| COULEURS et COLORANTS |
La présence de substances colorées appelées pigments apporte sa couleur à un mur peint en vert ou à la carrosserie d'une voiture rouge. Ces substances interagissent avec la lumière pour réémettre que les fréquences correspondant à la couleur. Les pigments sont des poudres insolubles recouvrant une surface ou qui sont mélangés au matériau en apportant de la couleur. Il existe des pigments organiques, comme la chlorophylle des végétaux, mais la majorité des pigments utilisés dans les encres et les peintures sont minéraux. Leur couleur est souvent due aux propriétés chimiques des métaux de transition qui sont le centre actif de nombreux pigments. Contrairement aux métaux comme le sodium ou le magnésium qui n'ont qu'un seul degré d'oxydation, les métaux de transition existent sous 2 ou plusieurs degrés d'oxydation différents. Les composés qui en contiennent offrent de larges gammes de couleurs. La couleur dépend alors de l'état d'oxydation du métal ainsi que de la nature de son ligand.
Les peintures fluorescentes contiennent des sulfures de cadmium et de zinc associés à des colorants organiques. Ces sulfures absorbent la lumière ultraviolette qu'ils renvoient sous la forme de lumière visible. Les peintures phosphorecentes contiennent des particules de sulphate de zinc, de cuivre ou de strontium qui continuent à briller quelque temps après avoir été plongées dans l'obscurité.
La peinture contient 2 composants de base : le liant et le pigment ; le liant est dissous dans un solvant qui rend la peinture plus liquide. Après l'utilisation de la peinture, le solvant s'évapore et le liant polymérise en un film protecteur qui s'accroche à son support et qui englobe les pigments. C'est le liant qui détermine les propriétés de la peinture comme son aspect ou sa dureté. Les peintures naturelles à l'huile utilisent comme liants des huiles polyinsaturées, par exemple l'huile de poisson ou l'huile de lin ; elles contiennent aussi un solvant pour la fluidifier. Aujourd'hui, on remplace souvent les huiles naturelles par des résines synthétiques obtenues en faisant réagir des polyalcools avec des polyacides, ce qui donne de longues chaînes ramifiées contenant des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, dont les branches latérales sont des chaînes d'hydrocarbures insaturés.
Les peintures à l'eau, aussi appelées peintures en émulsion, contiennent des résines très polymérisées, par exemple d'acétate de polyvinyle (peintures vinyliques) ou du type butadiène-styrène (peinture latex ou acrylique). Pour un usage extérieur, les peintures en émulsion contiennent plus de résine afin de pouvoir former un film de protection plus résistant aux agressions.
Les peintures sèchent par évaporation de leur solvant, qu'il soit organique ou aqueux. En même temps, le liant commence à s'oxyder au contact de l'air et forme un film. En effet, les doubles liaisons contenues dans les molécules de liant réagissent avec l'oxygène de l'air en formant des ponts qui relient ces molécules entre elles et qui provoquent ainsi le durcissement du film de peinture. On observe ainsi ce type de réaction dans les adhésifs qui contiennent souvent le même genre de molécules.
Avant, il n'existait que de l'encre noire qui était formée d'une suspension de noire de carbone (sorte de suie) ou d'une mixture comprenant un sel de fer et de l'acide tannique ou gallique. Les encres modernes contiennent des pigments résistants pour en garder l'éclat.
Les pigments et les teintures sont tous 2 des substances colorées. Mais alors que les pigments se contentent d'apporter leur couleur en se fixant en surface, les teintures s'accochent chimiquement aux molécules qu'elles colorent. Parfois, elles se fixent par liaisons ioniques ou covalentes, mais le plus souvent par des liaisons hydrogène ou bien des forces intermoléculaires encore plus faibles.
A l'inverse des pigments, la plupart des teintures sont solubles, et la majorité sont des substances organiques aromatiques. Beaucoup de teintures organiques naturelles sont extraites de plantes ou d'animaux. Le carmin provient d'une espèce mexicaine de cochenille. Une teinture jaune vif est extraite du pistil séché du crocus safran. Le bleu d'indigo est fabriqué à partir de substances appelées leucoanthicyanidines que l'on trouve dans l'indigotier autrefois cultivé comme plante tinctoriale. L'alizarine ou rouge garance est un colorant autrefois extrait de la racine de la garance. La chlorophylle étant un pigment organique.
La plupart des teintures naturelles s'accrochent rapidement aux tissus avec l'apport d'un mordant, sel métallique qui se lie en milieu alcalin à la fois au tissu et aux molécules colorantes. On peut nuancer la teinte du tissu en variant les métaux pour le mordant. Par exemple, l' alizarine utilisée en association avec un sel d'étain II donne une couleur rose. Avec du fer III, on obtient une couleur brune.
On utilise des teintures synthétiques pour obtenir une gamme de couleurs plus étendue et des propriétés plus intéressantes que les teintures naturelles. Elles sont en général fabriquées à partir d'hydrocarbures aromatiques comme le benzène, le toluène, le naphtalène, l'aniline... Les premières teintures synthétiques ont été les colorants azoïques. On les utilise encore dans beaucoup de nuances jaunes, oranges ou rouges.
Les colorants azoïques sont des substances très stables qui ne perdent pas leur couleur ni leur éclat. Beaucoup contiennent un groupement sulfonique (-SO3-) dans leur structure, ce qui leur confère à la fois une bonne solubilité dans l'eau et la capacité de former des liaisons solides avec les grandes molécules complexes des fibres textiles.
Les teintures doivent leur couleur à un groupe d'atomes particulier appelé chromophore. Les groupements chromophores des composés étant, à la ressemblance des fonctions, des groupements d'atomes responsables d'absorptions caractéristiques. Dans les colorants azoïques, le chromophore est constitué de noyaux aromatiques reliés entre eux par un pont formé de 2 atomes d'azote doublement liés (-N=N-). Le chromophore fait souvent partie d'un complexe arénique étendu, c'est-à-dire d'un système dans lequel des molécules aromatiques sont liées à un métal à travers un système d'éléctrons délocalisés.
On ajoute des groupes fonctionnels qui interagissent avec le chromophore pour modifier ou améliorer la couleur d'une teinture, pour la rendre plus soluble, ou encore pour l'accrocher aux fibres du tissu. En essayant différents groupes fonctionnels, on peut fabriquer une très grande variété de colorations.
On fabrique ainsi des teintes synthétiques en ajoutant d'autres groupements chimiques (par exemple des groupements nitro (-NO2), amine (-NH2), ou des atomes d'un halogène comme le fluor, le chlore ou le brome) à un système aromatique lié à un groupement sulfonique. On procède à l'aide d'une série de réactions de type Friedel et Craft afin de lier un atome de carbone au cycle aromatique et débuter l'édification d'une chaîne latérale.
Le chlorure d'aluminum (catalyseur utilisé lors d'une réaction de Friedel et Craft) augmente la polarisation d'une liaison halogène-carbone dans une molécule organique et lui permet ainsi de substituer à un atome d'hydrogène du cycle aromatique. On utilise cette réaction pour aboutir soit à une alkylation où un alkyle s'y substitue, soit à une acylation pour laquelle un groupement acyle (RO-) est ajouté. Ces réactions sont également d'un usage courant dans la chimie pour la synthèse d'hydrocarbures et d'autres molécules organiques, ainsi que dans la synthèse de plastiques comme le polystyrène.
Tout en étant belles et éclatantes, les teintures doivent aussi être résistantes : elles ne doivent ni passer à la lumière ni partir au lavage. On renforce certaines teintures par l'usage de mordants. Beaucoup de teintures azoïques ont cette résistance car elles sont insolubles et restent piégées dans les fibres. Certaines teintures sont maintenues sur la fibre textile par des liaisons hydrogène. Elles ne sont durables que si leurs molécules sont longues et droites afin de s'aligner avec les fibres textiles pour former de nombreuses liaisons hydrogène.
Les plus récentes innovations concernent les teintures qui réagissent fortement sur les fibres textiles en formant des liaisons covalentes. On peut les trouver dans une large gamme de couleurs et elles sont très résistantes.
Du côté des peintures, une nouvelle découverte à été faite : une peinture « anti-pollution ».
Il s'agit d'un mélange de carbone et de dioxyde de titane. La nuit, les oxydes d'azote et de soufre sont captés par le TiO2 et le charbon actif. Le jour, le TiO2, excité par les Ultra-Violet, perd un éléctron qui active l'oxygène de l'air. Il y a donc libération d'un proton qui, avec la vapeur d'eau ambiante, produit un hydroxyle (-OH). O2 et OH transforment les oxydes gazeux en solutions acides. Neutralisés à la chaux en nitrates et sulfates, ils sont évacués avec l'eau de pluie.