Classification des colorants
Généralement il existe deux modes de classification des colorants. Une classification chimique qui se base sur la constitution chimique des colorants et une classification tinctoriale qui repose sur la méthode d’application des colorants sur les substrats (textile, papier, cuir…). 50
Classification chimique
Le classement des colorants selon leur structure chimique repose sur la nature du groupe chromophore.
Les colorants azoïques
Sont de loin la classe la plus importante, représentant plus de 50% de tous les colorants commerciaux. Pour cette raison, les colorants azoïques ont été étudiés plus que toute autre classe et un vaste volume de données existe maintenant à leur sujet. De toute évidence, par conséquent, seuls les aspects les plus importants des colorants azoïques peuvent être discutés dans cette section.
Les colorants azoïques contiennent au moins un groupe azo (-N = N-) mais peuvent contenir deux, trois ou, plus rarement, quatre groupes azo. Le groupe azo est attaché à deux radicaux dont au moins un mais, plus généralement, les deux sont aromatique. 51
Figure II-5 : Colorant diazoïque dissymétrique 52
| Tableau II.2 : Application des colorants azoïques 53 |
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Les colorants triphénylméthanes
Les triphénylméthanes sont des dérivés du méthane pour lesquels les atomes d’hydrogène sont remplacés par des groupes phényles substitués dont au moins un est porteur d’un atome d’oxygène ou d’azote en para vis-à-vis du carbone méthanique. Le triphénylméthane et ses homologues constituent les hydrocarbures fondamentaux d’où dérivent toute une série de matières colorantes. 54
Ils ont néanmoins conservé une certaine valeur commerciale, car ils permettent de couvrir la totalité de la gamme de nuances et leur coloration est intense.
Figure II-6 : Exemple d’un triphénylméthane 55
Les colorants indigoïdes
Les colorants indigoïdes tirent leur appellation de l’indigo dont ils dérivent. Ainsi, les homologues séléniés, soufrés et oxygénés du bleu indigo provoquent d’importants effets hypochromes avec des coloris pouvant aller de l’orange au turquoise. Les colorants indigoïdes sont utilisés comme colorants en textile, comme additifs en produits pharmaceutiques, la confiserie, ainsi que dans des diagnostiques médicaux. 56
Figure II-7 : Exemple de colorant indigoïdes 57
Les colorants xanthènes
Les colorants xanthène sont ceux contenant le noyau xanthylium ou di ‐ benzo ‐ g ‐ pyrane comme chromophore avec un groupe amino ou hydroxy méta par rapport à l’oxygène. Les xanthènes remontent à 1871 lorsque Von Bayer a synthétisé la fluorescéine via la condensation de résorcinol et d’anhydride phtalique. Ils sont importants en raison de leurs teintes brillantes et de leurs nuances entre le jaune verdâtre et le violet. Les xanthènes sont souvent fluorescents.
La plupart des colorants au xanthène sont classés comme colorants basiques par leur méthode d’application; des colorants acides peuvent être produits par l’introduction de groupes acide sulfonique.
Les colorants xanthènes sont regroupés en dérivés diphénylméthane, triphénylméthane, aminohydroxy et fluorescents. 58
a) Utilisations de ces colorants
Ils sont utilisés comme colorants pour le papier, les peintures, les textiles, les agents anticancéreux, les encres, les antibactériens, les insecticides, les bio marqueurs et les teintures. L’utilisation actuelle se concentre sur leurs propriétés fluorescentes. 58
Figure II-8 : Structure du xanthène 48
Les colorants anthraquinoniques
Les colorants anthraquinoniques ou colorants d’anthraquinone sont un groupe important de colorants, le plus abondant après les colorants azoïques, qui partagent le fait de posséder un noyau d’anthraquinone dans leur structure. 59
Les colorants anthraquinoniques sont, d’un point de vue commercial, les plus importants après les colorants azoïques. Leur formule générale dérivée de l’anthracène montre que le chromophore est un noyau quinonique sur lequel peuvent s’attacher des groupes hydroxyles ou amino. 60
Figure II-9 : Structure du noyau anthraquinone 60
Les phtalocyanines
Ce type des colorants est caractérisé par une structure complexe possédant un atome central métallique. Ils sont obtenus par réaction du dicyanobenzène en présence d’un halogénure métallique.
Les phtalocyanines sont des macrocycles formés de quatre sous-unités tétrabenzopyrroliques reliées par des ponts aza.
Figure II-10 : Le macrocycle phtalocyanine 61
Ce macrocycle comporte un système aromatique à 18 électrons «7t» (représenté en insert) expliquant l’essentiel de ses propriétés physiques et chimiques (couleur, stabilité chimique …).
Domaine d’application 62
- la cristallinité liquide
- la génération d’oxygène singlet
- la photothérapie dynamique
- la chimiothérapie dynamique antimicrobienne
- les capteurs, y compris les biocapteurs
- les applications optiques non linéaires
- Les cellules solaires sensibilisées aux colorants
- Les cellules solaires photovoltaïques
- les matériaux semi-conducteurs, les catalyseurs d’oxydation et de réduction et les photo-catalyseurs.
Les colorants nitrés et nitrosés
Ces colorants forment une classe très limitée en nombre et relativement ancienne. Ils sont actuellement encore utilisés, du fait de leur prix très modéré lié à la simplicité de leur structure moléculaire caractérisée par la présence d’un groupe nitro (-NO2) en position ortho d’un groupement électro donneur (hydroxyle ou groupes aminés). 63
Figure II-11 : Squelette de nitrosés63
Classification tinctoriale
Si la classification chimique présente un intérêt pour le fabricant de matières colorantes, le teinturier préfère le classement par domaines d’application. Ainsi, il est renseigné sur la solubilité du colorant dans le bain de teinture, son affinité pour les diverses fibres et sur la nature de la fixation. Celle-ci est de force variable selon que la liaison colorant – substrat est du types ionique, hydrogène, de Van der Waals ou covalente. On distingue différentes catégories tinctoriales définies cette fois par les auxochromes. 64
| Tableau II.3 : Les types d’interaction entre un colorant et un matériau 65 |
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Les colorants acides ou anioniques
Les colorant acide contiennent en générale, des groupements ionisable de type sulfonât, carboxylate ou sulfate pour favoriser leur solubilisation dans l’eau. Ces groupes sont également fortement influencés par le pH. 65
Ils sont appliqués sur des fibres animales telles que la laine et la soie et sur quelques fibres acryliques modifiées.
Figure II-12: Les type d interaction entre un colorant et un matériau 48
Les colorants basique ou cationique
Ils comportent des cations d’où leur autre appellation : colorants cationiques, Ils forment des liaisons ioniques avec des supports à sites anioniques, notamment la laine et la soie et peut être appliqué sur certains types de polyamide et de polyester. 66
Figure II-13 : Exemple d’un colorant basique bleu de méthylène. 67
Colorants réactifs
Les colorants réactifs constituent la dernière classe de colorant apparue sur le marché. Leur utilisation est très importante, notamment dans le domaine de l’habillement (la solidité à la lumière n’est suffisante que pour des applications en ameublement). Ce sont des colorants de synthèse constitués d’une partie colorante chromogène (groupe chromophore) sur laquelle est (sont) fixé(s) un (ou plusieurs) groupement (s) réactifs(s) électrophile(s) destiné(s) à former une liaison chimique stable, covalente, solide avec les fonctions hydroxyles de la cellulose et les NH2 et NH des polyamides. La réaction entre le colorant et la cellulose est obtenue par l’action d’un agent alcalin (soude caustique, carbonate de sodium,…etc.) qui absorbe l’atome ou le groupement réactif électronégatif du colorant pendant que l’ion coloré se lie à la cellulose. 68
Figure II-14 : Les groupes réactifs des colorants réactifs.68
Les colorants de cuve
Ils sont insolubles et doivent être transformés en leuco-dérivés par réduction alcaline. La teinture se termine par la ré oxydation, in situ, du colorant sous sa forme insoluble initiale. De plus, réputés pour leur bonne résistance aux agents de dégradation, ils sont encore utilisés, à l’image de l’indigo, pour la teinture des articles jean ou daim.52
Figure II-15 : Schéma de la formation du colorant cuve soluble 52
Les colorants développés ou azoïques insolubles
Les colorants développés ou azoïques insolubles: Également connus sous le nom de colorants au naphtol. Ce sont des colorants azoïques que l’on produit directement sur la fibre. Le fondement de la teinture avec ce type de colorant se base sur la formation de pigments colorés sur la fibre, obtenu via le traitement du textile, généralement dans deux bains, avec les deux composants qui forment le colorant. Le premier composant, appelé révélateur, est un dérivé naphtalénique qui contient des groupes aminés et hydroxylés. Les révélateurs les plus utilisés actuellement étant les dérivés hydroxylés. La matière textile imprégnée de révélateur est introduite dans un second bain qui contient une solution de sel de diazonium . 69
Figure II-16 : Colorant azoïque insoluble 70
Les colorants directs ou substantifs
Les colorants directs, appelés également colorants substantifs, ils sont une classe de colorants qui s’adsorbent fortement sur la cellulose. Ils portent généralement des groupes acide sulfonique, mais ne sont pas considérés comme des colorants acides car ces groupes ne sont pas utilisés comme moyen de fixation à la fibre. Les colorants directs sont de grandes molécules plates et linéaires qui peuvent pénétrer dans les régions amorphes gonflées d’eau de la cellulose et s’orienter le long des régions cristallines. Le sel commun ou le sel de Glauber est souvent utilisé pour favoriser la teinture car la présence d’un excès d’ions sodium favorise l’établissement de l’équilibre avec un minimum de colorant restant dans le bain de teinture. Le rouge direct 28 (rouge Congo) est un colorant direct typique.
Les colorants directs étant retenus dans les fibres cellulosiques par adsorption, le processus de teinture est réversible. Sauf après avoir été traités avec des résines et des agents de fixation de colorant, les colorants directs, en tant que classe, ont une faible résistance au lavage. Ils sont principalement utilisés parce qu’ils sont économiques et faciles à appliquer.
Ces colorants sont principalement utilisés pour colorer des fonds unis qui seront ensuite imprimés dans un motif avec des colorants de cuve. 71
Figure II-17 : Rouge direct 28 (rouge de Congo). 70
On peut donner aux colorants directs la classification suivante
| Tableau II.4 : Classification des colorants directs 72 |
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Les colorants à mordant
Colorant mordant, colorant qui peut être lié à un matériau pour lequel il a autrement peu ou pas d’affinité par l’ajout d’un mordant, un produit chimique qui se combine avec le colorant et la fibre. Comme les principaux mordants modernes sont les dichromates et les complexes de chrome, le colorant mordant signifie généralement un colorant au chrome. La plupart des colorants mordants donnent des couleurs différentes avec des mordants différents. Les colorants mordants peuvent être utilisés avec la laine, les mélanges de laine, la soie, le coton et certaines fibres de cellulose modifiée. 73
Figure II-18 : Colorant C.I mordant bleue 9 74
Les colorants dispersés
Des colorants dispersés ont été formulés et introduits pour permettre la teinture de fibres thermoplastiques hydrophobes comprenant le nylon, le polyester, l’acrylique et d’autres matières synthétiques. Les colorants dispersés sont de petites molécules polaires, contenant généralement des groupes anthraquinone ou azo qui n’ont pas de groupes cationiques ou anioniques chargés dans la structure. Les colorants dispersés sont peu solubles dans l’eau et doivent être dispersés à l’aide d’un tensioactif dans le bain de teinture. Au fur et à mesure que la petite quantité de colorant dispersé dissous diffuse dans la fibre, un colorant supplémentaire dispersé en solution est dissous jusqu’à ce que le colorant dispersé soit presque complètement épuisé sur la fibre. La résistance à la lumière et la résistance au lavage de ces colorants sont généralement bonnes, mais des difficultés ont été rencontrées avec la décoloration par les fumées de certains des colorants dispersés. De nombreux colorants dispersés ont des pressions de vapeur appréciables à des températures élevées et peuvent être «teints» sur des fibres thermoplastiques par sublimation, ce qui implique la diffusion des vapeurs de colorant dans la fibre. 75
Figure II-19 : Disperser bleu 6 75
| Tableau II.5 : Produit chimique et auxiliaire utilisé pour la teinture avec des colorants dispersé 76 |
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