Пермские ученые разработали более стойкие оранжевые и коричневые красители

Азокрасители, на чью долю приходится более половины современных синтетических красителей для полимеров и текстиля, имеют серьезный недостаток: при нагреве выше 150-200°C они выцветают и даже могут распадаться на канцерогенные вещества. Альтернативные термостойкие составы слишком дороги, токсичны или дают лишь узкую гамму оттенков. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета создали два новых азокрасителя, выдерживающих нагрев до 280°C с сохранением яркости, доступной цены и без выделения опасных ароматических аминов.

Азосоединения — вещества с характерной «перекладиной» из двух атомов азота. Именно она отвечает за яркие цвета — желтый, красный, оранжевый, коричневый. Переставляя соседние атомы и группы, можно получать разные оттенки. Со временем и при нагревании такие красители теряют яркость: при нагреве выше 150-200°C азогруппы разрушаются, краситель выцветает, а в худшем случае распадается на токсичные фрагменты, например ароматические амины — анилин, бензидин). Некоторые из них признаны канцерогенами. Особенно критична ситуация там, где нагрев неизбежен, то есть при производстве пластиков, глажке одежды или горячей сушке тканей.

Существуют альтернативные, более теплостойкие красители, например антрахиноновые или фталоцианиновые соединения, но они либо пригодны для получения только зеленых и синих цветов, либо очень дороги — в пять-десять раз дороже обычных азосоединений. Некоторые их них содержат токсичные металлы вроде кадмия или свинца, что недопустимо при производстве многих товаров, включая пищевую упаковку и детские игрушки. Химики Пермского политеха создали термостойкие азокрасители ярко-оранжевого и коричневого цвета, сохраняющие яркость и ценовую доступность, а также выдерживающие температуры до 280°C, сообщает пресс-служба вуза.

«В основе нашей разработки лежит вещество 3-аминоацетофенон. В химии оно известно как стабильный реагент для синтеза органических соединений и некоторых красителей. Мы взяли его и превратили в активную форму — особую соль, которая легко вступает в реакции. Затем соединили с двумя разными веществами: один дал оранжевый цвет, другой — коричневый. Заменяя эти соединения, например другими фенолами, можно получать новые оттенки — желтые, красные, синие. Реакцию проводили в холодной щелочной среде, а после обработали кислотой и промыли водой. В итоге получили порошки с выходами 78% и 80%. Для химического синтеза это очень хороший результат, почти все сырье превратилось в готовый краситель», — рассказал заведующий кафедрой химических технологий и экологии Березниковского филиала ПНИПУ Михаил Куликов.

Новые соединения не растворяются в воде, то есть не вымываются из материалов, зато легко взаимодействуют с органическими средами и щелочами, что удобно для нанесения. После синтеза в них остаются вредные и портящие цвет примеси, однако ученые нашли способ, как их убрать. Оранжевый краситель сначала обрабатывают диметилформамидом, затем добавляют воду, и он оседает на дно уже чистым. Коричневый краситель просто растворяют в спирте и медленно охлаждают — чистые кристаллы образуются сами собой.

Чтобы понять, как молекулы ведут себя при нагревании, ученые использовали метод дифференциально-термического анализа. Образцы поместили в печь и постепенно нагревали, фиксируя все изменения.

«Результаты показали, что оранжевое соединение стабильно вплоть до 280°C. Оно плавится, но не разрушается. Полное разложение начинается только при этой температуре и сопровождается образованием аморфного углерода — безвредного черного порошка вроде сажи или графита — и газов. Никаких токсичных ароматических аминов, которые характерны для обычных азокрасителей, при этом не образуется», — пояснил Михаил Куликов.

Результаты исследования опубликованы в сборнике материалов XCII международной научно-практической конференции «Естественные науки и медицина: теория и практика». 

Источник: Пермский национальный исследовательский политехнический университет

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru