Термохромная краска – это современный материал, при помощи которого создаются необычные покрытия, способные менять цвет под воздействием разных температур. Благодаря такому эффекту составы, обладающие термочувствительностью, нашли широкое применение в разных отраслях, начиная с производства сувенирной продукции и заканчивая покраской автомобилей.

Свойства действующего вещества

Активный компонент в составе – термохромный пигмент. Именно он обеспечивает реакцию покрытия на нагрев или охлаждение, сопровождающуюся изменением окраски. Амплитуда колебаний температур – 15–70 °С.

Значение, при котором начинается реакция, индивидуально для каждого конкретного состава.

KATO_Katosha - Волосы хамелеон (PRAVANA VIVIDS Mood Color)

PRAVANA VIVIDS Mood Color - первый в мире пигмент который меняет цвет ваших волос в зависимости от температуры. ЭТО...

Термохромные пигменты содержатся в материале в виде жидких кристаллов, заключенных в микрокапсулы, что позволяет смешивать их с различными растворами, например, красками на масляной, резиновой или акриловой основе. Действующее вещество обычно составляет от 5 до 30% от общей массы красящего средства ; эта цифра зависит от того, какой требуется результат.

Виды термокрасок

Термохромные составы делятся на две группы:

• возвратные,
• невозвратные.

К первым относятся те покрытия, которые дают обратимый визуальный эффект, то есть способны поменять оттенок и вернуться в исходное состояние, когда температура нормализуется. Повторяется этот “фокус” большое количество раз.

Во втором случае краска меняет цвет единожды и окончательно, больше покрытие реагировать на тепло или холод не будет.

Области применения

Термохромные краски возвратного типа используются более широко, чем их “одноразовые” аналоги. Высокую популярность завоевали эти материалы у автовладельцев, желающих сделать свою машину оригинальной по внешнему дизайну.

Покрытие для авто

Теплочувствительная краска – это находка для тех, кто любит экспериментировать и подходить творчески к уходу за автомобилем. Создать новый интересный имидж для своего железного коня каждый сможет своими руками, потому что работать с краской, меняющей цвет, не сложно. Ее можно наносить даже обычной малярной кистью или валиком, хотя оптимальный вариант для покраски кузова авто – это, конечно, краскораспылитель.

Термохромный материал может быть не только изюминкой декора, но и иметь немаловажную практическую функцию: если при нагреве покрытие автомобиля станет приобретать белый цвет или другой светлый оттенок, то в жаркую погоду кузов сможет отражать солнечные лучи и поверхность автомобиля будет меньше перегреваться.

Для создания сложного визуального эффекта можно воспользоваться следующим приемом: выкрасить машину в несколько слоев термокраски, используя составы с разными температурными порогами. Как очистить стену от старой краски в домашних условиях? Добавить “волшебства” помогут рисунки, сделанные при помощи трафарета или нанесенные от руки (если имеются задатки художника).

Краски которые меняют цвет в зависимости от температуры, ? Автомобиль, для дизайна которого мастерски использовались термочувствительные краски, просто не сможет остаться незамеченным в потоке остальных машин!

Радуясь возможности украсить свое средство передвижения, все-таки следует знать, что термохромная краска имеет и некоторые недостатки:

• низкая светостойкость: чтобы защитить покрытие кузова автомобиля от разрушительного воздействия ультрафиолета, придется нанести слой специального лака и оборудовать место стоянки навесом, (лучший вариант – гараж);
• в случае механических повреждений потребуется полное перекрашивание машины;
• затруднения при регистрации авто, не имеющего постоянного цвета;
• термочувствительная краска – дорогостоящий материал.

Посуда, меняющая цвет

Чайная или кофейная кружка, на поверхности которой проступает забавная надпись или рисунок при попадании в нее горячего напитка – хороший памятный подарок. Блюдо для закусок с появляющимся узором – интересная деталь в сервировке стола. Краска которая меняет цвет от температуры для рисования?

А разнообразная детская посуда, подающая визуальный сигнал при слишком горячей каше или молоке – полезная вещь в обиходе молодых мам.

Важно: термохромные краски не содержат токсичных веществ, и посуда, окрашенная с использованием этих материалов, безопасна для здоровья.

Одежда

В текстильной промышленности также применяют составы, изменяющие цвет в зависимости от температуры. Так, однотонная футболка, надетая на тело, может удивить проявившимся модным принтом, а на джинсах проступит стильный узор или лейбл.

Сувениры и элементы декора

В этой отрасли открыт необычайно широкий простор для применения термохромных материалов: елочные игрушки и гирлянды, прочая праздничная атрибутика, оригинальные светильники и подсвечники, брелоки для ключей, подарочные канцелярские принадлежности и прочее. Замечательно то, что множество вещей можно сделать и покрасить собственноручно, например, нарисовать картину или создать панно с “секретом”.

Печатная продукция

Визитки, “оживающие” от прикосновения теплых рук, рекламные буклеты или журналы, продвигающие парфюм (потрите страничку!), детские книги с картинками, открытки – все это зачастую производится с использованием теплочувствительных составов, благо что их цветовая палитра достаточно богата.

В целом найти оригинальное применение этих необычных материалов в быту каждый может и самостоятельно, проявив фантазию и приложив немного усилий.

Дополнительная информация:

Еще одно преимущество, которым обладает термохромная краска, – цена. Она совсем невысокая с учетом свойств этого материала (1500 руб. за 25-граммовую баночку, которой хватает надолго). Подобные решения привлекают клиентов и являются отличным рекламным ходом.

• Ниже + 20 градусов – для нанесения вещества на посуду, которая будут использоваться для прохладительных напитков.
• + 29… + 31 градусов – подходит для поверхностей, которые будут изменять свой цвет при воздействии с температурой тела (при прикосновении). Использование этого эффекта широко применяется в рекламных целях, на футболках, в журналах и на буклетах.
• Выше + 43 градусов – материалы, предназначенные для изделий, которые буду взаимодействовать с горячей температурой (посуда для горячих напитков). В данном случае эффект изменения цвета выполняет не только декоративную, но и предупреждающую функцию.

Для нанесения на кружки используют термохромную краску с барьером ниже +20 градус по цельсию

Обычно термохромные пигменты токсичны и применяются лишь ограниченно, однако разработчикам The Unseen удалось избавиться от этой проблемы, найдя и синтезировав аналогичные, но безвредные вещества. Как изменить цвет краски в домашних условиях? Изменение температуры заставляет эти молекулы принимать ту или иную пространственную конформацию, меняя и спектр поглощаемого излучения.

В зависимости от конкретной краски в наборе, это может происходить при разной температуре. Например, “холодные” голубой и белый переходят друг в друга в районе 15 °C, а “горячие” красный и черный – при 31 °С.

Бокер разработала несколько красителей, меняющих свою окраску в разных температурных диапазонах. Точки перехода соответствуют переходу между комнатной и уличной температурой, или же соответствуют температуре тела человека. Среди разработанных составов есть черная краска, меняющая свой цвет на красный под действием горячего воздуха, есть краски, меняющиеся от черного к белому, от серебристого к бледно-голубому, от синего к белому и от черного к желтому.

Для создания сложного визуального эффекта можно воспользоваться следующим приемом: выкрасить машину в несколько слоев термокраски, используя составы с разными температурными порогами. Добавить “волшебства” помогут рисунки, сделанные при помощи трафарета или нанесенные от руки (если имеются задатки художника). Автомобиль, для дизайна которого мастерски использовались термочувствительные краски, просто не сможет остаться незамеченным в потоке остальных машин!

Но и первые образцы в промороликах позволяют представить эффект от использования подобной краски для волос. Когда локоны – под воздействием температуры из обдувающего прическу фена, меняют оттенки от темного, почти черного с легким рыжеватым мерцанием до ярко-красного и даже светло-рыжего.
Выглядит достаточно любопытно. К тому же создатели краски обещают максимальную ее безопасность: что она будет не вреднее обычных красок для волос, которые продаются сегодня.

Термохромные (термочувствительные) краски очень популярны в пищевой промышленности. Изображение, покрытое такой краской и помещенное на продукцию, информирует потребителя о том, достиг ли нужного температурного режима продукт, находящийся, к примеру, в холодильнике или печи. Термохромная краска применяется также и производителями пивной, ликеро-водочной продукции (бутылки, этикетки, наклейки и т.д.), где она сигнализирует о том, напиток охлажден, при изготовлении керамической посуды (чашки, стаканы,тарелки), а так же используется в различных видов пластика PP, PVC, ABS, силиконовой резины и других прозрачных или полупрозрачных пластиковых материалах для литья под давлением, экструзии, офсетной, трафаретной печати, шелкограф,флексографии.

Новым способом минимизации ущерба от неисправностей в различных конструкциях может стать разработка усовершенствованных методов для обнаружения повреждений до того момента как они становятся критическими. И в этом на помощь могут прийти материалы, которые меняют цвет при их повреждении.

Добавление специальных наночастиц в прозрачную полимерную смолу приводит к созданию "умного" материала , который меняет цвет при повреждении или же когда его состояние близко к разрушению. Такие материалы и назвали "материалами с изменчивым характером" (англ. " mood ring materials ", дословно – материалы для кольца настроения, которое меняет цвет в зависимости от температуры человека) объяснил Коул Брубэкер, докторант в лаборатории систем надежности (LASIR) университета Вандербильта (Vanderbilt University).

Материал меняет цвет в ответ на механическое воздействие.

Интеллектуальные технологии мониторинга являются в настоящее время одними из самых изучаемых вопросов в гражданской, механической и аэрокосмической технике. Эти вопросы в основном решаются разработкой сетей физических датчиков, которые прикрепляются к представляющим интерес конструкциям. Но данный подход имеет недостатки в виде высокой стоимости оборудования и сложной обработки полученных данных.
Исследователи LASIR пошли другим путем и включают люминесцентные наночастицы в сам материал, которые реагируют на механическое воздействие изменением своих оптических свойств. Такой подход позволяет создать новый тип системы мониторинга, которая является эффективной и экономически выгодной.

"В настоящее время существуют два способа, чтобы поддерживать все инфраструктурные объекты, от мостов до воздушных судов, в безопасности", - говорят исследователи. - "Один из них, когда люди постоянно проводят непосредственный осмотр конструкций. Проблема с этим состоит в том, что данный способ является трудоемким и люди не могут видеть очень маленькие трещины. Другой способ заключается во внедрении в контролируемый объект сложных сетей датчиков, которые непрерывно оценивают состояние конструкции и ищут небольшие трещины и обнаруживают их до того как они становятся слишком большими и начинают сказываться на безопасности конструкции. Проблема состоит в том, что такие сети являются очень дорогими и, в случае воздушных судов, добавляют много веса. Поэтому нам нужно каким-то образом изменить материалы, которые мы используем, чтобы выявить эти крошечные трещины."

Первоначальные исследования команды, показали, что добавление крошечных концентраций специальных наночастиц (от 1 до 5 процентов по массе) к оптически прозрачной полимерной матрице приводит к характерному изменению оптических свойств материала при воздействии на него широкого спектра сжимающих и растягивающих нагрузок.

Группа исследователей из университета Вандербильта не единственные кто использует наночастицы для создания "умных" материалов, но у них есть преимущество. Они используют особый тип наночастиц, называемый квантовая точка белого света. Эти квантовые точки являются уникальными, поскольку они излучают белый свет там, где другие квантовые точки только излучают свет на определенных длинах волн.

Эти специальные квантовые точки были случайно обнаружены в 2005 году в университете Вандербильта в ходе изучения квантовых точек на основе селенида кадмия.

Квантовые точки белого света обладают уникальными оптическими свойствами по сравнению с другими наночастицами, поскольку свечение белого света является поверхностным явлением. Когда такие наночастицы помещают в материал, то они реагируют на то, что происходит вокруг них.

В ходе предварительных испытаний стекловолокно и алюминиевые полосы покрывали полимерным покрытием, содержащим квантовые точки белого света, и подвергали их внешним нагрузкам различной интенсивности. Они установили, что интенсивность спектра излучения, испускаемого квантовыми точками, уменьшается по мере увеличения нагрузки.

График показывает, что спектр белого света квантовых точек в эпоксидной смоле на алюминиевых полосах уменьшается при увеличении растягивающей нагрузки на полосе.

(LASIR Lab / Vanderbilt)

"В механизме явления еще много неясного, но мы показали, что добавление этих квантовых точек в ультратонкие полимерные покрытия на металлических поверхностях может обеспечить заблаговременное предупреждение, когда основной металл получает какое-либо повреждение," – сказали исследователи.

Исследователи полагают, что квантовые точки излучают свет в широком спектре, потому что более чем 80 процентов атомов лежат на поверхности. Они также знают, что связь между поверхностными атомами и окружающими их молекулами играет решающую роль.

Таким образом, исследователи подтвердили, что материал может выступать в качестве нового вида тензодатчика, который постоянно регистрирует механическое воздействие на него.

Исследователи столкнулись и с рядом сложностей. Например, в ряде тестов эпоксидные цилиндры при сжатии деформировались в бочкообразную форму, а спектр излучения фактически увеличивался, а не уменьшался. Исследователи предполагают, что это произошло потому, что деформация сдавливала наночастицы ближе друг к другу и их концентрация в области деформации возрастала.

Кроме этого есть еще одна проблема, которую они должны будут решить, чтобы сделать работоспособную систему обнаружения повреждений. Квантовые точки страдают от засветки. То есть, когда они подвергаются воздействию света, они постепенно уменьшают свечение с течением времени. В результате, такой материал должен быть защищен от внешнего света.

"Существует много проблем, которые необходимо решить, прежде чем мы сможем создать "умный" материал, который готов к реальным приложениям, но тенденция положительна," – говорят исследователи.

С развитием современных технологий появилось огромное множество уникальной продукции, несущей декоративный эффект. И к таким товарам можно смело относить термохромные краски. Они прекрасно подходят для создания сувениров и уникальных вещей бытового характера. Также прекрасно зарекомендовали себя в создании детской посуды, поскольку способны сообщать о температуре еды. В целом сфера использования термохромной продукции достаточно велика, и с каждым годом она все больше вливается в обиход жизни современных людей. Уникальные свойства краски позволяют применять ее где угодно, ведь она не несет вред человеку и может выполнять как декоративные, так и практические функции.

Основные сведения

В составе термохромных красок содержатся специальные пигменты, которые реагируют на изменение температуры. То есть при соприкосновении с горячим или холодным объектом краска полностью меняет свой внешний вид. Каждый пигмент представляет собой микрокапсулу, которая, собственно, и провоцирует изменение цвета, влияя на весь предмет в целом. Диапазон температурного влияния достаточно велик. В зависимости от целей, которые преследует человек, краска может меняться при температуре от -15 до +70 градусов.

Существует обратимая и необратимая термохромная краска, состав играет основную роль в этой классификации. В случае обратимых после того как температура предмета придет в норму, его внешний вид восстановится. При втором типе рисунок, проявившийся под воздействием тепла или холода, останется надолго. Обычно выбирают вариант, где при влиянии тепла или холода краска исчезает либо же, наоборот, проявляется.

Свойства

Такие краски не наносят вреда здоровью человека, они нетоксичны, не содержат радиации или других вредных веществ. Спектр их применения достаточно широк, поскольку они химически устойчивы и прекрасно сочетаются с другими химическими средами, например, с печатными красками, смолами, пластиком или резиной.

Диапазон воздействия

Если реакция краски происходит при температуре ниже 20 градусов, то в основном такой краситель используют в качестве индикатора для прохладительных напитков или других продуктов питания, которые должны подаваться холодными. Иными словами, положив бутылку в холодильник, человек сможет определить, когда она достаточно остынет, по этикетке, на которой видно изменение цвета.

При температурном диапазоне реагирования от 29 до 31 градуса краску в основном используют для вещей, с которыми соприкасается тело человека. Например, она прекрасно подойдет для создания современных уникальных футболок, меняющих свой цвет от прикосновений. Также термохромная краска идеальна для рекламных буклетов, призывающих человека дотронуться до них, и тогда от прикосновения появляется дополнительная информация.

Если краска реагирует на горячие температуры, превышающие 43 градуса, то она идеально подходит для чашек и другой посуды, предназначенной для горячих напитков и еды. Она может играть как декоративную роль для сувенира, так и иметь предупреждающий характер.

Использование

В основном подобную краску наносят на изделия из текстиля или керамики, реже - на пластиковые и стеклянные вещи, совсем редко - на бумагу. В последнее время также появилась возможность наносить термохромную краску на автомобили. Это позволяет не только улучшить внешний вид машины, но и снизить нагревание металла в жаркие летние дни. К тому же это идеальный вариант для тех, кто любит темный цвет авто, но не хочет, чтобы летом салон перегревался.

Самым популярным вариантом, где используется термохромная краска, стал рисунок на керамических и стеклянных кружках. Практически каждому мужчине хоть раз в жизни дарили такую посуду, где при наливании горячих напитков пропадала или появлялась часть изображения. Также эта разработка нашла свое применение в одежде. Кроме интересных декоративных и подарочных вариантов такие вещи могут предупреждать о замерзании или повышении температуры тела. Подобные узоры также наносят и на спецодежду.

Термохромная краска нашла свое применение и в производстве товаров для детей. Например, есть сигнальные обозначения на посуде и игрушках для купания, которые сообщают, какова температура еды или воды. На многих напитках, которые стоит пить охлажденными, также используются пометки, сделанные этой краской. Они могут наносится как на сами бутылки и банки, так и на этикетки.

Еще одно преимущество, которым обладает термохромная краска, - цена. Она совсем невысокая с учетом свойств этого материала (1500 руб. за 25-граммовую баночку, которой хватает надолго). Подобные решения привлекают клиентов и являются отличным рекламным ходом. Модные журналы и литература рекламного характера тоже часто используют краску, меняющую цвет при разных температурах. Еще одной сферой применения термохромных красителей является создание защитных элементов на лекарствах и косметике.

Светостойкость

Стоит отметить, что термохромная краска крайне чувствительна к воздействию ультрафиолета, поэтому специалисты не рекомендуют хранить ее в местах, где есть прямое попадание солнечных лучей. Практика показывает, что от солнечного воздействия продукт теряет свои свойства буквально за неделю. Кроме того, краска подвержена воздействию внешних факторов, так что при наружном использовании рекомендуется наносить поверх нее еще слой UV-защитного лака. Благодаря этому продукция будет служить дольше.

Метод использования

Главное, что стоит учитывать при смешивании краски, это то, какой эффект хочется получить в итоге. Например, что касается масляных и водных основ, то тут стоит добавлять от 5 до 30% основного компонента, а вот если краску наносят под давлением, то не больше 5%. В связи с этим, прежде чем начинать производство серии, стоит в любом случае протестировать оборудование и проверить, насколько качественный эффект получается в итоге.

Печать термохромными красками крайне простая и незатратная, при этом эффект от нее запоминающийся. А если провести все защитные манипуляции с дополнительным слоем покрытия, то изображение будет долговечным и надежным.

Определение факторов цвета. Что такое цвет с точки зрения химии? Рассматривать химическую сущность цвета нельзя без знаний физических свойств видимого света. Великому английскому физику И. Ньютону мы обязаны тем, что он объяснил явление разложения белого цвета на совокупность лучей цветового спектра. Каждой длине волны соответствует определенная энергия, которую несут эти волны. Цвет любого вещества определяется длиной волны, энергия которой преобладает в данном излучении. Цвет неба зависит от того, какая часть солнечного света доходит до наших глаз. Лучи с короткой длиной волны (голубые) отражаются от молекул газов воздуха и рассеиваются. Наш глаз воспринимает их и определяет цвет неба – синий, голубой (таблица3.).

То же самое происходит и в случае окрашенных веществ. Если вещество отражает лучи определенной длины волны, то оно окрашено. Если одинаково поглощается или отражается энергия световых волн всего спектра, то вещество кажется черным или белым. Глаз человека содержит оптическую систему: хрусталик и стекловидное тело. В сетчатку глаза входят светочувствительные элементы: колбочки и палочки. Благодаря колбочкам мы различаем цвета.

Таблица 3. Цвет веществ, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра

Таким образом, то, что мы называем цветом – результат двух физико-химических явлений: взаимодействие света с молекулами вещества и воздействие волн, идущих от вещества, на сетчатку глаз. Итак, первый фактор образования цвета – свет.

Рассмотрим примеры следующего, второго фактора – структуру веществ.

Кристаллическую структуру имеют металлы, у них упорядоченное строение атомов и электронов. Цвет связан с подвижностью электронов. При освещении металлов преобладает отражение, их цвет зависит от длины волны, которую они отражают. Белый блеск обусловлен равномерным отражением почти всего набора видимых лучей. Такой цвет у алюминия, цинка. Золото имеет красновато-желтый цвет, потому что поглощает голубые, синие и фиолетовые лучи. Медь тоже имеет красноватый цвет. Порошок магния – черный, значит это вещество поглощает весь спектр лучей.

Следующий, третий фактор появления цвета – ионное состояние веществ. Цвет зависит и от среды вокруг окрашенных частиц. Катионы и анионы в растворе окружены оболочкой растворителя, который влияет на ионы.

Факторы, влияющие на изменение окраски химических веществ. При проведении простого опыта с добавлением в раствор сока свеклы (малиновый цвет) следующих веществ: уксусной кислоты; раствора щелочи или воды, в результате можно наблюдать изменение цвета свекольного раствора. В первом случае кислая среда приводит к изменению цвета свекольного раствора в пурпурный, во втором опыте щелочная среда изменяет цвет раствора в голубой, а добавление воды (нейтральная среда) не вызывает изменений цвета.

Химикам известен индикатор определения щелочной среды – фенолфталеин. Он изменяет цвет растворов щелочей в малиновый. С изменением цвета железа-иона при окружении его роданидом калия в кровавый цвет связан исторический факт. В 1720 г. политические противники Петра I из духовенства организовали в одном из петербургских соборов «чудо»-икону Богоматери начала проливать слезы, что комментировалось как знак ее неодобрения петровским реформам. Петр I тщательно осмотрел икону и заметил нечто подозрительное: в глазах у образа он нашtл маленькие отверстия. Нашел он и источник слез: это была губка, пропитанная раствором роданида железа, который имеет кроваво-красный цвет. Грузик равномерно надавливал на губку, выдавливая капли через дырочку в иконе. «Вот источник чудесных слез», – сказал государь.

Химические вещества – часть той природы, которая окружает нас со всех сторон. Кровь животных и зелень листьев содержат похожие структуры, но в крови содержатся ионы железа – Fe, а в растениях – Mg. Этим обеспечивается цвет: красный и зеленый. Кстати, изречение «голубая кровь» верно для глубоководных животных, у которых в крови вместо железа содержится ванадий. Также и водоросли, произрастающие в местах, где мало кислорода, имеют синий цвет.

Растения, обладающие хлорофиллом, способны образовывать магнийорганические вещества и используют энергию света. Цвет фотосинтезирующих растений зеленый.

Гемоглобин крови, содержащий железо, служит для переноса кислорода в организме. Гемоглобин с кислородом окрашивает кровь в ярко-красный цвет, а без кислорода придает крови темный цвет.

Необходимо сделать следующие выводы, касающиеся физико-химической природы цвета:

Первый фактор образования цвета – свет;

Второйфактора – химическая структура веществ;

Третий фактор появления цвета – ионное состояние химических веществ, цвет зависит от среды вокруг окрашенных частиц.

4.2. Химия красителей .

Гармония цвета является одной из составных частей искусства дизайна. Самыми древними красками служили уголь, мел, глина, киноварь и некоторые соли, такие как ацетат меди (медянка). Краски и красители используются художниками, декораторами и текстильщиками.

Использование первых красящих веществ – неорганических пигментов – началось еще в каменном веке. Первобытные люди использовали окрашенные природные минералы для раскраски тела, различных предметов обихода и одежды. До наших дней дошли прекрасные рисунки в пещерах, пережившие своих создателей на сотни веков. Именно окрашенные минералы вместе с благородными металлами всегда являлись символами власти и богатства людей. С развитием человечества потребность в красителях только росла.

Еще в Х в. до нашей эры, на дне Средиземного моря вблизи города Тира (древняя Финикия) ловили улиток-иглянок. Рабы изо дня в день ныряли за этими улитками в море. Другие рабы выдавливали их, растирали с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно-желтым, но под действием воздуха и солнечного света постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, наконец, приобретало великолепную фиолетово-красную окраску. Полученный пурпур в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он был тогда символом власти – право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и ближайших к ним знатных особ. Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, добытым таким способом, стоило очень дорого. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было обработать 10 000 улиток!

Изнурительный труд рабов Тира – не единственный в истории пример такого рода. Через несколько сотен лет индиго – фиолетово-синий краситель, добываемый из растения Indigofera tinctiria, стал одним из крупных источников наживы для британской Ост-Индской компании. Корабли Ост-Индской компании ежегодно доставляли во все части света от 6 до 9 миллионов килограммов этого ценного красителя. Раньше им красили паруса, теперь – джинсы.

В наши дни изготовление современных дешевых и в то же время ярких красителей всех цветов и оттенков уже не требует непосильного труда рабов или населения колоний. Их, в том числе пурпур и индиго, производят на химических заводах. Впрочем, пурпур и индиго утратили свою былую славу. Их вытеснили более светопрочные синтетические красители, широким выбором которых мы сегодня располагаем.

Путь к нынешним успехам был открыт благодаря трудам множества ученых-химиков. В 1826, 1840 и 1841 Унфердорбен, Фрицше и Зинин независимо друг от друга получили из индиго анилин. В 1834 г. Рунге обнаружил анилин в каменноугольной смоле, в том же году он открыл фенол и несколько позже – первый краситель из каменноугольной смолы – розоловую кислоту , дающую цвет пурпуру.

В 1856 г. 18-летний химик Перкин, работая во время каникул в своей домашней лаборатории, при неудачной попытке синтезировать хинин неожиданно получил яркий красновато-фиолетовый краситель – мовеин . Вместе с отцом и братом Перкин основал фирму и уже через год организовал производство мовеина в заводском масштабе. Тем самым Перкин положил начало созданию анилинокрасочной промышленности.

В 1868 г. Гребе и Либерманн раскрыли секрет ализарина – красного красителя, добываемого из корней марены. Затем последовали синтезы эозина и других фталеиновых красителей Байером и Каро и расшифровка строения красителей антраценового ряда Э.Фишером и О.Фишером. К концу XIX в. эти достижения увенчались внедрением в промышленность синтеза индиго по методу, разработанному Гейманном и другими химиками.

Велика заслуга немецких химиков в развитии лакокрасочной промышленности. Уже в 1911 г. фирмы Германии экспортировали 22 000 т синтетического индиго. Выпуская одновременно 1500 т дешевого синтетического ализарина, они почти полностью вытеснили природный ализарин, что привело к резкому сокращению разведения марены.

Почему освещаемые белым светом вещества приобретают тот или иной цвет? Дело в том, что проходя через краситель, свет поглощается, его молекулами. Структура молекул красящих веществ такова, что свет поглощается избирательно. Молекула красителя «выбирает» характерные только для нее составляющие белый свет лучи – линии спектра. Теряя часть цветов, падающий луч окрашивается так называемыми дополнительными цветами (зеленый – красный, желтый – фиолетовый, синий – оранжевый) Например, потеря красного цвета приведет к окрашиванию в зеленый.

От чего зависит спектр поглощения вещества? Перед нами формула красителя относительно простого строения: Его точное химическое название – n,n"-диметиламиноазобензолсульфонат натрия. Это вещество применяется в качестве индикатора, то называли иначе – метиловым оранжевым . Для крашения этот краситель, правда, не годится, так как при добавлении кислоты желтая окраска переходит в красную. Органические красители не случайно имеют сложное строение. Исследования многих химиков позволили установить связь между окраской соединения и его строением. Основу, или ядро, молекулы красителя, как правило, образует кольцевая структура. К ней должны быть присоединены носители цвета – хромофоры. Это всегда ненасыщенные группы:

СН=СН – этиленовая группа;

С=О – карбонильная группа (оксогруппа, кетогруппа);

N=N – азогруппа;

N=O – нитрозогруппа;

NO2 – нитрогруппа.

Ядро и хромофорные группы вместе образуют окрашенную систему – хромоген. В большинстве случаев наличие только одного хромофора еще не дает окраски. Например, в молекуле оранжевого b-каротина – красителя моркови – содержится 11 двойных связей. Кроме того, цвет зависит от того, как именно хромофоры расположены и связаны между собой. Для усиления цвета, углубления его оттенка и для достижения большей стойкости окрашивания к ядру с хромофором должны быть присоединены дополнительные группы – ауксохромы. К ним относятся, прежде всего, гидроксильная группа ОН и аминогруппа NH2, которые не только влияют на окраску, но и вследствие своего кислого или основного характера повышают сродство красителя к волокну. Современная электронная теория цветности рассматривает цвет как результат взаимодействия со светом электронного облака молекулы красителя. Именно от его параметров, которые определяются наличием хромофорных и ауксохромофорных групп, зависит спектр поглощения молекулы.

Люминофоры. Обычные красители рассеивают поглощенный свет в виде невидимого человеческим глазом инфракрасного излучения. Однако существуют молекулы способные после их возбуждения за счет внешней энергии, возвращаясь обратно в невозбужденное состояние, испускать лучи видимого цвета. Это люминофоры. Энергия необходимая для их свечения может быть химической («фосфоры»), механической («триболюминофоры»), электрической («электролюминофоры») или световой («фотолюминофоры»), а также под действием радиации.

Фосфоресцирующие люминофоры существуют в природе. Свечение может возникать благодаря медленному окислению вещества на воздухе (например, белый фосфор, люциферин в некоторых насекомых, микробах, грибах, рыбах). Такие вещества без доступа окислителя (кислорода воздуха) не светятся. Некоторые вещества могут светиться от трения или встряхивания (например, кристаллический хелидонин, некоторые сульфиды, активированные марганцем и др.). Такое свечение называется триболюминесценцией. Вещества, светящиеся в присутствии радиации или невидимых для глаза лучей рентгена, используются для изготовления составов с постоянным свечением. В качестве радиоактивного вещества используются, например, парафин, в молекулах которого часть атомов обычного водорода (протия) заменена атомами сверхтяжелого радиоактивного водорода (трития). Из-за наличия радиоактивных элементов в составе такие источники видимого света опасны для здоровья. Электролюминофоры широко используются в светотехнике.

Однако в качестве люминофорных красителей используются именно неорганические или органически фотолюминофоры. В зависимости от времени сохранения возбуждения их молекул, люминофоры могут светиться в темноте при времени возбуждения – несколько часов (продается много таких светящихся игрушек), либо при малых временах люминофоры просто окрашиваются в характерный цвет. Особенный интерес представляют такие люминофоры активно поглощающие УФ-излучение. Одежда, подкрашенная такими люминофорами ярко «горит» на солнце. Красная одежда сотрудников МЧС видна за много километров даже в тумане. Люминофорные краски применяют для дорожных указателей и реклам, спасательных лодок. Но есть и неожиданные способы применения таких люминофоров.

Защита от ультрафиолета. В продаже имеется множество средств косметики, предохраняющейчеловека от вредного УФ-излучения, например,кремов от загара. Основными активнымикомпонентами этих средств являются УФ-абсорберы – те самых люминофоры,поглощающие вредное жесткое излучение.

Но защищать от ультрафиолетанужно не только организм человека. УФ-абсорберы – светостабилизаторы –широко используются для защиты полимеров. Примером может служитьТинувин. В невозбужденном состоянии между водородом гидроксильнойгруппы и ближайшим к нему атомом азота образуется стабильная водороднаясвязь. Ее стабильность обусловлена формированием устойчивогошестиугольника. Поглощения кванта УФ-излучения достаточно дляразрушения этого кольца. При его восстановлении излучается энергия, но этоуже не вредный ультрафиолет, а безопасное инфракрасное излучения. (Поверхность всех металлических предметов под воздействием окружающей среды разрушается. Наиболее эффективна их защита цветными пигментами: алюминиевая пудра, цинковая пыль, свинцовый сурик, оксид хрома).

Оптические отбеливатели. Должно быть, каждый из вас обратил внимание на то, что на дискотеке при включении специально подсветки начинают ярко светиться голубым цветом белые рубашки и блузки людей. Лист белой бумаги будет сиять еще ярче. Это означает, что в ткани вашей одежды и в бумагу добавили специальные люминофоры – оптические отбеливатели. Их действие схоже с действием обыкновенной «синьки», которую раньше добавляли в воду при стирке, для отбеливания белья. Сегодня в целях отбеливания в состав стиральных порошков вводят вещества, придающие ткани синеватую флуоресценцию.

Дополнительный к желтому синий цвет «убивает» желтизну ткани. То же самое делает люминофор превращающий УФ-излучение в излучение синего цвета. Одновременно он защищает материала от ультрафиолета.

Люминофор для парниковой пленки. Обычная парниковая полиэтиленовая пленка уже устарела (кстати,«парниковый эффект» связан с тем, что УФ и видимые лучи практически безпотерь проходят через слой полиэтилена,а для тепловых инфракрасных лучей отповерхности почвы полиэтиленнепрозрачен). Появились новыефотопреобразующие пленки, которыесветятся на солнце красным цветом. Егоиспускает специальный люминофор,синтезированный на основе окисловевропия, преобразующий в красный цветзеленое, синее и УФ излучения. Конечно,это очень красиво, не в красоте дело.

Растению на начальной стадии развития для наращивания зеленой массы (листьев) требуется большое количество красного цвета. Именно этой цели служит люминофор. Он имеет сложную структуру, которая обеспечивает ступенчатое преобразование УФ-излучения в требуемый красный цвет. Поэтому количество красного цвета в падающем на листья растений свете увеличивается в несколько раз, что приводит росту урожайности парниковых культур. Правда, когда наступает пора созревания плодов, такую пленку следует заменить на синюю. Она, наоборот, поглощает красные лучи. Листья перестают расти, вся энергия растения направляется на рост плодов.

Потерянная река. Флуоресценция хорошо заметна даже при растворении 1 г радомина 6G в100000 л воды. Способность люминофоров необычайно легко обнаруживатьсяв ничтожно малых концентрациях используют для определения направленияподземных водных течений. Примером может служить решение вопроса об«исчезновении» Дуная. B верховье этой реки, вблизи железнодорожнойстанции Иммединген, большая часть дунайской воды теряется в рыхлыхизвестняковых породах. Чтобы установить направление движения воды в 1877году вблизи этой станции в Дунай высыпали 10 кг флуоресцеина. Через 60часов один из выставленных постов обнаружил в маленькой речушкеотчетливую флуоресценцию. В наше время это свойство люминофоровоказалось очень полезным при экологических проверках утечек и стоковвредных производств. Не забудем и о системе защиты люминофорной печатьюдокументов и, наконец, денежных знаков.

Квантовые точки. Наночастицы люминофоров (квантовые точки), поглощенныемикроорганизмами с питательными средами, позволяют проследить ихперемещение и развитие в живом организме. Избирательное поглощение такихчастиц злокачественными клетками уже сейчасиспользуется для диагностики рака и другихзаболеваний на ранних стадиях.

Кроме описанных выше существует множество интересных красителей. Например, разработаны фотохромные красители, изменяющие цвет при увеличении дозы УФ-излучения, повышении температуры, воздействии электрического поля. Существуют красители, по-разному окрашивающие пленки в отраженном и проходящем свете. Большую статью можно написать об интерференционном окрашивании многослойными перламутровыми пигментами, о голографическом окрашивании, об использовании жидкокристаллических структур, о цифровой печати и многом другом.

Несмотря на то, что основные правила создания хромофорных молекул известны, открытие нового красителя и в наши дни иногда бывает вызвано счастливой случайностью. Технология красящих веществ – это и химия, и физиология, и искусство.

5. Основные закономерности восприятия цвета:

Все мы любым фокусы. Многие из нас знают несколько простых фокуса, которыми можно удивить друзей во время вечеринки или показать детям и рассмешить их. Сегодня мы сделаем своеобразный химический эксперимент, который также может стать красивым фокусом.

Давайте первым делом посмотрим видеоролик:

Итак, для того, чтобы приготовить нашу чудо жидкость, возможно придется сходить в аптеку, но уверяем вас – дело того стоит.

Нам понадобится:
- Два стакана одинаковых размеров;
- Два небольших стакана (можно из пластика);
- Емкость, в которую мы нальем теплую воду;
- Ложка, с которой мы будем перемешивать;
- Картофельный или кукурузный крахмал;
- Один грамм витамина C;
- Настойка йода;
- Перекись водорода (3%);
- Шприцы для более точного дозирования всех компонентов.

Если витамин C будет в виде таблеток, то их необходимо раздробить в порошок. Первым делом нам нужно добавить грамм витамина в пластиковый стакан и добавить 60 мл теплой воды.

Следующим делом следует приготовить жидкий крахмал, смешав одну чайную ложку крахмала в 150 мл холодной воды. Далее добавляем еще 150 мл горячей воды и хорошенько размешиваем.

Берем два одинаковых стакана и заливаем в них по 60 мл теплой воды.

В первый стакан добавляем 5 мл настойки йода и 10-12 мл жидкости с витамином C. После добавления жидкости с витамином, йод полностью обесцветится.

Во второй стакан добавляем 15 мл перекиси водорода и 7 мл жидкого крахмала.

Подготовительный этап окончен, а это значит, что можно переходить к самому фокусу. Берем стаканы и переливаем жидкость из одного в другой.

После этого нам остается поставить один стакан на стол и ждать. Жидкость вскоре изменит свой цвет на темный. В химии этот эксперимент известен как йодные часы. Если изложить суть эксперимента максимально доступным образом, то можно сказать, что это своеобразное противостояние между крахмалом, который превращает йод в темную жидкость и витамином C, который не дает это сделать. В конце концов витамин полностью расходуется и жидкость мгновенно меняет свой цвет. Магия удалась. Кстати если добавить в темную жидкость еще немного порошка витамина C, то жидкость опять обесцветится на некоторое время.