Phẩm nhuộm | Khái niệm hoá học

1. Khái niệm về màu sắc, chất màu và phẩm nhuộm

- Cảm giác về màu sắc của một chất nào đó đối với mắt là kết quả của sự hấp thụ chọn lọc ánh sáng dọi vào chất đó nhờ có nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử mang màu. Ánh sáng trắng là ánh sáng hỗn hợp gồm nhiều tia đơn sắc (gồm bảy màu cơ bản là tím, chàm, xanh, lục, vàng, da cam và đỏ). Mắt người chỉ có thể phân biệt được và quan sát được màu sắc trong vùng khả kiến (từ 400 - 700 nm). Nếu ánh sáng trắng chiếu vào một chất nào đó mà bị khuy ếch tán hoàn toàn hoặc cho đi qua hoàn toàn các tia khả kiến thì đối với mắt ta chất đó có màu trắng hoặc không màu. Ngược lại, nếu một chất hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia đơn sắc thì mắt ta thấy chất đó có màu đen. Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra một phần thì chất hấp thụ sẽ có màu. Lúc đó mắt chỉ cảm nhận được những tia còn lại. Như vậy một chất hấp thụ một tia nào đso thì mắt sẽ cảm nhận được màu phụ của màu đó.

Như vậy, nếu một chất hấp thụ tia vàng thì ta thấy chất có màu phụ của màu vàng là màu xanh. Ngược lại, mắt ta thấy màu vàng thì chất hấp thụ tia xanh. Vàng và xanh là hai màu phụ của nhau.

Mắt người không thể phân biệt được một cách chính xác sự hấp thụ như vậy. Vì vậy, muốn nghiên cứu định lượng về màu sắc cần phải sử dụng quang phổ hấp thụ electron mà đại lượng đặc trưng là ${\mathrm{\lambda }}_{\max } \mathrm{và} {\mathrm{\epsilon }}_{\max }$. 

${\mathrm{\lambda }}_{\max }$ đặc trưng cho sự hấp thụ màu của chất còn ${\mathrm{\epsilon }}_{\max }$ đặc trưng cho cường độ hấp thụ màu của nó. 

Nghiên cứu về màu sắc của chất là nghiên cứu sự phụ thuộc giữa${\mathrm{\lambda }}_{\max } \mathrm{và} {\mathrm{\epsilon }}_{\max }$ vào cấu trúc của nó. 

- Một chất hữu cơ có thể là chất màu, nhưng chưa phải là phẩm nhuộm. Muốn nó trở thành phẩm nhuộm thì cấu tạo của chất màu phải đạt hai yêu cầu sau đây:

+ Thứ nhất, chất màu phải có nhóm mang màu hay gọi là cromopho. Các cromopho là những nhóm chức không no có khả năng hấp thụ ánh sáng làm cho chất có màu, có các nhóm cromopho cơ bản như -N=N-; -N=O; CO; ...

+ Thứ hai, chất màu phải có nhóm trợ màu hay gọi là auxocrom là nhóm có hiệu ứng liên hợp dương nhờ có các cặp electron n chưa sử dụng như -NH₂; -NHR; -NR₂; -OH; -SH... Các nhóm này có khả năng hóa muối. Chất màu càng có nhiều nhóm trợ màu thì càng thẩm màu và cường độ màu càng lớn.

Ngược lại, một số nhóm khóa mất hoạt động của nhóm trợ màu làm màu nhạt đi. Nhờ các auxocrom có tính axit hoặc bazơ hoặc nhờ tương tác hóa học nào đó mà chất màu có thể gắn chặt vào vật liệu cần nhuộm.

Phẩm nhuộm là các chất màu có khả năng nhuộm màu bền lên các vật liệu. Sự tăng ${\mathrm{\lambda }}_{\max }$ của phẩm nhuộm hay của chất màu về phía hấp thụ các tia có bước sóng dài từ màu tím đến màu đỏ gọi là sự thẫm màu batocrom. Sư giảm ${\mathrm{\lambda }}_{\max }$ gọi là sự nhạt màu hay gọi là sự chuyển dịch hipsocrom. 

Phẩm nhuộm

2. Một số loại phẩm nhuộm quan trọng

Người ta có thể phân loại phẩm nhuộm theo hai cách:

Cách 1: Dựa vào cấu trúc hóa học của phẩm nhuộm.

Cách 2: Theo phương pháp sử dụng phẩm nhuộm

a. Phân loại phẩm nhuộm theo cấu trúc của cromopho

- Phẩm nhuộm azo: có ý nghĩa thực tế to lớn. 

Phẩm nhuộm azo chứa nhóm azo -N=N- trong phân tử và các nhóm trợ màu tùy theo đặc tính của nhóm trợ màu. Nếu nhóm trợ màu mang tính ba zơ có các nhóm đẩy electron mạnh như -NH₂; -NR₂... gọi là phẩm nhuộm azo - bazơ.

Nếu nhóm trợ màu có tính axit do các nhóm thế -OH,-COOH; -SO₃H gọi là phẩm nhuộm azo - axit. 

- Phẩm nhuộm đi hoặc triarylmetan

Loại phẩm nhuộm chủ yếu là những sản phẩm thế của diphenylmetan hoặc triphenylmetan trong đó các nhóm hidroxyl, nhóm amino hoặc nhóm diankylamino ở vị trí para có thể tạo được quinoit. Đây là những chất nằm trong thành phần cơ bản của nhiều thuốc nhuộm. Loại này thường ít màu nhưng rất dễ bị oxi hóa bởi oxi không khí rồi tác dụng với axit hay bazơ thích hợp tạo ra thuốc nhuộm

- Phẩm nhuộm indizo 

Loại chất màu này có cấu tạo dựa vào khung indigo, tức là trong cromopho có nhóm liên hợp kiểu:

Indigo là chất màu được tìm thấy ở châu Âu từ thế kỉ 18. Nó được chiết từ cây Indigofera tinctoria. Đó là một glicozit của indoxin. Người ta chiết và thủy phân glicozit này thu được indoxin. Indoxin bị oxi không khí oxi hóa tạo ra indigo; khử indigo bằng Na₂S₂O₄ thu được indivai không màu.

Ngày nay, người ta tổng hợp chất màu indigo từ axit antranilic dùng để nhuộm vải, len và lụa. Trong vòng benzen có thể có các nguyên tử halogen như brom hay clo ở vị trí meta. Indigo là bột màu nâu thẫm, ở trên 392^oC có thể bị thăng hoa tạo ra hơi màu đỏ, không tan trong nước nóng nhưng có thể kết tinh lại trong anilin hoặc anhidrit phtalic. Trong công nghiệp, người ta hay sử dụng indigosol và điều chế nó bằng cách closunfo hóa indivai trong piridin rồi sau đó thêm xút vào

- Phẩm nhuộm antraquinon

Trong phân tử có bộ khung antraquinon. Phẩm nhuộm này chứa cromopho quinoit có thể tạo muối có màu.

b. Phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng

Trong kĩ thuật nhuộm, người ta phải có các biện pháp kĩ thuật để cho phẩm nhuộm bám chắc, thấm sau đi vào phía trong của vật liệu cần nhuộm như loại sợi len, sợi vải, sợi tổng hợp.. và phải đảm bảo yêu cầu bền màu, không bị nước cuốn màu đi. Vì vậy, trong kĩ nghệ nhuộm người ta còn phân loại phẩm nhuộm theo phương pháp sử dụng. Sau đây là một số loại phẩm nhuộm.

- Phẩm nhuộm trực tiếp: đây là loại phẩm nhuộm nhuộm trực tiếp lên sợi vải bằng dung dịch phẩm nhuộm trong nước. Loại thuốc nhuộm này thường để nhuộm len, sợi tơ tằm. Trong loại phẩm nhuộm này thường có các nhóm amino, sunfonic (phẩm azo axit, azo bazơ) có khả năng làm tăng tính bền màu đối với quá trình giặt, tẩy rửa vì các loại thuốc nhuộm này tương tác với các nhóm phân cực như -HN-; COOH trong sợi polipeptit.

Sợi bông có thể nhuộm trực tiếp bằng đỏ Conggo vì các nhóm amino (-NH₂) và nhóm sunfonic (-SO₃H) phân cực có thể tạo ở trên sợi vải những liên kết hidro với các nhóm hidroxyl và ete của xenlulo. Điều này làm giảm bớt sự hòa tan màu trong nước. 

Đỏ conggo

- Phẩm nhuộm cầm màu (gián tiếp)

Loại phẩm nhuộm này được gắn gián tiếp lên sợi vải qua chất cầm màu. Người ta thường sử dụng các hidroxit kim loại như nhôm axetat, sắt axetat để liên kết giữa sợi vải và phẩm nhuộm. Phẩm nhuộm có chất cầm màu thường để nhuộm bông, len, tơ lụa.  

- Phẩm nhuộm hoàn nguyên (hay gọi là phẩm nhuộm thùng)

Loại phẩm nhuộm này thường không tan. Người ta phải chuyển nó thành dạng tan bằng cách dùng chất khử thấm vào sợi vải, rồi tái sinh phẩm nhuộm bám chắc vào sợi vải bằng cách oxi hóa chúng trong không khí.

- Phẩm nhuộm phân tán

Đó là loại phẩm nhuộm không tan trong nước, có thể phân tán trong sợi, được dùng để nhuộm rất tốt các loại sợi có độ phân cực trung bình hoặc kém. Người ta dùng phẩm nhuộm dưới dạng huyền phù. Khi nhuộm vải, để tăng quá trình hấp phụ thuốc nhuộm vào sợi vải thì phải nhuộm ở nhiệt độ cao hoặc tăng áp suất.

- Phẩm nhuộm phát triển (phẩm nhuộm hiện màu)

Để thu được sản phẩm nhuộm đẹp, màu bền nhiều lúc người ta điều chế thuốc nhuộm ngay trên sợi bằng phản ứng ghép (Điazo hóa).