Colorants neutres anthraquinoniques

Neutral Dyes

Les colorants neutres sont ceux qui ne modifient pas le pH de la solution dans laquelle ils sont dissous. Ils sont souvent utilisés pour teindre les fibres synthétiques, telles que le polyester et le nylon, qui ne sont pas affectées par les colorants acides ou alcalins.

Quatre types de colorants neutres sont : les colorants dispersés, les colorants de cuve, les pigments et les colorants solubles dans les solvants organiques.

Table des matières

1. Colorants dispersés

Les colorants dispersés sont des colorants insolubles dans l’eau utilisés pour colorer les fibres synthétiques, telles que le polyester, le polyamide et l’acétate. Ils sont particulièrement utiles pour teindre les fibres de polyester.

Les colorants dispersés sont généralement des composés d’anthraquinone avec des groupes hydroxy ou amino comme auxochromes. Ces composés peuvent être utilisés pour créer une large gamme de couleurs, du rouge vif au bleu. D’autres classes de colorants sont utilisées pour les nuances jaunes et oranges.

Le choix des substituants sur la molécule de colorant peut être adapté aux fibres spécifiques et aux couleurs souhaitées.

1.1. Colorants pour fibres de polyester

Les colorants anthraquinoniques sont utilisés pour colorer les fibres de polyester. Il existe cinq principaux types de colorants anthraquinoniques, choisis en fonction de leur affinité pour la fibre, de leur résistance à la sublimation et de leur résistance à la lumière.

Les substituants plus gros dans les chaînes latérales ont tendance à augmenter la résistance à la sublimation, mais diminuent l’affinité pour le colorant. La position et la nature hydrophile des substituants affectent également l’affinité. Dans certains cas, des mélanges de colorants ou de contaminants peuvent améliorer l’affinité grâce à des effets synergiques.

Les substituants chargés négativement, tels que les esters carboxyliques, les halogènes ou les groupes sulfone, peuvent améliorer la résistance à la lumière.

Les 1-Amino-4-hydroxyanthraquinones sont connues pour leur bonne résistance à la lumière et leur affinité pour les fibres de polyester, notamment dans la création de colorants rouge vif. La brillance de ces colorants peut être encore améliorée en introduisant des groupes éther ortho par rapport aux groupes amino.

Les éthers aliphatiques surpassent les éthers aromatiques en termes de résistance à la lumière et présentent une teinte un peu plus brillante mais plus jaune. Des substituants supplémentaires dans les chaînes latérales peuvent améliorer la résistance à la sublimation.

Examples of 1-Amino-4-hydroxyanthraquinones Dyes
Exemples de colorants 1-Amino-4-hydroxyanthraquinones

La résistance à la lumière généralement médiocre des 1,4-diaminoanthraquinones peut être améliorée par l’incorporation de substituants chargés négativement appropriés. Par exemple, l’ester de 2-sulfophényle est un colorant bleu brillant résistant à la sublimation avec une nuance rougeâtre et une résistance à la lumière louable.

L’introduction d’un groupe nitro en position 2 déplace la teinte du colorant vers le vert bleuâtre tout en améliorant la résistance à la sublimation et à la décoloration.

L’ajout d’atomes de chlore en position β améliore considérablement la résistance à la lumière avec un impact minimal sur les caractéristiques de base de sublimation.

De plus, les groupes β-phénoxy en positions 2,3 peuvent faire évoluer la teinte vers un violet vif quelque peu rougeâtre, offrant une bonne stabilité contre la décoloration et la sublimation.

examples of 1,4-Diaminoanthraquinones Dyes
Exemples de colorants 1,4-Diaminoanthraquinones

Les 4-Amino-1-hydroxyanthraquinones N-substituées, qui sont des alkyl- ou aryl-aminohydroxyanthraquinones, sont reconnues pour leur affinité et leur résistance à la lumière, ce qui donne des nuances violettes à bleues.

Néanmoins, ils ne parviennent souvent pas à résister à la sublimation par rapport à leurs homologues tétrasubstitués. Les substituants tels que les esters carboxyliques, les esters arylsulfoniques, les amides, l’hydroxyéthyléther et les groupes méthoxy dans les composés arylamino peuvent améliorer la résistance à la sublimation. Des mélanges optimaux peuvent empêcher une réduction de l’affinité.

Examples of N-Substituted 4-Amino-1-hydroxyanthraquinones dyes
Exemples de colorants 4-Amino-1-hydroxyanthraquinones N-substitués

Enfin, les diaminodihydroxyanthraquinones, dérivées des α-diaminodihydroxyanthraquinones, sont des colorants dispersés essentiels en raison de leur polyvalence de teinte et d’affinité. L’adaptation des propriétés du colorant peut être obtenue par l’introduction stratégique de substituants, la sélection de la position des isomères et le mélange.

Le changement bathochromique affecte la couleur, la résistance à la lumière s’améliorant de l’ordre de 13, 14, 12 et l’affinité augmentant de 12, 14, 13. La solidité à la sublimation reste cependant modérée.

Diaminodihydroxyanthraquinones structures
Structures des diaminodihydroxyanthraquinones

Les dérivés halo, alcoxy, hydroxyaryle et phénylmercapto ont acquis une importance commerciale, avec une substitution adjacente au groupe amino conduisant à des colorants plus brillants et à une affinité améliorée.

Par exemple, 15 est un exemple bien connu de C.I. Disperse Blue 56, et 16 est C.I. Disperse Bleu 73.

Examples of Diaminodihydroxyanthraquinones Dyes
Exemples de colorants diaminodihydroxyanthraquinones

Les nitroarylaminodihydroxyanthraquinones, reconnues pour leurs nuances bleu verdâtre et leur résistance supérieure à la lumière et à la sublimation, subissent des améliorations d’affinité lors de la réduction.

Exemple : 17 représente un colorant de ce genre, caractérisé par sa teinte bleue.

Example of Nitroarylaminodihydroxyanthraquinones dyes

1.2. Colorants pour fibres d’ester de cellulose et de polyamide synthétique

Les colorants dispersés ont d’abord été développés pour teindre les fibres cellulosiques, mais leur importance a diminué depuis le développement des fibres synthétiques. Les fibres synthétiques de polyamide peuvent être teintes avec des colorants initialement développés pour les fibres d’acétate de cellulose, et très peu de nouveaux colorants ont dû être développés spécifiquement pour les fibres de polyamide.

Les types de colorants utilisés pour les fibres polyamide sont similaires à ceux utilisés pour les fibres polyester, mais ils sont choisis en fonction de critères différents. Bien que la résistance à la sublimation ne soit pas aussi importante pour les fibres de polyamide, la solidité à l’ozone, aux gaz d’échappement et au lavage est importante.

Contrairement aux fibres de polyester, la substitution de groupes amino, en particulier de groupes alkylamino, dans les colorants dispersés utilisés pour les fibres de polyamide ne réduit pas la résistance à la lumière.

Les dérivés oranges de la 1-aminoanthraquinone ne sont pas très importants pour la teinture des fibres de polyamide car ils ont un pouvoir tinctoriale relativement faible. En revanche, les dérivés de la 1-amino-4-hydroxyanthraquinone sont très précieux et donnent des colorants rouge brillant.

Les colorants les plus importants de cette catégorie sont dérivés de la 1,4-diaminoanthraquinone, qui offrent des nuances allant du violet au bleu verdâtre. Le mélange de composés similaires peut améliorer considérablement l’affinité.

Des exemples de colorants dans cette catégorie comprennent :

Colorant 18 : Un rouge brillant.
Colorant 19 : C.I. Disperse Blue 14, utilisé dans Celliton Fast Blue de BASF.
Colorant 20 : Un bleu brillant.
Colorant 21 : C.I. Disperse Blue 31, utilisé dans le Celliton Blue 3 G de BASF.
Colorant 22 : C.I. Disperse Blue 7, utilisé dans Celliton Blue Green B de BASF.

examples of Dyes for Cellulose Ester and Synthetic Polyamide Fibers
Exemples de colorants pour fibres d'ester de cellulose et de polyamide synthétique

1.3. Colorants de transfert

L’impression par transfert est une méthode d’impression sur des tissus en polyester utilisant des colorants dispersés. Le colorant est appliqué sur du papier transfert, puis le tissu est pressé contre le papier à haute température. La chaleur provoque la sublimation du colorant, ou sa transformation en gaz, puis sa diffusion dans les fibres du tissu.

Des colorants spécialement formulés pour l’impression par transfert ont été développés, mais des colorants dispersés facilement disponibles peuvent également être utilisés. Des exemples de colorants de transfert comprennent :

  • Colorant 23 (C.I. Disperse Red 60, [17418-58-5])
  • Colorant 24 (C.I. Disperse Blue 26, [3860-63-7])
Examples of Transfer Dyes
Exemples de colorants de transfert

1.4. Colorants pour tissus en coton et polyester

Les colorants anthraquinoniques de poids moléculaire modéré peuvent être utilisés pour imprimer et teindre directement les fibres de cellulose, telles que les tissus coton-polyester prétraités à l’eau. La plupart de ces colorants sont des colorants dispersés présentant une excellente résistance à la sublimation. Cependant, les colorants de cuve de faible poids moléculaire sont également inclus dans ce groupe.

Ces colorants sont généralement appliqués avec des solvants à point d’ébullition élevé et miscibles à l’eau tels que des glycols et des dérivés de glycol, ou des esters d’acide borique de composés comportant un à six groupes hydroxy.

Les tissus sont d’abord gonflés avec de l’eau, puis traités thermiquement à environ 200°C pour évaporer l’eau et permettre au colorant de pénétrer dans la fibre par sa phase solution. Le composant polyester du tissu est également teint au cours de ce processus.

Des exemples de tels colorants comprennent :

  • Composé 25 (colorant bleu)
  • Composé 26 (colorant bleu)
  • Composé 27 (colorant vert)

Les colorants réactifs dispersés peuvent également être utilisés pour obtenir une teinture uniforme sur des tissus en coton et polyester. Des colorants réactifs à la fluorotriazine ont été proposés pour cette application spécifique.

Des exemples de ces colorants comprennent :

  • Composé 28 (colorant bleu)
  • Composé 29 (colorant rouge)
Examples of Dyes for Cotton – Polyester Fabrics
Exemples de colorants pour tissus coton – polyester

2. Colorants solubles dans les solvants organiques

Les colorants anthraquinoniques aux structures simples sont utilisés pour colorer des substances telles que l’essence, le pétrole et les plastiques. Par exemple, les bis(alkylamino)anthraquinones sont très solubles et peuvent être utilisées pour colorer l’essence, tandis que la quinizarine et ses dérivés sont utilisés pour marquer le fioul. L’ajout d’alcali peut modifier la couleur de ces colorants.

Des exemples de tels colorants comprennent :

  • Composé 30 : Un colorant bleu utilisé pour colorer les hydrocarbures, y compris l’essence.
  • Composé 31 : Un mélange de colorants bleus utilisé pour colorer l’essence et les huiles minérales.

Pour teindre des thermoplastiques amorphes tels que le polyméthacrylate, le polystyrène ou le polycarbonate, des colorants capables de se dissoudre dans le matériau et de maintenir la transparence sont nécessaires. Ces colorants peuvent également être utilisés en combinaison avec des substances telles que le dioxyde de titane pour donner des couleurs corporelles aux thermoplastiques.

Initialement, des composés aux structures relativement simples ont été utilisés, souvent dérivés d’intermédiaires existants. Cependant, de nouveaux produits conçus pour répondre à des exigences spécifiques sont depuis devenus disponibles.

Des exemples de tels colorants comprennent :

  • Composé 32 (C.I. Solvent Red 111, [82-38-2])
  • Composé 33 (C.I. Solvent Red 52, [81-39-0])
  • Composé 34 (C.I. Solvent Violet 13, [81-48-1])
  • Composé 35 (C.I. Solvent Green 3, [128-80-3])

De nombreux dérivés d’amino- et d’hydroxyanthraquinone relativement simples présentent un degré élevé d’ordre dans les systèmes cristallins liquides. Par conséquent, ils conviennent comme colorants dichroïques pour les présentoirs invités-hôtes.

Examples of Dyes Soluble in Organic Solvents
Exemples de colorants solubles dans les solvants organiques

3. Colorants de cuve

Les colorants de cuve sont une classe de colorants insolubles dans l’eau utilisés pour colorer le coton et d’autres fibres cellulosiques. Ils sont connus pour leur excellente solidité des couleurs, mais ils peuvent être coûteux et avoir une gamme de couleurs limitée.

Les colorants de cuve sont convertis en composés leuco solubles par des agents réducteurs en présence d’hydroxyde de sodium. Ces composés leuco sont alors capables de pénétrer dans les fibres de cellulose. Après réoxydation, le colorant insoluble se lie fortement à la fibre.

Les acylaminoanthraquinones sont le type de colorant de cuve le plus simple. Ils sont produits en acylant des aminoanthraquinones, généralement avec de l’acide benzoïque ou du chlorure de benzoyle.

Ces colorants offrent une bonne affinité pour les fibres de cellulose, mais les types simples comme les 1,4- (et 1,5-) dibenzoylaminoanthraquinones ne sont plus aussi importants.

Des liaisons de pontage, telles que les acides oxalique ou phtalique, peuvent être utilisées pour coupler deux unités anthraquinone, ce qui donne lieu à une variété de couleurs.

examples of Acylaminoanthraquinones vat dyes
Exemples de colorants de cuve Acylaminoanthraquinones

Les anthraquinoneazoles présentent une bonne résistance à la lumière et sont dérivés de l’acide 1-aminoanthraquinone-2-carboxylique et des 3-amino-2-hydroxy- (ou -mercapto-) anthraquinones. Les dérivés bleus de l’acide 1-amino-4-aroylaminoanthraquinone-2-carboxylique se distinguent particulièrement par leur résistance aux conditions atmosphériques et au chlore.

examples of Anthraquinoneazoles vat dyes
Exemples de colorants de cuve aux anthraquinoneazoles

Les anthrimides et autres anthraquinones liées contiennent principalement des dérivés α, β parmi les anthrimides en tant que colorants de cuve importants. Des composés qui lient deux molécules d’anthraquinone via des dérivés fonctionnels du groupe 2-aldéhyde (ou 2-carboxy) sont également utilisés. Ces colorants offrent une bonne tenue des couleurs.

Examples of Anthrimides and other Linked Anthraquinones vat dyes
Exemples d'Anthrimides et d'autres colorants de cuve à base d'anthraquinones liées

Les anthrimides carbazoles sont produits par fermeture de cycle carbazole à partir d’α,α-dianthraquinonylamines (anthrimides). Ces colorants offrent des couleurs uniformes et très rapides comme le jaune, l’orange, le marron, le gris et l’olive pour les fibres de cellulose.

Cependant, les teintes vives manquent quelque peu dans cette série.

examples of Anthrimide Carbazoles vat dyes
Exemples de colorants de cuve Anthrimide Carbazoles

Les phtaloylacridones apportent des nuances allant du rouge au vert, selon le substituant en position 2. Ils offrent une bonne solidité à la lumière mais une solidité au lavage un peu moins bonne.

Examples of Phthaloylacridones vat Dyes
Exemples de colorants de cuve Phthaloylacridones

Les colorants benzanthrone peuvent être divisés en deux groupes principaux : les colorants « vert imide » et les colorants des séries violanthrone et isoviolanthrone.

Les colorants imide-vert présentent des couleurs douces comme le vert olive, l’olive, le kaki et le gris, ainsi qu’une excellente résistance à la lumière et aux conditions atmosphériques. La couleur bleue du violanthrone peut se transformer en un vert brillant avec des modifications spécifiques.

Les indanthrones comprennent l’indanthrone bleue, l’un des premiers colorants synthétiques en cuve de la série des anthraquinones. Malgré sa faible résistance au chlore, il reste indispensable grâce à une excellente tenue des couleurs et des couleurs vives. Les introductions de groupes hydroxy ou amino peuvent faire évoluer la teinte vers le vert.

Les systèmes cycliques hautement condensés fournissent des ajouts précieux aux colorants de cuve anthraquinone. Il s’agit notamment de la dibenzpyrènequinone, de l’anthanthrone et de la pyranthrone, qui offrent des colorants de cuve jaunes à rouges sans substituants auxochromes supplémentaires. L’halogénation peut renforcer leur affinité et modifier leurs nuances. Certains de ces dérivés peuvent être ensuite convertis en composés de type anthrimide.

Les colorants de cuve constituent une classe importante de colorants utilisés dans diverses applications. Ils sont connus pour leur excellente solidité des couleurs et leur durabilité, mais ils peuvent être coûteux et avoir une gamme de couleurs limitée.

4. Pigments anthraquinoniques

De nombreux colorants de cuve peuvent également être utilisés comme pigments en raison de leur solubilité limitée dans les substances organiques. Cependant, ils doivent être soigneusement préparés pour atteindre un degré élevé de pureté et des caractéristiques physiques spécifiques, telles que la structure cristalline et la distribution granulométrique.

La production de pigments anthraquinoniques peut être coûteuse, c’est pourquoi ils ne sont utilisés que dans des applications spécialisées où une solidité exceptionnelle des couleurs est cruciale. Seules quelques teintures en cuve répondent à ces exigences strictes.

La plupart des pigments appartiennent à la catégorie des colorants à systèmes cycliques polycondensés, tels que les indanthrones, les anthanthrones, les pyranthrones, la flavanthrone et leurs dérivés halogénés, à l’exception de certaines acylaminoanthraquinones.

Au cours des 25 dernières années, une gamme de colorants anthraquinoniques spécialisés ont été développés sous forme de pigments, notamment des dérivés d’anthraquinone-azoïque, de bianthraquinonyl et d’anthraquinonylaminotriazine.

Il existe actuellement un intérêt limité pour les laques colorées, en particulier les laques d’aluminium des hydroxyanthraquinones telles que l’alizarine, la purpurine, la quinizarine et leurs acides sulfoniques.

Des exemples de tels pigments comprennent :

  • C.I. Pigment Jaune 108 (55)
  • C.I. Pigment Bleu 60 (56)
  • C.I. Pigment Rouge 168 (57)
  • C.I. Pigment Orange 40 (58)
  • C.I. Pigment Jaune 24 (59)
  • Pigment jaune (60)
  • C.I. Pigment Rouge 177 (61)
  • Pigment jaune (62)
  • Lac Aluminium, C.I. Pigment Violet 5:1 (63)
Examples of anthraquinone Pigments
Exemples de pigments anthraquinoniques

Référence