Väriaine

Väriaineet ovat erilaisten materiaalien värjäämiseen käytettyjä, yleensä johonkin liuotteeseen tai sideaineesen liukenevia värillisiä, tavallisesti orgaanisia yhdisteitä. Väriaineiksi voidaan sanoa myös maaleissa käytettyjä pigmenttejä, jotka ovat yleensä liukenemattomia ja enimmäkseen epäorgaanisia yhdisteitä. Muutamia väriaineita käytetään myös indikaattoreina sekä väri­valo­kuvauksessa.

Orgaaniset väriaineet 
Orgaanisia väriaineita käytetään muun muassa tekstiilikuitujen, paperin, nahan, puun,
ravintoaineiden ja mikroskooppipreparaattien värjäämiseen.  Vanhastaan käytettyjä, luonnosta saatavia väriaineita ovat muun muassa sininen indigo, punertava purppura, keltainen alitsariini ja punainen karmiini. Valtaosa nykyisin käytettävistä väriaineista valmistetaan kuitenkin synteettisesti. Niiden raaka-aineena käytetään varsinkin kivihiilitervaa, minkä vuoksi niitä nimitetäänkin myös tervaväreiksi, mutta myös petrokemikaaleja.

Värillisyys 
Aineen värillisyys aiheutuu siitä, että osa siihen osuvasta poly­kromaattisesta, valkoisesta valosta absorboituu siihen, minkä lisäksi ja absorboituva osuus riippuu voimakkaasti valon aallon­pituudesta. Tällöin silmä näkee aineesta heijastuneen tai sen läpi kulkeneen valon, josta puuttuvat aineen absorboima, tietyn aallon­pituuden omaavat valon komponentit. Valo­kvanttien absorboituminen aiheutuu siitä, että kun kvantin energia on tietyn suuruinen, sen vaikutuksesta osa aineen elektroneista siirtyy perustilasta korkeampi­energisille orbitaaleille.

Epäorgaanisista aineista voimakkaasti värillisiä ovat muun muassa monet siirtymämetallien suolat.
Orgaanisissa yhdisteissä värillisyyden aiheuttavia elektronien siirtymisiä tapahtuu erityisesti 
π-orbitaaleilla, joita on runaasti pitkissä konjugoiduissa kaksois­sidoksia sisältävissä molekyyleissä. Tällaisia atomiryhmiä sanotaan kromo­foreiksi, ja sellaisia on kaikissa orgaanisissa väriaineissa sekä myös luonnossa esiintyvissä värillisissä orgaanisissa yhdisteissä.

Kromoforeja ovat esimerkiksi:
 hiiliatomien muodostamat ketjut, joissa esiintyy vuorotellen kaksoissidos ja yksinkertainen sidos
 atsoryhmä, jonka muodostaa kaksi kaksoissidoksella toisiinsa kiinnittynyttä typpiatomia
 nitroryhmä -NO2,
 karbonyyliryhmä -C=O ja
 kinoidiset rengasjärjestelmät.

On myös atomiryhmiä, jotka voimistavat kromoforien vaikutuksia. Sellaisia sanotaan auksokromeiksi, ja niitä ovat esimerkiksi:
 aminoryhmä (NH2)
 hydroksyyliryhnä (-OH)
 halogeenit
 kahteen hiiliatomiin sitoutunut happiatomi

Väriaineen kiinnittyminen 
Hyvältä väriaineelta edellytetään muitakin ominaisuuksia kuin värillisyyttä. Sen on voitava kiinnittyä kuituun siten, että se värjää tämän mahdollisimman pysyvästi, ja sen on kestettävä pesuaineita ja vaihtelevia sääoloja.

Värineen kiinnittyminen kuituun voi tapahtua esimerkiksi sen molekyylissä olevien reaktiokykyisten atomiryhmien vaikutuksesta, jotka reagoivat kuidun kanssa. Tämän kiinnittymisen saavat useissa tapauksissa aikaan samat atomiryhmät, jotka toimivat myös auksokromeina, mutta kiinnittäjä­ryhminä voivat toimia myös karboksyyli­ryhmä -COOH ja sulfonaattiryhmä -SO3H. Väriaineen kiinnittyminen voidaan saada aikaan myös niin, että liukenematon väriaine syntetisoidaan suoraan värjättävään kuituun tai liuottamalla väriaine tekokuituun. Peittaus­värjäyksessä käytetään erillisiä kiinnittäviä lisäaineita, jotka imeytetään kuituun ja joiden kanssa väriaine sitten reagoi.

Väriaineiden ryhmittely 

Väriaineet voidaan ryhmitellä eri tavoin. Kemiallisen rakenteensa perusteella ne voidaan jakaa useisiin ryhmiin, joita ovat esimerkiksi atsoväriaineet, nitroväriaineet ja rikkivärit. Ne voidaan myös jakaa happo- ja emäsväreihin, joista happovärit sisältävät tavallisesti sulfonihapporyhmiä, emäsvärit aminoryhmiä.

Käytännössä väriaineet jaotellaan kuitenkin usein käyttötavan ja käyttö­tarkoituksen mukaan. Happo- ja emäsvärejä käytetään varsinkin villan ja silkin värjäämiseen, mutta emäsvärien valon- ja pesunkestävyys on usein huono. Puuvillan värjäämiseen käytetään substantiivisia eli suoria väriaineita, jotka kuuluvat myös happoväreihin. Nekin ovat sellaisenaan heikosti kestäviä, mutta niiden kestävyyttä voidaan parantaa sopivilla jälkikäsittelyillä.

Peittaväreillä värjätään etupäässä villan värjäämiseen. Niitä käytettäessä kuitu käsitellään ensin jollakin peitta-aineella, joita ovat muun muassa eräät kromi-, alumiini-, rauta- ja tanniiniyhdisteet, minkä jälkeen väriaine yhtyy siihen liukenemattomaksi, yleensä hyvin kestäväksi värilakaksi

Kyyppivärit kuten indigo ja indigoidiväriaineet ovat sellaisenaan liukenevia, mutta ne hapetetaan kuituun imeytymisen jälkeen lopulliseen liukenemattomaan muotoon. Kehitys­väreillä lopullinen liukenematon väriaine muodostuu vasta kuidussa aineen reagoidessa esimerkiksi naftolien ja diatsoitujen amiinien kanssa. Kestävyytensä ja monipuolisuutensa ansioista kyyppi- ja kehitys­värit ovat eniten käytettyjä väriaineita.

Reaktiivivärit voivat muodostua esimerkiksi moni­arvoisista sulfonihappoja tai typpi­yhdisteistä. Ne liittyvät selluloosaan, josta puuvilla pääasiassa koostuu, tai villaan muun muassa esteröitymällä.  Tekokuituja värjättään myös dispersioväreillä, jotka imeytyvät vesi­dispersiosta kuituihin ja liukenevat niihin paremmin kuin veteen.

Tärkeitä väriaineita 
 Trifenyylimetaaniväriaineita:
 malakiittivihreä
 auriini
 atsoväriaineita:
 kokelliinipunainen
 Antrakinoniväriaineita:
 alitsariini, keltainen
 indigo, sininen

Elintarvikevärit 
Elintarvikevärit ovat lisäaineita, joita lisätään ruokiin sen värin muuttamiseksi. Hyväksyttyjen elintarvikevärien E-koodit ovat välillä E100-E199. Sellaisia ovat:
 E100, kurkumiini
 E101, riboflaviini
 E102, tartratsiini
 E110, paraoranssi
 E120, kokkiniili, karmiini, karmiinihappo
 E122, atsorubiini, karmosiini
 E123, amarantti
 E124, uuskokkiini, kokkeniilipunainen, Ponceau 4R
 E127, erytrosiini
 E129, alluranpunainen AC
 E131, patenttisininen
 E132, indigotiini, indigokarmiini
 E133, briljanttisininen FCF
 E140, klorofyllit, klorofylliinit
 E141, klorofyllikuparikompleksit, klorofylliinikuparikompleksit
 E142, vihreä S
 E150, sokerikulööri
 E151, briljanttimusta BN, musta PN
 E153, kasviperäinen hiili
 E154, ruskea FK
 E155, ruskea HT
 E160, karotenoidit
 E161, luteoliini, luteiini, kantaksantiini
 E162, punajuuriväri, betalaiini, betaniini
 E163, antosyaanivärit

Myös eräitä epäorgaanisia aineita käytetään elintarvikeväreinä:
 E170, kalsiumkarbonaatti
 E171, titaanidioksidi
 E172, rautaoksidit ja hydroksidit
 E173, alumiini
 E174, hopea
 E175, kulta
 E180, litolirubiini.

Aikaisemmin on elin­tarvike­värinä käytetty myös muun muassa atso­väri­aineisiin kuuluvaa punaista 2G (E 128), mutta nykyisin sen käyttö on kielletty, koska sitä ei enää pidetä turvallisena.

Lähteet

Aiheesta muualla