Разработаны оранжевый и коричневый красители, которые в 2 раза дольше сохраняют цвет
За каждым ярким цветом — от оранжевой футболки до коричневой упаковки — стоят особые молекулы — азокрасители. Но у них есть серьезный недостаток: при нагреве выше 150–200 °C (например, при глажке или производстве пластика) они не только выцветают, но и могут распадаться на канцерогенные вещества. Альтернативные термостойкие составы слишком дороги, токсичны или дают лишь узкую гамму оттенков. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха создали два новых азокрасителя — оранжевый и коричневый, — которые выдерживают нагрев до 280 °C. Это на 60–87% выше, чем у обычных аналогов. При этом новые красители сохраняют яркость, доступную цену и не выделяют опасных ароматических аминов.
Статья опубликована в сборнике материалов конференции «ХСII международная научно-практическая конференция», № 3 (68), 2026. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
За каждым ярким цветом — от оранжевой футболки до коричневой упаковки — стоят особые молекулы. Именно они решают, будет ли вещь радовать глаз годами или полиняет после первой стирки. Наиболее популярные кандидаты на эту роль — азосоединения. Это вещества, внутри которых есть характерная «перекладина» из двух атомов азота. Именно она и отвечает за яркий цвет: желтый, красный, оранжевый, коричневый. Переставляя соседние атомы и группы, можно получать разные оттенки — как художник смешивает краски на палитре.
Однако у таких молекул есть слабое место. Со временем и под воздействием температуры они теряют цвет. При нагреве выше 150–200 °C азогруппа разрушается: краситель выцветает, а в худшем случае распадается на токсичные фрагменты, например, ароматические амины (анилин, бензидин). Некоторые из них признаны канцерогенами, то есть способны вызывать рак при длительном контакте. Такая нестабильность делает азокрасители угрозой не только для внешнего вида вещей, но и для здоровья. Особенно критична ситуация там, где нагрев неизбежен: при производстве пластика (180–250 °C), глажке одежды (200–220 °C) или горячей сушке тканей (150–220 °C).
Казалось бы, можно просто взять другой класс красителей, который не боится жары. Такие действительно существуют — например, антрахиноновые или фталоцианиновые соединения. Они прекрасно переносят высокие температуры. Но у каждого из них есть свой недостаток. Одни очень дороги — качественные термостойкие красители могут стоить в 5–10 раз дороже обычных азосоединений. Другие умеют красить только в синий или зеленый цвет. Третьи содержат токсичные металлы вроде кадмия или свинца — и в детской игрушке или пищевой упаковке они недопустимы из-за способности накапливаться в организме и вызывать поражение почек, печени и нервной системы.
Поэтому химики сегодня пытаются не заменять азосоединения, а «лечить» их главную болезнь. Именно это и сделали ученые Пермского Политеха. Они создали два термостойких азокрасителя — ярко-оранжевого и коричневого цвета, — которые сохранили яркость и доступную стоимость, но перестали бояться высокой температуры. Новые соединения выдерживают нагрев до 280 °C — это на 60–87% выше, чем у обычных аналогов.
— В основе нашей разработки лежит вещество 3-аминоацетофенон. В химии оно известно как стабильный реагент для синтеза органических соединений и некоторых красителей. Мы взяли его и превратили в активную форму — особую соль, которая легко вступает в реакции. Затем соединили с двумя разными веществами: один дал оранжевый цвет, другой — коричневый. Меняя эти соединения, например, другие фенолы, можно получать новые оттенки — желтые, красные, синие. Реакцию проводили в холодной щелочной среде, а после обработали кислотой и промыли водой. В итоге получили порошки с выходами 78% и 80% — для химического синтеза это очень хороший результат, почти все сырье превратилось в готовый краситель, — рассказал Михаил Куликов, заведующий кафедрой «Химические технологии и экология» Березниковского филиала ПНИПУ, кандидат химических наук.
Новые соединения не растворяются в воде, то есть не вымываются из материала. Зато легко взаимодействуют с органическими средами и щелочами, что удобно для нанесения. Однако после синтеза в них остаются примеси: они портят цвет и могут быть вредны. Ученые нашли способ, как их убрать. Оранжевый краситель сначала обрабатывают специальной жидкостью (диметилформамидом), а затем добавляют воду — и он оседает на дно уже чистым. Коричневый краситель просто растворяют в спирте и медленно охлаждают — чистые кристаллы образуются сами собой.
Но просто получить чистое вещество мало. Главное — чтобы оно сохраняло цвет при высоких температурах. Именно это и проверили ученые следующим шагом. Чтобы понять, как молекулы ведут себя при нагреве, они использовали метод дифференциально-термического анализа. Образцы поместили в печь и постепенно нагревали, фиксируя все изменения.
— Результаты показали, что оранжевое соединение стабильно вплоть до 280 °C. Оно плавится, но не разрушается. Полное разложение начинается только при этой температуре и сопровождается образованием аморфного углерода — безвредного черного порошка, вроде сажи или графита, — и газов. Никаких токсичных ароматических аминов, которые характерны для обычных азокрасителей, при этом не образуется, — пояснил Михаил Куликов.
Для сравнения: большинство промышленных азосоединений начинают разлагаться уже при 150–200 °C. Новая разработка выдерживает нагрев на 60–87% выше. Например, если обычная ткань с азокрасителем заметно выцветает после 50–70 горячих стирок и глажек, то вещь с новым красителем может сохранить яркость примерно в 1,5–2 раза дольше. Такая устойчивость делает разработку подходящей для производства пластика (формовка при 180–250 °C), окрашивания тканей с последующей горячей сушкой.
Кроме того, эти молекулы устроены как строительные блоки: у них есть несколько свободных разъемов, куда можно прикрепить другие детали — например, биологически активные вещества. Это превращает разработку из просто красителя в многофункциональный «конструктор». Из него можно получать халконы и азометины — вещества с противомикробными свойствами.
Следовательно, высокая термостойкость новых азосоединений в сочетании с яркостью, доступностью и возможностью дальнейшей химической модификации демонстрирует, что разработка может рассматриваться как перспективная основа для создания красителей нового поколения — безопасных, устойчивых к нагреву и пригодных для самых разных отраслей: от текстильной промышленности до производства пластиковой упаковки и антимикробных покрытий.
Источник: Пресс –служба ПНИПУ