barwniki,
związki chemiczne wybiórczo absorbujące promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym (o długości fali od ok. 400 do 780 nm) warunkujące barwę organizmów roślinnych i zwierzęcych albo nadające barwę przedmiotom użytkowym.
barwniki
Encyklopedia PWN
Służą do barwienia (barwienie włókien) m.in. włókien naturalnych i chemicznych, tworzyw sztucznych, skóry, papieru, żywności.
Według współczesnej, tzw. elektronowej, teorii barwności barwa związku organicznego jest spowodowana obecnością w jego cząsteczce sprzężonych układów elektronów π, które bardzo łatwo ulegają wzbudzeniu, absorbując promieniowanie o określonej długości fali w widzialnej części widma; nie pochłonięte składniki (obszary) widma zostają odbite dając wrażenie barwy. W teorii klasycznej barwa związku zależy od obecności w jego cząsteczce ugrupowania atomów, zwanego chromoforem; związek barwny staje się barwnikiem dopiero po wprowadzeniu do jego cząsteczki ugrupowania atomów, zwanego auksochromem. W farbiarstwie włókienniczym zastosowanie praktyczne mają jedynie barwniki odznaczające się trwałością otrzymanych wybarwień, tzn. ich odpornością na działanie światła, potu, chloru, tarcie w stanie suchym i wilgotnym oraz pranie w ciepłym roztworze mydła, prasowanie, oraz te barwniki, które nie działają szkodliwie na organizm człowieka (nie wywołują odczynów alergicznych).
Ze względu na budowę chemiczną cząsteczki barwników dzieli się najogólniej na barwniki karbocykliczne i heterocykliczne; z uwagi na rodzaj występującego w barwnikach chromoforu wśród barwników karbocyklicznych rozróżnia się m.in. barwniki: azowe, nitrowe, nitrozowe, triarylometanowe, benzochinonowe, naftochinonowe, antrachinonowe, chinoiminowe, wśród barwników heterocyklicznych zaś — barwniki indygoidowe, tioindygowe, ksantenowe, oksazynowe, akrydynowe, azynowe, tiazynowe, ftalocyjaninowe, cyjaninowe i innne.
Z użytkowego punktu widzenia barwniki dzieli się na: 1) barwniki rozpuszczalne w wodzie z wytworzeniem barwnego kationu (barwniki zasadowe) albo anionu (barwniki kwasowe, kwasowo-chromowe i metalokompleksowe) oraz barwniki reaktywne i bezpośrednie; 2) barwniki nierozpuszczalne w wodzie: zawiesinowe i barwniki tworzone na włóknie (lodowe, oksydacyjne, zaprawowe) oraz pigmenty; wśród tej grupy barwników można wyróżnić takie, których sole rozpuszczają się w wodzie (barwniki siarkowe i kadziowe), i takie, które rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych, np. barwniki tłuszczowe.
Barwniki zasadowe (kationowe) to duża grupa barwników syntetycznych o charakterze słabo zasadowym, które dysocjują z odszczepieniem barwnego kationu związanego w niezdysocjowanej cząsteczce z anionem kwasu solnego, siarkowego(VI) lub szczawiowego; pod względem budowy chemicznej należą do barwników arylometanowych, ksantenowych, azowych, azynowych; stosowane do bezpośredniego barwienia wełny, jedwabiu naturalnego i włókien poliakrylonitrylowych oraz — dawniej — bawełny po uprzednim zaprawieniu, także do barwienia papieru, drewna i skóry. Dają intensywne, żywe wybarwienia; jedynie specjalne barwniki do włókien poliakrylonitrylowych są odporne na działanie światła.
Cząsteczki barwników kwasowych zawierają barwny anion, który podczas barwienia wiąże się z zasadowymi grupami cząsteczek włókien białkowych (głównie wełny) lub poliamidowych; należą do barwników antrachinonowych, azowych, trifenylometanowych; występują w postaci soli sodowych kwasów sulfonowych, rzadziej karboksylowych; dają niezbyt trwałe wybarwienia; lepszą odporność na działanie wody i światła uzyskuje się stosując odmianę barwników kwasowych — barwniki kwasowo-chromowe (głównie azowe i antrachinonowe), tworzące z chromem — w procesie dwustopniowym — trwałe, barwne związki kompleksowe; barwienie barwnikami metachromowymi odbywa się w jednej kąpieli farbiarskiej, zawierającej, oprócz barwnika, także sole chromu. Odrębną grupę barwników kwasowych stanowią barwniki metalokompleksowe, których cząsteczki zawierają atomy metalu (chromu lub kobaltu) związane w postaci kompleksów. Inną grupę stanowią barwniki reaktywne, mające zdolność do trwałego, chemicznego wiązania się z barwionym włóknem dzięki obecności w ich cząsteczkach odpowiednich grup aktywnych (np. chlorotriazynowych, fluorowcopirymidynowych, epoksydowych, winylowych), które mogą reagować z hydroksylowymi grupami włókien celulozowych lub aminowymi grupami wełny, jedwabiu albo włókien poliamidowych; dają wybarwienia bardzo odporne na pranie. Barwniki bezpośrednie (substantywne) utrwalają się na włóknach roślinnych bezpośrednio (bez pomocy zapraw) dzięki procesom fizykochemicznym — adsorpcji i dyfuzji, procesy chemiczne odgrywają mniejszą rolę; uzyskane wybarwienia nie są zbyt trwałe i dlatego włókna po naniesieniu barwnika poddaje się jeszcze odpowiedniej obróbce chemicznej; barwniki bezpośrednie należą głównie do barwników poliazowych.
Barwniki zawiesinowe (dyspersyjne) bardzo słabo rozpuszczają się w wodzie i są stosowane w postaci trwałej zawiesiny wodnej (kąpiel zawiera dyspergatory) do barwienia jedwabiu octanowego i włókien syntetycznych, głównie poliestrowych, poliamidowych i poliakrylonitrylowych; są to przede wszystkim barwniki azowe i antrachinonowe; dają wybarwienia o pełnej palecie barw, ale niezbyt trwałe na pranie i działanie światła; barwniki zawiesinowe łatwo sublimujące są stosowane do drukowania transferowego (drukowanie wyrobów włókienniczych).
Nierozpuszczalne w wodzie barwniki azowe wytwarzane bezpośrednio na włóknie w wyniku sprzęgania (w temperaturze 0–5°C) związków diazoniowych z naftoelanami (osadzonymi uprzednio na barwionym materiale) noszą nazwę barwników lodowych (naftoelanowych); barwniki te są stosowane do barwienia i drukowania głównie włókien roślinnych (specjalne odmiany do włókien syntetycznych); wybarwienia odznaczają się trwałością i żywością barw. Bezpośrednio na włóknach powstają także barwniki oksydacyjne (utleniane). Barwienie polega na naniesieniu na wyrób odpowiednich półproduktów (amin aromatycznych, aminofenoli) i katalitycznym utlenieniu ich wodą utlenioną lub chloranem(V) sodu; barwniki te służą do barwienia i drukowania wyrobów z włókien celulozowych oraz — specjalne — do barwienia okrywy włosowej skór. Barwniki zaprawowe mają zdolność tworzenia barwnych, nierozpuszczalnych związków, tzw. laków, z solami metali (głównie glinu, chromu), zwanzch zaprawami, osadzonymi uprzednio na włóknach; do tej grupy barwników należy alizaryna i jej pochodne, barwniki nitrozowe, azowe i barwniki roślinne; barwienie barwnikami zaprawowymi jest uciążliwe i kosztowne, dlatego są one obecnie, mimo trwałych wybarwień, bardzo rzadko stosowane. Nierozpuszczalne w wodzie barwniki siarkowe rozpuszczają się w disiarczku sodu; obecne w ich cząsteczkach układy disiarczkowe –S–S– ulegają zasadowej redukcji, barwnik przechodzi w postać rozpuszczalnej soli, zwanej leukosolą, i w tej postaci jest naniesiony na włókno, a następnie utleniony (zwykle tlenem powietrza) do pierwotnej formy; barwniki siarkowe służą do barwienia włókien roślinnych, głównie bawełny; dają wybarwienia odporne na działanie wody, potu i pranie. Wśród barwników nierozpuszczalnych w wodzie liczną grupę stanowią barwniki kadziowe, które poddane redukcji ditionianem(III) (podsiarczynem) sodu w rozcieńczonych roztworach wodorotlenków litowców (tzw. kadziowaniu) tworzą rozpuszczalne sole (zwane leukozwiązkami), które po związaniu z włóknem poddaje się utlenieniu do pierwotnej postaci; należą do barwników indygoidowych oraz pochodnych antrachinonu i in. ketonów policyklicznych; stosuje się je do barwienia głównie włókien celulozowych; otrzymane wybarwienia odznaczają się żywymi barwami i dużą trwałością.
Do 2. połowy XIX w. stosowano jedynie barwniki naturalne — do cenionych roślin barwierskich należały: urzet, marzanna, indygo, kampesz, kurkuma, zaś barwnikami pochodzenia zwierzęcego były purpura tyryjska i koszenila. Pierwsze barwniki syntetyczne to fuksyna (otrzymana 1855 przez J. Natansona) i moweina (otrzymana 1856 przez W. Perkina); rozwój najliczniejszej grupy barwników syntetycznych — barwników azowych zapoczątkowało odkrycie 1858 przez P.J. Griessa związków diazoniowych. Obecnie stosuje się prawie wyłącznie barwniki syntetyczne. Ponad 3/4 produkcji barwników zużywa przemysł włókienniczy, ponadto: skórzany, papierniczy, tworzyw sztucznych, poligraficzny, kosmetyczny; barwniki stosuje się też w chemii analitycznej (jako wskaźniki).
