رنگزا و رنگینه مستقیم

رنگزای مستقیم چیست؟

در سال 1883، جی. والتر از Geigy اولین ماده رنگزای مستقیم را کشف کرد که زرد مستقیم 11 بود.

ساختار شیمیایی زرد مستقیم 11:

شید رنگ زرد مستقیم 11:

در سال 1956، انجمن رنگرزان و رنگ‌سازان (SDC) رنگ‌های مستقیم را اینگونه تعریف کردند: “مواد رنگزای مستقیم نوعی مواد رنگزای آنیونیک هستند که وقتی در حمامی حاوی الکترولیت به کار برده شوند تمایل به جذب نسبت به الیاف سلولزی دارند”. رنگینه ‌های مستقیم بر روی الیاف سلولزی از طریق جذب، پخش و مهاجرت عمل می کنند. این ساختار، مورفولوژی و استفاده از الکترولیت ها است که بیشترین تأثیر را بر مکانیسم رنگرزی الیاف سلولزی دارد. هنگامی که الیاف سلولزی در آب غوطه ور می شود، نواحی آمورف لیف متورم می شوند تا منافذ کوچکی در حدود 20 تا 100 واحد A (Angstrom) ایجاد کنند – این منافذ به مولکول های رنگ با اندازه کوچکتر اجازه می دهد تا در ساختار الیاف پخش شوند. افزودن الکترولیت ها (به عنوان مثال کلرید سدیم، سولفات سدیم) انتشار و تخلیه رنگ مستقیم آنیونی را با خنثی کردن بار سطحی منفی الیاف سلولزی تسهیل می کند. همانطور که آنیون های رنگ از رنگ در محلول به رنگ در الیاف حرکت می کنند، پیوند هیدروژنی و نیروهای واندرولز آنیون های رنگ را به لیف متصل می کنند.

این رنگزاها دارای قیمت ارزان و کاربرد آسان هستند. مشکل اصلی این رنگزاها ثبات شستشویی پایین می باشد. از این رنگزاها برای رنگرزی پنبه، ویسکوز، پشم، ابریشم و حتی چرم استفاده می شود. ثبات نوری خوبی دارند.

نکته 1: نقش نمک (common salt) در رنگرزی پنبه با رنگ های مستقیم (direct dyes) افزایش جذب رنگ است.

نکته 2: به منظور تثبیت رنگ مستقیم روی کالا از فیکسه کننده (fixing agent) استفاده می شود.

رنگزای مستقیم
این رنگزاها مطابق با طبقه بندی S.D.C دارای سه کلاس A, B, C هستند.

کلاسA: این دسته رنگزاهای خودیکنواخت شونده هستند. از مهاجرت بالایی برخورداند و حتی اگر نمک در ابتدای رنگرزی اضافه شود مشکلی در رنگرزی ایجاد نمی کند. مثال: Y.27, R.31, V.9

کلاس B: این ها رنگزاهای قابل کنترل با نمک هستند. قدرت مهاجرت چندانی ندارند و رنگرزی با آنها باید در ابتدا بدون نمک انجام شود و افزودن نمک به حمام درچندین مرحله در طی رنگرزی صورت می گیرد. مثال: Y.50, R.16, B.86

کلاس C: شامل رنگزاهای قابل کنترل با دما و نمک هستند و از لحاظ قدرت مهاجرت از دو دسته ی قبل ضعیف تر هستند و یکنواختی در رنگرزی آنها توسط کنترل دقیق دما و کنترل افزودن نمک حاصل می شود. مثال: Y.86, R.2244, B.71

رنگ مستقیم از دید دیگر

مواد رنگزای مستقیم در آب محلول هستند و در نتیجه یونیزه شدن آنیون های رنگی حاصل می شود که مستقیمآ الیاف پنبه و الیاف پروتئینی را رنگ می کنند.
مواد رنگزای مستقیم بعد از کشف قرمز کنگو در سال ۱۸۸۴ توسعه پیدا کردند. قرمز کنگو از واکنش آمین نو اول و ۱-نفتیل آمین ۴-سولفونیک اسید تشکیل می شود. در قرن ۱۹ آمینو اسید نفتول ای مختلفی به صورت صنعتی تولید شد.

رنگرزی با مواد رنگزای مستیم آسان و کم هزینه است اما بات شستشوی مناسبی ندارد.

تقسیم بندی مواد رنگزای مستیم:

کلاس A

-قدرت جا به جایی بالا (جال جایی رنگ بین محلول و کالا)

-از نظر نا یکنواختی مشکل چندانی پیدا نمی کند

کلاس B

-قدرت جاب جایی چندانی ندارد.

-حساس به نمک (نمک در چند مرحله اضافه می شود)

کلاس C

-از نظر جابه جایی ضعیف

-خطر نا یکنواتی بالا

-کنترل دما(رنگرزی از دمای پایین شروع شود)

-کنترل نمک (نمک در چند مرحله اضافه می شود)

روش هایی برای افزایش ثبات این رنگزاها:

•دی آزوته کردن و ظهور کالای رنگی
•عمل کردن با نمک های مس نظیر سولفات مس
•عمل کردن با ترکیب مواد کاتیونیک و سولفات مس
•عمل کردن با فرمالدئید
•عمل کردن با رزین ها یا مواد ایجادکننده اتصال عرضی
•عمل کردن با تثبیت کننده های کاتیونیک بدون رنگ

در رنگرزی پنبه با رنگزاهای مستقیم قدرت پوشانندگی نپ های الیاف نارس مهم و معمولا بر حسب وزن مولکولی و ظرفیت تشکیل پیوند هیدروژن هیدروژنی توسط مولکول های رنگزا تعیین میشود. با فرض اینکه ظرفیت پیوند هیدروژنی توسط همه رنگزاها مشابه است بنابراین رنگزاهای دارای وزن مولکولی کمتر قدرت پوشانندگی نپ نسبتا بهتری دارند.

خلاصه ایی از مشکلات رنگرزی با رنگزاهای مستقیم به همراه دلایل آنها:

•لکه های مقاوم / نواحی بیرنگ / نواحی رنگی تیره
•آماده سازی ناقص کالا
•ناخالصی های طبیعی و مصنوعی باقی مانده در کالا
•ناخالصی آب
•ناخالصی های موجود در مواد شیمیایی مصرفی (نمک ٬ قلیا و ..)
•ناسازگاری مواد کمکی
•L:G پایین
•شستشو و آبکشی نامناسب بعد از رنگرزی
•ثبات شستشویی پایین
•حذف ناقص رنگزاهایی که بصورت آزاد در کالا حضور دارند.
•خصوصیات ثباتی پاین رنگزاها
•L:G پایین
•دمای پایین حمام شستشو
•غلظت بالای الکترولیت در حمام شستشو
•ناخالصی آب
•زمان شستشوی ناکافی
•تعداد ناکافی حمام ها یا چرخه شستشو
•شدت کم تلاطم حمام شستشو
•استفاده از مواد کمکی نامناسب درحمام رنگرزی

مواد رنگزای مستقیم بر طبق تعریف به آندسته از مواد رنگزا گویند که در آب محلولند و وقتی که در یک حمام آبی حاوی الکترولیت به کار برده شوند نسبت به الیاف سلولزی تمایل ذاتی جذب دارند.به خاطر اینکه مواد رنگزای مستقیم به طور عادی به وسیله یک فرایند تک مرحله ای(Single-stage) در یک محلول خنثی یا کمی قلیایی که به آن کلرید سدیم یا سولفات سدیم اضافه شده است به کار می روند،ساده ترین روش رنگرزی الیاف سلولزی را فراهم ساخته اند.ثبات نوری مواد رنگزای مستقیم با اصلاح ساختارشان و معرفی ترکیبات جدید مانند کمپلکس های مس مواد رنگزای آزو،مواد رنگزای دی اکسازین و مواد رنگزای بر بنیان فتالوسیانین افزایش یافته است.ثبات در برابر عملیات تری مواد رنگزای مستقیم به عواملی مثل تمایل ذاتی جذب ماده رنگزا نسبت به لیف و کاهش حرکت آن در داخل الیاف که هر دو این عوامل با بزرگ شده اندازه مولکولی ماده رنگزا افزایش می یابند،بستگی دارد. اما افزایش اندازه مولکولی ماده رنگزا بر روی خواص رنگرزی تاثیر منفی می گذارد. به همین دلیل این روش از اهمیت چندانی برخوردار نیست.معمولا برای افزایش ثبات در برابر عملیات تری،اندازه مولکولی ماده رنگزا را بعد از رنگرزی به وسیله عملیات بعدی(A ftereatment) افزایش می دهند.در تعدادی از موارد مهم مثل عملیات بعدی با نمک های فلزی،دی آزوتاسیون و ظاهر شدن (Developed) لازم است که مولکول ماده رنگزا شامل ساختار شیمیایی مناسب برای افزایش ثبات باشد.

بعضی از مواد رنگزای مستقیم که عملکرد آنها مانند مواد رنگزای اسیدی است بر روی الیاف دیگر مثل پشم، ابریشم و نایلون به کار می روند.یکی از اینها ماده رنگزای مستقیم زرد 12(C.I.Direct Yellow 12) است.
نیروهایی که بین مولکول های مواد رنگزای مستقیم و الیاف سلولزی عمل می کند شامل جاذبه کولو مبیک(Coulombic attraction)، پیوند هیدروژنی و نیروهای غیر قطبی واندر والسی می باشد که به اندازه مولکول مواد رنگزا و ساختار الیاف بستگی دارد. در الیاف سلولزی امکان ایجاد اتصال‌های چند نقطه ای (multi-point) قابل توجه و مهم بین مولکول های ماده رنگزا و لیف وجود دارد.بنابر این مولکول های ماده رنگزا تا حد امکان باید خطی و مسطح باشند تا بیشترین تعداد،اتصال های چند نقطه ای بین کالا و ماده رنگزا بوجود آید.
از لحاظ ساختار شیمیایی اکثر مواد رنگزای مستقیم ترکیبات آزد و از نوع دیس آزو، تریس آزو و پلی آزو بوده وبقیه ترکیبات استیلبن،اکسازین،تیازول وفتالوسیانین هستند.ساختار(زیر) ماده رنگزای مستقیم قرمز81 را نشان می دهد که حاوی دو گروا آزو است.

رنگ های مستقیم

علت اینکه این رنگ ها را مستقیم نامیده اند این است که این کلاس رنگی اولین کلاسی بود که قابلیت رنگرزی الیاف پنبه به صورت مستقیم را دارا بود. رنگرزی با این رنگ به دقت فراوانی نیاز دارد زیرا رنگ مستقیم از یکنواختی خوبی هنگام رنگرزی برخوردار نیست.

اين دسته از رنگها داراي گروهها و عوامل قطبي مانند عوامل اسيدي و بازي هستند و با استفاده از اين گروهها ، رنگ با الياف ترکيب مي‌شود. براي رنگرزي پارچه با اينگونه رنگها فقط کافي است که پارچه را در محلول آبي و داغ رنگ فرو ببريم. اسيد پيکريک و ماريتوس زرد از جمله اين رنگها هستند. هر دو رنگ ، اسيدي بوده و با گروههاي آمينه الياف پروتئيني ترکيب مي‌شوند. نايلون نيز که يک پلي‌آميد است، با اين رنگها قابل رنگرزي است. این رنگها بدلیل داشتن گروههای اسید سولفونیک یا نمکهای سدیم آنها به رنگهای اسیدی شباهت دارد و بطور کلی ، از ترکیبات سولفونه شده آزو می‌باشند. این رنگها مستقیما برای رنگرزی الیاف سلولزی بکار گرفته می‌شود. اما برای الیاف پروتئینی شرایط ویژه‌ای لازم است. این رنگ ها دارای ثبات ضعیف تا متوسط در روی پشم هستند و معمولاً پشم را در حمام خنثی یا اسیدی ضعیف رنگ می کنند. مهمترین این سری رنگها عبارتند از :

رنگهای مستقیم منو آزو مانند دی‌آزوامین اسکارلت B
رنگهای مستقیم دی‌آزو
رنگهای مستقیم تریس آزو مانند قهوه‌ای دی‌آزو
رنگهای مستقیم تترا آزو

ماهیت اتصال مولکولهای رنگ به الیاف عمدتا پیوند هیدروژنی است که بین هیدروژن گروه OH الیاف سلولزی با گروههای NH2O — OH و NH = NH موجود بر روی رنگهای مستقیم برقرار می‌شود. با افزایش دما تمایل رنگ پذیری الیاف ،کاهش می‌یابد.

رنگینه های مستقیم در حمام به صورت ذرات مجتمع وجود دارند. ان امر باعث کاهش میزان رنگ پذیری الیاف خواهد شد زیرا اولاَ بزرگ بودن ذرات باعث کاهش سطح تماس بین لیف و رنگ می شود و دوماَ منافذ الیاف آنقدر بزرگ نیست که بیش از 2 یا 3 مولکول مجتمع شده به آن نفوذ کنند. با افزایش دمای حمام تا c°90 الی c°100 هم مولکولهای رنگ به صورت تکی در می آیند و هم منافذ لیف بازتر می شود و ورود رنگ به لیف آسانتر می گردد.

در رنگرزی با رنگ های مستقیم با افزایش زمان رنگرزی، رنگ کالا یکنواخت تر خواهد شد ولی نباید زمان آنقدر زیاد باشد که رنگ مستقیم تجزیه گردد. همچنین با افزایش L : R سرعت رمق کشی کم می شود که این امر نیز به یکنواختی بهتر، کمک می کند.

نمک در رنگرزی با این رنگ ها اولاَ بار سطحی منفی سلولز را خنثی کرده و امکان جذب سطحی رنگ را افزایش می دهد، دوماَ امکان رنگرزی یکنواخت را فراهم می کند. با افزایش غلظت رنگ، مقدر نمک نیز باید زیادتر شود. نمک همچنین باعث کاهش حلالیت رنگ می شود، در نتیجه در هنگام رنگرزی باید به این نکته نیز توجه شود. در مورد حلالیت این رنگ ها ذکر این نکته ضروری است که رنگینه های با حلالیت بالاتر در فرآیند رنگرزی به L : R پایینتری نیاز دارند. همچنین با افزایش PH محیط، سرعت رنگرزی افزایش می یابد.

برای رنگرزی با رنگ های مستقیم بر روی الیاف ابریشم بهتر است از صابون (Detergent) استفاده شود. صابون دارای یون های مثبت (هیدروفیل) و منفی (هیدروفوب) می باشد که یونهای منفی، گروه بزرگتر هستند. در هنگام رنگرزی بهتر است از صابون های نانیونیک یا آنیونیک استفاده شود زیرا صابون های کاتیونیک باعث کاهش رمق کشی می شوند در حالی که صابون های آنیونیک به جذب بیشتر رنگ کمک می کنند؛ چون تعداد گرو های جاذب الرطوبه الیاف ابریشم کمتر از پشم می باشد، استفاده از صابون های آنیونیک سرعت نفوذ رنگ را افزایش می دهند. وجود صابون در حمام باعث می شود که پس از اتمام عملیات رنگرزی و در هنگام استفاده از محصول ابریشمی، اصطکاک بین الیاف ابریشم و بدن کم شود؛ به عبارت دیگر باعث کاهش الکتریسیته ساکن می شود. به طور کلی ابریشم، هادی الکتریکی خوبی نمی باشد.