اصول رنگرزی نساجی: جذب، انتشار، تثبیت - راهنمای عملی برای آسیاب

رنگرزی پارچه از بیرون ساده به نظر می رسد: پارچه را در حمام رنگرزی فرو کنید، آن را بیرون بکشید، رنگ باقی می ماند. در عمل، این فرآیند یک توالی کاملاً طراحی شده از جذب فیزیکی، انتشار مولکولی، و تثبیت شیمیایی است - و نحوه پیوند رنگ به یک فیبر به طور قابل توجهی در کلاس متفاوت است. این راهنما اصول اساسی رنگرزی منسوجات و هشت کلاس رنگ اصلی مورد استفاده در صنعت را بررسی می‌کند، بنابراین تکنسین‌های آسیاب و تیم‌های منبع منبع مشترکی دارند.

سه مرحله رنگرزی

در چرخه های رنگرزی واقعی، سه مرحله زیر به صورت مجزا اجرا نمی شوند. آنها روی هم قرار می گیرند، به یکدیگر تغذیه می کنند و از لحظه ورود کالا به حمام تا لحظه خروج، به طور مداوم در حال اجرا هستند. در نظر گرفتن آنها به عنوان مراحل جداگانه، ساده سازی مفیدی است، نه توصیف تحت اللفظی آنچه در دستگاه اتفاق می افتد.

جذب

رنگ محلول را ترک می کند و به سطح الیاف می چسبد. نیروی کار فیزیکی است: برهمکنش های واندروالس، جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های رنگ باردار و محل های فیبر باردار، و پیوند هیدروژنی. رنگ در سطح نگه داشته می شود اما هنوز وارد فیبر نشده است.

این که چقدر سریع و کامل اتفاق می افتد به میل ترکیبی رنگ، غلظت رنگ در حمام، دما و وجود الکترولیت ها بستگی دارد.

انتشار و نفوذ

جذب به تنهایی باعث ایجاد رنگ سریع نمی شود. رنگ باید به داخل فیبر وارد شود تا در آن قفل شود. هنگامی که سطح پوشانده شد، مولکول های رنگ از سطح به مناطق آمورف فیبر مهاجرت می کنند که توسط گرادیان غلظت بین سطح با غلظت بالا و سطح داخلی با غلظت پایین هدایت می شود.

انتشار تا زمانی ادامه می یابد که غلظت رنگ در حمام، روی سطح الیاف و داخل الیاف به تعادل برسد. سرعت انتشار عمدتاً توسط دما کنترل می شود - اکثر مراحل کنترل شده با انتشار برای ادامه با سرعت مفید به گرمای واقعی نیاز دارند.

تثبیت

تثبیت جایی است که ثبات به دست می آید یا از دست می رود. در داخل فیبر، رنگ از طریق یکی از سه مکانیسم به زنجیره های پلیمری قفل می شود:

• پیوندهای کووالانسی (قویترین) - رنگهای واکنشی پیوندهای کووالانسی را با گروههای عاملی روی فیبر تشکیل می دهند.

• پیوندهای یونی (متوسط) - رنگ های اسیدی به گروه های آمینه پروتونه شده روی الیاف پروتئینی پیوند می خورند. رنگ های کاتیونی به محل های آنیونی روی اکریلیک می چسبند

• نیروهای واندروالس و پیوندهای هیدروژنی (ضعیف‌ترین) - رنگ‌های مستقیم، رنگی و پراکنده به این فعل و انفعالات فیزیکی متکی هستند.

نوع پیوند مستقیماً مقاومت رنگرزی در برابر شستشو، نور و مالش را تعیین می کند. رنگی که فقط توسط نیروهای فیزیکی نگه داشته می‌شود، همیشه نسبت به رنگ‌هایی که توسط پیوندهای کووالانسی یا یونی نگهداری می‌شود، در برابر عملیات مرطوب و سایش آسیب‌پذیرتر است.

چهار مفهوم اصلی

این چهار ایده هر تصمیم رنگ آمیزی را شکل می دهند. آنها زبانی هستند که آسیاب و تامین کننده رنگ برای بحث درباره یک دستور غذا از آن استفاده می کنند.

قرابت و ماهیت

رنگی که «می‌خواهد» از حمام به فیبر معینی حرکت کند، به آن الیاف میل می‌کند یا به آن وابسته است. هرچه اگزوز رنگ سریع‌تر باشد و هرچه تعادل تعادل بیشتر باشد، میل ترکیبی بیشتر است.
این دو اصطلاح یک ویژگی زیربنایی را در سطوح مختلف دقت توصیف می کنند:

• Affinity یک کمیت ترمودینامیکی با مقدار عددی خاص است.

• ماهیت یک توصیف کیفی بدون مقیاس ثابت است.

در عمل، میل ترکیبی بالا یک شمشیر دو لبه است: باعث خستگی سریع می‌شود، اما خطر رنگرزی ناهموار را افزایش می‌دهد (رنگ قبل از اینکه زمان برای صاف کردن داشته باشد، متعهد می‌شود). میل ترکیبی کم نیاز به پروموترها یا چرخه های طولانی تری دارد تا فرسودگی را بالا ببرد و مقداری رنگ در پساب هدر می رود.

میزان خستگی (ضریب ضربه رنگ)

درصد رنگ اولیه در حمام که پس از رسیدن سیستم به تعادل به فیبر منتقل شده است. نرخ فرسودگی معیار استانداردی است که نشان می دهد یک دستور غذا تا چه حد از رنگی که داده می شود استفاده می کند.

سرعت رنگرزی

چقدر سریع رنگ توسط فیبر جذب می شود. به طور معمول به عنوان زمان نیمه رنگرزی بیان می شود - زمان لازم برای رسیدن به نیمی از خستگی تعادل در شرایط مشخص.

• خیلی سریع → رنگرزی ناهموار

• خیلی کند → زمان چرخه تلف می شود، بهره وری کاهش می یابد

مهاجرت (تسطیح)

هنگامی که یک رنگ بر روی الیاف جذب شد، در برخی موارد می تواند دوباره به داخل حمام جذب شود و دوباره در جای دیگری روی پارچه جذب شود. یک رنگ با مهاجرت خوب از مناطق با غلظت محلی بالا به مناطق با غلظت محلی پایین منتقل می شود و در نهایت تفاوت سایه را در سراسر دسته صاف می کند.

مهاجرت مکانیسم فیزیکی پشت تسطیح است. رنگهایی با مهاجرت ضعیف (مثلاً رنگهای کاتیونی روی اکریلیک) برای جلوگیری از ناهمواری نیاز به کنترل دقیق سرعت گرمایش و کندکننده مناسب دارند.

بررسی اجمالی تجهیزات رنگرزی

ماشین های رنگرزی معمولاً در سه محور طبقه بندی می شوند:

ماشین‌های متداول در عملیات آسیاب: ماشین‌های رنگرزی وینچ (طناب)، جیگر، ماشین‌های رنگرزی جت HT-HP، ماشین‌های رنگرزی سرریز HT-HP، محدوده‌های بخار پیوسته پد، و ماشین‌های رنگرزی پکیج. الیاف مصنوعی مانند پلی استر معمولاً به تجهیزات HT-HP نیاز دارند. سلولزی ها و الیاف پروتئینی معمولاً روی ماشین های اتمسفر کار می کنند.

هشت کلاس اصلی رنگ

1. رنگهای مستقیم

بستر: پنبه، ویسکوز (گاهی اوقات ابریشم به عنوان سایه مکمل).
مکانیسم: رنگ‌های مستقیم در آب یونیزه می‌شوند و آنیون‌های رنگی می‌دهند که از طریق نیروهای واندروالس و پیوندهای هیدروژنی به الیاف سلولزی متصل می‌شوند. نیازی به ضامن نیست
فرآیند معمولی:

• پارچه را از قبل خیس کنید

• وارد حمام شده و دما را تا 95 درجه سانتیگراد افزایش دهید

• نمک خنثی (NaCl یا Na2SO4) را به عنوان یک محرک خستگی اضافه کنید

• 60 دقیقه نگه دارید

• بشویید و در صورت نیاز به استحکام بالاتر از یک ماده ثابت کننده استفاده کنید

کاربردهای ابریشم: رنگ‌های مستقیم با فرسودگی بالا و پایداری قابل قبول (معمولاً قهوه‌ای، مشکی، سبز تیره) برای پر کردن شکاف‌های سایه در محدوده رنگ اسیدی روی ابریشم استفاده می‌شوند. حمام خنثی یا اسیدی ضعیف است و شستشو با اسید استیک رقیق پس از رنگرزی باعث بهبود دست می شود.

2. رنگهای VAT

بستر: الیاف سلولزی (رنگرزی درجه یک).
مکانیسم: رنگهای Vat همانطور که عرضه می شود در آب نامحلول هستند. آنها با هیدروسولفیت سدیم (یک عامل کاهنده قوی) و هیدروکسید سدیم به شکل لیکو که در قلیایی محلول است، احیا می شوند. رنگ لوکو محلول روی فیبر تخلیه می‌شود و سپس دوباره اکسید می‌شود و دوباره به رنگدانه نامحلول اصلی بازمی‌گردد که به صورت مکانیکی در داخل فیبر به دام می‌افتد.
دو مسیر اصلی فرآیند:

• تخلیه لوکو (بچ): رنگ در حمام به شکل لوکو کاهش می یابد، زیرلایه وارد می شود، دما و نمک اضافه می شود و در صورت نیاز از یک عامل تراز کننده استفاده می شود. اکسیداسیون و صابون زدن مرحله فرسودگی را دنبال می کند.

• بالشتک تعلیق (پیوسته): رنگ به صورت یک سوسپانسیون ریز بدون کاهش قبلی پخش می شود، روی پارچه قرار می گیرد، خشک می شود، سپس با یک محلول کاهنده قلیایی پوشانده می شود و از یک بخار پز عبور می کند که در آن احیا، انحلال، انتشار و تثبیت انجام می شود. اکسیداسیون و صابون زدن در واحد شستشو با عرض باز انجام می شود.

ویژگی ها: سایه های روشن، طیف رنگی کامل، و ثبات عالی - کلاس رنگ برتر برای الیاف سلولزی.
رنگ‌های محلول در vat: بیشتر آنها استرهای سولفاته‌ای از رنگ‌های vat-leuco هستند و مستقیماً در آب محلول هستند و مرحله احیا را نادیده می‌گیرند. پس از اعمال، اسید سولفوریک رقیق آنها را به اسید لوکو هیدرولیز می کند و اکسیداسیون رنگ نهایی را ایجاد می کند.

3. رنگ های گوگردی

زیرلایه: پنبه (عمدتاً مشکی های عمیق و سرمه ای).

مکانیسم: در اصل مشابه رنگ های vat - تبدیل به شکل محلول، خروج اگزوز، سپس اکسیده شدن دوباره به رنگدانه نامحلول. عامل احیا کننده سولفید سدیم است که ارزان تر از هیدروسولفیت سدیم است و اکسیداسیون راحت تر از رنگ های vat است.

فرآیند معمولی (رنگرزی پنبه): در حمام لیکو در دمای بالا تخلیه کنید، بشویید و اکسید کنید، سپس با استات سدیم به عنوان یک درمان ضد حساسیت به پایان برسانید.

ویژگی ها: کم هزینه; محدود به سایه های عمیق؛ برای رنگ های روشن مناسب نیست

4. رنگهای آزوئیک (آزو نامحلول)

بستر: الیاف سلولزی (سایه های روشن و عمیق).
مکانیسم: رنگ در محل بر روی فیبر با واکنش دو واسطه محلول در آب - یک نفتول (جزء جفت کننده) و یک نمک دیازونیوم (توسعه دهنده) - برای تشکیل یک رنگدانه آزو نامحلول در داخل فیبر ساخته می شود.
فرآیند معمولی (دو مرحله ای):

• نفتول کردن: پارچه را با محلول قلیایی نفتول بپوشانید، سپس در دمای پایین خشک کنید.

• در حال توسعه: با محلول نمک دیازونیوم، هوا یا بخار پد بپوشانید، سپس بشویید و صابون کنید.

فرآیندهای اگزوز (دسته ای) از همان منطق دو مرحله ای پیروی می کنند.

5. رنگهای واکنشی

بستر: الیاف سلولزی، پشم، ابریشم، نایلون.
مکانیسم: رنگهای راکتیو حامل یک گروه واکنشی هستند که یک پیوند کووالانسی با گروههای عاملی روی فیبر تشکیل می دهند. پیوند کووالانسی چیزی است که به رنگ‌های راکتیو استحکام خیس فوق‌العاده آنها را می‌دهد، بسیار فراتر از آنچه پیوندهای فیزیکی می‌توانند ارائه کنند.

5.1 الیاف سلولزی

گروه های هیدروکسیل سلولزی تنها در شرایط قلیایی با رنگ واکنشی واکنش می دهند. فرآیندهای دسته ای و پیوسته یک منطق مشترک دارند: ابتدا رنگ را در یک حمام خنثی یا قلیایی خفیف روی الیاف تخلیه کنید، سپس برای ایجاد واکنش تثبیت، قلیایی اضافه کنید، سپس کاملاً بشویید و صابون بزنید تا رنگ ثابت نشده پاک شود.

پد سرد (CPB) جایگزینی برای صرفه جویی در انرژی است: پارچه را با یک رنگ با واکنش پذیری بالا و مواد قلیایی را با هم بپوشانید، روی یک رول بپیچید و برای مدت زمان لازم برای انتشار و تثبیت کامل در دمای اتاق نگه دارید. هیچ ورودی گرمایی مورد نیاز نیست. شستشوی نهایی و صابون دسته را تمام می کند.

5.2 پشم، ابریشم و نایلون

الیاف پروتئین و نایلون دارای گروه‌های متعددی هستند که می‌توانند با رنگ‌های واکنش‌پذیر واکنش نشان دهند و برخی از این گروه‌ها در شرایط اسیدی ضعیف تا خنثی واکنش‌پذیر هستند - متفاوت از سلولزی‌ها که به قلیایی نیاز دارند.

• پشم: در شرایط اسیدی ضعیف، با اسید استیک برای تنظیم pH و نمک گلابر به عنوان کندکننده رنگ می‌شود. خنثی کنید و بعد از رنگرزی بشویید.

• ابریشم: می توان در شرایط اسیدی ضعیف، خنثی یا قلیایی رنگ کرد. در عوض، در شرایط اسیدی ضعیف یا خنثی اگزوز را تخلیه کنید و در یک حمام قلیایی جداگانه ثابت کنید.

• نایلون: مکان‌های واکنش‌پذیر کمتری نسبت به پشم یا ابریشم دارد، بنابراین دستیابی به سایه‌های عمیق دشوار است. این فرآیند شبیه به ابریشم است.

6. رنگهای اسیدی، رنگهای اسیدی و رنگهای اسیدی پیش فلز شده

بستر: پشم، ابریشم، نایلون.
هر سه محلول در آب هستند و مخصوص الیاف پروتئینی و نایلون هستند، اما در ساختار و کاربرد متفاوت هستند.

6.1 رنگهای اسیدی

طبقه بندی بر اساس اندازه مولکولی:

• رنگ های اسیدی قوی (تراز کننده): مولکول های کوچکی که از یک حمام اسیدی قوی روی پشم استفاده می شود. سایه های روشن و تسطیح خوب.

• رنگ‌های اسیدی ضعیف (آسیاب): مولکول‌های بزرگ‌تر که از حمام خنثی یا ضعیف اسیدی روی پشم، ابریشم و نایلون اعمال می‌شوند. استحکام بهتری نسبت به رنگهای تراز کننده دارد، اما درخشندگی کمتری دارد و به راحتی تراز می شود.

6.2 رنگهای رنگدانه اسیدی

گروه هایی را حمل کنید که با یون های کروم کمپلکس مختصاتی تشکیل می دهند. عمدتاً روی پشم استفاده می شود. پایداری مرطوب و پایداری نور بهتر از رنگهای اسیدی ساده است، اما سایه ها کدرتر هستند. پس از فرسودگی، بستر با دی کرومات پتاسیم درمان می شود تا کمپلکس موردانت ایجاد شود.

6.3 رنگهای اسیدی پیش فلزی

کمپلکس کروم از قبل در مولکول رنگ ساخته شده است، بنابراین نیازی به هیچ مرحله جداگانه ای نیست. دو نوع:

• نوع 1:1: کاربرد مشابه رنگهای اسیدی قوی. عمدتا برای پشم

• نوع ۱:۲ (همچنین رنگ‌های خنثی نامیده می‌شود): از حمام خنثی روی پشم، ابریشم و نایلون استفاده می‌شود. ثبات بیشتر، سایه های کدرتر.

7. رنگ ها را پراکنده کنید

بستر: الیاف مصنوعی، در درجه اول پلی استر.
مکانیسم: رنگ های پراکنده فاقد گروه یونیزه کننده هستند - غیر یونی و آبگریز هستند و در آب حل نمی شوند. آنها به صورت ذرات ریز آسیاب می شوند و به عنوان یک پراکندگی آبی پایدار توسط عوامل پراکنده در حمام نگهداری می شوند. مولکول های رنگ به اندازه کافی کوچک هستند و میل ترکیبی برای الیاف آبگریز به اندازه کافی زیاد است که اجازه انتشار در ساختار پلی استر محکم بسته بندی شده را می دهد و فرسودگی بالایی ایجاد می کند.

چرا دمای بالا مورد نیاز است: در دمای 120 درجه سانتیگراد و بالاتر، حرکت قطعه ای در زنجیره پلی استر، حفره های گذرا را باز می کند که مولکول های رنگ باید از آن عبور کنند. در زیر آن دما، فرسودگی آنقدر کم است که عملی نباشد.
سه گزینه فرآیند:

• رنگرزی حامل: از یک حامل (مثلاً متیل سالیسیلات) برای متورم کردن فیبر و کاهش دمای مورد نیاز استفاده کنید.

• رنگرزی HT-HP (متداول ترین): رنگ را در ظرف بسته در دمای 130 درجه سانتیگراد برای حداکثر خستگی رنگ کنید. اسید استیک و یک عامل تراز کننده معمولا برای کنترل سایه و یکنواختی اضافه می شوند.

• ترموسول (پیوسته): با پد و خشک کنید، سپس در دمای بالا بپزید تا ثابت شود.

8. رنگهای کاتیونی

بستر: اکریلیک (کلاس رنگ اصلی برای الیاف اکریلیک).
مکانیسم: الیاف اکریلیک حاوی گروه‌های اسیدی هستند که در آب یونیزه می‌شوند و محل‌های آنیونی ایجاد می‌کنند که یون‌های رنگ کاتیونی را به شدت جذب می‌کنند. هم میزان فرسودگی و هم خستگی تعادلی بالاست.
چالش اصلی: رنگ های کاتیونی مهاجرت ضعیفی روی اکریلیک دارند و فرسودگی سریع است، بنابراین ناهمواری یک خطر ثابت است مگر اینکه فرآیند به شدت کنترل شود.
فرآیند معمولی:

• کند کننده ها را اضافه کنید: اسید استیک، نمک گلوبر، سورفکتانت های کاتیونی

• PH حمام را روی 4.5 تنظیم کنید

• در دمای اتاق وارد کنید

• نرخ گرمایش را به شدت کنترل کنید (این مهمترین پارامتر است)

• مدت زمان لازم را روی جوش نگه دارید

• به آرامی خنک کنید، سپس بشویید

مقایسه در یک نگاه

درباره تیانکون

این راهنما توسط Tiankun، متخصص شیمی نساجی با نزدیک به سه دهه تجربه فرمولاسیون در زمینه پیش تصفیه، رنگرزی، چاپ، نرم کردن و تکمیل عملکرد منتشر شده است. اصول ذکر شده در بالا مرجع کاری تیم فنی پشتیبانی کننده از مشتریان کارخانه در سراسر جهان است. برای توصیه فرمولاسیون یا بحث در مورد ترکیب فیبر / رنگ / فرآیند خاص، با تیم فنی Tiankun تماس بگیرید.