Barwniki zaprawowe – gdzie mostek metaliczny zapewnia trwałość koloru

Zaprawa i kompleks barwnik-metal-włókno
Barwniki zaprawowe to klasa barwników, które mają niewielkie lub żadne bezpośrednie powinowactwo do włókna, chyba że przed, w trakcie lub po barwieniu na włókno zostanie nałożona sól metalu – zaprawa. Zaprawa tworzy kompleks koordynacyjny, który łączy cząsteczkę barwnika z włóknem, jednocześnie zmieniając i stabilizując kolor. Historycznie barwniki zaprawowe były pochodzenia naturalnego (takie jak marzanna z ałunem i zaprawy żelazowe), ale współczesne barwniki zaprawowe do tekstyliów to syntetyczne barwniki kwasowe, które zawierają grupy chelatujące, takie jak grupy hydroksylowe, karboksylowe lub aminowe w pozycjach orto w aromatycznej strukturze azowej lub trifenylometanu. Najważniejszą solą zaprawową jest dichromian sodu lub potasu, co dało początek terminowi „barwniki chromowe”. Jony chromu(III) tworzą bardzo stabilne kompleksy oktaedryczne z atomami donorowymi barwnika i jednocześnie koordynują się z grupami funkcyjnymi we włóknie białkowym (takimi jak karboksylowe i aminowe łańcuchy boczne keratyny wełnianej). W rezultacie powstaje bardzo duży i stabilny kompleks barwnik-metal-włókno, który charakteryzuje się wyjątkowo wysoką odpornością na wilgoć i światło. Barwienie można przeprowadzić na trzy sposoby: przed zaprawą (chrom nakładany jako pierwszy), metazaprawą (chrom i barwnik w tej samej kąpieli) lub po zaprawie (najpierw farbowanie, a następnie chromowanie). Chromowanie po zaprawie jest najpowszechniejszą metodą w przypadku wełny i jedwabiu, ponieważ umożliwia równomierne barwienie przed utrwaleniem.

Wyjątkowa trwałość i charakterystyka kolorów
Chromowe barwniki zaprawowe słyną z uzyskiwania głębokich, stonowanych i niezwykle trwałych odcieni. Ich odporność na wilgoć na wełnie należy do najwyższych w porównaniu z innymi barwnikami, często dorównując lub dorównując barwnikom metalokompleksowym, a ich odporność na światło jest bardzo dobra, szczególnie w przypadku odcieni o pełnej głębi. Są one tradycyjnym „koniem roboczym” dla granatów, czerni i ciemnych brązów na wełnianych i czesankowych tkaninach, dywanach i tkaninach płaszczowych, które muszą wytrzymać lata intensywnego użytkowania i okresowego prania. Główną wadą barwników zaprawowych są tzw. „uszkodzenia włókien” spowodowane przez samą chromową zaprawę: w agresywnych warunkach kąpieli chromianowej (gorącej, kwaśnej, utleniającej dichromianowej), keratyna wełny może ulegać degradacji oksydacyjnej, utracie wytrzymałości na rozciąganie i szorstkim w dotyku materiałom. Czas, temperatura i pH etapu chromowania wtórnego muszą być zatem skrupulatnie kontrolowane, aby zminimalizować te uszkodzenia. Kolejnym ograniczeniem jest dość matowa, stonowana paleta barw: barwniki zaprawowe sprawdzają się w ponurych, klasycznych odcieniach, ale nie są w stanie uzyskać tak olśniewających, żywych kolorów, jak barwniki kwasowe czy reaktywne. Mają one również tendencję do słabej powtarzalności, jeśli proces chromowania nie jest ściśle kontrolowany, ponieważ odcień i trwałość zależą w dużej mierze od stopnia złożoności.

Wyzwania środowiskowe i wymiana
Dominującym problemem środowiskowym związanym z barwnikami chromowymi jest obecność resztkowych związków chromu w ściekach z kąpieli barwiącej. Sole chromu(VI) są klasyfikowane jako toksyczne i rakotwórcze, a nawet po redukcji do chromu(III) podczas procesu zaprawy, ścieki z farbiarni zawierające chrom podlegają ścisłym limitom zrzutu. Spowodowało to znaczący zwrot w kierunku alternatyw bezchromowych, zwłaszcza barwników metalokompleksowych 1:2 (patrz następny artykuł), które zawierają metal już schelatowany w cząsteczce barwnika i są stosowane bez agresywnego chromowania. Barwniki chromowe straciły zatem znaczny udział w rynku w Europie i Ameryce Północnej, chociaż nadal są stosowane w niektórych regionach i w specjalistycznych zastosowaniach, gdzie połączenie ultrawysokiej trwałości i niskich kosztów jest niezbędne. Stopniowe wycofywanie barwników chromowych doprowadziło do rozwoju reaktywnych barwników o wysokiej trwałości do wełny, które mogą dorównywać wydajnością barwnikom chromowym, bez toksyczności metalu.