Історія барвників

Якби англійський хімік Вільям Перкін жив на кілька десятиліть пізніше, він би навіть і не намагався отримати протималярійний препарат хінін з аніліну. У 1856 році органічна хімія як наука була ще занадто слабо розвинена, щоб вчений міг зрозуміти нереальність своєї задумки. Він наполегливо проводив досвід за досвідом, отримуючи замість хініну густу чорну масу, дуже схожу на деготь. Яке ж було його здивування, коли з цієї смоли вдалося виділити речовину красивого лілового кольору. Без особливої надії на успіх цим речовиною спробували пофарбувати шовк — і з того часу ім'я вченого назавжди увійшло в історію хімії. Він відкрив один з перших штучних барвників — мовеїн.

Незважаючи на юний вік, на момент відкриття йому було всього 18 років, Перкін був людиною рішучою та підприємливою. Протягом двох років він організував завод з виробництва моревіна. З цього часу починається ера штучних (або, як їх називають, синтетичних) барвників.

У далекому минулому

До того часу люди використовували тільки природні барвники. Добувати їх навчилися ще в Стародавньому Єгипті. Кампешеве дерево та корені марени, сік акації та ягоди чорниці, квіти шафрану та резеди — ось що було джерелом барвників. Навіть із висушених тіл комах кошеніллі отримували красивий алевий барвник кармін. Знаменитий червоний барвник давнини — античний пурпур добували зі спеціальних залоз особливих морських молюсків — багрянок. Він був дуже дорогим. Щоб отримати всього один грам барвника, потрібно було добути з морських глибин кілька десятків тисяч мушель. Проте пурпур цінувався буквально на вагу золота. Відомий оратор і політичний діяч Цицерон, який обіймав посаду першого консула, двічі носив пофарбований пурпуром одяг на честь визнання його видатних заслуг. А легендарна єгипетська цариця Клеопатра, величезні багатства якої давали їй право на найрозпусніші вчинки, одного прекрасного дня наказала пофарбувати пурпуром вітрила своїх кораблів. Одне таке вітрило коштувало вагомої золотої слитки.

Історія барвників зберігає багато цікавих подій, часом курйозних, а часом і драматичних. У середньовіччі між Італією та Швейцарією навіть спалахнула справжня війна через кілька десятків кілограмів барвника шафрану.

Багата подіями історія індіго — "короля" барвників. З давніх часів його добували зі стебел та листя рослини індігофери, що росте в тропічних країнах Азії. В Європу індіго у VIII столітті привезли арабські купці, але проти нього одностайно повстали європейські фарбувальники. Вони фарбували тканини в синій колір соком рослини вайди, яка часто зустрічалася на берегах річок, і заморський барвник їм не був потрібен. У німецьких містах індіго за підтримки церкви оголосили "нововинайденим шахрайським, дратівливим та руйнівним фарбою, також званою дияволовою фарбою". Десь фарбувальники були змушені щорічно давати обіт не застосовувати індіго під загрозою смертної кари. Але, незважаючи на перешкоди, король барвників з часом зайняв належне йому місце. А в кінці минулого століття навколо індіго знову розгорілися пристрасті. Німецький хімік Адольф Байєр після наполегливих п'ятнадцяти років досліджень встановив структуру індіго і в 1882 році отримав його штучним шляхом. Спочатку синтетичний індіго був дорогим, але вже в перші роки нашого століття синтетичний барвник став майже у три рази дешевшим за натуральний. Торговці природним індіго, які зазнали краху, намагалися знову за допомогою церкви обрушитися тепер уже на синтетичний барвник. Але прокляттями прогресу науки не зупинити. А індіго виробляється у великих кількостях і до сьогодні. Особливо високим попитом він користується в останнє десятиліття як найкращий барвник для джинсових тканин.

Область застосування

У відносно короткий час синтетичні барвники практично повністю витіснили природні. Їх кількість зростала дуже швидко і зараз значно перевищує 10 тисяч. За своїми властивостями вони перевершують природні, коштують значно дешевше, а їх отримати набагато простіше. Основною сировиною для виробництва барвників служать продукти переробки нафти та коксування кам'яного вугілля. Історично перші синтетичні барвники були отримані з аніліну, і з часом так і залишилася назва анілінових, а галузь хімічної промисловості, що випускає барвники, називається анілінокрасильною.

Усе, що надіто на вас, аж до ґудзиків та шнурків взуття, пофарбовано синтетичними барвниками. А що оточує вас у квартирі? Меблі, штори на вікнах і шпалери на стінах, різноманітні вироби з пластику, шкіряні та гумові речі, дитячі іграшки — колір всім цим різноманітним предметам також надають синтетичні барвники. Завдяки ним ми дивимося кольорові кінофільми, читаємо книги та журнали з яскравими ілюстраціями, пишемо кульковими ручками та фломастерами всіх кольорів.

Як бачите, фарбувати доводиться дуже різні за своїми властивостями матеріали. І кожен матеріал вимагає особливих, тільки для нього придатних методів фарбування.

А для того, щоб пофарбувати шкіру, потрібна складна попередня обробка. Спочатку шкіру кілька днів витримують у розчині вапна у суміші з сірчаним натрієм для видалення волосистого покриву. Після цього спеціальним складом проводять її зоління та пом'якшення. Потім шкіру дублять, щоб вона стала міцною та пластичною, набула водовідштовхувальні та протигнитні властивості. Лише після цього шкіру фарбують у потрібний колір.

Дуже цікаво відбувається процес фарбування виробів з анодованого алюмінію. Спочатку збирають електричний ланцюг, у якому фарбована алюмінієва пластинка слугує анодом. Анод і катод опускають у розбавлену сірчану кислоту і починають пропускати електричний струм певної сили. При цьому на поверхні алюмінію утворюється оксидна плівка, яку легко фарбувати барвниками. Після фарбування проводять процес електрохімічного полірування, в результаті якого плівка затягується і надалі не піддається зовнішнім впливам.

Більшість вироблених барвників йде в текстильну промисловість для фарбування тканин. При цьому для різних тканин потрібні різні барвники: одними фарблять вовну, іншими — бавовняні тканини, третіми — тканини з різних синтетичних волокон. Але до всіх цих барвників пред'являється одне і те саме вимога — давати фарбу не лише красиву, а й міцну. А це означає, що фарба не повинна вигорати на сонці і псуватися при прасуванні тканини праскою, линяти при пранні і залишати сліди при терті на білому матеріалі. Значить, барвник повинен бути міцно пов'язаний з тканиною. Більшість барвників утримується на тканині за рахунок сил притягання між їх молекулами і волокнами тканини. Якщо ці сили виявляться недостатньо міцними, то фарба буде линяти при пранні або під час дощу. Набагато міцнішу фарбу дають недавно відкриті активні барвники. У їх молекулах є активна група, яка при фарбуванні відщеплюється. При цьому між барвником і волокном тканини виникає міцний хімічний зв'язок.

Для отримання тканин із малюнком застосовують спеціальні друкарські машини. Спосіб нанесення малюнка залежить від його особливостей. Припустимо, потрібна тканина з таким малюнком — по білому полю розкидані сині квіти. Фарбу отримують за допомогою прямого друку, наносячи малюнок на білу тканину. А якщо необхідна зворотна картина — білі квіти на синьому фоні? У цьому випадку беруть вже пофарбовану однотонну синю тканину і спеціальним складом витравляють на ній малюнок. Витравний склад може містити барвник якогось іншого кольору, наприклад жовтого. Тоді ми отримаємо синю тканину з жовтими квітами. Для отримання більш складних візерунків застосовують резервний друк. Визначені ділянки на тканині попередньо покривають резервуючою речовиною, і при нанесенні барвника вони вже не фарбуються. Зовсім недавно з'явився ще один цікавий спосіб отримання складного візерунка на тканині — перекладний друк. Малюнок отримують майже так само, як на дитячих перекладних картинках. Спочатку він наноситься на папір, потім у певних умовах папір поєднують з тканиною — і барвник переходить на тканину. Так можна отримати багатокольоровий і дуже тонкий малюнок, майже не відрізняючись від книжкових ілюстрацій.

Фарбування тканин відноситься до найдавніших ремесел людини.

Віддавна воно вважалося "чорним" ремеслом. Проводили фарбування у відкритих чанах, неприємний запах від яких розносився на десятки метрів від барвильні. У багатьох містах фарбувальників взагалі вигоняли кудись подалі від житла. Різко змінилася ця картина в наші дні. Сучасні текстильні фабрики — це добре обладнані різним технологічним обладнанням підприємства. На багатьох з них застосовуються автоматизовані методи безперервного фарбування та друкування тканин. Нічого вже не нагадує про колишнє "чорне" ремесло.

До цього часу мова йшла лише про кольорові барвники. Але ж поряд із кольоровими потрібні й білі тканини, білий папір. Для надання білим матеріалам ще більшої білосніжності останнім часом все частіше застосовують оптичні відбілювачі, або білофори. З якою метою вони з’явилися? Щоб відповісти на це питання, давайте згадаємо, що таке білий колір. Будь-яке тіло здається нам білим тільки тоді, коли воно не поглинає променів видимого спектру світла, а лише відбиває їх. Якщо ж тіло поглинає хоча б якісь видимі промені, то воно здається нам пофарбованим. Колір його залежатиме від того, які саме промені воно поглинає. Ви, напевно, звертали увагу на те, що білий папір, довго перебуваючи на сонці, набуває жовтуватого відтінку. Це відбувається тому, що під впливом сонячного світла в структурі паперу відбуваються зміни, і він частково починає поглинати видимі сині промені. Те ж саме відбувається і з білим білизною після прання. Саме тут на допомогу приходять білофори! За своєю будовою це звичайні барвники. Але молекули їх мають дуже цікаву властивість. Вони поглинають невидимі оком ультрафіолетові промені і перетворюють їх у видимі промені. І саме такі промені, поглинання яких викликає пожовтіння білої тканини або паперу. Таким чином, обробка білого матеріалу оптичним відбілювачем запобігає появі у нього неприємного жовтого відтінку. І сам матеріал після такої обробки виглядатиме значно біліше, ніж він є насправді.

Барвники сьогодні та завтра

У народній медицині з давніх-давен багато природних барвників застосовували як ліки. Червоним хробаком лікували коклюш у дітей та захворювання нирок у дорослих. Інші барвники допомагали при головному болю, захворюваннях серця, безсонні. Незабаром після того, як були відкриті синтетичні барвники, з’ясувалося, що багато з них також мають лікувальну дію. Зараз барвники застосовуються в таких різних галузях медицини, як лікування малярії та шкірних захворювань, для зупинки кровотеч та дезінфекції. Кому з нас у дитинстві не мазали зеленкою розбиті колінки!

Останніми роками хіміки займаються пошуком таких барвників, які одночасно поєднували б у собі лікувальні або інші корисні властивості з фарбувальною здатністю. Кілька таких барвників із заданими властивостями вже отримано.

Вовняні та бавовняні тканини, виявляється, мають найжорстокіших ворогів. Це різні мікроорганізми, плісняві грибки та бактерії. При потраплянні на тканину вони можуть швидко розмножуватися, через що тканина приходить в негодування - гниє, втрачає міцність. Цей, завдаючий величезної шкоди процес, аналогічний корозії металів, називається біологічною корозією. Особливо страждають від неї тканини, що знаходяться в тропічних умовах при високій температурі та вологості повітря, тобто в найсприятливіших умовах для розмноження мікроорганізмів. Для захисту від біологічної корозії тканини просочують спеціальними антимікробними препаратами. Однак таке просочування часто пов’язане з рядом незручностей. Набагато вигідніше та зручніше застосовувати барвники, що володіють біозахисними властивостями. Два процеси - фарбування та антимікробне просочування - поєднуються в один. Біозахисні барвники для вовняних тканин промисловістю вже виробляються. Незабаром також з’являться такі барвники для бавовняних тканин, які піддаються біологічній корозії в значно більшій мірі.

Уявіть собі, що на підлогу ступають сірники, і починається пожежа. Вогонь миттєво піднімається по шторам — і ось вже вся кімната охоплена полум'ям. Швидко загасити таку пожежу дуже важко. Але незабаром на допомогу пожежникам прийдуть такі барвники, які сповільнять час горіння тканини з кількох секунд до кількох хвилин. У пожежі, де вирішують миті, це дуже важливо.

Отримано барвники з іншими цікавими властивостями. Наприклад, в деяких оптичних приладах застосовуються барвники, що змінюють свій колір залежно від освітленості. Інші барвники-хамелеони дуже чутливі до змін температури. Їх використовують в техніці там, де потрібно постійно контролювати температуру, а термометр встановити неможливо. Барвники знаходять застосування в лазерній та копіювально-множильній техніці та навіть при океанологічних дослідженнях. Так, загадку теплого атлантичного течії Гольфстрім було вирішено в значній мірі завдяки дуже яскравому барвнику флуоресцину.

А що сталося з природними барвниками? Зараз про них мало хто згадує. Правда, природні барвники застосовуються в харчовій промисловості. Оскільки вони абсолютно нешкідливі для людини, ними підфарбовують оболонки для сирів, кондитерські вироби, лікери та фруктові води.