết tương tác nhóm qua hệ thống nối đơi liên hợp làm phát sinh trạng thái đặc biệt phân tử cạnh tranh điện tích nhóm hai đầu hệ thống nối đơi liên hợp, chuyển hợp chất sang trạng thái có màu Thuyết nhiễm sắc góp phần giải thích chất màu số hợp chất hữu 1.2.1.6 Thuyết điện tử hợp chất hữu có màu Nhờ thành tựu ngành vật lý hoá học người ta xác định có electron hố trị chất màu tham gia vào trình hấp thụ ánh sáng kèm theo chuyển động chúng Khi hấp thụ ánh sáng hợp chất màu tiếp nhận lượng photon, làm cho electron vịng ngồi -7- chuyển sang trạng thái kích thích, sau lượng chuyển sang dạng: quang năng, hoá năng, nhiệt năng, … hợp chất màu lại chuyển trạng thái ban đầu Như hấp thụ ánh sáng kết tương tác electron vòng nguyên tử phân tử hợp chất hữu với phôton ánh sáng Những hợp chất hữu có liên kết electron vịng ngồi với nhân yếu cần lượng tia có bước sóng dài miền nhìn thấy quang phổ đủ làm chuyển dịch hấp thụ phần tia làm cho có màu Hợp chất có electron liên kết với nhân cịn yếu cần lượng để kích thích chúng, dễ hấp thụ tia có bước song dài cho màu sâu Nguyên nhân làm cho electron vịng ngồi liên kết với nhân yếu là: phân tử chứa hệ thống nối đôi liên hợp dài, hệ thống nguyên tử cacbon cịn có ngun tử khác oxi, nitơ, lưu huỳnh, …; ảnh hưởng nhóm thế, tượng ion hoá phân tử cấu tạo phẳng phân tử 1.2.2 Lý thuyết màu đại 1.2.2.1 Bản chất màu sắc tự nhiên * Để có cảm nhận màu sắc vật, cần phải có đủ yếu tố: nguồn sáng, vật người quan sát * Màu sắc vật chất tự nhiên tạo thành tương tác ánh sáng chiếu vào với bề mặt vật Sự tương tác hấp thu có chọn lọc tia sáng có bước sóng khác ánh sáng chiếu vào phản xạ lại phần lại ánh sáng * Màu sắc nhân tạo • Màu sắc vật dụng sản xuất người tạo cách đưa chất màu (thuốc nhuộm pigment) lên bề mặt, ví dụ: vải, giấy, -8- mơi rường sơn… • Màu sắc cịn tạo tương tác ánh sáng khác : giao thoa, nhiễu xạ • Màu hữu sắc: có hấp thụ chọn lọc phản xạ số tia sáng có bước sóng định Có thể màu đơn sắc màu đa sắc • Màu đơn sắc: phản xạ tia quang phổ ánh sáng mặt trời • Màu đa sắc: màu tập hợp tia phản xạ cường độ tỉ lệ tia không Màu vật thể màu tia phản xạ chiếm tỷ lệ lớn hòa với tia cịn lại theo quy luật phối màu • Màu vơ sắc (màu tiên sắc, màu trung hịa): đặc trưng cường độ tia phản xạ tất bước sóng: khơng có tia trội, chúng trung hịa lẫn nên mắt người khơng cảm giác sắc thái riêng màu • Ánh sáng trắng : phản xạ 100% tia tới • Màu đen : hấp thụ 100% tia tới, phản xạ 0% • Màu xám : phản xạ x% tia tới * Các thuộc tính màu sắc • Màu hữu sắc đại lượng chiều thông số : tơng màu, độ sắc, độ sáng • Tơng màu : tên gọi màu, mô tả sắc điệu màu, quy định bước sóng trội màu -9- • Độ sắc: (độ bão hịa): mức độ tinh khiết màu, đánh giá tỉ lệ độ ánh thành phần đơn sắc so với độ ánh chung Màu đơn sắc có độ sắc 100% Màu vơ sắc có độ sắc 0% • Độ sáng: mức độ sáng tối màu, đánh giá phần trăm tia phản chiếu so với tổng chùm tia tới * Màu nóng, màu mát: * Màu bổ trợ: da cam - xanh da trời; đỏ xanh lục; vàng - xanh lam * Hiệu ứng cao màu, hiệu ứng sâu màu -10- Trên phẩm vật trung gian sử dụng nhiều cả, khơng có muốn chuyển ánh màu phải thay đổi tỷ lệ phối liệu dùng chất tương đương 6.4 Các loại phẩm màu công nghiệp dệt in hoa 6.4.1 Phẩm màu trực tiếp Phẩm màu trực tiếp hay gọi phẩm màu tự bắt màu (supstantip) hợp chất màu hòa tan nước, có khả tự bắt màu vào số vật liệu như: xơ xenlulozơ, giấy, tơ tằm, da xơ polyamit cách trực tiếp nhờ lực hấp phụ mơi trường trung tính kiềm Hầu hết phẩm màu trực tiếp thuộc nhóm azo, số dẫn xuất dioxarin ftaloxianin, tất sản xuất dạng muối natri axit sunfonic hay cacboxylic hữu cơ, vài trường hợp sản xuất dạng muối amoni kali nên viết dạng tổng quát Ar-SO3Na (Ar gốc hữu mang màu phẩm màu) Khi hòa tan vào nước, phẩm màu phân ly sau: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+ Ion Ar-SO3- ion mang màu, tích điện âm Khả tự bắt màu phẩm màu trực tiếp phụ thuộc vào yếu tố đây: Phân tử phẩm màu phải chứa hệ thống mối lien kết nối đôi cách không kể từ đầu nhóm trợ màu đến đầu nhóm trợ màu kia, phân tử phẩm màu ln trạng thái chưa bão hồ hóa trị có khả thực liên kết Vander Waals liên kết hydro với vật liệu; Phân tử phẩm màu phaỉ thẳng xơ xenlulozơ nói riêng vật liệu mà phẩm màu có khả bắt màu có cấu tạo phân tử mạch thẳng, có phân tử phẩm màu dễ tiếp cận với vật liệu thực liên kết Phân tử phẩm màu phải có cấu tạo thẳng, nhân thơm nhóm chức phẩm màu phải nằm mặt phẳng để tiếp cận cao với mặt phẳng phân tử vật liệu, yếu tố quan trọng cho việc phát sinh trì lực liên kết với vật liệu -107- Do có khả tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản rẻ nên phẩm màu trực tiếp sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: ngành dệt (vải, sợi bong, hang dệt kim từ bong, lụa tơ tằm, sợi đay sợi libe,…), nhuộm giấy, nhuộm sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, nhuộm da thuộc chế mực viết Một số phẩm màu trực tiếp có độ bền màu cao dung để nhuộm số loại vải sợi bong kể hang dệt kim từ sợi thành phần bong vải pha Phẩm màu trực tiếp dung phổ biến để nhuộm lụa visco kể visco vải pha Do xơ visco có cấu trúc xốp nên dễ bắt màu loại phẩm màu này, màu bền tươi so với nhuộm vải bong Tơ tằm mặt hàng dệt quý nhuộm nhiều phẩm màu trực tiếp Phẩm màu trực tiếp dùng để nhuộm số sản phẩm dệt từ xơ polyamit với gam màu nhạt Đặc biệt dung để nhuộm vải lanh, sợi đay sợi từ xơ libe cho màu bền tươi Trong công nghiệp giấy phẩm màu trực tiếp dùng để nhuộm giấy cách đưa vào bể chứa bột giấy trước nhuộm phủ bề mặt cách cán ép quét dung dịch phẩm màu lên mặt giấy Trong công nghiệp thuộc da, số phẩm màu trực tiếp dung để nhuộm da màu đen, nâu số màu xanh Một số phẩm màu trực tiếp có độ hịa tan tốt dung để chế tạo mực viết Ở nước ta, phẩm màu trực tiếp dùng để nhuộm hàng mây tre, mành trúc, tăm hương nhuộm gỗ trước phủ vecni 6.4.2 Phẩm màu axit Các loại phẩm màu axit có đặc điểm chung hịa tan nước, có phạm vi sử dụng rộng, ngồi mục đích nhuộm len, tơ tằm xơ polyamit, số dung để nhuộm lông thú nhuộm da Lớp phẩm màu có tên gọi “axit” chúng bắt màu vào xơ mơi trường axit, cịn thân phẩm màu có phản ứng trung tính -108- Theo cấu tạo hóa học, đa số phẩm màu thuộc nhóm azo, số dẫn xuất antraquinon, triarylmetan, xanten, azin quinophtalic; số tạo phức với ion kim loại Theo tính chất kỹ thuật, phẩm màu axit chia thành nhóm: - Phẩm màu axit thong thường - Phẩm màu axit cầm màu - Phẩm màu axit chứa kim loại Ba nhóm phẩm màu có đặc điểm chung đủ màu, màu tươi sắc Đa số chúng muối axit mạnh bazơ mạnh nên hòa tan vào nước phân ly thành ion sau: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+ Các ion mang màu phẩm màu tích điện âm (Ar-SO3- ) hấp phụ vào tâm tích điện dương vật liệu Nhờ mà gắn màu hay giữ lại vật liệu mối liên kết ion hay liên kết muối, đặc điểm riêng phẩm màu axit Ngoài chúng liên kết với vật liệu lực Vander Waals, liên kết hydro liên kết phối trí Phẩm màu axit thong thường bao gồm loại phẩm màu azo axit, antraquinon axit dẫn xuất triarylmetan Phẩm màu azo axit có loại monoazo điazo có ý nghĩa Các loại phẩm màu chủ yếu có gam màu vàng, màu da cam màu đỏ Phẩm màu antraquinon thường có độ bền màu cao cao với giặt ánh sáng màu tươi màu sắc Phẩm màu sắt dẫn xuất triarylmetan khơng nhiều, có màu xanh lam, xanh lục màu tím Phẩm màu axit thong thường sử dụng để nhuộm loại vải pha từ xơlen tơ tằm, xơ polyamit với xơ xenlulo Phẩm màu axit cầm màu cịn có tên gọi phẩm màu axit crôm, chúng sử dụng để nhuộm len (nhất mặt hang có độ bền màu cao với ma sát ánh sáng), nhuộm da lông thú nhuộm bề mặt kim loại để trang trí Phẩm màu axit chứa kim loại phẩm màu chứa sẵn nguyên tử kim loại phân tử thường cation kim loại chuyển tiếp crôm, niken, coban, đồng -109- Loại phẩm màu dễ tan nước, dễ màu, tươi màu bắt màu vào vật liệu môi trường axit mạnh Phẩm màu axit chứa kim loại dùng nhiều để nhuộm vải, xơlen, nhuộm lông thú, nhuộm loại vải pha với xơ khác, nhuộm vải từ xơ polyamit nhuộm da Ngoài ra, phẩm màu dùng để nhuộm tơ tằm, in hoa cho lụa tơ tằm, in hoa vải từ xơ polyamit nhuộm da nguyên lông 6.4.3 Phẩm màu hoạt tính Phẩm màu hoạt tính hợp chất màu mà phân tử chúng có chứa nhóm nguyên tử thực mối liên kết hóa trị với vật liệu nói chung xơ dệt nói riêng q trình nhuộm Nhờ mà chúng có độ bền màu cao với gia cơng ướt, ma sát nhiều tiêu khác Phẩm màu hoạt tính có đủ gam màu, màu tươi sắc, công nghệ nhuộm đa dạng không phức tạp, nên đời năm 1956 đến sản xuất với khối lượng lớn sử dụng phổ biến Chúng sử dụng để nhuộm in hoa cho vật liệu xenlulô, tơ tằm, len, vật liệu từ xơ polyamit Do có ưu điểm bật độ tươi màu, độ bền màu đủ gam màu nên phẩm màu hoạt tính hang chế tạo phẩm màu lớn giới sản xuất Nhịp điệu sản xuất sử dụng sử dụng chúng tăng lên nhanh, phẩm màu hoạt tính chiếm vị trí hàng đầu tổng số màu khối lượng sản phẩm số lớp phẩm màu tổng hợp sử dụng Phần lớn phẩm màu hoạt tính dùng cho xơ xenlulô, phần để nhuộm len, tơ tằm xơ polyamit chiếm 4,5-5% tổng số phẩm màu hoạt tính 6.4.4 Phẩm màu bazơ-cation Phẩm màu bazơ hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng muối clorua, oxalate muối kép bazơ hữu Thường gặp nhóm phẩm màu dẫn xuất đi-triphenylmetan, mono diazo, polymetyl, azometyl, antraquinon ftaloxianin Đặc điểm bật phẩm màu bazơ có đủ gam màu, màu tươi, sắc cường độ màu mạnh Song nhược điểm phẩm màu bazơ cho màu -110- bền với giặt ánh sáng nên chúng dùng để nhuộm số sản phẩm dệt từ xơ xenlulô, nhuộm tơ tằm để trang trí, để nhuộm giấy dùng làm mực in công nghiệp in ấn Ở nước ta phẩm màu bazơ dùng rộng rãi để nhuộm in chiếu cói, mặt hàng mây tre gỗ cho màu tương đối bền đẹp Do lực phẩm màu bazơ với xenlulô thấp nên muốn sử dụng chúng để nhuộm vải may mặc phải cầm màu, cầm màu tannin muối antimonan độ tươi màu giảm Tất phẩm màu bazơ dễ hòa tan nước, hòa tan chúng phân ly thành hai ion: cation ion mang màu, anion không mang màu Như vậy, theo tính chất điện hóa phẩm màu bazơ đối cực với phẩm màu axit Sau tổng hợp xơ polyacrylonitrin (PAN) người ta tìm thấy số phẩm màu có cấu tạo giống phẩm màu bazơ lại bắt màu mạnh vào xơ PAN, có độ bền màu cao với nhiều tiêu gọi phẩm màu cation Chúng xem muối amoni bậc bốn với dạng tổng quát R1NR3Cl-; R1, R3 gốc alkyl hay aryl khác Phần mang màu phẩm màu gốc triphenylmetan, phẩm màu metin azo, dẫn xuất antraquinon phức đồngftaloxianin Điện tích dương nguyên tử nitơ bậc bốn nằm mạch nhánh nằm dị vòng Trong số anion, thường gặp ion Cl- CH3SO4-, chúng ảnh hưởng đến tính chất màu phẩm màu đóng vai trị quan trọng qua trình hịa tan phẩm màu nước Những phẩm màu cation sản xuất sở dẫn xuất antraquinon với tốc độ bắt màu vào xơ PAN không cao khả nhuộm màu chúng không cao Ưu điểm chủ yếu phẩm màu có độ bền màu với xử lý cao so với phẩm màu cation có gam màu xanh lại có gốc mang màu từ hợp chất khác Loại phẩm màu thích hợp để in hoa, nhuộm liên tục nhuộm số chế phẩm từ xơ PAN có yêu cầu phải xử lý công nghệ nhuộm Phẩm màu cation có ưu điểm dễ phối từ ba màu bản: vàng, xanh lam đỏ, bảo đảm nhận màu, tạo gam màu rộng Ở dạng -111- lỏng dung phẩm màu cation thuận tiện cho công nghệ nhuộm liên tục, dung dịch phẩm màu ổn định nhiệt độ cao Trong mơi trường axit axetic hay axit fomic có mặt chất hoạt động bề mặt dạng lỏng phẩm màu khác ổn định 6.4.5 Phẩm màu hoàn nguyên Phẩm màu hồn ngun hợp chất màu hữu khơng hịa tan nước, có cấu tạo hóa học màu sắc khác chúng có chung tính chất, tât chứa nhóm xeeton phân tử có dạng tổng quát R-C=O Khi bị khử dạng không tan chuyển dạng Lâycơ axit, chưa tan nước tan kiềm chuyển thành dạng Lâycô bazơ Do có lực lớn với xơ hịa tan nước nên hấp phụ mạnh vào xơ xenlulo, mặt khác lại dễ thủy phân oxi hóa dạng khơng tan ban đầu Do có lực với xơ xenlulo nên hợp chất Lâycô bazơ bắt mạnh vào xơ, sau rửa bớt kiềm lại dễ bị thủy phân dạng Lâycơ axit oxi hóa oxi khơng khí dạng khơng tan ngun thủy Nhờ đặc trưng quan trọng kể mà lớp phẩm màu có tên phẩm màu hồn ngun Tất phẩm màu hồn ngun cịn có tính chất khác như: có đủ màu, màu tươi ánh, có độ bền cao so với gia công ướt, với ánh sáng khí quyển; có độ bền màu cao với nhiều tiêu mặt nằm xơ dạng khơng hịa tan, mặt khác phân tử chúng nhiều nhân thơm nên có khả phát sinh lực liên kết mạnh Phẩm màu hoàn nguyên dùng để nhuộm chế phẩm từ xơ xenlulo thành phần xenlulo loại vải pha; chúng khơng dung để nhuộm len tơ tằm q trình nhuộm phải tiến hành mơi trường kiềm, loại xơ bị phá hủy Một số phẩm màu hoàn nguyên dung phẩm màu phân tán (dạng không tan nghiền mịn) để nhuộm xơ tổng hợp làm pigment in hoa Trước năm 70 kỷ này, phẩm màu hoàn nguyên chiếm tỷ lệ lớn tổng số phẩm màu tổng hợp sản xuất giới (đến 23%) chiếm khoảng 17% giá thành cao công nghệ nhuộm phức -112- tạp Theo cấu tạo hóa học phẩm màu hồn ngun chia thành phân nhóm: - Phẩm màu indigoit gồm indigo dẫn xuất - Phẩm màu hồn ngun đa vịng Bên cạnh dạng khơng hịa tan, để dễ dàng cho q trình nhuộm, người ta cịn sản xuất loại hoàn nguyên tan Nếu đến cuối kỷ XIX người ta biết có phẩm màu hoàn nguyên indigo tách từ chàm trồng thành đồn điền nước nhiệt đới đến năm 1940 hầu hết phẩm màu hoàn nguyên quan trọng tổng hợp, bổ sung hồn thiện phân nhóm lớp phẩm màu Đến nay, việc sản xuất loại phẩm màu hoàn nguyên chững lại, xu hướng chung tìm cách biến tính phối chế màu có chất lượng cao cho dễ sử dụng Phẩm màu hoàn nguyên chiếm vị trí quan trọng số phẩm màu sản xuất giới Tuy giá thành cao chúng có độ bền màu cao với nhiều tiêu lý hóa nên quan tâm sản xuất hồn thiện cơng nghệ nhuộm Do khơng hịa tan nước (dạng khơng tan) nên phẩm màu hồn ngun khơng bắt màu trực tiếp vào vật liệu dệt Khi bị khử chuyển dạng lâycô bazơ có lực bắt màu vào xơ sợi Q trình khử phẩm màu hồn ngun thuộc loại phản ứng dị thể, tốc độ phản ứng phụ thuộc nhiều vào chất khử, nhiệt độ, pH đặc biệt kích thước hạt phẩm màu Kích thước hạt nhỏ, phẩm màu nghiền mịn, độ phân tán hạt cao khử nhanh hoàn toàn Tùy theo yêu cầu công nghệ nhuộm in hoa người ta dung chất khử có tính khác Khi nhuộm vật liệu dệt phẩm màu hồn ngun dạng khơng tan (inđigoit, đa vịng) việc chuẩn bị dung dịch nhuộm phức tạp, nữa, dạng lâycô bazơ phẩm màu có lực lớn với xơ, bắt vào xơ mạnh gây nên loang màu khó thấm sâu vào bên xơ Để đơn giản trình chuẩn bị dung dịch -113- nhuộm, thuận tiện cho việc sử dụng phẩm màu in hoa, người ta sản xuất loại phẩm màu hồn ngun khơng tan, gọi khơng tan nước Mặt khác, dạng phẩm màu có lực nhỏ với xơ nên có khả điều chỉnh độ màu nhuộm 6.4.6 Phẩm màu phân tán Trước đây, đời phẩm màu phân tán có tên gọi “phẩm màu tơ axetat”, hợp chất màu khơng tan nước khơng chứa nhóm cho tính tan –SO3Na, -COONa Những phẩm màu phân tán loạt đầu sản xuất vào năm hai mươi kỷ hầu hết hợp chất màu gốc azo antraquinon Tên gọi lớp phẩm màu chúng có độ hịa tan thấp nước phải sử dụng dạng huyền phù hay phân tán với kích thước hạt khoảng 0,2-2μm, dung để nhuộm loại xơ nhân tạo ghét nước xơ axetat Theo hướng xơ tổng hợp đời dần trở thành nguyên liệu quan trọng ngành dệt phẩm màu phân tán kiểu tổng hợp để đáp ứng yêu cầu nhuộm cho xơ: polyamit, polyester, polyacrylonitrin, polyvinylic xơ tổng hợp khác Vì phân tử phẩm màu phân tán có chứa nhóm amin tự bị ankyl hóa (-NH2, -NHR, -NR2…) đặc biệt có chứa nhóm amin bị gốc alkyl hydroxyl (-NH-CH2-CH2-OH) nên phẩm màu dễ dàng phân tán nước Theo phân lớp kỹ thuật, phẩm màu phân tán chia thành phân nhóm sau: - Loại thơng thường điazo hóa sau nhuộm - Loại chứa phân tử, nguyên tử kim loại - Loại phân tán hoạt tính, liên kết với xơ liên kết hóa trị Độ hịa tan phẩm màu phân tán nước thấp, 25 0C tiêu đa số phẩm màu vào khoảng 0,2-8mg/l, 800C độ hòa tan chúng đạt tới 50-350mg/l tối đa Đối với xơ tổng hợp ghét nước độ hòa tan phẩm màu nước thấp, phẩm màu dễ bắt màu vào xơ theo chế dung dịch rắn Để -114- đạt yêu cầu phân bố thật đều, lúc đầu mặt ngoài, sau xơ phẩm màu loại phải nghiền đến dạng cực mịn phân bố dung dịch nước dạng phân tán cao để chúng dễ dàng vào xơ điều kiện nhuộm Để giải yêu cầu này, dạng bột mịn phân tán cao người ta sản xuất loại phẩm màu phân tán tan tạm thời nước có tên thương phẩm socacet Trong q trình nhuộm, nhiệt độ cao nhóm cho tính tan tạm thời tách ra, giải phóng phân tử phẩm màu khơng hịa tan nước, phân bố dung dịch dạng đơn phân tử bắt màu vào xơ nhiệt dẻo ghét nước loại không tan nước Hiện phẩm màu phân tán sản xuất dạng bột mịn phân tán cao siêu mịn chứa từ 15-50% chất màu tùy mặt hang hãng, phần lại chất phân tán, chất ngấm, phụ gia khác Người ta sản xuất loại bột nhão phân tán cao chứa 10-20% chất màu, phần lại chất phân tán, chất ngấm, nước chất chống vón cục Bột nhão có đặc điểm mức độ nghiền mịn phân tán hạt cao, có đến 85% số hạt có kích thước 0,5-2 μm, chúng tích hợp để nhuộm theo phương pháp gia nhiệt khô 6.4.7 Phẩm màu azo không tan Phẩm màu azo không tan cịn có tên gọi khác phẩm màu lạnh, phẩm màu đá phẩm màu naphtol, chúng hợp chất có chứa nhóm azo phân tử khơng chứa nhóm có tính tan như: -SO3Na, -COONa nên chúng khơng hịa tan nước Để nhuộm vật liệu dệt người ta phải tổng hợp chúng trực tiếp vải từ hai loại hợp chất trung gian có tên gọi thành phần azo thành phần điazo Phản ứng kết hợp azo thường phải tiến hành nhiệt độ thấp (0-5 0C) cách làm lạnh dung dịch nhuộm thêm nước đá vào máng nhuộm nên phẩm màu có tên “nhuộm lạnh”, “nhuộm đá” Do nằm vải dạng không tan nước nên phẩm màu loại độ bền màu cao với gia cơng ướt, cịn độ bền màu với ánh sáng ma sát khơng cao Tuy nhiên lớp phẩm màu cần sử dụng rộng rãi cơng nghệ nhuộm đơn giản, giá thành thấp, màu phẩm màu tươi Khó khăn thường gặp -115- phải chuẩn bị dung dịch màu (thành phần azo) khắc phục cách chế sẵn hỗn hợp ổn định bán thành phẩm, điều kiện nhuộm hay in hoa chúng thể khả phản ứng Nhờ chứa phân tử nhóm azo, nhóm bị phá vỡ tác dụng chất khử làm cho phẩm màu bị màu, nên chúng sử dụng nhiều để in hoa theo phương pháp in phá màu Theo số liệu người ta sử dụng gần 80 hợp chất làm thành phần diazo 60 hợp chất làm thành phần azo để tổng hợp gần 5000 màu khác (theo lý thuyết) gam màu từ vàng đến đen Song số màu ứng dụng rộng rãi khơng đến chủ yếu để nhuộm, in hoa vải từ xơ xenlulô Ưu điểm việc nhuộm azo khơng tan nhuộm từ bán thành phẩm, khơng cần chế tạo đến dạng phẩm màu hồn chỉnh nên giá thành thấp so với loại phẩm màu khác Song vấn đề phức tạp chỗ phải chọn hai loại bán thành phẩm phù hợp để đáp ứng hang loạt đòi hỏi phức tạp như: - Dễ hấp phụ lên mặt xơ khuếch tán sâu vào xơ; - Có tốc độ phản ứng cao để màu, thỏa mãn điều kiện công nghệ nhuộm gián đoạn, liên tục in hoa; - Điều kiện phản ứng vừa phải, không làm tổn thương đến xơ sợi,… Vì ngồi bán thành phẩm để tổng hợp phẩm màu azo không tan truyền thống, bắt đầu sử dụng loại khác như: ftaloxiamin, aroyleniminđazol Gam màu phẩm màu azo không tan thiếu màu vàng, xanh lam khiết xanh da trời Màu chúng đạt cấp trung bình với tác dụng gia công ướt, ma sát ánh sáng, thua tiêu phẩm màu hoạt tính hồn ngun Một biện pháp để nâng cao độ bền màu phẩm màu azo không tan với giặt ma sát dùng bán chế phẩm có khả tương tác hóa học với xơ, thay cho azoamin thong thường (thành phần điazo) người ta dung este 4-β-hydroxyl-etylsunfonyl-2-aminoanizol sunfonat có cơng thức H2N-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na để tận dụng khả phản -116- ứng với xơ nhóm vinylsunfon (H2N-R- SO2- CH=CH2) xử lý môi trường kiềm 6.4.8 Phẩm màu pigment Pigment hợp chất có cấu tạo hóa học khác có đặc điểm chung khơng tan nước phân tử không chứa nhóm cho tính tan – SO3H, - COOH) nhóm bị chuyển dạng muối bari, canxi khơng tan nước số pigment hữu không tan nước hòa tan số dung môi hữu dùng để nhuộm dầu mỡ, xăng, sáp Đa số pigment có độ bền màu cao với ánh sáng bền với nhiệt độ cao, không bị di tản để bắt vào sang phần vật liệu để trắng, có khả bao phủ cao sắc, tươi màu Pigment loại nghiền siêu mịn, có kích thước hạt nhỏ μm, sản xuất dạng phân tán cao bột nhão chứa 15-25% pigment nguyên chất, phần lại phụ gia Pigment sử dụng nhiều để trang trí bề mặt (nhuộm đặc biệt in hoa) sản phẩm dệt số sản phẩm khác (giấy, da, cao su, chất dẻo), cịn dùng nhiều cơng nghiệp sơn, ấn lốt nhuộm chất dẻo dạng khối Trong công nghiệp dệt loại pigment azo, ftaloxianin hoàn nguyên sử dụng nhiều để nhuộm, in hoa vải sản phẩm dệt Ưu điểm việc sử dụng pigment công nghệ tương đối đơn giản, dùng cho tất loại vải, phối trộn loại pigment với tỷ lệ nên cho phép mở rộng gam màu Ngồi hầu hết loại pigment có khả nhuộm màu cao, màu chúng bền với giặt giũ ánh sáng Mặt hang để nhuộm in hoa rộng bao gồm vải sản phẩm may mặc, trang trí vải cơng nghiệp Nhược điểm phương pháp nhuộm in pigment màu bền với ma sát khơ ướt, vải nhiều bị cứng Vì pigment khơng có lực với xơ sợi nên sử dụng để nhuộm in hoa phải dùng màng cao phân tử gắn vào vải, điểm đặc trưng -117- phương pháp nhuộm Thành phần máng nhuộm gồm có: pigment dạng siêu mịn, chất tạo màng, chất tạo liên kết ngang, xúc tác chất làm mềm Phương pháp in pigment sử dụng phổ biến để in hoa vải nhiều loại sản phẩm dệt cơng nghệ đơn giản in cho loại vải sản phẩm dệt Cũng giống nhuộm pigment, hồ in gồm có: pigment nghiền siêu mịn nhão, chất tạo màng tạo cấu trúc mắt lưới có tên gọi thương phẩm binđơ (binder) hay fixer thành phần quan trọng hồ in pigment hồ Vì dùng chất tạo màng để gắn phẩm màu vào vải nên dùng dùng loại hồ thông thường từ cao phân tử thiên nhiên cao phân tử tổng hợp in lớp phẩm màu khác Lớp hồ thích hợp cho in pigment hồ nhũ tương dầu nước nước dầu (OW, WO), sau in sấy nước dầu bay hơi, không để lại màng hồ vải, không làm cho vải cứng song dùng loại hồ gây hỏa hoạn nên gần người ta sử dụng hồ tổng hợp có hàm lượng chất khơ nhỏ vơi tên thương phẩm lutexal HP HSD Hàm lượng loại hồ dung dịch chiếm -5 % khối lượng chung hồ đủ độ đặc cần thiết Ngoài việc sử dụng để nhuộm in hoa công nghiệp dệt, sử dụng để nhuộm chất béo, chất dẻo cao su trình bày trên, pigment sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác Những loại pigment có màu tươi, có độ bền màu cao với ánh sáng như: pigment ftaloxianin, pigment phẩm màu hoàn nguyên số pigment gốc azo bền màu dùng để chế tạo thuốc vẽ dùng hội họa Những loại pigment có độ bền màu cao với ánh sáng: pigment số phẩm màu axit, pigment ftaloxianin, pigment phẩm màu hoàn nguyên dùng để sản xuất bột màu cao cấp xây dựng nhờ chúng có khả phủ bề mặt cao, cường độ màu cao nhiều so với bột màu từ oxit kim loại nên liều lượng dùng thấp nhiều so với bột màu vô Chúng sử dụng làm bột màu sơn màu qt tường, men màu vật liệu trang trí khơng nung (gạch bơng) -118- Những loại pigment có màu tươi, có ánh sáng huỳnh quang cao pigment muối bari phẩm màu bazo pigment khác có chất lượng tương tự sử dụng để chế tạo loại mực màu dùng công nghiệp in văn hóa phẩm, màu, mực in bao bì giấy loại màng PE, PP, PVC, mực in lên kim loại Những loại pigment có màu tươi, có độ bền màu cao với ánh sáng dung môi hữu dùng để pha sơn màu Một số loại pigment có màu tươi làm tạp chất, không độc không gây dị ứng cho da sử dụng để chế tạo mỹ phẩm như: son môi, phấn màu, kem màu trang điểm -119- TÀI LIỆU THAM KHẢO Heinz Berker, Werner Berger, Thực hành hóa học hữu cơ, NXB KHKT Hà Nội, 1997 Nguyễn Trọng Biểu, Từ Văn Mạc, Thuốc thử hữu cơ, NXB KHKT Hà Nội, 2002 Trịnh Thanh Đoan, Nguyễn Đăng Quang, Hồng Trọng m, Hóa hữu cơ, NXB Giáo dục, 1992 Hữu Trượng, Hồng Thị Lĩnh, Hóa học thuốc nhuộm, NXB KHKT - Hà Nội, 1995 Fadeev G.N, Hóa học màu sắc, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1998 Hồ Viết Qúy, Chiết tách, phân chia, xác định chất dung môi hữu cơ, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2002 Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như Tại, Cơ sở hóa học hữu cơ, NXB Giáo dục, 2003 -120- MỤC LỤC CHƯƠNG 1: Lý thuyết màu sắc CHƯƠNG 2: Chiết tách phẩm màu thiên nhiên 23 CHƯƠNG 3: Các phẩm màu tổng hợp 32 CHƯƠNG 4: Các phản ứng tổng hợp màu 37 CHƯƠNG 5: Tổng hợp phẩm màu 68 CHƯƠNG 6: Ứng dụng phẩm màu tổng hợp 85 Tài liệu tham khảo 120 -121-