Катионные красители

Катио́нные краси́тели, осно́вные красители для полиакрилонитрильного волокна (ПАНВ) и некоторых других волокон, содержащих группы −СООН или −SO₃ H. Представляют собой соли окрашенных органических катионов с неокрашенными анионами минеральной или карбоновой кислоты. Положительный заряд катиона может быть локализован на каком-либо атоме молекулы (обычно на азоте) или делокализован по системе сопряжённых двойных связей. Катионные красители с локализованным зарядом относятся главным образом к азокрасителям (формулы I, II), реже к антрахиноновым и др. Катионные красители с делокализованным зарядом разнообразнее; они включают азотсодержащий гетероцикл (индол, тиазол, бензотиазол или др.) с кватернизованным атомом азота и цепь из групп −СН= или/и −N=, на конце которой находится электронодонорная группировка (например, III–VI).

Формулы I, II.

Катионные красители, относящиеся к оксазиновым, арилметановым, формазановым, периноновым и другим основным красителям, также имеют делокализованный заряд. Некоторые красители, имеющие в молекуле третичную аминогруппу, протонируются в кислой среде; их также можно применять в качестве катионных красителей (например, VII).

Протонирование красителя формулы VII.

Существуют биc-катионные красители, однако окраски ими ПАНВ менее интенсивны, т. к. молекула такого красителя занимает сразу два анионных центра на волокне, в результате чего последнее может связать меньшее количество красителя. Некоторые бис-катионные красители всё же рекомендуются для крашения специальных полиамидных и полиэфирных волокон, модифицированных прививкой кислотных групп. Катионные красители, относящиеся к азокрасителям, получают обычным способом, применяя содержащие четвертичный атом N диазосоставляющие или азосоставляющие (например, таким образом синтезируют соответственные катионные красители I и II), либо после азосочетания проводят кватернизацию (так получают катионный краситель IV). Катионные красители на основе 1,3,З-триметил-2-метилениндолина получают следующими способами: конденсацией с диалкиламинобензальдегидами (например, III); азосочетанием с диазотированными ароматическими аминами с последующим алкилированием (V); присоединением к метиленовой группе формильного остатка с последующей конденсацией с аминами, производными индола (VI) или др.

Катионные красители выпускают в виде порошков или жидких форм. Порошки содержат наполнители, предохраняющие краситель от слёживания (декстрин или соли, например серной кислоты Na₂ SO₄ ), в количестве 10–80 %. Более удобные для применения жидкие формы – водные концентрированные растворы катионных красителей (чаще всего ацетатов) с добавками уксусной кислоты и антифриза, а иногда концентрированные растворы катионных красителей в этиленгликоле или других органических растворителях, смешивающихся с водой. Жидкие катионные красители должны быть устойчивы при хранении, не замерзать до −20°С, смешиваться с водой в любых соотношениях; при их растворении должна получаться красильная ванна с pH 4–5.

Крашение ПАНВ катионными красителями (одним или их смесью, т. н. смесовое крашение) ведут при постепенном нагревании (около 1,5 ч) красильной ванны до температуры, близкой к кипению. Скорость выбирания различных катионных красителей из ванны волокном неодинакова; для её характеристики пользуются эмпирическим «коэффициентом совместимости» (1–2 – быстрое выбирание, 3 – среднее, 4–5 – медленное). В случае смесового крашения следует подбирать катионные красители, имеющие близкие величины этого коэффициента. Наибольшее применение приобрёл непрерывный способ крашения в геле, когда в производстве ПАНВ свежеполученные нити («мокрый жгут») пропускают через красильную ванну, непрерывно пополняемую раствором красителя. Длительность пребывания в ванне при температуре около 50 °С всего несколько секунд. Такая скорость крашения возможна благодаря тому, что волокно находится в гелеобразном, рыхлом состоянии, ещё не приобрело гидрофобных свойств и раствор красителя свободно проникает в его поры (скорость крашения не лимитируется диффузией). Окраски на ПАНВ, получаемые с помощью катионных красителей, по сочетанию яркости с устойчивостью к свету и другим воздействиям превосходят окраски, получаемые остальными классами красителей на любых других волокнах. Некоторые катионные красители применяют для окраски кожи; входят в состав чернил и чернильных паст. Отдельные катионные красители в небольшом масштабе используют для получения пигментов посредством солеобразования с гетерополикислотами.

Выпуск катионных красителей в мире увеличивается в соответствии с ростом производства ПАНВ, т. к. лишь небольшая доля их окрашивается другими красителями (техническим углеродом и ещё реже цветными пигментами; крашение осуществляют в массе).

Литература

Химия синтетических красителей. Т. 4 / под ред К. Венкатарамана ; пер. с англ. Р. С. Карлинской [и др.]. – Ленинград : Госхимиздат, 1975.
О превращениях бензтиазоловых катионных азокрасителей под действием щелочных реагентов / Б. И. Степанов, Э. А. Чалых, А. А. Сазанова, В. Г. Ставинчук // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 1981. – Т. 24, № 1. – С. 86–89.
Gorelik M. V. Hemicyanine and azahemicyanine cationic dyes containing an anthrapyridinium ring / M. V. Gorelik, A. K. Arinich // Chemistry of Heterocyclic Compounds. – 1981. – Vol. 17, № 2. – P. 172–175.
Степанов Б. И. Введение в химию и технологию органических красителей : учебник для студентов вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Химия, 1984.