Väriaineita käytetään monilla teollisuudenaloilla – vaatteiden, maalien, muovien, valokuvien, vedosten ja keramiikan värjäämiseen. Väriaineita käytetään nykyään myös uudenlaisissa sovelluksissa ja niitä kutsutaan funktionaalisiksi (korkean teknologian), koska niitä ei sisällytetä tuotteeseen vain esteettisistä syistä vaan tiettyihin tarkoituksiin, esimerkiksi kirurgiassa.

Väriaineet voivat olla joko väriaineita tai pigmenttejä. Väriaineet ovat liukoisia värillisiä orgaanisia yhdisteitä, jotka yleensä levitetään tekstiileihin vesiliuoksesta. Ne on suunniteltu sitoutumaan vahvasti tekstiilikuidun muodostaviin polymeerimolekyyleihin.

Pigmentit ovat liukenemattomia yhdisteitä, joita käytetään maaleissa, painoväreissä, keramiikassa ja muoveissa. Ne levitetään käyttämällä dispersiota sopivassa väliaineessa. Useimmat käytetyt pigmentit ovat myös orgaanisia yhdisteitä.

Väriaineiden värin manipulointi ja käyttö

Tässä jaksossa tarkastellaan väriaineiden värin taustalla olevaa kemiaa ja sitä, miten kohdemateriaali, esimerkiksi kuitu, vaikuttaa värjäysmenetelmään ja käytettävään väriaineeseen.

Liuoksessa oleva väriaine värjäytyy, koska tietyt valon aallonpituudet absorboituvat valon tiettyihin sidoksiin molekyylissä. Tarkkailija näkee läpäisevän valon ja se näyttää värilliseltä, koska osa näkyvän spektrin aallonpituuksista puuttuu nyt.

Kuva 1 Mauveine oli ensimmäinen synteettinen väriaine. Sen valmisti vahingossa William Perkin vuonna 1856, joka yritti syntetisoida kiniiniä. Siitä tuli erityisen suosittu, kun kuningatar Victoria käytti mauveiinilla värjättyä silkkipukua vuoden 1862 kuninkaallisessa näyttelyssä Lontoossa.
Se on Society of Dyers and Colouristsin ystävällisellä luvalla.

Näkyvän valoenergian absorboituminen yhdisteeseen edistää molekyylin elektronien siirtymistä matalan energian tilasta, perustilasta, korkeamman energian tilaan, kiihottuneeseen tilaan. Molekyylin sanotaan käyneen läpi elektronisen siirtymän tämän heräteprosessin aikana. Tietyt kiihdytysenergiat vastaavat tiettyjä näkyvän valon aallonpituuksia.

Juuri n-elektroni (elektroni kaksois- tai kolmoissidoksessa) siirtyy kiihottuneeseen tilaan. Tähän siirtymään tarvitaan vielä vähemmän energiaa, jos samassa molekyylissä on vuorottelevia yksi- ja kaksoissidoksia (eli konjugoituja kaksoissidoksia). Elektronin herääminen helpottuu entisestään aromaattisten renkaiden läsnä ollessa, koska n-elektronien delokalisaatio on tehostunut.

Muuttamalla yhdisteen rakennetta värikemistit voivat muuttaa absorboituvan näkyvän valon aallonpituutta ja siten yhdisteen väriä.

Useimpien värillisten orgaanisten yhdisteiden molekyylit koostuvat kahdesta osasta:

(i) yhdestä aryyli- eli aromaattisesta renkaasta, kuten bentseenistä, tai bentseenirenkaasta, jossa on substituentti. Vaihtoehtoisesti voi olla fuusioitunut rengasjärjestelmä, kuten naftaleeni (kaksi yhteen fuusioitunutta rengasta) tai antraseeni (kolme yhteen fuusioitunutta rengasta).

Kohdissa, joissa renkaat yhtyvät toisiinsa, ne jakavat keskenään kaksi hiiliatomia, ja näin ollen naftaleenissa, jossa on kaksi rengasta, on 10 hiiliatomia, ei 12. Vastaavasti antraseenissa on 14 hiiliatomia eikä 18. Koska naftaleenissa ja antraseenissa on delokalisoituneita elektroneja kaikissa renkaissa, ei ole tarkoituksenmukaista käyttää delokalisoitunutta symbolia, jota käytetään bentseenistä muissa yksiköissä, sillä se osoittaisi kahta tai kolmea erillistä delokalisoitunutta järjestelmää. Niinpä tässä yksikössä käytetään Kekule-rakenteita.

(ii) laaja konjugoitunut kaksoissidosjärjestelmä, joka sisältää tyydyttymättömiä ryhmiä, joita kutsutaan kromoforeiksi, kuten:

Värin voimakkuutta voidaan lisätä väriainemolekyylissä lisäämällä aryylirenkaaseen substituentteja, jotka sisältävät yksinäisiä elektronipareja, kuten:

Nämä ryhmät tunnetaan nimellä aksitosyymi.

Joskus väriaineen koko rakennetta kutsutaan kromogeeniksi.

Voidakseen tehdä väriaineesta teollisesti merkittävän väriaineen värikemistien on myös pystyttävä muuttamaan yhdisteen liukoisuutta, ja siihen voidaan lisätä ryhmiä, jotka tekevät väriaineesta veteen liukenevan. Esimerkkejä ovat sulfonihapporyhmä, -SO3H, tai karboksyylihapporyhmä, -COOH, tai tavallisemmin näiden happojen natriumsuola, -SO3-Na+ ja -COO-Na+.
Toinen keskeinen huolenaihe väriaineita kehittävillä kemisteillä on parantaa väriaineen reaktiivisuutta värjättävän kohteen, esimerkiksi kuitumolekyylien, kanssa. Tätä käsitellään jäljempänä, ja esimerkkejä annetaan koko yksikössä.

Tekstiilien värjäys

Väriaineen kemiallinen luonne määräytyy värjättävän tekstiilin kuitujen kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien mukaan. Neljä tärkeintä kuitutyyppiä (taulukko 1) ovat proteiinikuidut, selluloosapohjaiset kuidut, regeneroidut kuidut (jotka perustuvat selluloosaan tai sen johdannaisiin) ja synteettiset kuidut.

Taulukko 1 Tekstiilikuitujen luokittelu.

Tekstiilin värjäysprosessin aikana väriaine jakautuu kahteen faasiin, kiinteään kuitufaasiin ja vesifaasiin, ja värjäysprosessin lopussa liuos on tyhjentynyt ja suurin osa väriaineesta on liittynyt kuituun. Kun väriainemolekyylit tunkeutuvat kuituun, näiden kahden komponentin välillä on välitön vuorovaikutus, joka estää väriainemolekyylien desorptio takaisin liuokseen. Fysikaalisen tai kemiallisen vuorovaikutuksen tyyppi riippuu väriainemolekyylien ja kuituketjujen ryhmistä (taulukko 2).

Taulukko 2 Väriaineen ja kankaan välisten sidosten likimääräiset suhteelliset vahvuudet.

Kuva 2 Ennen väriaineen käyttöä on määritettävä sen valonkesto. Näitä
Australian koillisrannikolla sijaitsevia
runkoja käytetään moniin
säätilakokeisiin, joihin kuuluu myös värinkestävyys. Telineiden asentoa voidaan
muuttaa, mutta kuvassa ne ovat 45°:n kulmassa vaakatasoon nähden.
Allungan altistuslaboratorion ystävällisellä luvalla.

Värjätyn tekstiilin värinkestävyydellä tarkoitetaan sen vastustuskykyä muuttua, kun se altistetaan tietyille olosuhteille. Väriaineeseen ei saa vaikuttaa suuresti auringonvalo (valonkestävyys), lämpö, kun kangasta silitetään (lämpökestävyys), hiki (hikikestävyys) ja pesu (pesunkestävyys).

Väriaineiden luokittelu

Bradfordissa sijaitsevan Society of Dyers and Colourists -järjestön (Society of Dyers and Colourists, Bradfordin osasto) tuottama kansainvälinen väri-indeksi (Colour Index International) on kattava luettelo tiedossa olevista kaupallisesti myytävistä väriaineista ja väripigmentteihin liittyvistä väriaineista ja pigmenteistä, ja sitä päivitetään säännöllisesti. Kullekin väriaineelle annetaan Colour Index (C.I.) -nimi ja -numero. Esimerkiksi:

Kaikki luettelossa olevat väriaineet on luokiteltu niiden kemiallisen rakenteen ja käyttötavan mukaan.

Väriaineiden luokittelu kemiallisen rakenteen mukaan

Väri-indeksissä tunnetun rakenteen omaavat väriaineet luokitellaan kemiallisen tyypin mukaan johonkin 25:stä rakenneluokasta. Tärkeimpiä ovat:

a) atsovärit
b) antrakinonivärit
c) ftalosyaniinit

a) atsovärit

Atsovärit muodostavat suurimman kemiallisen luokan, joka sisältää vähintään 66 % kaikista väriaineista. Tunnusomaista on yhden tai useamman atsoryhmän esiintyminen rakenteissa,

yhdessä hydroksyyliryhmien, amiini- ja substituoitujen amiiniryhmien kanssa apukromina.

Aromaattisia atsoyhdisteitä valmistetaan aromaattisista amiineista vastaavan diatsoniumsuolan välityksellä.

Diatsoniumsuola muodostuu, kun aromaattista amiinia käsitellään typpi(III)-hapon kanssa. Typpihappo muodostuu in situ lisäämällä laimeaa suolahappoa natriumnitriitin viileään liuokseen noin 278 K:ssa. Seuraavassa esimerkissä fenyyliamiinista (aniliinista), yksinkertaisimmasta aromaattisesta amiinista, on muodostettu bentseenidiasoniumkloridin liuos:

Jäähdytettyyn liuokseen lisätään sitten toisen yhdisteen, kuten toisen aromaattisen amiinin tai fenolin, liuos, jolloin saadaan atsoyhdiste, joka on värillinen. Yksi esimerkki on punaisen väriaineen muodostuminen, kun 4-aminonaftaleenisulfonihapon (naftionihappo) vesiliuos lisätään 4-nitrobenseenidiatseoniumkloridin liuokseen muodostaen C.I:n. Acid Red 74:

Azobentseeni on näiden atsovärien kromofori,

ja molekyylin väriä voidaan muuttaa ja värin voimakkuutta lisätä vaihtelemalla apukromia (taulukko 3).

Rakenne	Havaittu väri
	keltainen-vihreä
	keltainen
	punainen
	sininen

Taulukko 3 Joidenkin atsoväriaineiden molekyylirakenteet, joissa näkyvät auxokromit.

Joillakin atsoväriaineilla, jotka sisältävät hydroksiryhmän orto (tai para) atsoryhmään nähden, esimerkiksi C.I. Acid Orange 7:llä, esiintyy tautomeriaa, prosessia, jossa molekyyli esiintyy kahtena tai useampana erilaisena rakenteena tasapainossa. Hydroksyyliryhmän vetyatomi pystyy siirtymään atsoryhmän typpiatomille ja päinvastoin:

Tällaisessa tautomeriassa vallitsee tasapaino hydroksiazo-tautomeerin ja ketohydratonitautomeerin välillä, joskin ketohydratonitautomeeri yleensä dominoi, ja havaittu väri on pidemmän aallonpituuden omaava (batokrominen siirtymä).

(b) Antrakinonivärit

Antrakinonivärit muodostavat noin 15 % väriaineista ja niiden rakenne perustuu kinoneihin. Yksinkertaisin kinoni on bentsokinoni, jolla on kaksi isomeeria:

Antrakinoni, antrakinoneista yksinkertaisin, perustuu antraseeniin:

Kaksi tunnettua esimerkkiä antrakinoneista, joita käytetään väriaineina, ovat C.I. Disperse Red 60 ja C.I. Disperse Blue 60:

c) Ftalosyaniinit

Ftalosyaniinit koostuvat pääosin neljästä isoindolimolekyylistä:

Nämä molekyylit ovat ftalosyaniinissa yhteydessä toisiinsa typpiatomeilla. Ftalosyaniinin rakenne on:

Nämä molekyylit liittyvät toisiinsa ftalosyaniinissa typpiatomeilla. Ftalosyaniinin rakenne on:

Ftalosyaniinit koordinoivat metalliatomien kanssa. Tärkeimpiä, joiden osuus kaikista väriaineista on noin 2 %, ovat kupariftalosyaanit, joita käytetään niiden loistavien sinisten ja vihreiden värien vuoksi. Esimerkki on C.I. Direct Blue 86:

Sulfonihapporyhmät edistävät väriaineen liukoisuutta veteen.

Kaavasta käy ilmi, että sulfonihapporyhmät voivat olla aromaattisten renkaiden eri paikoissa.

Väriaineiden luokittelu levitysmenetelmien mukaan

Väriaineen levitysmenetelmään perustuvalla luokittelulla on merkitystä tekstiilivärjääjälle, joka levittää väriainetta halutun värin tuottamiseksi. Halutun värisävyn saamiseksi värjääjän on yleensä tehtävä väriaineiden seoksia ja varmistettava, että ne ovat yhteensopivia.

Värin siirtymistä liuoksesta kuituun säätelevät perusominaisuudet ovat:

• liuoksen pH-arvo värikylvyssä (happamien ja emäksisten väriaineiden osalta)
• elektrolyytti (natriumsulfaatti- tai kloridiliuos)
• lämpötila (välillä huoneenlämpötilasta 400 K:n lämpötilaan)
• kemikaalit, dispergointiaineiksi kutsuttuja kemikaaleja, jotka tuottavat hyvin niukkaliukoisten väriaineiden stabiilin vesidispersion

Taulukossa 4 luetellaan väriaineet niiden teknisten nimien alla, joista käy ilmi, miten niitä käytetään, sekä kuidut, joihin niitä käytetään.

Taulukko 4 Väriaineiden teknologinen luokittelu.

Ryhmän 1 väriaineet

Tämän ryhmän väriaineille on ominaista niiden liukoisuus veteen. Näin ollen ne eivät ole erityisen pesunkestäviä. Levitysmenetelmään kuuluu vain yksivaiheinen prosessi.

(i) Happovärit

Tärkeitä kemiallisia tyyppejä ovat atsovärit, antrakinonivärit ja ftalosyaniinivärit, jotka kattavat koko näkyvän spektrin ja antavat siten täydellisen väriskaalan. Nämä väriaineet liukenevat veteen anionisia lajeja antaen. Niitä käytetään yleensä noin 373 K:n lämpötilassa. Villa ja muut valkuaiskuidut hajoavat helposti tämän lämpötilan yläpuolella, mutta polyamidikuituja (esimerkiksi nailonkuituja) voidaan käsitellä 393 K:n lämpötilassa ilman, että niille aiheutuu mitään haittaa (taulukko 4).

Värjäysliuoksen pH-arvo värikylpyyn valitaan väriaineiden ominaisuuksien mukaan. Alemmat arvot saadaan lisäämällä rikkihappoa ja korkeammat arvot lisäämällä etanolihapon ja ammoniumsulfaatin tai ammoniumetanoaatin liuoksia. Natriumsulfaattia voidaan lisätä väriaineanionien diffuusion hallitsemiseksi kuiturakenteessa.

Väriaineen rakenteen luonteen vuoksi väriaineen ja kuidun välille muodostuu ionisidoksia, vetysidoksia ja muita molekyylien välisiä vuorovaikutuksia (taulukko 2), mikä tekee väriaineista nopeita. Esimerkki tyypillisestä happoväriaineesta on C.I. Acid Red 73:

Yksi atsoryhmistä esiintyy tässä tautomeerissä ketohydratsonimuotona.

(ii) Metallikompleksivärit

Kemialliset tyypit ovat atso- ja antrakinonivärit, jotka antavat täydellisen värivalikoiman. Ne ovat kuitenkin himmeämpiä kuin happovärit, koska väriaineen rakenteessa on metalliatomi. Kromisuoloja käytetään usein, vaikka myös koboltti- ja nikkelisuoloja suositaan.

Metalliatomi muodostaa koordinaatiokompleksin kahden molekyylin monoatsoyhdisteen kanssa, joka sisältää hydroksyyli-, karboksyyli- tai aminoryhmiä 2,2′-asennossa atsoryhmään nähden. Näitä yhdisteitä kutsutaan ”1:2 metallikompleksi”-väreiksi. Esimerkki on C.I. Acid Violet 78:

Sen käyttö villassa on samanlaista kuin happovärien, mutta pH-arvo on rajoitettu alueelle 4,5-6,0 (taulukko 4).

(iii) Suorat väriaineet

Suorat väriaineet ovat erityisen käyttökelpoisia selluloosasta valmistettujen kuitujen värjäämiseen (taulukot 1 ja 4).

Ne syntetisoidaan sulfonihapporyhmien avulla, jotta ne liukenisivat veteen, ja ne dissosioituvat, jolloin syntyy natriumkationeja ja anionisia väriaineita. Ne on myös suunniteltu siten, että ne ovat rakenteeltaan mahdollisimman lineaarisia ja tasomaisia. Tämä mahdollistaa väriaineen kiinnittymisen kuidun selluloosaketjuihin usein molekyylien välisten (myös vety-) sidosten kautta.

Väriaine levitetään värikylpyyn natriumkloridia sisältävässä vesiliuoksessa. Suola vähentää kuitupinnan negatiivisen varauksen ja anionisen väriainelajin välisiä sähköisiä hylkimisvoimia.

Useimmat suoravärit ovat atsoyhdisteitä, jotka sisältävät usein kaksi tai kolme atsoryhmää. Esimerkkeinä mainittakoon C.I. Direct Orange 25, jossa on -OH-, -NHCO- ja -N=N-ryhmiä, joilla kaikilla on potentiaalia muodostaa vetysidoksia selluloosan hydroksyyliryhmien kanssa:

Väriaineessa esiintyy tautomeriaa, koska atsoryhmien orto-suunnassa on kaksi hydroksyyliryhmää. Yksi tämän muodon kanssa tasapainossa olevista tautomeereistä on

jossa on kaksi ketohydratsoniryhmää.

Toinen esimerkki, C.I. Direct Blue 71:ssä on kolme atsoryhmää, joista yksi esiintyy ketohydratsonitautomeerinä:

(iv) Emäksiset väriaineet

Emäksiset väriaineet kuuluivat varhaisimpiin synteettisiin väriaineisiin. Mauveiini onkin emäksinen väriaine. Kromofori esiintyy kationina, ja niitä käytetään nykyään akryylikuitujen värjäämiseen (yleensä propenonitriilin (akryylinitriilin) ja pienen määrän sulfonaatti-, -SO3-, ja karboksylaattiryhmiä, -CO2-, sisältävän ko-monomerin kopolymeeriä). Nämä ovat ioni-ioni-vuorovaikutuksia (taulukot 2 ja 4).

On olemassa noin 100 emäksistä (kationista) väriainetta, joiden värit kattavat punaisen, keltaisen ja sinisen värit kirkkaine voimakkaine sävyineen. Osa perustuu atso- ja antrakinonikromoforijärjestelmiin. Monet perustuvat myös aryylikarbonyyli-ioneihin. Esimerkkeinä mainittakoon C.I. Basic Green 4 (tunnetaan nimellä malakiittivihreä) ja C.I. Basic Red 9.

Nämä molemmat ovat triarylmetaaneja, ryhmä väriaineita, jotka suhteellisen pienillä rakennemuutoksilla saavat aikaan punaisia, vihreitä ja violetteja värejä.
Käytetään myös muita, niin sanottuja polymetiiniväriaineita (ne sisältävät yhden tai useamman -CH=-ryhmän). Niiden väri johtuu konjugoituneesta järjestelmästä. Esimerkki tällaisesta väriaineesta on C.I. Basic Yellow 28, joka on diatsasyaniini:

Väriaineita käytetään usein elektrolyyttiliuoksessa, joka kontrolloi diffuusionopeutta kuiturakenteessa, noin 370 K:n lämpötiloissa.

(v) Dispersioväriaineet

Nämä väriaineet ovat pohjimmiltaan hydrofobisia ja lähes liukenemattomia veteen. Niillä on kuitenkin affiniteetti hydrofobisiin kuituihin, esimerkiksi polyestereihin, ja niitä käytetään hyvin hienojakoisina dispersioina vedessä (taulukko 4).

Useimmat dispersiovärit ovat atsoyhdisteitä, ja ne voivat antaa värejä koko spektrin alueella. Jotkut ovat antrakinonipohjaisia väriaineita punaisia, violetteja, sinisiä ja vihreitä väriaineita varten.

Polyesterikuituja voidaan värjätä 400 K:n lämpötilassa paineen alaisena, jolloin voidaan käyttää suuremman molekyylikoon väriainerakenteita, joilla saavutetaan paremmat pintakestävyydet, esimerkiksi:

Kuvassa näkyvässä rakenteessa on ketohydratsonitautomeeri.

Ryhmän 2 väriaineet

Vaikka tähän ryhmään kuuluvia väriaineita käytetään kaksivaiheisessa prosessissa (toisin kuin ryhmän 1 väriaineita käytetään yksivaiheisessa prosessissa), väriaineilla on etunsa erityisesti värinpitävyyden suhteen.

i) Reaktiiviset väriaineet

Reaktiivisilla väriaineilla on huomattava merkitys puuvillan värjäyksessä, sillä ne mahdollistavat kirkkaan, voimakkaan värin ja hyvän värinpitävyyden. Noin 95 % reaktiiviväriaineista on atsoväriaineita, jotka kattavat koko värivalikoiman. Sinistä ja vihreää saadaan myös antrakinoni- ja ftalosyaniinirakenteilla.
Kuten näiden väriaineiden nimestä käy ilmi, ne reagoivat kuitujen kanssa, olivatpa ne sitten selluloosa- (puuvilla) tai proteiinipitoisia (villa), muodostaen kovalenttisia sidoksia (taulukko 4). Nämä kaksi vaihetta, ensin värjäys ja sitten reaktio, voivat tapahtua erikseen tai samanaikaisesti. Tyypillinen rakenteellinen piirre on yhden tai useamman reaktiivisen ryhmän läsnäolo. Tyypillisesti väriaineet esitetään muodossa

D-B-RG

, jossa D on kromogeeni, B siltaryhmä ja RG reaktiivinen ryhmä.

Merkittävimmät reaktiiviset ryhmät ovat klooratut triatsiinit ja vinyylisulfonit.

Yksi yksinkertaisimman triatsiinin kolmesta isomeeristä on:

Esimerkki väriaineesta, jossa on diklooritriatsiiniryhmä, on C.I. Reaktiivinen sininen 109:

Kuidun selluloosan -OH-ryhmien ja klooritriatsiinin -C-Cl-ryhmien välinen reaktio on (nukleofiilinen) substituutioreaktio, jossa muodostuu kovalenttisia sidoksia.

Etenyyli(vinyyli)sulfonissa on CH2=CHSO2-ryhmä, ja yksinkertaisin niistä on dietenyylisulfoni (divinyylisulfoni). Sulfoniryhmä näkyy C.I. Reactive Blue 19:ssä:

Tässä esimerkissä ei ole siltaryhmää.

Väriaine reagoi selluloosan kanssa additiolla rikki-happi-kaksoissidokseen.

Reaktiiviset väriaineet voivat vesiliuoksessa hydrolysoida sulfonin tehden siitä selluloosaan reagoimattoman. Tämä tarkoittaa sitä, että reagoimaton väriaine jää kankaan pinnalle, jos sitä ei pestä kunnolla pois, ja antaa näennäisen värin, joka huuhtoutuu pois ajan myötä. Tämän ongelman vähentämiseksi on suunniteltu väriaineita, joissa on kaksi eri reaktiivista ryhmää, joiden reaktiivisuus vaihtelee. Nämä väriaineet parantavat kestävyyttä, koska jos toinen ryhmä hydrolysoituu liuoksessa, toinen reagoi kankaan hydroksyyliryhmien kanssa. Ensimmäinen näistä sisälsi sekä klorotriatsiini- että vinyylisulfoniryhmän, ja esimerkki tästä on C.I. Reactive Red 194:

Kahden erilaisen reaktiivisen ryhmän lisäksi väriaineessa on kromogeeni ja siltaryhmä.

Kaikkien reaktiivisten väriaineiden molekyylikoko on verrattain pieni, ja lisäksi kromogeenissä on kaksi tai useampia sulfonihapporyhmiä, mikä johtaa suureen liukoisuuteen veteen. Osa väriainelajeista (anioniset) ei reagoi kuidun kanssa, vaan hydrolysoituu ja tuote on poistettava pesemällä.

Kuva 3 Farkut värjätään indigolla ja erilaisilla rikkiväriaineilla, valinta riippuu halutusta väristä.
Lizzie Hubbardin ystävällisellä luvalla.

(ii) Vattivärit

Noin 80 % vattiväreistä kuuluu antrakinonien kemialliseen väriaineluokkaan, ja ne kattavat koko värivalikoiman. Yksi tyyppi, indigovärit, sisältää indigon:

Kaikki sammiovärit ovat veteen liukenemattomia. Jotta niitä voidaan levittää kuidulle, esimerkiksi puuvillalle, ne laitetaan emäksiseen liuokseen (taulukko 4). Liukenematon väriaine pelkistyy muodostaen värittömän (leuko-) anionin, joka on liukoinen ja jolla on affiniteetti kuituun. Tämän jälkeen väriaine adsorboituu kuituun, joskus natriumkloridin läsnä ollessa, jolloin olosuhteet ovat samanlaiset kuin suorien väriaineiden kohdalla. Värjäysprosessin jälkeen alkuperäinen liukenematon kantaväriaine regeneroituu kuidun sisällä hapettamalla, yleensä vetyperoksidiliuoksella tai yksinkertaisesti ilmalla:

Väriaineet ovat liukenemattomia kuiturakenteeseen, minkä vuoksi niiden pesunkestävyys on hyvä ja valonkestävyys korkea.

(iii) Rikkivärit

Rikkivärit, kuten vat-värit, levitetään tekstiileihin (selluloosa, taulukko 4) liukoisessa anionisessa muodossa ja hapetetaan sitten liukenemattomaan muotoon.

C.I. Sulphur Black 1 ja C.I. Sulphur Blue 7 ovat yleisimmin käytettyjä rikkivärejä. Muiden rikkiväriaineiden tavoin niiden rakenteet ovat vaihtelevia ja suurelta osin tuntemattomia. Niillä saadaan aikaan erilaisia mustia, ruskeita ja tylsiä sinisiä sävyjä. Niiden valmistus on kuitenkin paljon halvempaa kuin sammiovärien, koska niiden valmistaminen kuumentamalla erilaisia orgaanisia yhdisteitä rikin kanssa on yksinkertaista.

Pigmentit

Pigmenttejä käytetään maalien, painovärien, keramiikan ja muovien värjäämiseen. Niitä voidaan käyttää paljon laajempaan ainevalikoimaan kuin väriaineita, koska niiden käyttö ei ole riippuvainen vesiliukoisuudesta. Pigmentti on hienojakoinen kiinteä aine, joka on olennaisesti liukenematon käyttöaineeseensa. Useimmissa tapauksissa pigmentti lisätään nestemäiseen väliaineeseen, esim. märkään maaliin tai sulaan kestomuoviin. Tämän jälkeen väliaineen annetaan jähmettyä liuottimen haihtumisen tai jäähdytyksen avulla, jolloin pigmenttimolekyylit kiinnittyvät mekaanisesti kiinteään tilaan.

Pigmenteissä käytetyt kromoforit ovat yleensä samoja kuin väriaineissa käytetyt kromoforit, mutta pigmentit ovat suurikokoisia molekyylejä, joissa ei ole liukenevia ryhmiä. Ne sisältävät ryhmiä, jotka muodostavat molekyylien välisiä sidoksia, jotka auttavat vähentämään liukoisuutta. Mitä suurempi molekyyli on, sitä läpinäkymättömämpi pigmentti on.

Kuvat 4 ja 5 Punaiset ja keltaiset väriaineet ovat atsopigmenttejä (C.I. Pigment Red 57 ja C.I. Pigment Yellow 13). Sininen on kupariftalosyaniinipigmentti. BASF:n ystävällisellä luvalla.

Orgaaniset pigmentit tuottavat yleensä voimakkaamman ja kirkkaamman värin kuin epäorgaaniset pigmentit, kuten kromikeltainen (lyijy(II)kromaatti(VI)).

Orgaanisilla pigmenteillä on erilaisia pysyvyysominaisuuksia, jotka riippuvat molekyylirakenteesta ja molekyylinsisäisen assosiaatioyhteyden luonteesta kiinteässä tilassa. Pigmentin molekyylikoon kasvattaminen vähentää yleensä pigmentin liukoisuutta. Moniin pigmentteihin on myös sisällytetty amidiryhmä (-NHCO-), joka vähentää liukoisuutta entisestään, koska molekyylit pysyvät yhdessä suurissa rakenteissa vetysidoksen avulla (yhden molekyylin N-H-ryhmän ja toisen molekyylin C=O-ryhmän välillä).

Monet orgaaniset pigmentit perustuvat atsokemiaan, ja ne hallitsevat keltaista, oranssia ja punaista sävyaluetta. Esimerkki yksinkertaisesta monoatsopigmentistä on C.I. Pigment Yellow 1:

Tämä muoto on ketohydratsonitautomeeri.
Kupariftalosyaanit muodostavat suurimman osan sinisistä ja vihreistä pigmenteistä. Ne ovat rakenteellisesti monimutkaisia, mutta suhteellisen edullisia valmistaa. Ne kestävät erinomaisesti valoa, lämpöä, happoja ja emäksiä.

Esimerkki on C.I. Pigment Blue 15:

Aiemmin yksikössä esitettiin väriaineen rakenne, C.I. Direct Blue 86, esiteltiin, ja voidaan nähdä, miten kyseisen rakenteen sulfonihapporyhmät muuttavat pigmentin väriaineeksi.

Funktionaaliset (korkean teknologian) väriaineet ja pigmentit

Funktionaalisia väriaineita ja pigmenttejä valmistetaan pieniä määriä verrattuna tekstiilien värjäämiseen käytettäviin yhdisteisiin. Niitä tutkitaan kuitenkin paljon ja niistä ollaan kiinnostuneita, ja niitä kehitetään moniin eri tarkoituksiin. Joitakin niistä esitellään seuraavassa.

(a) Nestekidenäytöt

Nestekiteillä on ollut tärkeä rooli elämässämme monien vuosien ajan erilaisissa tietonäytöissä, esim. laskimissa. Aluksi ne pystyivät näyttämään vain valon ja pimeyden välisiä eroja. Todettiin, että käyttämällä väriaineita tätä kontrastia voitiin lisätä ja tuottaa värillisiä näyttöjä. Ne ovat nyt suurelta osin korvanneet perinteiset näyttötekniikat eli valodiodit ja katodisädeputket. Käytetyt väriaineet on erityisesti suunniteltu muuttamaan suuntausta nestekidemolekyylien mukana, ja ne tarjoavat näin ollen voimakkaamman värin. Näillä väriaineilla sanotaan olevan dikroismi.

(b) Laserväriaineet

Käsite laser on lyhenne, joka viittaa valon vahvistamiseen stimuloidun säteilyn emissiolla.

Yleisesti käytettiin epäorgaanisia lasereita, mutta niillä oli kyky tuottaa säteilyä vain muutamilla valituilla aallonpituuksilla ja hyvin kapeilla kaistoilla. Väriaineiden käyttö on mahdollistanut valon tuottamisen koko spektrin alueella aallonpituuksista 320-1200 nm. Väriainelasereiden käyttökohteita ovat muun muassa viestintätekniikka ja mikrokirurgia.

(c) Mustesuihkutulostus

Mustesuihkutulostus on tekniikka, joka ei aiheuta iskuja ja jossa kuvia tuotetaan ohjaamalla pieniä mustepisaroita, mieluiten tietokoneen ohjaamana, nopeasti peräkkäin alustalle. Sillä on monia sovelluksia. Koska pisaroille asetettujen kokovaatimusten ansiosta saavutetaan hyvä erottelukyky, väriaineita on käytetty mieluummin kuin pigmenttejä. Pisarat ovat pienempiä (pigmenteillä on taipumus tukkia suuttimet) ja vesiliukoisuus vähentää ympäristövaikutuksia ja pitää hinnan alhaisena. Varhaiset väriaineet olivat muilla teollisuudenaloilla jo käytössä olevia väriaineita, mutta niille oli ominaista huono vedenkestävyys. Tämä on johtanut erityisten väriaineiden ja ainutlaatuisten nestejärjestelmien kehittämiseen. Nämä väriaineet on suunniteltu siten, että ne liukenevat lievästi emäksisiin järjestelmiin (pH 7,5-10), jotka muuttuvat liukenemattomiksi paperin tai muun alustan lievästi happamissa olosuhteissa (pH 4,5-6,5). Tällä tekniikalla on suuri vaikutus suurten määrien teolliseen painatukseen pakkauksissa, tekstiileissä, seinänpäällysteissä ja mainosnäytöissä.

(d) Fotodynaaminen terapia

Syöpähoito, jossa käytetään yhdistelmää, jossa käytetään laservaloa, valonherkistävää yhdistettä (väriaine) ja molekulaarista happea. Väriaine annetaan potilaalle suonensisäisesti ja se tunkeutuu ajan myötä syöpäsoluihin. Solujen säteilyttäminen laservalolla voi aloittaa niiden tuhoutumisen.

Laser on vuorovaikutuksessa väriaineen kanssa ja edistää sen kiihottuneen tilan. Monimutkaisen prosessin kautta syntyy kiihottuneita (reaktiivisempia) happimolekyylejä, jotka reagoivat solukalvon proteiinien ja lipidien tyydyttymättömien keskusten kanssa. Tällä hoitomenetelmällä vältetään invasiivisen kirurgian käyttö.