Appunti completi del corso Chimica e tecnologia delle sostanze coloranti

Vantaggi dei LED e degli OLED

I LED offrono diversi vantaggi rispetto alle lampadine tradizionali. Per ottenere la stessa luminosità, la quantità di energia dispersa sotto forma di calore è molto ridotta, il che si traduce in un minor consumo energetico. Inoltre, la durata dei LED è molto più lunga rispetto ad altre tipologie di lampade: una lampadina incandescente vive circa 750 ore, una lampada alogena circa 1000 ore, il tubo fluorescente dura 10.000 ore, mentre il LED può resistere fino a 20.000 ore.

Gli OLED, invece, utilizzano semiconduttori organici anziché inorganici. Questo permette di ottenere fili più flessibili e estesi, oltre a una maggiore duttilità grazie alla loro sottigliezza. Tuttavia, gli OLED hanno una durata inferiore rispetto ai LED.

Un altro aspetto importante è lo spettro di emissione o riflessione. Più stretto è lo spettro, più il colore sarà saturo, mentre più ampia è la banda, meno saturo sarà il colore.

Esistono anche sorgenti luminose che sfruttano la chemiluminescenza, ovvero l'emissione di radiazione elettromagnetica visibile grazie a reazioni chimiche.

(braccialetti che si rompono si illuminano). Bisogna definire delle lampade standard che garantiscono la riproducibilità e consentono di determinare le coordinate colore sotto quella lampada, bisogna sempre indicare la lampada usata per la misura del colore. Non esistono lampade reali standard. Quindi vennero introdotti gli illuminanti, non sono sorgenti reali ma ideali con un determinato spettro di emissione. Ne esistono di diversi tipi: A che simula una lampada a incandescenza e ha uno spettro di emissione del corpo nero, B e C simulano la luce diurna. Per simulare la luce solare sono stati introdotti gli standard D. D65 indica la temperatura colore di 6500K, essa simula la luce solare e dà un colore corrispondente a quello del corpo nero a quella temperatura. Poi ci sono i tipo F che simulano la sorgente fluorescente ma non esistono illuminanti del LED perché la sua evoluzione molto rapida. Differenza tra sorgente e illuminante: la sorgente è un corpo reale.mentre l'illuminante è uno standard che corrisponde a sorgenti virtuali, cioè una distribuzione di intensità luminose in funzione della lunghezza d'onda così da non cambiare mai. CAUSE DEL COLORE 1. Eccitazioni semplici o vibrazioni: incandescenza, scarica gassosa, vibrazioni 2. Transizioni per effetto del campo dei leganti: composti dei metalli di transizione, impurezze dei metalli in cristalli 3. Transizioni tra orbitali molecolari: composti organici, trasferimento di carica (coloranti) 4. Transizioni tra bande energetiche: metalli, semiconduttore puri, semiconduttori drogati, centri di colore 5. Ottica geometrica: rifrazione, diffusione, interferenza, diffrazione Differenza tra coloranti e pigmenti: i coloranti sono sostanze organiche che impartiscono colore sciogliendosi, cioè penetrando all'interno del substrato e il colore è fornito dall'assorbimento di luce da parte di colorante, i pigmenti invece sono sostanze inorganiche.che non penetrano nel substrato ma lo ricoprono in quanto insolubili quindi essi sono in superficie e devono essere fissati mediante una resina. Il primo colore fu ottenuto da Perkin sintetizzando la malvina, successivamente vennero ottenuti altri diversi colori. La classificazione dei coloranti avviene su base industriale, cioè in base alla struttura chimica (la maggior parte sono azobenzeni mentre i restanti sono antrachinoni) e in base al modo di applicazione del colorante (idrosolubili che possono essere cationici o basici, anionici o acidi, metallizzabili o a complesso metallico, diretti, reattivi, altino e allo zolfo). Cromogeno = genera il colore, infatti la struttura di base non è colorata ma diventa solo con sostituenti detti auxocromi che furono identificati come gruppi funzionali elettro attrattorio donatori che spostano lo spettro di assorbimento nel visibile. COLORANTI POLIENICI Caso più semplice di sostanze colorate, infatti sono sostanze naturali la cui

La sutura di base, cioè il cromogeno, è una catena a doppi legami coniugati. La sostanza inizia a essere visibile nello spettro solo se presenta catene superiori a 7/8 doppi legami coniugati. Sono molto diffusi perché prodotti dalle piante come i carotenoidi, non molto usati in impieghi industriali perché non sono molto resistenti alla luce. I carotenoidi sono divisi in caroteni (idrocarburi semplici) e xantofille (nella catena presentano atomi di ossigeno). Dal carotene si ottiene la vitamina A da cui poi si ricava il retinale che è alla base della nostra vista e non essendo prodotto dal nostro fisico deve essere introdotto. Per la vista sono anche importanti la luteina e zeaxantina ma non servono direttamente per la produzione di vitamina, sono presenti nella retina e hanno proprietà antiossidanti e migliorano la densità del pigmento della macula che è in grado di proteggere le cellule assorbendo l'eccesso di luce blu e ultravioletta.

Uso alimentare.

COLORANTI POLIMETINICI

La struttura di base è formata da una serie di doppi legami coniugati e la catena termina con gruppi elettro attrattori o donatori che spostano lo spettro verso lunghezze d'onda maggiori, quindi nel visibile, inoltre possono essere ioni quindi vengono classificati in coloranti anionici o acidi e cationici o basici. Sono prodotti naturali molto diffusi ma poco usati per impiego industriale.

Cianine hanno come gruppi terminali degli anelli eterociclici. Sono poco stabili alla luce e sono impiegati come sensibilizzatori di radiazione ad esempio criptocianina. Possono essere prodotte in modo tale da assorbire la luce in varie zone dello spettro, ad esempio assorbire un fotone e trasferirlo ad altra molecola.

- Emicianine un gruppo terminale è un anello eterociclico mentre l'altro è un gruppo generico.

- Cianine aperte non presentano gruppi aromatici alle estremità.

- Ossonoli sono eterociclici ossigenati.

Flavonoidi sono

prodotti naturali non usati per tintura industriale e presenti come glucosidi all'interno delle piante in quanto legati a zuccheri. La struttura base sono flavoni o isoflavoni. Antocianine derivano da catione flavilio e sono importanti perché sono responsabili del colore dei fiori delle piante, essi proteggono la clorofilla che si sta formando insieme ai flavonoidi. I tannini sono polimeri complessi di tipo fenolico ottenuti da catechina e acido gallico, essi hanno colore scuro e venivano usati in passato per tinture marroni ed era quella più accessibile perché poco costoso.

FOTOCROMISMO: processo per cui una sostanza posta alla luce cambia colore.

TERMOCROMISMO: fenomeno per cui una sostanza cambia colore quando cambia la temperatura.

SOLVATOCROMISMO: la sostanza cambia colore con il solvente.

ALOCROMISMO: fenomeno molto diffuso in cui il colore cambia in funzione del pH della soluzione.

PIEZOCROMISMO: variazione di colore per effetto della pressione.

ELETTROCROMISMO:

cambiamento di colore per effetto di un campo elettrico.

MAGNETOCROMISMO: cambiamento di colore per effetto del campo magnetico.

MECCANOCROMISMO: cambiamento di colore per effetto di un’azione meccanica.

Ognuno di questi fenomeni ha applicazioni pratiche ma si preferisce usare coloranti che non si modificano per effetto di variazione di condizioni.

COLORANTI DI E TRI ARILMETINICILa struttura di base presenta 3 anelli legati a un carbonio e hanno colori molto vivaci. Vengono usati ancora oggi in impieghi industriali in quanto il colore che danno è molto brillante e altre classi più diffuse non sono in grado di formarli, questo perché la banda di assorbimento è molto stretta e arrivano a colori blu e viola. Hanno carica positiva, quindi, sono coloranti basici o cationici e sono specifici per determinati materiali.

La struttura è a elica, cioè elementi sfalsati. La A è l’atomo di carbonio, i due anelli possono essere collegati tra

L'oroda un ponte D che ha la funzione di stabilizzarli, cioè li riporta tutti su un piano, rendendo la struttura planare.

Sugli anelli si possono avere sostituenti differenti (R e R').

In base ad A si hanno diversi coloranti (tabella).

Gli acridinici, xantenici e tioxantenici sono sostanze molto colorate, brillanti e fluorescenti, cioè dopo essere state illuminate emettono radiazione di altro colore, ciò è un vantaggio in alcune applicazioni, mentre per altre no. La fluorescenza in queste sostanze è data dal ponte e quando vengono urtate non vibrano facilmente quindi il singoletto eccitato ha una vita più lunga che può decadere come fluorescenza, quando invece le molecole senza ponte vengono urtate, queste sono soggette a forti vibrazioni e ciò fa si che si abbia un decadimento termico dallo stato di singoletto eccitato. Le sostanze fluorescenti sono più soggette a reazioni fotochimiche.

Impiego molto specialistico e importante.

Cioè coloranti istologici, le strutture organiche (mitocondri, DNA,etc.) non sono visibili al microscopio ottico e per renderli tali si usano coloranti fluorescenti come acridinici,xantenici e tioxantenici, in base alla loro struttura si legano preferibilmente a certe strutture delmicrorganismo. Le acridine hanno una struttura piatta e si intercalano tra le basi del DNA, quindi si inserisconoin esso e il DNA risulta fortemente colorato al microscopio.

COLORANTI AZA (18) ANNULE

Sono strutture aromatiche formati da doppi legami legati ad anello, essi sono usati in ambitofarmaceutico e poco in ambito industriale. Sono sostanze colorati presenti sottoforma dicomplessi metallici, ad esempio emoglobina o clorofilla A. Le clorofille A e B configurano coloreverde alle piante, il loro spettro di assorbimento differisce leggermente l'uno dall'altro epresenta dei picchi tra 400-500 e tra 600-700nm quindi assorbe nel blu e nel rosso, mentre nelverde non assorbe ed è il

Colore che noi vediamo, tra 500 e 600nm. Le ftalocianine sono coloranti di sintesi che non si trovano in natura, la struttura di base presenta 8 atomi diazoto. Il loro colore è dovuto alla formazione di complessi metallici, soprattutto rame, non sono solubili in acqua, infatti, possono essere usati come pigmenti, per renderli solubili devono avere dei gruppi solubilizzanti tramite aggiunta di gruppi solfonici.

AZOCOLORANTI La struttura di base è un'azobenzene che ha una colorazione giallo pallido ed è insolubile in acqua. È una molecola che subisce isomerizzazione trans-cis reversibile come il retinale, i due spettri delle due isomerie sono diversi.

Vantaggi: sono facilmente sintetizzabili e si possono aggiungere alla struttura di base diversi sostituenti, cioè si possono ottenere molti coloranti con specifiche caratteristiche. Sono molto stabili alla luce grazie all'isomerizzazione reversibile e quindi rapidamente torna allo stato fondamentale (trans).

e disperde energia assorbita. Non sono fluorescenti, infatti, la vita del singoletto eccitato è breve e a ogni urto ritornano allo stato fondamentale riducendo l'energia.