Perantaraan pewarna untuk pembuatan pewarna
Klasifikasi Utama
Berdasarkan struktur kimia, perantaraan pewarna dibahagikan kepada empat kategori:
Perantaraan benzena: seperti nitrobenzena, anilin, klorobenzena, dll.
Perantaraan toluena: seperti o-nitrotoluena, p-nitrotoluena, dsb.
Perantaraan naftalena: seperti 2-naftol, asid H, dsb.
Perantaraan antrakuinon: seperti antrakuinon, 1-aminoantrakuinon, dsb.
Di samping itu, terdapat beberapa perantaraan heterosiklik yang digunakan untuk mensintesis pewarna dengan sifat khas.
Proses Pengeluaran Teras bagi perantaraan pewarna:
Proses pengeluaran melibatkan pelbagai tindak balas kimia, yang paling biasa ialah:
Nitrasi: Memperkenalkan kumpulan nitro (-NO₂).
Sulfonasi: Memperkenalkan kumpulan asid sulfonik (-SO₃H).
Halogenasi: Memperkenalkan atom halogen (seperti klorin, bromin).
Pengurangan: Mengurangkan kumpulan nitro kepada kumpulan amino (-NH₂).
Aminasi, hidrolisis, pengoksidaan, pemeluwapan, dsb.
Bagaimanakah perantaraan pewarna ditukar menjadi pewarna siap?
Proses daripada perantaraan pewarna kepada pewarna siap pada asasnya merupakan proses pemasangan molekul. Perantaraan individu biasanya kekurangan keupayaan warna atau pencelupan dan memerlukan satu siri tindak balas kimia untuk bergabung, mengiklisasi atau mengubah suainya, membentuk molekul pewarna dengan sistem kromofor tertentu. Molekul-molekul ini kemudiannya diproses secara fizikal menjadi pewarna komersial.
Proses ini terdiri daripada dua peringkat: sintesis dan pengkomersialan. Kami akan menggunakan dua jenis pewarna yang paling penting (pewarna azo dan pewarna antrakuinon) sebagai contoh:
Peringkat Pertama: Sintesis Kimia – Membina Molekul Pewarna
1. Sintesis Pewarna Azo
Pewarna azo adalah jenis yang paling banyak dihasilkan dan digunakan secara meluas, merangkumi kira-kira 60%-70% daripada semua pewarna. Terasnya ialah pembentukan kromofor "-N=N-" (kumpulan azo).
Langkah 1: Tindak Balas Diazotisasi
Perantaraan amina aromatik (seperti anilina dan p-nitroanilina) bertindak balas pada suhu rendah (0-5℃) dengan natrium nitrit dan asid hidroklorik untuk menghasilkan "garam diazo." Ini adalah perantaraan yang sangat reaktif.
Langkah 2: Reaksi Gandingan
Garam diazonium di atas bertindak balas dengan perantaraan fenolik atau amina (seperti 2-naftol, asid H) pada nilai pH tertentu. Garam diazonium menyerang kedudukan aktif pada cincin aromatik, menghasilkan molekul pewarna yang mengandungi kumpulan azo.
*Contohnya: Diazotisasi "p-nitroanilina" (perantaraan A) dan gandingannya dengan "2-naftol" (perantaraan B) secara langsung menghasilkan pigmen atau pewarna oren-merah.*
2. Sintesis Pewarna Antrakuinon
Terutamanya digunakan untuk pewarna tong tahan lasak tinggi, pewarna serak, dan pewarna asid.
Langkah-langkah: Pemeluwapan dan Penutupan Cincin
Berdasarkan perantaraan antrakuinon (seperti antrakuinon, 1-aminoantrakuinon), pelbagai molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan kumpulan amino atau hidroksil, atau melalui tindak balas pemeluwapan, untuk membentuk struktur cincin terlakur yang kompleks.
*Contohnya: Pemeluwapan 1-aminoantrakuinon dengan p-toluenesulfonamida menghasilkan pewarna serak biru terang untuk pencelupan poliester.
3. Pewarna Kompleks Lain
Bagi pewarna fthalocyanine (seperti biru fthalocyanine), pewarna sulfur dan pewarna lain yang serupa, proses khas seperti kompleksasi logam (penyelarasan ion logam seperti kuprum atau kromium ke dalam pusat molekul) atau sulfurisasi diperlukan.
Peringkat Kedua: Pemprosesan Komersial – Pengeluaran Produk Siap
Pewarna yang baru disintesis dipanggil "pewarna mentah" atau "kek penapis," yang mengandungi bendasing dan mempunyai zarah besar, menjadikannya tidak boleh digunakan secara langsung. Ia mesti menjalani pemprosesan fizikal:
- 1. Penapisan dan Pencucian Tekanan: Mengeluarkan garam, hasil sampingan dan bendasing yang dihasilkan semasa sintesis (langkah ini mencabar alam sekitar, menghasilkan sejumlah besar air sisa bergaram tinggi).
- 2. Penghancuran dan Pengisaran: Mengisar kek penapis dalam kilang pasir atau kilang koloid. Langkah ini penting untuk pewarna serak (digunakan dalam poliester), yang memerlukan zarah dikisar hingga ke paras mikron (biasanya 0.5-2 mikron), dan menambah sejumlah besar bahan penyerak untuk memastikan pewarna tidak menggumpal semasa pencelupan suhu tinggi.
- 3. Pengkompaunan dan Penyeragaman:
Menambah bahan bantu (seperti bahan dispersan MF, natrium lignosulfonat dan penahan habuk).
Penyeragaman melibatkan penambahan pengisi untuk melaraskan kekuatan pewarna (kuasa pewarnaan) kepada spesifikasi standard (contohnya, 100%, 200%), bagi memastikan hasil pencelupan yang konsisten untuk setiap kelompok.
- 4. Pengeringan dan Pembentukan:
Serbuk: Pengeringan menara pengeringan semburan.
Cecair: Dirumus terus ke dalam pewarna cecair (sesuai untuk pencelupan automatik).
Berbutir: Berbutir untuk mengurangkan pencemaran habuk.
Ringkasan: Logik daripada Bahan Perantaraan Pewarna kepada Produk Siap
Jika kita membandingkan pewarna dengan hidangan:
Perantaraan Pewarna = Sayur-sayuran, Daging, Perasa (Bahan Mentah Asas)
Tindak Balas Sintetik (Diazotisasi/Gandingan/Kondensasi) = Memasak (Tindak Balas Kimia, Menjana Molekul Penjana Warna)
Pemprosesan Komersial (Pengisaran/Penambahan Bahan Bantu/Penyeragaman) = Penyaduran dan Perasa (Pemprosesan Fizikal, Memastikan Kebolehgunaan)
Pewarna siap akhir, seperti "Disperse Blue 56" atau "Reactive Black 5," ialah produk piawai yang diperoleh daripada gabungan bahan perantaraan tertentu melalui rantaian sintesis dan pemprosesan lengkap yang diterangkan di atas.