رنگینه اسیدی چیست؛ ویژگی ها و مکانیسم رنگرزی انواع آن

رنگرزی الیاف پروتئینی با رنگینه های اسیدی (Acid Dyes)، یک کار چالش برانگیز است؛ زیرا نحوه تثبیت رنگ در این فرآیند متفاوت است. وقتی به این واقعیت می رسیم که آب برای الیافی مانند نایلون، مانند یک روان کننده عمل می کند؛ مشکل از این هم پیچیده تر می شود. به هر حال ما در این مقاله قصد داریم تا به صورت مختصر به رنگینه های اسیدی بپردازیم؛ پس با ما همراه باشید.

رنگینه اسیدی چیست

رنگینه های اسیدی عمدتاً نمک های اسید سولفوریک یا اسید کربوکسیلیک هستند، و برای استفاده از آنها باید از حمام اسیدی استفاده شود؛ به همین دلیل به آنها رنگینه اسیدی گفته می شود.

مکانیسم: رنگرزی اسیدی پشم

پشم براساس ساختار شیمیایی اش به صورت H₂N –W–COOH نشان داده می شود که در آن «W» به بدنه اصلی بدون واکنش ساختار پشم اشاره دارد. زمانیکه پشم در آب غوطه ور می شود؛ واکنش زیر رخ می دهد:

H₂N-W-COOH + H₂O →H₃N⁺-W-COO⁻

وقتی اسید اضافه می شود:

H₃N⁺-W-COO⁻+ CH₃COOH → H₃N⁺−CH₃COO-W-COOH

پس از اینکه رنگینه اضافه می گردد:

H₃N⁺−CH₃COO-W-COOH + R– SO3⁻⁺Na →R– SO₃⁻⁺H₃N-W-COOH + CH₃COONa

طبقه بندی رنگینه های اسیدی

رنگینه های اسیدی براساس ماهیت شیمیایی خود به انواع زیر طبقه بندی می شوند:

• منو آزو (Monoazo) و بیس آزو (Bisazo)
• نیترو
• نیتروسو (Nitroso)
• تری ‌فنیل متان (Triphenylmethane)
• زانتن (Xanthene)
• آزین (Azine)
• کینولین (Quinoline)
• کتونیمین (Ketonimine)
• آنتراکینون (Anthraquinone)
• فتالوسیانین (Phthalocyanine)

در مورد رنگینه های آزو، توجه به موارد زیر مهم است:

• در صورتیکه الیاف وزن مولکولی بالاتری داشته باشند؛ میزان رنگینه باید افزایش یابد.
• اگر تعداد گروه های سولفونات در هر مولکول رنگینه کاهش یابد؛ میزان رنگینه باید افزایش پیدا کند.

طبقه بندی رنگینه های اسیدی با توجه به ویژگی های رنگرزی

براساس ویژگی های شیوه های رنگرزی، می توان رنگینه های اسیدی را به دسته های زیر تقسیم کرد:

• رنگینه اسیدی لولینگ (Levelling acid dye)
• رنگینه اسیدی سریع (Fast acid dye)
• رنگینه اسیدی ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ (Milling acid dye)
• رنگینه اسیدی سوپر ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ (Super milling acid dye)

ویژگی های انواع رنگینه های اسیدی

پارامترها	لولینگ	سریع	ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ	سوپر ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ
اسید مورد استفاده	گوگردی	استیک	استیک یا NH4+	NH4+
پی‌هاش حمام رنگ	2-4	4-6	5-7	6-7
قابلیت انتقال	بالا	در حد متوسط	کم	بسیار پایین
ثبات رنگ در شستشو	نسبتاً مناسب	خوب	بسیار خوب	بسیار خوب
وزن مولکولی	پایین	در حد متوسط	بالا	بسیار زیاد
حلالیت رنگینه	بالا	در حد متوسط	پایین	پایین
حالت رنگینه در محلول	مولکولی	تجمعی	تجمعی	تجمعی
جذب انتخابی (پی‌هاش 6)	خیلی پایین	در حد متوسط	بالا	بالا

طبقه بندی رنگینه های اسیدی برای رنگرزی نایلون

گروه A

این گروه شامل رنگینه هایی با میل خوب در محلول های اسیدی ضعیف، خاصیت انتقال مناسب و ویژگی های تعدیلی است.

گروه B

این گروه شامل رنگینه های اسیدی با میل ترکیبی مناسب در محلول های خنثی است. هر چند نرخ رنگرزی آنها بالاتر است؛ اما میزان انتقال کمتری نسبت به گروه A دارند.

چه رنگینه ای را در چه موقعیتی باید انتخاب کرد؟

از آنجاییکه انواع مختلفی از رنگینه های اسیدی وجود دارند؛ لذا این یک سوال منطقی است. پاسخ ساده این است که انتخاب رنگینه باید براساس پیش شرط های ثبات رنگ و تعدیل صورت بگیرد.

رنگینه های اسیدی قوی، سایه رنگ های یکنواخت و یکدستی از خود برجای می گذارند (مثل رنگینه لولینگ)؛ اما ثبات رنگی آنها در برابر شستشو ضعیف است. در حالیکه رنگینه های ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ و سوپر ﻣﯿﻠﯿﻨﮓ، سایه های رنگ بادوام تری به وجود می آورند.

اگر قرار است که ثبات رنگ منسوجات پس از مرحله رنگرزی به واسطه عمل آوری با نمک های فلزی بهبود یابد؛ رنگینه هایی که دارای زمینه های کلات کننده هستند، ترجیح داده می شوند.

پارامترهای رنگرزی اسیدی

برای استفاده از انواع مختلف رنگینه ها لازم است تا از پارامترهای مختلفی استفاده شود. تمامی این پارامترها باید در سطح مطلوبی حفظ شوند تا نتیجه نهایی رنگرزی مطلوب و قابل قبول باشد. سه پارامتر در این کار بسیار مهم هستند که در ادامه به آنها می پردازیم:

1- اثر الکترولیت

الکترولیت ها در رنگرزی اسیدی به عنوان عامل تعدیلی یا تاخیری عمل می کنند. در اینجا به دلیل ماهیت الکتریکی متفاوت رنگینه و الیاف، و نرخ برداشت رنگ توسط الیاف، جذب رنگ اسیدی سریع تر صورت می گیرد. در ضمن الکترولیت ها با ایجاد پیوندهای موقت با رنگینه یا الیاف هنگام تفکیک در اثر افزایش دما، سرعت اولیه رنگرزی را کند می کنند. بنابراین الکترولیت ها مانع نایکنواختی روند رنگرزی می شوند.

2- اثر اسید

نه تنها مقدار کل رنگ جذب شده توسط الیاف به حجم اسید بستگی دارد؛ بلکه میزان تخلیه رنگ نیز به اسیدیته یا پی‌هاش حمام وابسته است.

3- اثر دما

رنگینه های اسیدی اضافه شده به حمام می توانند با جایگزین شدن آنیون آزاد شده توسط اسید، خود را به محل کاتیونی الیاف متصل کنند. این اتفاق در دمای اتاق امکان پذیر نیست و تنها زمانیکه حمام گرم می شود؛ شتاب مولکولی رنگینه باعث ایجاد جابجایی مورد نیاز می گردد.

اگر رنگرزی در دمای 40 درجه سانتیگراد شروع شود، محلول رنگ به آرامی به جوش بیاید و قسمت اعظم رنگرزی در زمان جوش انجام شود؛ نتایج رنگرزی عالی خواهد بود. رنگینه های اسیدی در حمامی که دمای آن به زیر 39 درجه سانتیگراد برسد، به الیاف منتقل نمی شوند.

رنگینه های اسیدی میلینگ برای تخلیه به حداقل دمای 60 درجه سانتیگراد نیاز دارند؛ اما رنگینه سریع در دمای 70 درجه سانتیگراد به الیاف انتقال پیدا می کند. رنگینه های سوپر میلینگ فقط در زمان جوش می توانند رنگی یکنواخت و یکدست تولید کنند.

ویژگی های رنگینه های اسیدی

1. رنگینه های اسیدی معمولاً نمک های سدیم اسیدهای سولفونیک و در مواردی هم اسیدهای کربوکسیلیک هستند؛ از این رو در محلول های آبی حالتی آنیونی دارند.
2. آنها میل جذبی به الیاف پروتئینی و پلی آمیدها دارند.
3. این رنگینه ها برای رنگرزی الیاف پشمی، ابریشمی، پلی آمید و اکریلیک اصلاح شده مناسب هستند.
4. هیچگونه تمایلی به سلولزهای پنبه ای ندارند؛ از این رو برای رنگرزی الیاف سلولزی مناسب نیستند.
5. آنها به راحتی در آب حل می شوند.
6. رنگینه های اسیدی دارای وزن مولکولی پایین در محدوده 300 تا 1000 گرم بر مول هستند.
7. آنها پیوندهای یونی و هیدروژنی با الیاف برقرار می کنند و نیروهای جاذبه واندروالسی نیز نقش مهمی در این زمینه ایفا می کنند.
8. آنیون رنگی، جز رنگی فعال این رنگینه هاست.
9. به طور کلی ثبات رنگی رنگینه های اسیدی در برابر شستشو ضعیف است؛ اما ثبات رنگی آنها در برابر نور مناسب می باشد.

چه کارهایی برای افزایش ثبات رنگینه های اسیدی در برابر شستشو می توان انجام داد؟

برای افزایش ثبات رنگ نایلون های رنگ شده با رنگینه های اسیدی، عمل آوری پارچه با دندانه های تانن (Back Tanning) انجام می گیرد. این روش عمل آوری برای لباس های شنا یا پارچه های چند رنگ لازم است. در این فرآیند یک لایه فیلم مانند روی سطح الیاف ایجاد می شود که مانع جدا شدن رنگ از الیاف می گردد. عمل آوری پارچه با دندانه های تانن به دو روش زیر انجام می گیرد:

1. عمل آوری کلی پارچه با دندانه های تانن: در اینجا عمل آوری پارچه با محلول حاوی 2% تانن و 2% اسید استیک، به مدت 20 دقیقه در دمای 70 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. وقتی تمام تانن جذب پارچه شد؛ 1% انتیمون مقی (Tartar emetic) به محلول اضافه می شود و عمل آوری پارچه به مدت 30 دقیقه دیگر ادامه پیدا می کند. 
2. عمل آوری نصفه نیمه پارچه با دندانه های تانن: چنانچه عمل آوری پارچه با Syntan انجام شود، به آن عمل آوری نصفه نیمه گفته می شود؛ زیرا در این حالت ثبات رنگ در برابر شستشو به اندازه حالت قبل افزایش نمی یابد.

مقایسه اعمال رنگینه های اسیدی بر روی پشم، نایلون و ابریشم

پشم

1. الیاف پشم حاوی تعداد زیادی از گروه های آمینو هستند. تعداد گروه های آمینو در الیاف پشمی، تقریباً 20 برابر گروه های آمینو الیاف نایلونی و پنج برابر گروه های آمینو الیاف ابریشمی است.
2. از آنجاییکه پشم ماهیتی بسیار بی شکل دارد؛ لذا به راحتی می توان سایه رنگ های تیره را روی آن پیاده کرد.

نایلون

1. ویژگی های فرآیند رنگرزی نایلون با رنگینه های اسیدی، شبیه پشم است. سایه رنگ های تولید شده روی الیاف نایلونی هم شبیه سایه رنگ های الیاف پشمی هستند؛ اما نقطه اشباع پایین تری دارند.
2. از آنجاییکه الیاف نایلونی بلوری تر از پشم هستند و حاوی تعداد کمتری از گروه های آمینه می باشند؛ لذا نمی توان سایه رنگ های تیره تری را بر روی آنها پیاده نمود.

ابریشم

1. ابریشم تمایل زیادی به رنگینه های اسیدی دارد؛ اما رنگ های آن در مقایسه با الیاف پشمی، ثبات رنگی کمتری دارند.
2. تمایل ابریشم به رنگینه های اسیدی در دمایی پایین تر از الیاف پشمی اتفاق می افتد؛ از این رو رنگرزی الیاف ابریشمی معمولاً در دمای 40 درجه سانتیگراد انجام می گیرد و حداکثر دمای محیط رنگرزی به 85 درجه سانتیگراد محدود می شود.
3. در رنگرزی ابریشم از سولفات سدیم استفاده می شود؛ زیرا درخشندگی آن را کاهش می دهد.
4. چون اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک به ابریشم آسیب می رسانند؛ پس از اسید استیک استفاده می شود.