Quimica dos Corantes

 

PRINCÍPIO DA QUÍMICA DAS CORES

Diferentemente da maioria dos compostos orgânicos, os corantes possuem cor porque: 1- absorvem a luz no espectro visível (400–700 nm), 2 - possuem pelo menos um cromóforo (grupo portador de cor), 3- possuem um sistema conjugado, ou seja, uma estrutura com ligações duplas e simples alternadas e 4- exibem ressonância de elétrons, que é uma força estabilizadora de compostos orgânicos. Quando qualquer uma dessas características está ausente da estrutura molecular, a cor é perdida. Além dos cromóforos, a maioria dos corantes também contém grupos conhecidos como auxiliares de cor, cujos exemplos são os grupos: ácido carboxílico, ácido sulfônico, amino e hidroxila. Embora eles não sejam responsáveis ??pela cor, sua presença pode mudar a cor de um corante e costumam ser utilizados??para influenciar a solubilidade do corante.

 

Imagem 1 corante

 

 

Imagem 2 corante

 

 

Imagem 3 corante

Efeitos de grupos substituintes em um sistema azo-corante


CORANTES VERSUS PIGMENTOS

No que diz respeito à sua solubilidade, os corantes orgânicos dividem-se em duas classes: corantes e pigmentos. A principal distinção é que os corantes são solúveis em água e / ou em um solvente orgânico, enquanto os pigmentos são insolúveis nos dois tipos de meios líquidos. Os corantes são utilizados ??para colorir substratos aos quais eles têm afinidade. Os pigmentos podem ser usados ??para colorir qualquer substrato polimérico, mas por um mecanismo bastante diferente do dos corantes, na qual a coloração apenas na superfície está envolvida, a menos que o pigmento seja misturado com o polímero antes da formação de fibras ou artigos moldados.

AFINIDADE CORANTE-SUBSTRATO

Corantes contendo um ou mais grupos azo (ou seja, corantes azo) compreendem de longe a maior família de corantes orgânicos. Os tipos de destaque são: 1) corantes ácidos para substratos de poliamida e proteína, como nylon, lã e seda; 2) corantes dispersos para substratos hidrofóbicos, como poliéster e acetato, e 3) corantes diretos e reativos para substratos celulósicos, como algodão, rayon, linho e papel. Geralmente, a síntese de corantes azo envolve duas etapas. A etapa 1 é a conversão de uma amina aromática em um composto diazo (ou seja, Ar-NH2 → Ar-N2 +), um processo conhecido como diazotização, e a etapa 2 é a reação do composto diazo com um fenol, naftol, amina aromática ou um composto que possui um grupo metileno ativo, para produzir o corante azo correspondente, um processo conhecido como acoplamento diazo (por exemplo, Ar-N2 + + Ar'-OH → Ar-N = N-Ar'-OH). Este processo é adequado para formar corantes azo e pigmentos.

Como a eficácia de um processo de tingimento ou impressão depende frequentemente da afinidade entre o corante e o substrato, os corantes são projetados com um substrato específico em mente. Nesse sentido, devem ser projetados corantes que tenham: a) maior afinidade pelo substrato do que o meio (geralmente água) do qual é aplicado, b) alto grau de permanência nas condições de uso final (por exemplo, estabilidade ao desbotamento devido à exposição a água (molhado rapidamente) e / ou luz solar. A disponibilidade de corantes para um tipo específico de substrato é o resultado de um processo deliberado de projeto molecular que leva em consideração o substrato alvo e a aplicação de uso final.

CORANTE PARA POLIÉSTERES

Corantes desenvolvidos para poliésteres são conhecidos como corantes dispersos. Nesse caso, o mecanismo de coloração envolve "dissolver" o corante na matriz polimérica para formar uma solução sólido-sólido. Aproveitando o princípio bem conhecido de que “o tipo dissolve-se”, os corantes dispersos são projetados de natureza hidrofóbica. Esses corantes são muito pouco solúveis em água e derivam seu nome do fato de serem dispersos em vez de totalmente dissolvidos em água para realizar o processo de tingimento. Um exemplo é o CI Disperse Blue 165. Os corantes dispersos não têm afinidade com polímeros hidrofílicos, como a celulose, o que os torna inadequados para a coloração de algodão, celofane e papel, mas bastante adequados para poli (tereftalato de etileno) e acetato de celulose.

 

Imagem 4 corante

 Estruturas de alguns corantes e pigmentos azo comerciais


CORANTES PARA POLIAMIDAS E PROTEÍNAS

Os corantes para esses substratos normalmente formam ligações iônicas dentro da matriz polimérica. Nesse caso, são usados ??corantes com carga negativa (aniônica), porque poliamidas como nylon e proteínas como lã, seda e couro carregam carga positiva (catiônica) - especialmente durante o processo de tingimento. Corantes aniônicos para substratos de poliamida e proteína são conhecidos como corantes ácidos, um exemplo do qual é CI Acid Black 1. Eles derivam seu nome do fato de serem tipicamente aplicados a substratos adequados a partir de um meio contendo ácido. Esses corantes têm pouca ou nenhuma afinidade para polímeros de poliéster, celulósicos ou catiônicos, uma vez que esses substratos não podem formar uma ligação iônica com eles.

 

 Imagem 5 corante

Estrutura de um ácido comercial e corante catiônico (básico)

 

CORANTE PARA POLÍMETROS CATIÔNICOS

Os corantes para esses substratos também formam ligações iônicas dentro da matriz polimérica. Nesse caso, os corantes com carga positiva (catiônica) são utilizados ??porque polímeros como o poli(acrilonitrila) carregam uma carga negativa (aniônica) em sua espinha dorsal, tornando o caráter iônico das substâncias em interação com o inverso do descrito acima para os corantes ácidos. Corantes catiônicos para substratos acrílicos foram inicialmente conhecidos como corantes básicos, um exemplo do qual é CI Basic Red 18. Hoje, eles derivam seu nome do fato de possuírem um grupo catiônico. Esses corantes não têm afinidade pelos polímeros de poliéster, celulósico ou poliamida, pois esses substratos não podem formar uma ligação iônica com eles. Os corantes catiônicos podem ser utilizados ??para tingir fibras proteicas e, de fato, o primeiro corante sintético Mauveine foi um corante básico utilizado para tingir seda.

CORANTES PARA POLÍMETROS CELULÓSICOS

Os substratos celulósicos incluem algodão, rayon, celofane, linho e papel, todos muito hidrofílicos e, portanto, requerem corantes hidrofílicos (solúveis em água) para sua coloração a partir de um banho de corante. Além disso, os corantes devem ser projetados para manter a afinidade quando o substrato é exposto à água. Isso permite que a cor permaneça no substrato quando, por exemplo, um tecido de algodão é lavado ou uma xícara de café é derramada inadvertidamente em uma folha de papel. A facilidade com que substratos celulósicos, como o algodão incham e perdem corantes durante a lavagem, levou ao projeto e desenvolvimento de mais famílias de corantes para fibras celulósicas do que qualquer outro substrato.

Os corantes projetados para polímeros celulósicos são corantes diretos, azóicos, enxofre e reativos. Os corantes diretos são assim chamados porque foram os primeiros corantes que tinham afinidade pelo algodão na ausência de um agente de ligação conhecido como mordente. Como esses corantes são solúveis em água, muitos têm baixa solidez à umidade. 

 Imagem 6 corante

Representação da ligação H (C) entre uma celulose (A) e um corante direto (B)

 

Para aumentar a resistência à umidade nas fibras celulósicas, foram desenvolvidos métodos para aplicar corantes insolúveis em água no algodão. Esses corantes incluem aqueles que são insolúveis em água em sua forma natural ou sintetizados dentro da matriz polimérica como um corante insolúvel em água. A ideia é que a colocação de um corante insolúvel em água dentro da matriz polimérica impediria a remoção da cor após a exposição do substrato à água. Por sua vez, isso levou ao desenvolvimento de corantes de enxofre. Os corantes de enxofre são assim chamados por causa do uso de enxofre em sua síntese. As estruturas dos corantes de cuba são bastante conhecidas, mas as estruturas de corantes de enxofre são menos bem definidas, porque sua natureza polimérica as torna inadequadas para métodos padrão de caracterização de estruturas. Em sua aplicação, os corantes de cuba e enxofre são convertidos em uma forma solúvel em água que possui afinidade com a celulose e subsequentemente são convertidos novamente em sua forma insolúvel em água, proporcionando boa permanência em condições úmidas. Incluído na família de corantes de cuba está o conhecido índigo corante natural. Embora o índigo ainda seja o corante mais importante para o tecido jeans, seu tamanho tipicamente pequeno faz com que esse corante de cuba seja muito suscetível à remoção em um processo de lavagem, dando ao jeans uma aparência desbotada mesmo após uma lavagem. Isso ressalta a importância de projetar corantes para substratos celulósicos que possuam as características necessárias para que eles permaneçam dentro da matriz polimérica quando a água inchar o substrato.

 Imagem 7 corante

Estruturas características dos corantes enxofre (a), cuba (b), azóicos (c) e reativos (d)

 

Os corantes azóicos também são conhecidos como corantes de naftol porque os compostos de naftol são usados ??em sua síntese. Esses corantes não existem por si só, mas são gerados dentro da matriz polimérica aplicando os dois componentes necessários ao substrato separadamente. Após sua aplicação ao substrato, os dois componentes se encontram e se combinam para formar um corante insolúvel em água.

A última classe de corantes adequados para as fibras celulósicas é conhecido como corantes reativos. Eles derivam seu nome do fato de terem passado por uma reação química com celulose para formar uma ligação covalente. Os corantes reativos abriram a porta para tons brilhantes e úmidos em fibras celulósicas que não eram atingíveis anteriormente.

 Imagem 8 corante

 Fixação de fibra corante via ligação covalente, onde Cell-OH representa celulose.



Referências

  • Abrahart EN (1977). Corantes e seus intermediários . Nova York: Chemical Publishing, pp. 1–12.
  • Allen RLM (1971). Química das cores . Londres: Thomas Nelson and Sons Ltd. pp. 11–13.
  • Anon (1996). Associação Ecológica e Toxicológica de Fabricantes de Corantes e Pigmentos, Químicos Têxteis e Coloristas, “ Proibição Alemã de Uso de Certos Compostos Azo em Alguns Bens de Consumo: ETAD Information Notice No. 6 ”, vol. 28 (4), 11.
  • Aspland JR (1997). Tingimento e Coloração Têxtil . Associação de Químicos e Coloristas Têxteis. pp. 3-310.
  • Corbett J (2000) corantes capilares . Em Freeman HS, Peter AT, eds, Colorants for Non-textile Applications, Amsterdã: Elsevier Science, pp. 456-477.
  • Corbett JF. Coloração de cabelo. Revisão do progresso na coloração e tópicos relacionados. 1985; 15 : 52–65.
  • Corantes de Gregory P. Azo: relações estrutura-carcinogenicidade. Corantes e pigmentos. 1986; 7 : 45–56.
  • Longstaff E. Uma avaliação e categorização dos dados de carcinogenicidade animal em corantes selecionados e uma extrapolação desses dados para uma avaliação do risco carcinogênico relativo ao homem. Corantes e pigmentos. 1983; 4 : 243-304.
  • Maron DM, Ames BN. Métodos revisados ??para o teste de mutagenicidade de Salmonella. Mutat Res. 1983; 113 : 173-215. PMID: 6341825. [ PubMed ]
  • Prival MJ, Bell SJ, Mitchell VD. et al. Mutagenicidade de corantes benzidina e benzidina congênita e corantes monoazo selecionados em um ensaio de Salmonella modificado. Mutat Res. 1984; 136 : 33–47. PMID: 6371512. [ PubMed ]
  • Weisburger E (1978). Produtos químicos causadores de câncer . Em LaFond RE, ed. Câncer - The Outlaw Cell, Sociedade Americana de Química, pp. 73–86.

 

 

 

LEIA NOSSOS ARTIGOS

- Entendo as técnologia repelentes à água 

 - Grafeno, a chave para têxteis inteligentes futuristas

Toxicidade escondida nos produtos químicos têxteis

Inovação em Têxteis: Supercapacitor de Tecido

Tecidos para vestimentas de proteção: saiba mais!

Afinal, o que é retrorrefletância? 

Saiba mais sobre os ensaios de migração (para embalagens e equipamentos plásticos em contato com alimentos)

Entendendo o espaço de cor L*a*b* 

Teste de durabilidade na era da "moda rápida" 

Testes laboratoriais para ftalatos 

Ensaios de Solidez à Luz