رنگینه دیسپرس؛ طبقه بندی، ویژگی ها و مکانیسم رنگرزی آن

هدف از توسعه رنگینه های دیسپرس (Disperse Dyes)، استفاده از آنها برای رنگرزی الیاف ترموپلاستیک آبگریز (مانند استات، تری استات، نایلون، پلی استر و غیره) و سایر الیاف مصنوعی بوده است. این رنگینه ها بیشتر شامل ترکیبات آزو، آنتراکینون (Anthraquinone) یا دی فنیل آمین هستند که به مقدار ناچیزی در آب حل شده و غیر یونی می باشند.

تاریخچه ای کوتاه از رنگینه های دیسپرس

• 1922: ابداع مواد رنگی مناسب مانند رنگ های یونامین برای استات سلولزی به وسیله گرین و ساندرس.
• 1923: توسعه رنگ های S.R.A (اسید سولفو ریسینلیدیک) توسط بادیلی و شفردسون.

کاملاً مشخص است که هر دو رنگینه برای رنگرزی الیاف پلی استری مناسب هستند. اما از آنجاییکه پلی استر ساختار بسیار فشرده ای دارد؛ لذا کیفیت رنگ های مذکور پس از رنگرزی آن مناسب نیست. از این رو اصلاح و تغییر رنگینه های استات سلولزی به منظور افزایش ثبات رنگی و ویژگی های ظاهری رنگ های ایجاد شده با آنها لازم بود. در یکی از این روندهای توسعه ای از ذرات فوق العاده ریز رنگینه های نامحلول استفاده گردید که بعدها رنگینه های دیسپرس نامیده شدند و به فرم تجاری درآمدند. 

طبقه بندی رنگینه های دیسپرس

رنگینه های دیسپرس را می توان براساس موارد زیر طبقه بندی کرد:

زمینه کاربردی

• رنگینه فاقد افزودنی: برای الیاف پلی استر مناسب نیست؛ اما برای استات و نایلون ایده آل می باشد.
• رنگینه گروه A: دارای ثبات تصعیدی بسیار ضعیف (درجه 2) است. بیشتر برای رنگرزی الیاف استات و نایلون مناسب است؛ اما ممکن است برای رنگرزی الیاف پلی استر هم مورد استفاده قرار بگیرد.
• رنگینه گروه B: دارای ثبات تصعیدی متوسط (درجه 2-3) است، و برای رنگرزی استات و نایلون مناسب می باشد. از آنجاییکه سایه رنگ های خوب و یکدستی بر روی الیاف پلی استر ایجاد می کند و به خوبی «ساختارها و پیوندهای پیکربندی شده» را پوشش می دهد؛ لذا همیشه برای رنگرزی پلی استر بافت دار مورد استفاده قرار می گیرد.
• رنگینه گروه C: ثبات تصعیدی خوبی (درجه 3-4) دارد و می توان از آن در همه روش های رنگرزی پلی استر استفاده کرد؛ به عنوان مثال برای استفاده در روش های رنگرزی کریر (Carrier)، HTHP، ترماسول (Thermosol) و سایر روش هایی که به حداکثر ثبات تصعیدی نیازی نیست، مناسب است.
• رنگینه گروه D: دارای حداکثر ثبات تصعیدی (درجه 5) است. منحصراً برای رنگرزی پلی استر در تکنیک HTHP یا ترماسول مورد استفاده قرار می گیرد؛ اما کاربردی در روش کریر ندارد.

ماهیت شیمیایی

1- رنگینه های دیسپرس آزو (Azo disperse dyes)

2- رنگینه های دیسپرس آنتراکینون (Anthraquinone disperse dyes)

3- سایر گروه های رنگینه های دیسپرس:

• رنگینه های دیسپرس نیترو آریل آمینو (Nitroarylamino disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس کومارین (Coumarin disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس متین (Methine disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس نفتواستیریل (Naphthostyryl disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس کینوفتالون (Quinophthalone disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس فورمازان (Formazan disperse dyes)
• رنگینه های دیسپرس بنزودیفورانون (Benzodifuranone disperse dyes)

ویژگی های مختلف (رنگرزی پلی استر)

ویژگی های رنگینه های دیسپرس

1. رنگینه های دیسپرس موادی با وزن مولکولی پایین هستند که بیشتر از موادی مانند آزو، آنتراکینون و دیفینیل آمین مشتق می شوند.
2. آنها موادی بلورین با نقطه ذوب بالا هستند (بیشتر از 150 درجه سانتیگراد).
3. در دو فرم پودری و مایع به بازار عرضه می شوند.
4. این رنگینه ها از نظر الکتریکی خنثی هستند؛ از این رو ماهیتی غیریونی دارند. هیچ گروه حل کننده قوی مانند گروه های سولفونیک یا کربوکسیل در آنها وجود ندارد. اما ممکن است گروه های حل کننده ضعیفی مانند گروه های آروماتیک یا آلیفاتیک -NH2، -NHR و گروه های -OH در آنها وجود داشته باشد که هیچگونه میل جذبی به الیاف ندارند.
5. بسیار کم و به صورت جزئی در آب حل می شوند.
6. آنها باید با استفاده از یک عامل پراکننده کننده در آب انتشار پیدا کنند. در غیر این صورت باید یک کریر استفاده شود.
7. این رنگینه ها سطح اشباع نسبتاً بالایی در الیاف دارند (30 الی 200 میلی گرم بر گرم از الیاف).
8. این رنگینه ها به دلیل عدم وجود گروه های قابل یونیزاسیون تمایل دارند تا بدون تجزیه تصعید شوند. در نتیجه ممکن است رنگینه های دیسپرس پارچه ها هنگام اتو کردن کمرنگ گردند.
9. برخی از رنگینه های دیسپرس وقتی در یک محلول آکنده از بخارات گازی نگهداری می شوند؛ محو گردیده و از بین می روند.
10. رنگینه ها دارای کروموفورهای (رنگ بر) یکسان (که با شماره C.I. نشان داده می شوند) هستند؛ اما توسط تولید کنندگان مختلف ساخته می شوند. ممکن نیست این رنگینه ها در هنگام رنگرزی، سایه رنگ های یکسان ایجاد کنند. سایه رنگ ایجاد شده توسط آنها به عواملی چون شکل، اندازه و حجم بلورهای رنگینه، ناخالصی ها یا ایزومرهای رنگی، نوع و مقدار عوامل پراکننده کننده و مواد افزودنی استاندارد سازی روند رنگرزی بستگی دارد.

ویژگی های تثبیت رنگ رنگینه های دیسپرس

ثبات رنگی این رنگینه ها در برابر نور و شستشو هنگام اعمال آنها بر روی الیاف مصنوعی و استات غالباً متوسط تا خوب است.

ترکیبات شیمیایی رنگینه های دیسپرس

1. اکثر این رنگینه ها وزن مولکولی پایینی دارند. آنها عمدتاً جزء مشتقات مونو آزو و آنتراکینون می باشند.
2. دلیل وجود تعداد زیادی از رنگینه های دیسپرس آزو این است که تعداد الگوهای جایگزین احتمالی در یون های مختلف دی ‌آزونیم (Diazonium) و اجزای پیوندی آنها بسیار زیاد است.
3. رنگینه های دیسپرس آنتراکینون معمولاً مشتقات 1 هیدروکسی یا 1 آمینو هستند که در محدوده رنگ های روشن از قرمز تا آبی موجود می باشند.

رنگرزی پلی استر با رنگینه های دیسپرس

رنگینه های دیسپرس یکی از بهترین انواع رنگینه ها برای رنگرزی پارچه های پلی استر به شمار می آیند.

• الیاف پلی استر در دماهای 70 تا 80 درجه سانتیگراد رنگ پذیر نیستند و نرخ انتشار رنگینه های دیسپرس در الیاف پلی استر در دماهای زیر 100 درجه سانتیگراد بسیار کم است.
• روش HTHP: در این روش دمای رنگرزی باید 130 درجه سانتیگراد باشد. رنگرزی با روش HTHP مستلزم استفاده از تجهیزات خاصی است که بتوانند این شرایط دمایی را تحمل کنند.
• روش کریر (Carrier): الیاف در داخل یک حمام رنگ در حال جوش، تحت فشار اتمسفر و در حضور یک کریر رنگ می شوند. کار اصلی کریر، کاهش Tg الیاف است.
• از آنجاییکه این رنگینه ها نامحلول هستند و یا به مقدار ناچیزی در آب حل می شوند؛ لذا در هنگام رنگرزی با آنها از یک ماده پراکننده کننده آبی در حضور یک عامل پراکننده استفاده می شود.
• برای تخلیه آنها از الیاف به مقدار کمی اسیدیته نیاز است. اسیدیته با افزودن اسید استیک (pH بین 4 الی 4.5) به دست می آید.

مکانیسم رنگرزی

مکانیسم رنگرزی دیسپرس الیاف آبگریزی مانند PES شامل 5 مرحله متوالی زیر است:

1. حل شدن مولکول های سطحی ذرات رنگینه های دیسپرس و ایجاد حالت تک مولکولی در حمام آبی رنگ.
2. انتشار همرفتی مولکول های محلول رنگینه از طریق حمام رنگ توده ای به ساختار الیاف.
3. انتشار مولکول های رنگینه از طریق لایه مرزی انتشاری در سطح الیاف.
4. جذب سطحی مولکول های رنگینه روی سطح بستر.
5. انتشار مولکول های رنگینه در داخل الیاف.

شستشوی احیائی

هنگام رنگرزی الیاف PES با رنگینه های دیسپرس؛

• مولکول های رنگینه به دلیل ناچیز بودن قابلیت حلالیت در محیط های آبی، بر روی بستر الیاف رنگ شده جمع می گردند.
• از آنجاییکه ممکن است مواد کمکی هم روی سطح الیاف رنگ شده PES وجود داشته باشند؛ از این رو فرآیند شستشوی احیائی باید انجام شود.

فرآیندهای لازم برای این کار عبارتند از:

1. اعمال محلول آبی قلیایی (NaOH) هیدروسولفیت سدیم (Na₂S₂O₄).
2. استفاده از سورفکتانت غیریونی.
3. تنظیم دما در محدوده 50 تا 80 درجه سانتیگراد. 
4. شستشو و خنثی سازی الیاف با استفاده از CH₃COOH رقیق شده.

مکانیسم شستشوی احیائی

شستشوی احیائی در هنگام استفاده از رنگ های دیسپرس آزو، باعث شکستن پیوندهای آزو و ایجاد ترکیبات آمینو بی رنگ می شود.

اما در مورد آنتراکینون، رنگینه ها به فرم تقریباً بی رنگ، محلول در آب و نوع لوکو تبدیل می شوند و خاصیت جذب انتخابی آنها کاهش می یابد.