Wasserlösliche Farbstoffe, die sich ohne fremde Hilfe an einer Faser fixieren, werden als Direktfarbstoffe bezeichnet. Diese direkt färbenden Farbstoffe unterteilt man wiederum in kationische, anionische und substantive. Substantive Farbstoffe sind ungeladen, ihre Wasserlöslichkeit verdanken sie hydrophilen Gruppen, während ihre Affinität zur Faser auf Dipol-Dipol und /oder Van-der-Waals-Kräften beruht. Je nach Art der zu färbenden Faser und den Echtheitsanforderungen wird der Direktfarbstoff ausgesucht. Tierische Fasern erlauben neutrale bis schwach saure Färbeflotten, für das Färben von pflanzlichen Fasern werden jedoch alkalische Färbeflotten bevorzugt, während synthetische Fasern selten direkt färbbar sind.
Kationische Farbstoffe sind lösliche organische Salze, deren Kation Licht absorbiert. Sie kristallisieren meist gut mit den Anionen Hal-, Ac-, ( COO)2 2- oder SO42- und färben aus neutraler bis alkalischer wäßriger Lösung Seide, Wolle, Leder, Papier, desweiteren anionisch modifizierte Polyester- und Polyacrylnitrilfasern direkt. Wegen ihrer geringen Lichtechtheit finden kationische Farbstoffe heute kaum noch Verwendung beim Färben von Seide und Wolle, wohl aber als Bestandteil von Tinten, Farbbändern, Stempelfarben und Papierfarbstoffen.
Anionische Farbstoffe ("Säurefarbstoffe") sind organische Salze, deren Anion Licht absorbiert. Mit dieser Art von Farbstoffen lassen sich Polyamide, Seide, Wolle, basisch modifizierte Polyacrylnitrile, Papier und Leder aus wäßrigen Flotten von pH 2 bis 6 färben. Diese Färbungen sind jedoch gegen Alkalien empfindlich, da die positiv geladenen Gruppen der Substrate bei einer Deprotonierung ihre Fähigkeit verlieren, den anionischen Farbstoff zu binden. Die bedeutensten anionischen Farbstoffe sind Azo- und Anthrachinonsulfonate.
Substantive Farbstoffe sind diejenigen Farbstoffe, welche Zellulose und ihre Regenerationsformen direkt färben. Die bedeutensten Farbstoffe dieser Kategorie sind ebenfalls Azofarbstoffe sowie Anthrachinonfarbstoffe. Ihre Haftung ist fast ausschließlich durch Van-der-Waals-Kräfte bedingt. Die Farbstoffmoleküle müssen jedoch drei Bedingungen erfüllen: Ihr Konjugationssystem muß mindestens 8 Doppelbindungen in einer Kette enthalten ( durchlaufende Benzolringe werden als 1 1/2 und von der Kette abzweigende Doppelbindungen nur als halbe Doppelbindung angesehen), sie müssen einseitig hydrophob und eben gebaut sein. Zur Bestimmung der Substantivität wird von der auf Zellulose aufziehenden Menge des Stoffes diejenige abgezogen, die wieder ablösbar ist. Die Naßechtheit solcher substantiver Färbungen ist oft nur gering. Der wohl bekannteste substantive Farbstoff ist das Kongorot, ein Azofarbstoff.
Das charakteristische an Azofarbstoffen ist, daß sie mindestens zwei, mit Doppelbindungen verbundene Stickstoffatome besitzen, die mit zwei Phenylresten verbunden sind. Sie verdanken ihre Substantivität dem langgestreckten Bau des Moleküls und der besonderen Verteilung der Ladung.
Anthrachinonfarbstoffe sind aus drei direkt miteinander verbundenen Benzolringen aufgebaut und stellen vor allem mit ihren tieffarbigen Vertretern, trotz meist stumpfer Töne, noch heute eine Konkurrenz zu den Azofarbstoffen dar, da ihre Herstellung vergleichsweise billig ist. Anthrachinonfarbstoffe werden in mindestens 30 verschiedenen Pflanzenfamilien aufgebaut. Azo- und Anthrachinonfarbstoffe bilden einen wichtigen und großen Anteil in der substantiven Färberei.
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Synthese von Kongorot: |
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Synthese von Azofarbstoffen: |
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