Систематизация и номенклатура красителей

Стр 1 из 31Следующая ⇒

В конце XIX в., когда производство синтетических красителей вступило в фазу бурного развития и на мировом рынке появилось множество идентичных продуктов, которые выпускались под различными торговыми названиями, возникла необходимость не только в их классификации, но и в систематизации сведений о способах получения красителей, их колористических свойствах и способах применения.

Впервые справочник под названием “Таблицы красителей” был выпущен в 1888 г. в Германии Г. Шульцем и П. Юлиусом. В справочнике было описано 278 различных красителей. В седьмом издании справочника, вышедшем в 1931 г., уже можно было найти 7364 наименования красителей, причем для 1364 из них было указано химическое строение.

В 1924 г. английское Общество красильщиков и колористов издало под редакцией Ф. Роу “Указатель красителей” (Colour Index), в котором были приведены сведения о 1230 красителях и более 500 полупродуктах. В последующем издании Колор Индекса (1956 г.) описано 4702 красителя, выпускаемых различными фирмами под 25000 торговыми названиями; для 3800 красителей указано химичсекое строение. В 1963 г. вышел пятый том Colour Index, в котором описано дополнительно еще 1250 красителей, но только для 80 из них дано химическое строение. В 1971 г. вышло третье издание Colour Index, в котором описано 36000 торговых марок красителей. В настоящее время Colour Index является единственной всеобъемлющей энциклопедией органических красящих веществ, в которой описаны способы их получения, приведены химическое строение, патентные данные и литература, а также дана краткая информация о способах применения, колористических свойствах, показателях прочности и т.п. Все сведения для этого указателя получены от фирм, выпускающих красители, что сводит к минимуму возможность каких–либо ошибок.

В Colour Index красители расположены по классам согласно технической классификации (прямые, кислотные, кубовые и т.д.), а в каждом классе ― по цветовой гамме: желтые, оранжевые, красные, фиолетовые, синие, зеленые, коричневые, черные. В соответствии с этим красители обозначают следующим образом: вначале пишут C.I. (Colour Index), затем следует название класса красителя и порядковый номер в каждом цвете, например C.I. Direct Red 19 (Прямой красный), C.I. Acid Gold 2 (Кислотный желтый).

Таким образом, красители одного и того же химического строения, выпускаемые под разными торговыми названиями, имеют одно название по Colour Index. Кроме того, каждый краситель, если его формула приведена в т. III Colour Index (1971 г.), обозначается пятизначным числом, по которому можно найти его строение.

Основой номенклатуры красителей отечественного производства является их техническая классификация. В название красителя включается групповое обозначение по технической классификации (Прямой, Кубовый, Активный и т. п.), его цвет, иногда с уточняющей приставкой, указывающей на особенности оттенка красителя (чисто–, светло–, темно–, ярко–) или на особые способы применения (диазо–), характеристика прочности получаемой окраски (прочный, светопрочный). После названия цвета, если это необходимо, ставят буквенные обозначения, указывающие на оттенок красителя: Ж ― желтоватый, К ― красноватый, С ― синеватый, З ― зеленоватый. Для указания на более резко выраженные оттенки перед буквой ставятся цифры (2, 4, 5, 6 ― по степени усиления оттенка.

Если в названии красителя имеется буква, обозначающая оттенок, то другие буквенные обозначения ставят после нее. Исключение составляет буква Н в названиях кислотных красителей, которая ставится перед буквенным и цифровым обозначениями оттенка и указывает, что данный краситель окрашивает шерсть из нейтральной ванны (например, Кислотный красный Н2С). Буква Х в названиях прямых красителей указывает на то, что устойчивость окраски к стирке может быть повышена обработкой солями хрома, а в названиях кубовых и активных красителей ― что крашение может производиться по так называемому холодному способу (при низкой температуре, а в случае кубовых красителей и при малой щелочности среды, что позволяет применять их для окрашивания белковых волокон). Буква Т в названиях кубовых и активных красителей означает, что крашение может производиться по так называемому теплому способу (средний между обычным и холодным). Буква М в названиях прямых, дисперсных и кислотных красителей означает, что они являются металлсодержащими (внутрикомплексными соединениями с металлами), в названиях кубовых красителей ― что они специально предназначены для крашения меха, а в названиях лаков ― что они представляют собой соли марганца. Буква У в названиях прямых и сернистых красителей указывает на то, что устойчивость окраски к свету может быть увеличена обработкой солями меди (“упрочняемые” окраски), а в названиях пигментов (фталоцианиновых) ― на особую устойчивость формы, в которой они выпускаются. Буквы Б, К, и Н в названиях лаков означают, что они являются бариевыми, кальциевыми или натриевыми солями. В названиях пигментов буква А указывает на то, что они предназначены для крашения ацетатного волокна в массе, В ― вискозы в массе (то же и в названиях кубовых красителей), Р ― резины, ТП ― для пигментной печати текстильных материалов (тонкодисперсные пигменты), Б ― на то, что пигменты (фталоцианиновые) выпускаются в кристаллической бета–модификации, обладающей лучшими качествами. Буква П в названиях кубовых красителей означает, что они выпущены в виде специальных паст для печати, а в названиях активных ― что они предназначены для крашения полиамидных волокон. Буква Д в названиях кубовых красителей указывает на то, что они выпущены в тонкодисперсном состоянии для суспензионного крашения, буква Ш в названиях кубовых и активных красителей ― что они предназначены для крашения шерсти, а в названиях прямых ― что они применяются только для крашения шубной овчины. Буква Ц означает, что краситель выпускается в виде двойной соли с хлоридом цинка, а Бс ― в виде гидросульфитного производного. Буквенное обозначение б/к в названиях кислотных красителей указывает на то, что краситель не закрашивает хлопчатобумажную кромку.

Названия красителей для специфических областей применения могут начинаться со слова, указывающего на его цвет (например, Красный легкосмываемый, Серый для меха М).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что из себя представляет энциклопедия Colour Index?

2. Каковы принципы и правила формирования названия красителей отечественного производства? Приведите примеры.

Техническая оценка красителей

Свойства красителей, характеризующие их качество и потребительскую ценность, весьма разнообразны. Некоторые из этих свойств меняются в зависимости от технологии получения красителей, другие определяются только их химическим строением.

При технической оценке красящих веществ прежде всего учитываются их красящая сила или красящая концентрация, соответствие цвета окрасок эталону и устойчивость получаемых окрасок. В той или иной степени определение указанных характеристик связано с методами объективной оценки цвета.

Основные положения объективной колориметрии (или цветоведение), а также конкретные примеры ее применения подробно изложены в специальной и технической литературе.

В настоящем учебном пособии приводятся только основные определения характеристик цвета, по которым определяется качество окрасок и соответствие их эталону.

Оценка цвета и цветовых различий

Окрашенных материалов

Цвет ― характеристика лучистой энергии, благодаря которой наблюдатель может узнать различия между двумя смежными одинаковыми поверхностями, отличающимися только спектральным составом. Эта характеристика определяется координатами цветового стимула, проникающего в глаз.

Все цвета делятся на ахроматические и хроматические. К ахроматическим относятся белые, серые и черные цвета, к хроматическим ― красные, желтые, голубые и т.д.

Ахроматические цвета оцениваются одной характеристикой ― светлотой (L, %), которая определяется коэффициентом отражения (r) или коэффициентом пропускания (t) этих тел.

Хроматические цвета по спектральному составу подразделяются на простые и сложные. К простым относятся так называемые монохроматические цвета, т.е. цвета, образуемые излучением одной длины волны, к сложным ― цвета, образуемые излучением нескольких различных длин волн. Подавляющее большинство наблюдаемых в жизни цветов являются сложными. С позиции зрительного ощущения хроматический цвет ― трехмерная величина, определяемая следующими характеристиками: цветовым тоном (l, нм), чистотой или насыщенностью (Р, %) и светлотой (L, %).

Под цветовым тоном понимают отличие в цветовом ощущении данного цвета от серого цвета той же светлоты.

Чистота (насыщенность) определяет степень проявления цветового тона в цвете. Любой хроматический цвет может быть получен при смешении определенного монохроматического излучения с белым в определенном соотношении. Насыщенный цвет содержит большую долю чистого монохроматического излучения, а в малонасыщенном цвете преобладает белый компонент. Наибольшей чистотой обладают спектральные монохроматические цвета: их чистота равна 100 %.

Самые различные цвета могут быть получены путем смешения трех основных линейно независимых цветов, в качестве которых Международной комиссией по освещению выбраны: красный (R), характеризующийся длиной волны l = 700 нм и световым потоком Ф = 1 лм (люмен); зеленый (G), характеризующийся l = 546, 1 нм и Ф = 4, 6 лм; синий (В), характеризующийся l = 435.8 нм и Ф = 0, 6 лм. Эти цвета (R, G, B) называют основными единичными цветами. Для упрощения системы измерения цвета они были заменены нереальными цветами , связанными определенными соотношениями с реальными цветами R, G, B.

В результате перехода к новым основным цветам любой цвет стали выражать через количество цветов , сумма которых обеспечивает получение данного цвета. Эти количества цветов, обозначаемые как , носят название координат цвета в системе XYZ.

Координаты цвета определяют по уравнениям 1.1–1.3.

(1.1) (1.2)

(1.3)

где Ф_w (l) ― интенсивность излучения стандартного источника света при

длине волны l;

, , ― значения ординат кривых сложения цветов

в системе XYZ;

r(l) ― коэффициент отражения окрашенного образца при длине волны l.

При расчетах координат цвета прозрачных тел или растворов вместо коэффициента отражения используют коэффициент пропускания t(l).

Существуют различные способы определения координат цвета, но все они основаны на измерении коэффициентов отражения (или пропускания) окрашенных тел при различных длинах волн с помощью соответствующих приборов (фотоэлектрических колориметров, спектрофотометров или компараторов цвета).

Координаты цветности рассчитывают, исходя из значений координат цвета, по следующим формулам:

(1.4)

Для перехода от координат цветности к характеристикам цветовой тон (λ ) и чистота цвета (Р) используют специальные цветовые графики МКО, которые в зависимости от используемого при определении коэффициентов отражения или пропускания источника света (А, В, С, Д), отличаются друг от друга только местом нахождения точки белого света и линий постоянной чистоты. Один из таких графиков приведен на рис. 1.1.

Рассмотрим, как с помощью этого графика находят значения λ и Р. Пусть какому–то произвольному цвету соответствуют координаты цветности х и у. Отложив данные величины по осям абцисс и ординат, находят местоположение этого цвета на цветовом графике (точка F). Из точки, соответствующей стандартному источнику света, например W (см. рис. 1.1), через точку F проводят прямую до пересечения с линией спектральных цветов. Точка пересечения прямой с линией спектральных цветов (S) дает значение цветового тона измеряемого цвета (на линии спектральных цветов нанесены значения λ от 400 нм до 700 нм).

При нахождении цветового тона пурпурных цветов (точка К) прямая, проходящая через источник света и точку определяемого цвета, проводится до пересечения с линией “чистых” пурпурных цветов (линией 3, соединяющей концы линии спектральных цветов). В месте пересечения цветового тона. Цифровые значения, нанесенные на этой линии обозначены штрихом (например, λ = 500´ нм), что является отличительной особенностью обозначения цветового тона пурпурных цветов. В связи с тем, что количество цифровых значений, проставленных на этой линии невелико (вследствие большого «сгущения» длин волн), более точно цветовой тон пурпурных цветов можно определить, если продолжить проведенную прямую в противоположную сторону до пересечения с линией спектральных цветов (точка Д). Найденное таким образом цифровое значение цветового тона также помечается штрихом.

Рис. 1. Цветовой график МКО для определения цвета:

1 ― линия спектральных цветов; 2 ― линии постоянной чистоты;

3 ― линия “чистых” пурпурных цветов

При оценке соответствия цвета эталону, важно определить не столько характеристики цвета, сколько уровень отступления от заданного цвета (цвета эталона), так называемое цветовое различие. Для определения цветового различия решением МКО вместо системы ХУZ введена новая система цветоизмерения ― система CIELab - 76. Общее цветовое различие (DЕ) в этой системе рассчитывается по следующей формуле:

, (1.5)

где L - светлота, а, b – координаты цветности в цветовом криволинейном графике системы CIELab, они связаны с координатами цвета следующими соотношениями:

(1.6)

; (1.7)

. (1.8)

Координаты цвета определяют для каждого образца с помощью компаратора цвета КЦ–2.

― координаты цвета источника света; ( для источника света С (дневного света): = 98, 04, = 100, = 118, 103).

Возможно определение различий цвета по насыщенности:

DС* = (С₂ – С₁), (1.9)

где С = [(a*)²+ (b*)²]^1/2,

а также по цветовому тону:

DН* = sgn(Dh)[(DE)² – (DL*)² – (DС*)²]^1/2, (1.10)

где Dh = h₂ – h₁;

sgn(Dh) ― функция – сигнатура, принимающая значения (+1) при

Dh> 0 и (–1) ― при Dh< 0.

Цветовой тон h определяется как угол (в градусах по 360 ^o–й шкале), образованный вектором цвета в плоскости аb:

h = аrсtg(b*/а*) (1.11)

Цветовое различие по светлоте (DL*) вычисляют, как разницу между координатами цвета стандартного и испытуемого образцов по , т.е. DL* = .

Рассчитав численные значения общего цветового различия (DE), делают выводы о соответствии цвета двух образцов.

Для определения малых цветовых различий применяются и другие системы, описание основных из них, наиболее широко используемых, приводится ниже.

Система JPC 79. Используется для измерения малых цветовых различий хроматических образцов. Цветовые различия рассчитываются по формуле:

, (1.12)

где DL, DC, DH, , , ― цветовые различия по светлоте, насыщенности и цветовому тону соответственно, рассчитанные в системе CIELаb - 76 и нормирующие коэффициенты.

Величины , , рассчитывают по следующим формулам:

= 0, 08195L₁ /(1 + 0, 01765 L₁); (1.13)

= 0, 638 + 0, 0638C₁/(1 + 0, 0131) C₁ (1.14)

= TC₁ (1.15)

Здесь Т = 1 при С < 0, 638 и

Т = 0, 56 + ½ 0, 2соs(h_I + 168)½, если 164°£ h_I < 345°; и

T = 0, 36 + ½ 0, 4соs(h_I + 35)½, если 345° £ h_I < 164°, ,

где L₁, C₁, h_I― соответственно светлота, насыщенность и угол цветового тона ( в град.) окраски стандартного образца, рассчитанные в системе CIELав 76.

Система СМС ( : с ). Является развитием системы JPC 79 и рекомендуется подкомитетом колориметрии ИСО (Международная организация по стандартизации для измерения малых цветовых различий). Величины и с в этой системе являются относительными допусками по светлоте и насыщенности. Величину DЕ рассчитывают по формуле:

(1.16)

Здесь DL*, DC*, DH* рассчитывают по формулам CIELав - 76, а множители S_L, S_C и S_H ¾ по следующим формулам:

S_L = 0, 511 при L_l* < 16 или S_L = 0, 040975L_l*/(l + 0, 01765L_l*) при L_l*> 16;

S_C = (0, 0638C_l*/(l + 0, 0131C_l*) + 0, 638;

S_H = S_C(Tf +1–f ),

где f = ;

T = 0, 36 + ½ 0, 4соs(h_l + 35)½ если h_l < 164° или h_l > 345° и

Т = 0, 56 + ½ 0, 2соs(h_l + 168)½ ― при остальных значениях цветового тона.

Величины и с в уравнении 1.16 подбираются эмпирически с целью наилучшего описания воспринимаемых ( = 1 и с = 1) и приемлемых ( = 2 и с = 1) цветовых различий.

При испытаниях формула СМС( : с) со значениями =2 и с = 1 оказалась более надежной и доступной. В настоящее время во всем мире она широко используется в текстильной промышленности и в меньшей, но достаточно значительной степени в других отраслях. В 1988 году она составила основу британского стандарта BS 6923, а также в методе испытания Американской ассоциации химиков и колористов по текстилю (Метод испытаний ААТСС 173 – 1989) и ИСО (стандарт JSO 105, Текстиль – Испытание на светостойкость. Часть J03). В основе рекомендуемой формулы МКО для расчета цветовых различий также лежит формула СМС( : с). Полное название этой формулы: модель цветового различия CIE 1994 (DL* ) с официальным сокращением CIE 94 и символом цветового различия . Формула в отличие от формулы 1.16 учитывает показатели общей зрительной чувствительности при условиях, обычно применяемых при условиях, обычно применяемых при оценке цвета в промышленности. Такими условиями являются:

- сравниваемые образцы должны быть равномерны по цвету, и цветовое различие между ними ( ), определенное по формуле CIELав – 76, не должно превышать 5 единиц;

- образцы должны располагаться на равномерном нейтральном сером фоне со значением светлоты L* = 50 % и освещаться источником света, воспроизводящим излучение Д₆₅с освещенностью на образцах порядка 1000 лк;

- эксперты должны обладать нормальным цветовым зрением, и угловой наклон каждого образца для эксперта должен быть не более 4^о.

Значение определяется уравнением:

, (1.17)

где DL*, DC*, DH* - различия по светлоте, насыщенности и цветовому тону в цветовом пространстве CIELав, , , - параметрические показатели, определяющие допуски приемлемости, аналогичные , с и h формулы СМС( : с).

Весовые функции S_L, S_C и S_H определяются в этом случае следующими соотношениями:

S_L = 1; S_C = 1 + 0, 045C*; S_H = 1 + 0, 015C*, где C* - насыщенность стандартного образца, определенная в цветовом пространстве CIELав.

В ситуации, когда ни один из двух сравниваемых образцов (А и В) не может быть обозначен по логике как стандартный C* может быть определен как среднее геометрическое значение насыщенности пары образцов в CIELав, т.е. C* = ( )^1/2.

Формула CIE 94 предназначается для широкого применения и позволяет проводить независимую регулировку каждой составляющей цветового различия с тем, чтобы учесть отклонения от основных условий.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒