رنگینه ها و انواع مختلف آنها

برای شناخت دقیق شیوه های رنگرزی، لازم است که ابتدا با مفهوم رنگرزی و انواع رنگینه های مختلف موجود در بازار آشنا شوید. پس قبل از پرداختن به این موضوعات، ابتدا به بدیهی ترین سوال موجود در این زمینه پاسخ می دهیم:

رنگینه چیست؟

رنگینه یک ماده رنگی است که از آن برای انتقال رنگ به مواد مختلف یا تغییر رنگ استفاده می شود. رنگینه ها حاوی رنگ سازها و رنگ افزاهایی هستند که مسئول رنگ و ماهیت جذب انتخابی آنها می باشند.

انواع رنگینه ها

رنگینه ها را می توان براساس پارامترهای مختلفی طبقه بندی کرد. با این حال در این بخش آنها را از منظر چهار حالت رایج مورد بررسی قرار می دهیم:

براساس منبع	براساس ماهیت یونی	براساس گروه های رنگ ساز
1- رنگینه های طبیعی2- رنگینه های مصنوعی	1- رنگینه های یونی: رنگینه راکتیو، رنگینه اسیدی و غیره2- رنگینه های کاتیونی: رنگینه بازیک3- رنگینه های غیر یونی: رنگینه دیسپرس	1- رنگینه های آزوئیک2- رنگینه های آنتراکینون3- رنگینه های نیترو و نیتروزو4- رنگینه های تری ‌آریل ‌متان5- رنگینه های نیلی

براساس ساختار شیمیایی
رنگینه های آماده	رنگینه های یخی
1- رنگینه های محلول در آب: رنگینه راکتیو، رنگینه مستقیم، رنگینه اسیدی و غیره.2- رنگینه های نامحلول در آب: رنگینه خمی، رنگینه گوگردی و غیره.	1- رنگ های معدنی2- رنگ های آزوئیک3- رنگ های اکسیداسیون

نظریه پایه رنگرزی

در رنگرزی، رنگ به پارچه منتقل می شود تا به صورت دائمی در آن نفوذ نماید. رنگرزی در صنعت نساجی به طور کلی توسط دستگاه های مختلفی انجام می شود و مراحل گوناگونی دارد. با این حال در خصوص نظریه پایه رنگرزی باید به این مسئله اشاره شود که تعامل بین رنگینه ها و مواد منسوج حاوی مواد کمکی رنگرزی مختلف، شامل سه مرحله اصلی زیر است:

1. انتقال رنگینه از محلول به سطح الیاف که می توان آن را جذب سطحی نامید.
2. انتشار رنگ از سطح الیاف به داخل آنها که می توان به آن جذب گفت.
3. تثبیت رنگ به واسطه تشکیل انواع مختلف پیوندها و یا گیر افتادن رنگینه مابین منافذ الیاف.

نمایی ساده از مولکول های رنگینه، مولکول های آب و پارچه ها در داخل حمام رنگ.

روش های مختلفی برای رنگرزی منسوجات وجود دارند که عبارتند از:

1. رنگرزی مستقیم
2. رنگرزی نخ
3. رنگرزی لباس
4. رنگرزی استوک (رنگرزی الیاف بعد از شستشو و قبل از نخ ریسی)
5. رنگرزی دسته ای الیاف
6. رنگرزی توپ پارچه
7. رنگرزی پلیمری

رنگینه های مختلف و ویژگی های آنها

حال قصد داریم در مورد رنگینه های مختلف و مکانیسم های اصلی رنگرزی آنها صحبت کنیم.

رنگینه های مستقیم

این رنگینه ها را می توان به صورت مستقیم روی الیاف اعمال کرد؛ زیرا دارای میل ترکیبی قوی هستند و به همین دلیل به آنها رنگینه های مستقیم (Direct Dyes) گفته می شود. این رنگینه ها عمدتاً نمک های سدیم اسید سولفونیک یا کربوکسیک اسید هستند و گروه رنگ سازهای آنها آزوئیک است. در ضمن به آنها رنگینه های اصلی نیز گفته می شود.

ویژگی های رنگینه های مستقیم

1. محلول در آب بوده و آنیونی هستند.
2. روند رنگرزی با آنها نیازمند وجود الکترولیت ها و شرایط قلیایی است.
3. به طور کلی الیاف سلولزی را رنگ می کنند؛ اما می توان از آنها برای رنگرزی الیاف پروتئینی نیز استفاده کرد.
4. ویژگی های تثبیت رنگ آنها در حد متوسط است؛ اما عمدتاً در حالت مرطوب در این مورد ضعیف عمل می کنند. برای اینکه تثبیت رنگ آنها بهبود یابد؛ باید پارچه ها پس از رنگرزی با این رنگینه ها عمل آوری شوند.
5. آنها در خلال پیوندهای هیدروژنی ضعیف و نیروهای جاذبه واندروالسی، به الیاف متصل می شوند.
6. در مقایسه با سایر رنگینه ها ارزان تر هستند.

مکانیسم پایه رنگینه های مستقیم

رنگرزی الیاف با این رنگینه ها شامل سه مرحله جذب سطحی، انتشار و انتقال است. سطح الیاف سلولزی در آب آنیونی می شود. از آنجاییکه رنگینه نیز آنیونی است؛ لذا خنثی سازی سطح الیاف به منظور حذف الکترولیت دافعه لازم است.

به دلیل متورم شدن الیاف سلولزی در آب، منافذ ناحیه بی شکل الیاف باز می شوند و سپس رنگ ها در داخل این منافذ انتشار می یابند. در این صورت رنگینه ها با تشکیل پیوندهای H ضعیف و به واسطه وجود نیروهای واندروالسی، در داخل الیاف تثبیت می گردند. از این رو این رنگینه ها به اندازه کافی تثبیت نمی شوند.

موارد کاربرد رنگینه های مستقیم

پنبه و ویسکوز

رنگینه های راکتیو

رنگینه های راکتیو (Reactive Dyes)، گروه های واکنشی حاوی هالوژن را در ساختار خود دارند و با ایجاد پیوندهای کووالانسی به جزء لاینفکی از ساختار الیاف تبدیل می شوند. از این رنگینه ها بیشتر برای رنگرزی پارچه های پنبه ای استفاده می گردد.

ویژگی های رنگینه های راکتیو

1. این رنگینه ها محلول در آب و آنیونی هستند.
2. در هنگام شستشو عملکرد مناسبی دارند، و حاوی ثبات رنگی ضعیف و ثبات مالشی مناسبی نیز هستند.
3. با پیوند کووالانسی در الیاف تثبیت می شوند.
4. در شکل های پودری، مایع و خمیری موجود هستند.
5. روند رنگرزی با این الیاف نیازمند شرایط قلیایی و استفاده از الکترولیت هاست.

مکانیسم پایه رنگینه های راکتیو

مکانیسم اصلی رنگینه های راکتیو دارای سه مرحله زیر است:

1. تخلیه: با کمک الکترولیت ها.
2. تثبیت: با بهره گیری از مواد قلیایی.
3. آبرفتگی: با کمک یک عامل صابونی.

این رنگینه ها به طور کلی در خلال دو واکنش زیر با سلولزها واکنش ایجاد می کنند:

واکنش جانشینی نوکلئوفیلی (هسته دوستی)

Cell-OH + HO^– ⇒ Cell-O– + H₂O

Cell-O^– + Dye-Cl ⇒ Cell-O-Dye + Cl^–

واکنش اضافی نوکلئوفیلی

Cell-O^– + Dye-SO₂-CH=CH₂ ⇒ Dye-SO₂-CH=CH₂-O-Cell

موارد کاربرد رنگینه های راکتیو

عمدتاً الیاف پنبه ای، اما می توانند الیاف پروتئینی و پلی آمید را نیز رنگ کنند. 

رنگینه های اسیدی

برای استفاده از رنگینه های اسیدی (Acid Dyes) باید از حمام اسیدی استفاده کرد. آنها عمدتاً حاوی نمکهای کربوکسیلیک یا اسید سولفوریک هستند. از این رنگینه ها معمولاً برای رنگرزی الیاف پروتئینی استفاده می شود.

ویژگی های رنگینه های اسیدی

1. به خوبی در آب حل شده و آنیونی می باشند.
2. در هنگام رنگرزی الیاف پلی آمید و پروتئینی، مکانیسم جذب انتخابی آنها اهمیت زیادی دارد.
3. هر چند آنها عمدتاً پیوندهای یونی ایجاد می کنند؛ اما پیوندهای واندروالسی و H نیز در این میان سهیم هستند.
4. جزء رنگی فعال آنها در اصل آنیون های رنگی است.
5. هر چند ثبات رنگ ضعیفی در هنگام شستشو از خود نشان می دهند؛ اما ثبات رنگ آنها در برابر نور عالی است.
6. استفاده از آنها مستلزم اسیدی بودن محیط است.

مکانیسم پایه رنگینه های اسیدی

این رنگینه ها در قالب واکنش زیر الیاف پشمی را رنگ می کنند:

H₂N—W—COOH

تحت شرایط خاصی در آب به صورت زیر واکنش نشان می دهند:

H₂N—W—COOH ⇒ H₃N(⁺)—W—COO(^–)

وقتی اسید اضافه می شود:

HCl ⇒ H⁺ + Cl^–

H₃N+—W—COO– +H⁺ + Cl^– ⇒ Cl^–+H₃N—W—COOH

پس از افزودن رنگینه به پشم، واکنش زیر اتفاق می افتد:

H₃N+−Cl—W—COOH + R– SO₃−+Na ⇒R– SO₃−⁺H₃N—W—COOH + NaCl

پشم در محیط اسیدی + رنگینه اسیدی ← پشم رنگ شده + نمک

موارد کاربرد رنگینه های اسیدی

عمدتاً نایلون، ابریشم و پشم.

رنگینه های بازیک

رنگینه های بازیک (Basic Dyes) عمدتاً نمک های باز آلی هستند. در این رنگینه ها قسمت کاتیونی ساختار رنگینه، مسئول تولید رنگ است.

ویژگی های رنگینه های بازیک

1. آنها رنگینه های کاتیونی هستند.
2. محلول در الکل بوده و دارای ماهیتی متیل دار شده هستند؛ اما به راحتی در آب حل نمی شوند.
3. آنها سایه رنگ های عالی خلق می کنند؛ اما از نظر سطح بندی در درجات پایین قرار می گیرند.
4. معمولاً از آنها برای رنگرزی الیاف جوت و اکریلیک استفاده می شود.
5. ثبات رنگی آنها از متوسط تا خوب درجه بندی می گردد.

مکانیسم پایه رنگینه های بازیک

رنگرزی الیاف اکریلیک با این رنگینه ها در شرایط ضعیف اسیدی انجام می گیرد که در آن برای رنگرزی الیاف از اسید اسیدی و استات سدیم به همراه عوامل مرطوب کننده، پراکنده کننده و عوامل تفکیکی استفاده می شود. برای اینکه روند رنگرزی یکنواخت باشد؛ دما و pH محیط باید به صورت دقیق تنظیم و حفظ شوند.

در اینجا جذب اولیه رنگینه بسیار زیاد است؛ از این رو باید از عامل تاخیری استفاده شود. در حالت کلی رنگرزی با این رنگینه ها در دمای 98 درجه سانتیگراد صورت می گیرد، و بعد از رنگرزی دمای محیط باید کم کم کاهش پیدا کند تا پارچه ها چروک نشوند. در نهایت پارچه ها باید پس از رنگرزی با یک شوینده غیر یونی، اسید استیک و یک عامل نرم کننده عمل آوری شوند.

موارد کاربرد رنگینه های بازیک

الیاف جوت و اکریلیک.

رنگینه های خمی

ساختار این رنگینه ها عمدتاً از یک گروه کتو تشکیل شده، و با احیاء و تشکیل نمک رنگینه خمی در آب حل می گردند. روند استفاده از رنگینه های خمی (Vat Dyes) کاملاً مشابه رنگینه های گوگردی است. معمولاً از آنها برای رنگرزی پارچه های جین یا دنیم استفاده می شود.

ویژگی های رنگینه های خمی

1. آنها جزء مواد رنگرزی طبیعی هستند و در آب حل نمی شوند.
2. برای تبدیل آنها به فرم محلول در آب، به احیاء و تشکیل نمک رنگینه خمی نیاز است و این فرآیند نیازمند شرایط قلیایی است.
3. این رنگینه ها می توانند طیف گسترده ای از رنگ ها و سایه رنگ های درخشان تولید کنند.
4. آنها به جز ثبات رنگی عالی، ثبات مالشی بسیار مناسبی نیز از خود نشان می دهند.
5. این رنگینه ها به صورت پودری و خمیری یافت می شوند.
6. بسیار گران هستند و کاربرد آنها نیز محدود است.

مکانیسم پایه رنگینه های خمی

رنگرزی با این رنگینه ها شامل چهار مرحله اصلی زیر است:

1. احیاء و تشکیل نمک رنگینه خمی: در این مرحله رنگینه های نامحلول با احیاء به فرم بی رنگ و محلول رنگینه های خمی تبدیل می شوند.
2. انتشار: رنگینه های خمی بی رنگ و محلول به الیاف سلولزی وارد می گردند.
3. اکسیداسیون: رنگینه های محلول دوباره به فرم نامحلول تبدیل می شوند.
4. شستشو با آب: رنگینه های تثبیت نشده از سطح الیاف برداشته می شوند.

موارد کاربرد رنگینه های خمی

الیاف پنبه ای.

رنگینه های گوگردی

رنگینه های گوگردی (Sulfur Dyes) کاملاً شبیه رنگینه های خمی هستند. معمولاً از آنها برای تولید سایه رنگ های سیاه و قهوه ای در پارچه های پنبه ای استفاده می شود، و ساختارشان متشکل از پیوندهای دی سولفید است.

ویژگی های رنگینه های گوگردی

1. این رنگینه ها نامحلول در آب هستند و برای حل کردن آنها باید از عوامل احیائی استفاده شود.
2. در شرایط قلیائی مورد استفاده قرار می گیرند و اکسیداسیون برای تولید رنگ توسط آنها لازم است.
3. الکترولیت ها می توانند باعث بهبود روند تخلیه رنگ شوند.
4. ثبات رنگی آنها در سطح متوسطی قرار دارد.
5. طیف سایه رنگ های تولیدی توسط آنها محدود است و عموماً سایه رنگ های تیره و مات تولید می کنند.
6. این رنگینه ها ارزان هستند.

مکانیسم پایه رنگینه های گوگردی

رنگرزی پارچه با رنگینه های گوگردی، مستلزم طی مراحل زیر است:

1- حل کردن رنگدانه ها

2- احیای رنگینه به ترکیبات لوکوی رنگینه خمی

3- رنگرزی با رنگینه های احیاء شده

4- آبکشی رنگدانه های تخلیه نشده

5- اکسیداسیون بازگشتی به رنگینه های والد.

6- عمل آوری پس از رنگرزی

7- عمل آوری تثبیت رنگ

مکانیسم اعمال رنگینه های گوگردی بر روی الیاف سلولزی

موارد کاربرد رنگینه های گوگردی

الیاف پنبه ای و ویسکوز.

رنگینه های دیسپرس

رنگینه های دیسپرس (Disperse Dyes) تا اندازه ای محلول در آب هستند و از آنها برای رنگرزی الیاف ترموپلاستیک آبگریز استفاده می شود. این رنگینه های مختص پارچه های مصنوعی، عمدتاً جایگزین اجزای آزو، آنتراکینون (Anthraquinone) یا دی فنیل آمین (Diphenylamine) می شوند.

ویژگی های رنگینه های دیسپرس

1. وزن مولکولی پایینی دارند، غیر یونی هستند و به میزان کمی در آب حل می شوند.
2. برای اینکه در آب پخش شوند، به عامل پراکنده کننده نیاز دارند.
3. بدون نیاز به تجزیه، تصعید می شوند و بخارات گازی آنها محو می گردد.
4. به شکل های پودری و مایع در دسترس هستند.
5. این رنگینه ها فاقد گروه های حل کننده قوی در ساختار خود هستند.
6. آنها هیچ گونه تمایلی نسبت به الیاف ندارند.
7. از نظر فیزیکی در داخل منافذ پلی استرها به دام می افتند.

مکانیسم پایه رنگینه های دیسپرس

رنگرزی الیاف ساخته دست بشر (MMF) با رنگینه های دیسپرس، مستلزم طی مراحل زیر است:

1. حل یا پراکنده شدن مولکول های رنگینه در آب.
2. جذب سطحی.
3. انتشار مولکول های رنگینه در داخل الیاف.

موارد کاربرد رنگینه های دیسپرس

الیاف استات، تری استات، نایلون، پلی استر و اکریلیک.

رنگینه های آزوئیک

آنها عمدتاً جزء ترکیبات رنگی نامحلول در آب مونو یا بیس آزو هستند. رنگینه های آزوئیک (Azoic Dyes) برای تولید رنگ، به ترکیبات همبند نیاز دارند. جالب این است که این رنگینه ها مانند رنگینه های دیگر آماده مصرف نیستند.

ویژگی های رنگینه های آزوئیک

1. ساختار آنها متشکل از گروه های آزو نامحلول است و محلول در آب نیستند.
2. برای رنگرزی الیاف با این رنگینه ها، به دو حمام پیش رونده و اشباع نیاز است.
3. آنها سایه رنگ های سیر و روشن نارنجی، قرمز و ارغوانی تولید می کنند.
4. ثبات رنگی مناسبی در برابر شستشو و نور از خود نشان می دهند.
5. رنگ واقعی آنها بستگی به دی ‌آزونیم (Diazonium) و ترکیبات همبند دارد.
6. این رنگینه ها ارزان هستند.

مکانیسم پایه رنگینه های آزوئیک

این رنگینه ها به دو ترکیب اصلی زیر نیاز دارند:

1. ترکیبات همبند (نفتول).
2. نمک دی ‌آزونیم.

رنگرزی الیاف با این رنگینه ها نیازمند طی مراحل زیر است:

1. نفتالاسیون (Naphtholation): نفتول نامحلول توسط یک ماده قلیایی در آب حل می شود.
2. دی آزوتیزاسیون (Diazotization): نیترات سدیم با یک ماده پایه حاوی یک گروه آمینه که کلرید دی ‌آزونیم پایه را تولید می کند، واکنش نشان می دهد.
3. تشکیل جفت پیوندی (همبند): مواد آغشته به محلول نفتول به حمام دی ‌آزونیم اضافه می شوند تا رنگ تولید شود.

موارد کاربرد رنگینه های آزوئیک

الیاف پنبه ای، نایلونی و پلی استری.

رنگینه های دندانه ای

هیچگونه تمایلی نسبت به مواد منسوج ندارند. در رنگینه های دندانه ای (Mordant Dyes)، مواد شیمیایی پیوند دهنده که به آنها دندانه گفته می شود، به الیاف متصل می گردند. در ضمن آنها رنگینه های کرومی نیز نامیده می شوند؛ زیرا عمدتاً متشکل از کروم های غیر آلی هستند.

ویژگی های رنگینه های دندانه ای

1. نسبت به مواد منسوج هیچگونه تمایلی ندارند.
2. آنها می توانند سایه رنگ های تیره را تولید کنند.
3. ثبات رنگ و ویژگی های سطح بندی آنها مناسب است.
4. پیوندهای قوی یونی با الیاف برقرار می کنند.
5. عمدتاً یک یون فلزی در ساختار آنها وجود دارد.
6. در آب سرد حل می شوند.

مکانیسم پایه رنگینه های دندانه ای

هنگامی که دی کرومات پتاسیم در حضور H₂SO₄ به محلول رنگینه دندانه ای اسیدی اضافه می شود، یون های کروم یک ترکیب پیچیده با رنگینه ها ایجاد می کنند. این ترکیب پیچیده در آب حل نمی شود و در الیاف رسوب می کند.

سه مرحله این فرآیند عبارتند از:

1. فرآیند پیش دندانه ای معروف به کروم.
2. فرآیند متا دندانه ای مشهور به متاکروم (Metachrome).
3. فرآیند پسا دندانه ای معروف به پسا کروم (Afterchrome).

موارد کاربرد رنگینه های دندانه ای

الیاف طبیعی پروتئینی، نایلونی و مد اکریلیک.

خلاصه ای از تمام ویژگی ها و موارد استفاده رنگینه ها

حال قبل از اتمام این مقاله، قصد داریم مهمترین ویژگی های این رنگینه ها را خلاصه کنیم:

رنگینه های قابل حل

انواع رنگینه ها	ماهیت یونی	pH رنگرزی (شرایط کار)	واسطه های تثبیت	گروه حل کننده / واکنشی	موارد استفاده از رنگینه ها
مستقیم (بنیادی)	آنیونی	خنثی	پیوندهای H و نیروهای واندروالسی (پیوندهای فیزیکی)	سولفونات سدیم (NaSO3–)، گروه کربوکسیلیک	الیاف سلولزی و پروتئینی (به ویژه پشم)
اسیدی	آنیونی	اسیدی	پیوند نمکی	سولفونات سدیم (NaSO3–)، گروه کربوکسیلیک	الیاف پروتئینی (پشم، ابریشم، نایلون و غیره)
بازیک	کاتیونی	اسیدی	پیوند نمکی	گروه آمینو	اکریلیک و مد اکریلیک
راکتیو	آنیونی	قلیایی	پیوند کووالانسی	سولفونات سدیم (NaSO3–)	اغلب الیاف سلولزی، پشمی و ابریشمی

رنگینه های غیر قابل حل

خمی	آنیونی	قلیایی	به دام انداختن مکانیکی	گروه کربونیل	الیاف سلولزی
گوگردی	آنیونی	قلیایی	به دام انداختن مکانیکی	پیوند گوگردی	الیاف سلولزی
دیسپرس	غیر یونی	اسیدی	به دام انداختن مکانیکی	N/A (ممکن است حاوی گروه های حل کننده ضعیف مانند -NH2، –NHR و -OH باشد)	الیاف پلی استری، نایلونی، سلولز استات و سلولز تری استات

سوالات متداول در مورد رنگینه ها

1- کدام نوع رنگینه ها بیشترین ثبات را در هنگام شستشو دارند؟

ثبات رنگ به جنس مواد بستگی دارد. به عنوان مثال هم رنگینه های راکتیو و هم رنگینه های خمی بر روی الیاف پنبه ای و سایر الیاف سلولزی، ثبات رنگ مناسبی در هنگام شستشو از خود نشان می دهند. اما روش های رنگرزی آنها بسیار متفاوت است.

2- مناسب ترین نوع رنگینه برای رنگرزی الیاف پنبه ای کدام است؟

رنگینه های راکتیو، مناسب ترین نوع رنگینه برای رنگرزی الیاف پنبه ای هستند. آنها ضمن اینکه طیف گسترده ای از سایه رنگ ها را ارائه می دهند، ثبات رنگی مناسبی در هنگام شستشو نیز دارند و ارزان قیمت می باشند.

3- مناسب ترین نوع رنگینه برای رنگرزی الیاف پلی استری کدام است؟

مناسب ترین نوع رنگینه برای رنگرزی الیاف پلی استری، رنگینه های دیسپرس هستند. با این حال آنها نیاز به دمای رنگرزی بالایی دارند.