آشنایی کامل با رنگ دیسپرس

رنگزاهای دیسپرس کمی سرسخت هستند. آن‌ها ترجیح می‌دهند در آب نامحلول باقی بمانند اما می‌توان آن‌ها را ترغیب کرد که در حلال‌های آلی حل شوند تا محلول‌های رنگی ایجاد کنند. اینجاست که استفاده از مواد تعاونی نساجی مثل دیسپرس کننده و کریر Carrier برای رنگرزی با دیسپرس معنا پیدا می‌کند.

عامل دیسپرس کننده معمولا یک ماده فعال است که به سوسپانسیون افزوده می شود تا مانع از جدایی ذرات شده، از تجمع و ته نشینی آن ها جلوگیری کند.

رنگ دیسپرس، یک نوع رنگ نساجی می باشد که از نوع شیمیایی آنتراکینونی، آزو و نیترو است و تعداد محدودی از رنگ های دیسپرس شامل گروه های آمینو می باشند. اما شامل گروه های قابل حل مانند اسید سولفونیک نمی باشد و در محیط های آبی با مواد دیسپرس کننده به کار می رود. لازم به ذکر است که موارد قابل استفاده از رنگ دیسپرس می توان به یک لیف و یا چند لیف هیدروفوب استات سلولز ، پلی استر، نایلون، الیاف آکریلیک، الیاف پلی آمیدی و پشم اشاره کرد. این رنگ برای پارچه پلی استر می‌تواند شید رنگی مناسبی را ایجاد کند و در واقع به عنوان بهترین نوع رنگ جهت رنگ کردن این پارچه استفاده شود.

خواص رنگ‌ دیسپرس

رنگزا دیسپرس یک رنگ غیر یونی است بنابراین گروه یونی ندارد.
آنها در آب نامحلول هستند و یا حلالیت در آب بسیار پایینی دارند.
رنگزا دیسپرس مواد رنگی آلی هستن که برای رنگرزی الیاف آبگریز مناسب هستند.
رنگ‌های دیسپرس برای رنگرزی الیاف استات سلولز و پلی استر مناسب است و گاهی برای رنگرزی الیاف نایلون و الیاف اکریلیک استفاده می‌شود.
برای رنگرزی با رنگ‌های دیسپرس به مواد تعاونی نساجی مانند کریر Carrier و دیسپرس کننده dispersing agents نیاز دارد.
رنگهای دیسپرس پایداری نوری ( ثبات نوری light fastness ) مناسب تا خوب با امتیاز حدود 4-5 دارند.
ثبات شستشویی ( wash fastness ) این رنگ‌ها متوسط تا خوب با امتیاز حدود 3-4 است.
از بین تمام مواد رنگزا، رنگ‌های دیسپرس کوچکترین اندازه مولکولی را دارند تا بتوانند راحت وارد ساختار الیاف شوند.
به طور کلی رنگ دیسپرس مشتقاتی از گروه های آزو (azo) ، آنتروکینون( anthroquinone) ، نیترو ( nitro ) و کینین ( quinine) هستند.
در طول رنگرزی هیچ گونه تغییر شیمیایی روی این رنگزا اتفاق نمی‌افتند .
در حضور اکسید نیتروژن، پارچه و منسوج رنگ‌شده با رنگ‌های خاص دیسپرس آبی و بنفش با ساختار آنتراکینون محو می‌شوند. به این حالت محو شدن gas fading of disperse dyes می‌گویند که از عیب این رنگ می‌باشد.

طبقه بندی رنگ های دیسپرس

با توجه به ساختار شیمیایی:
با توجه به ساختار شیمیایی انواع رنگ‌های دیسپرس زیر وجود دارد:
رنگ‌های نیترو Nitro Dyes
رنگ آمینو کتون Amino Ketone dyes
رنگ‌های آنتراکینونوئید Anthraquinonoid dyes
رنگ‌های مونو آزو Mono azo dyes
رنگ‌های دی آزو Di- azo dyes
با توجه به ویژگی Fastness:
با توجه به خاصیت پایداری، 4 نوع رنگ دیسپرس زیر وجود دارد:
گروه A: این رنگ‌ها دارای خواص رنگرزی عالی و خاصیت پایداری خوبی هستند.
گروه B: این رنگ‌ها برای رنگرزی در دمای بالا پایداری و ثبات عالی دارند و برای رنگرزی با کریر ثبات متوسط دارند.
گروه C: این رنگ‌ها برای رنگرزی حامل و دمای بالا با خاصیت پایداری بالاتر نسبت به رنگ‌های گروه B متوسط هستند.
گروه D: این رنگ‌ها در برابر حرارت پایداری بسیار خوبی دارند اما برای خواص رنگرزی به روش کریر.

تقسیم بندی رنگ‌های دیسپرس برای مصرف و نوع کالا

گروه A: مناسب الیاف پلی‌استر نمی‌باشد و برای الیاف استات مناسب است.
گروه B: ثبات حرارت کم و برای رنگرزی با کریر بسیار مناسب است و برای HT هم مناسب است. (190 درجه سانتی گراد).
گروه C: ثبات حرارت خیلی خوبی دارد و برای رنگرزی کریر رنگ روشن مناسب است. برای HT بسیار مناسب است دما 215 تا 200 درجه مناسب است.
گروه D: برای کریر مناسب نیست و برای HT پیشنهاد می‌شود. دما 220-215 درجه سانتی گراد.

رنگرزی با رنگ‌های دیسپرس برای کالای پلی‌استر

بستگی به نوع رنگ دیسپرس سه روش به شرح زیر وجود دارد.

رنگرزی با کریر در حرارت جوش
رنگرزی در 130 درجه یا HT
رنگرزی به روش ترموزل

ویژگی های رنگزا دیسپرس

رنگزاهای دیسپرس معمولا در آب نامحلول هستند و در یک دیسپرسیون استفاده می شوند. وزن مولکولی رنگ دیسپرس تقریبا 300 تا 800 است و همچنین نقطه ذوب و تصعید رنگزاهای دیسپرس بالای 150 درجه می باشد. اندازه ذرات رنگزاهای دیسپرس معمولا 0.5 تا 2 میکرون است. کارخانجات سازنده رنگزاهای دیسپرس را با استفاده از دیسپرس کننده‌ها و سایر مواد دیگر به صورت پودر در می‌آیند. اگرچه این رنگزاها دارای گروه آلیفاتیکی مثل OH-NH2 می باشند اما دارای So3 منفی نیستند و در شرایط رنگ کردن جهت استفاده از رنگزا دیسپرس کمتر از 0.1 میلی گرم در یک لیتر حل می شوند.

چه موادی برای استفاده از رنگ دیسپرس در سیستم رنگرزی نیاز است؟

از جمله مواد تعاونی که در هنگام استفاده از این رنگزا استفاده می شود، اسید استیک می باشد که با توجه به کالرایندکس های مختلف رنگ دیسپرس متفاوت است. در هنگام استفاده از این رنگ در سیستم رنگرزی توجه به تغییر دامنه PH از جمله نکات مهمی می باشد که بایستی به آن توجه کرد. مثلا وقتی که دامنهPH رنگزای دیسپرس بین 4 الی 9 باشد می توان از اسید صرف نظر نمود و یا اگر PH آبی مورد استفاده 7 باشد یعنی طبق تجربه کسب شده عدم استفاده از اسید هیچ مشکلی را به وجود نمی آورد.
از دیگر ماده مورد نیاز جهت استفاده از رنگزای دیسپرس در سیستم رنگرزی می توان به دیسپرس کننده اشاره کرد که هر چه مقدار بیشتر آن را با پودر رنگ خشک ترکیب کنیم و همچنین آب نسبتا داغی به آن اضافه نماییم به اصطلاح رنگ زودتر باز می شود و پس از آن بهتر است که قبل از استفاده از رنگ دیسپرس به آن 20 دقیقه فرصت دهیم تا در همان ظرف محلول رنگزا به صورت دیسپرس در آید.
ماده مورد نیاز دیگر برای استفاده از رنگزای دیسپرس در سیستم رنگرزی، یکنواخت کننده می باشد و حتی استفاده از یکنواخت کننده نسبت به دیسپرس کننده اولویت دارد .

دمای مورد نیاز جهت استفاده از رنگزا دیسپرس

نکته مهم در خصوص استفاده از رنگ دیسپرس، شیب دمایی رنگرزی می باشد که معمولا از دمای 40 درجه سانتی گراد شروع می شود و بهترین شیب برای جذب بهتر شیب تا دمای 85 درجه سانتی گراد است. از آنجا که این نقطه دمای آغاز جذب رنگ دیسپرس می باشد، کالا به مدت 15 دقیقه در دمای 80 درجه سانتی گراد باقی می ماند و سپس به 130 درجه سانتی گراد افزایش دما انجام می شود . ( روش HT )

رنگ دیسپرس بصورت کریدی در دمای جوش ( کالرایندکس های خاص ) با استفاده از کرید نیز قابلیت رنگرزی دارد .

از دیگر روش های رنگرزی رنگ دیسپرس می توان به رنگرزی ترموزولی نیز اشاره نمود.

نکته

سازمان ICI در سال ۱۹۷۰ این رنگ را بر اساس خاصیت پایداری تصعیدی و دیگر ویژگی های رنگرزی به ۴ گروه A، B، C و D تقسیم کرد.

رنگ های گروه A با داشتن وزن مولکولی و پایداری تصعیدی پایین از خواص رنگرزی مطلوبی برخوردار است. رنگ های گروه D با داشتن وزن مولکولی نسبتا بالا و استحکام تصعیدی خوب، خواص رنگرزی ضعیف تری دارند. رنگ های گروه B و C خواصی ما بین این دو گروه دارند.

در گروه بندی دیگری، رنگ های دیسپرس را به پنج نوع E، SE، S، P و RD تقسیم می کنند.

بهتر است بدانیم که، همان طور که گفته شد، رنگ دیسپرس حلالیت کمی در آب دارد و مقدار حلالیت آن در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد یک میلی گرم بر لیتر است. به همین دلیل، برای حفظ پایداری رنگ در حمام رنگرزی و در دمای بالا باید عامل دیسپرس کننده به آن افزود.

رنگ دیسپرس چه انواعی دارد؟
همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد، بر اساس یک تقسیم بندی می توان رنگ های دیسپرس را بر اساس میزان هموار سازی، مقاومت در برابر تصعید و سرعت رنگرزی، به پنج گروه تقسیم کرد که عبارتند از:

رنگ دیسپرس نوع E
این نوع رنگ خاصیت هموار سازی خوبی دارد و برای فرآیند رنگرزی غوطه وری گزینه مناسبی است. علاوه بر این ، برخی از آن ها را می توان در فرآیند چاپ انتقال حرارتی مورد استفاده قرار داد.

رنگ دیسپرس نوع SE
رنگ های نوع SE، خاصیت هموار سازی عمومی خوبی دارد و در برابر تصعید مقاومت بالایی از خود نشان می دهد. از این نوع رنگ می توان در رنگ آمیزی غوطه وری و رنگ آمیزی لایه خشک الیاف پلی استر استفاده کرد.

رنگ دیسپرس نوع S
این رنگ از مقاومت بالایی در تصعید برخوردار است. رنگ دیسپرس نوع S اغلب در فرآیند رنگ آمیزی پد خشک که ترکیبی از پارچه و پلی استر است مورد استفاده قرار می گیرد.

رنگ دیسپرس نوع P
از این نوع رنگ برای چاپ ضد تخلیه الیاف پلی استر و پارچه مخلوط الیاف سلولز استفاده می شود.

رنگ دیسپرس نوع RD
از این نوع رنگ می توان برای رنگ آمیزی سریع الیاف پلی استر استفاده کرد.

توجه

بر اساس ساختار مولکولی مختلف رنگهای پراکنده، می توان آنها را به آزو ، آنتراكینون ، نیترودیفنیل آمین ، حلقه هتروسیكلیك و انواع دیگر توزیع كرد.

روش های رنگرزی با رنگ های دیسپرس

عبارتند از: رنگرزی به روش کریری، فرایند ترموزول و رنگرزی تحت فشار. در این قسمت به معرفی هر یک از این روش ها می پردازیم.

رنگرزی به روش کریر چگونه انجام می شود
در این روش، ترکیب و رنگ مجموعه ای را تشکیل می دهند که می تواند رنگ را به داخل الیاف منتقل کرده و باعث تسریع در رنگرزی شود. به همین دلیل، به آن «روش کریر» می گویند. در بررسی های انجام شده مشخص شده است که کریر توسط الیاف جذب شده و باعث تغییر ساختار مناطق آمورف شود.

کریر یک ترکیب ارگانیک است که در حمام رنگرزی حل و یا دیسپرس می شود. این ترکیب امکان رنگرزی در شیدهای تیره را در دمای جوش فراهم می کند. کریرهای معروف در رنگرزی دیسپرس عبارتند از:

بوتیل بنزوئات (Butylbenzoate)
متیل نفتالن (methylnaphthalene)
دی کلروبنزن (dichlorobenzene)
دی فنیل (diphenyl)
اورتو فنیل فنول (o-Phyenylphenol )
نکته

در این میان، دی فنیل و اورتو فنیل فنول بیشترین محبوبیت و کاربرد را دارند.

مکانیسم اصلی این روش به گونه ای است که در آن، الیاف پلی استر، کریر را جذب کرده و متورم می شود. این تورم می تواند مانع گردش حلال در مناطق متورم شده و موجب غیر یکنواختی شود.

کاهش درجه حرارت انتقال شیشه ای باعث افزایش حرکت زنجیره های پلیمری و ایجاد حجم آزاد شده و موجب افزایش سرعت انتشار رنگ به الیاف می شود.

نکات قابل توجه در روش رنگرزی کریر
این روش معمولا شامل کالای موجود در حمام در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد و افزودن محلول دیسپرس کننده رقیق است که در نتیجه ی آن، کریر امولسیون شده و در آخر رنگ دیسپرس است. سپس دما به تدریج به دمای جوش نزدیک شده و رنگرزی در این دما ادامه می یابد.

کریرهای جذب شده باید پس از رنگرزی، از پلی استر خارج شوند. این کار معمولا توسط گرم کردن کالا از ۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی گراد انجام می شود. اگر کریر روی کالا باقی بماند می تواند بر میزان ثبات تاثیر منفی گذاشته و باعث کاهش آن شود.

در گذشته، مزایای کریر بسیار زیاد بود. زیرا، کالای پلی استر می توانست بدون فشار و بدون مشکل رنگرزی به میزان بیشتری از رنگ های مستقیم رنگرزی شود.

از زمان تولید ماشین های تحت فشار برای رنگرزی پلی استر، رنگرزی با کریر به طور پیوسته کاهش یافت. رنگرزی با کریر هنوز در بعضی از پوشاک و رنگرزی های خرد که در آن دستگاه های رنگرزی تحت فشار در دسترس نیست مورد استفاده قرار می گیرد.

مکانسیم رنگرزی تحت فشار چگونه است
رنگرزی در دمای بالا را می توان گسترده ترین روش برای رنگرزی مرحله ای دانست. درجه حرارت حدود ۱۳۰ درجه سانتی گراد، به تجهیزات تحت فشار نیاز دارد.

کاهش انسجام بین زنجیره های پلیمری و افزایش انرژی جنبشی مولکول های رنگی باعث افزایش انتشار رنگ و افزایش سرعت رنگرزی می شود. مراحل اصلی فرایند شامل مرحله گرمایش یا جذب، درجه حرارت بالا یا فاز انتشار و مرحله پاک سازی می باشد.

فرایند ترموزول چگونه انجام می گیرد
یک فرایند مداوم و مهم برای رنگرزی پلی استر و مخلوط الیاف پلی استر و سلولز با رنگ های دیسپرس است که اغلب برای رنگرزی پارچه ها و مواد بافتنی مورد استفاده قرار می گیرد.

رنگ های دیسپرس در کالای پلی استر پراکنده شده، سپس با استفاده از خشک کن به روش هوای گرم و یا با استفاده از شعله مادون قرمز خشک می شوند که روش دوم معمولا مهاجرت کمتری را به رنگ می دهد.

خشک کردن نهایی کالای پد شده با استفاده از سیلندرهای گرم انجام می شود. پس از این مرحله، پارچه خشک شده در هوا یا در تماس با سطح یک فلز داغ، تا دمای ۱۹۰ تا ۲۲۰ درجه سانتی گراد و برای مدت زمان ۱ تا ۲ دقیقه گرم می شود.

نکات قابل توجه در فرایند رنگرزی ترموزول
در هوای گرم، هنگامی که پارچه به حداکثر دما نزدیک می شود، رنگ های دیسپرس شروع به تصعید کرده و الیاف پلی استر نیز آن را جذب می کند.

رنگ هایی که وزن مولکولی پایینی دارند تمایلشان به تصعید بیشتر است. در حالیکه، ثبات و مقاومت کمتری در برابر گرما دارند. رنگ هایی که وزن مولکولی بالاتری دارند، خاصیت پایداری بهتری داشته و کاربردشان دشوارتر است.

پس از عملیات ترموفیکس، پخت یا حتی یک عملیات پاک سازی (redaction-clearing) لازم است تا هرگونه رنگ باقی مانده روی الیاف پاک شود. تورهای کمربند ایمنی (PET) معمولا با استفاده از فرایندهای رنگرزی ترموزول که در آن شبکه به طور مداوم در محلول رنگ آغشته می شود، توسط رنگ های دیسپرس رنگرزی شده و به طور تقریبی ۲ تا ۳ دقیقه از محفظه گرم با دمای حدود ۲۲۰ درجه سانتی گراد عبور می کند.

ماده رنگی در طول قرار گرفتن در معرض محفظه گرم به زنجیرهای مولکولی الیاف نفوذ می کند. مزیت این روش آن است که می تواند از یک فرایند مرحله ای یا همان روش رنگرزی معمولی که روشی وقت گیر و خسته کننده است جلوگیری کرده و موجب تسریع فرایند رنگرزی گردد.

تاثیر دما بر عملکرد رنگرزی
در دمای رنگرزی، بخشی از رنگ های دیسپرس با استفاده از اثر ماده دیسپرس در مولکول های رنگ در حمام رنگ حل می شوند. سپس به صورت مولکول روی سطح فیبر جذب می شوند.

در این هنگام، منطقه آمورف در الیاف پلی استر منبسط شده و یک سوراخ ایجاد می شود. اندازه این سوراخ به کافی بزرگ است تا بتواند در دمای رنگ آمیزی، مولکول های رنگ را در خود جای دهد.

به این ترتیب، انتشار مولکول های رنگ در فیبر آسان است. در پایان رنگ آمیزی، سوراخ پف کرده قبلی با کاهش دما کوچک شده و مولکول های رنگ را در فیبر قرار می دهد. مولکول های رنگ در نهایت یک واحد مولکولی با وزن مولکولی کم تشکیل می دهند که باید در فیبر جامد قرار گیرد.

اعتقاد دانشمندان خارجی بر این بود که شکل کریستالی رنگ های دیسپرس بر عملکرد رنگ آمیزی آن تأثیر می گذارد، اما نتایج بعدی این ادعا را رد کرد.

سرعت رنگرزی الیاف پلی ‌استر با رنگ دیسپرس چگونه است؟
سرعت رنگرزی الیاف پلی‌استر با مواد رنگرزی دیسپرس، باید به اندازه باشد که از نظر تجارتی مورد تایید قرار گیرد. به این ترتیب، سرعت رنگرزی این الیاف با رنگ دیسپرس را می‌توان به شیوه های زیر افزایش داد: