đề tài tiểu luận thuốc nhuộm hoàn nguyên

Mặt khác, lợidụng tính chất này người ta kéo căng sợi để sợi bóng và đẹp - Chất oxi hoá: Andehyd, xeton…với nồng độ đậm đặc hoặc ở nhiệt độ cao thì cellulose sẽ bị oxihoá tạo thành oxit

Đại học Quốc Gia Tp HCM

Trường Đại học Bách Khoa.

Khoa Kỹ Thuật Hóa Học.

Bộ môn Hữu Cơ.

MỤC LỤC.

CHƯƠNG 1- VẬT LIỆU DỆT 3

I.1 Giới thiệu về vật liệu dêt: 3

I.2 Phân loại: 3

I.3 Cấu trúc: 3

I.3.1 Xơ sợi thiên nhiên (xơ cellulose): 4

I.3.2 Xơ sợi viscose: 5

CHƯƠNG 2- GIỚI THIỆU TN HOÀN NGUYÊN 7

II.1 Khái quát về thuốc nhuộm hoàn nguyên: 7

II.2 Lịch sử: 7

II.3 Phân loại: 7

1 Thuốc nhuộm hoàn nguyên indigoit 8

a Indigo thực vật: 8

b Indigo tổng hợp và dẫn xuất của nó 8

2 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng 9

a Thuốc nhuộm là dẫn xuất của axylaminoantraquinon 9

b Thuốc nhuộm là dẫn xuất của antrimit (antraquinonimin) (anthrimides) 9

c Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của indatron (indanthrones) 9

d Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của antantron 10

e Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của bezantron 10

f Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của antraquinonacrydon 10

g Thuốc nhuộm hoàn nguyên flavanthronones 11

h Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của pyranthrones 11

i Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của carbazoles 11

3.Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan 11

4.Thuốc nhuộm hoàn nguyên lưu hóa: 12

II 4 So sánh thuốc nhuộm hoàn nguyên và các thuốc nhuộm khác: 13

CHƯƠNG 3-CƠ CHẾ-ĐỘNG HỌC QT NHUỘM 14

III.1 Động học quá trình nhuộm: 14

III.2 Cơ chế tương tác với xơ: 14

CHƯƠNG 4-CÁC PP NHUỘM 16

IV.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nhuộm: 16

IV.1.1 Quá trình ô xi hóa: 16

IV.1.2 Quá trình khử: 16

IV.1.3 Sự thấm hút thuốc nhuộm: 17

IV.2 Các phương pháp nhuộm: 17

IV.2.1 Phân loại theo pp thực hiện: 17

IV.2.2 Các pp phân loại khác: 18

CHƯƠNG 5- CHẤT TRỢ NHUỘM-QT XỬ LÝ SAU NHUỘM 21

V.1 Chất trợ nhuộm: 21

V.1.1 Tác dụng: 21

V.1.2 Phân loại:việc phân loại dựa trên công dụng trực tiếp của nó lên sản phẩm nhuộm hoàn tất 21

V.2 Quá trình xử lý sau nhuộm: 23

V.3.1 Mục đích: 23

V.3.2 Xử lý cơ học: 23

V.3.3 Xử lý hóa học: 24

CHƯƠNG 1- VẬT LIỆU DỆT.

I.1 Giới thiệu về vật liệu dêt:

Vật liệu dệt là nguyên liệu để sản xuất ra vải, hiện nay vât liệu dệt ngày càng phong phú đa dạng nhằm đáp ứng những đòi hỏi khác nhau về tính chất của các loại vải, cũng như phạm vi ứng dụng của vải

I.2 Phân loại:

Nguyên liệu dệt của công nghiệp dệt hiện nay rất phong phú và đa dạng Tùy theo nguồn gốccuả các sợi xơ mà người ta chia chúng thành hai loại sau:

+ Xơ thiên nhiên

Các loại xơ

Từ sản phẩm của quá trình chưng cất

Từ hạt thân cây

đay, lanh, bông…

Từ lông cừu, lông dê…

I.3.1 Xơ sợi thiên nhiên (xơ cellulose):

-Cellulose là thành phần chính trong tế bào thực vật trong gỗ cellulose chiếm 50-55%, trong bôngchiếm 94 - 96 %, trong đay chiếm 70 -75%

I.3.1.1 Đặc điểm cấu tạo:

(C6H10O5)n hay [(C6H7O2(OH)3]n với n là độ trùng hợp

O

OH H

CH2OH

OH H

-Cellulose có cấu trúc vô định hình nằm xen lẫn cấu trúc tinh thể và chính những phần cấu trúc vôđịnh hình làm cho sợi cellulose có khả năng hấp thụ cao hơn

I.3.1.2 Tính chất cơ lý:

-Khối lượng riêng: 1,52-1,56 (g/cm3)

-Độ ẩm cân bằng: 77-79 %

-Độ bền đứt: 20-30 (g/tex)

-Độ giãn khô và ướt: 6-10%

-Tính dẫn điện: Do có nhóm -OH phân cực nên truyền dẫn điện tích kết quả là không sinh điện tích,thoáng khí, hút ẩm

-Vật liệu cellulose rất dễ bị nhăn

I.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng:

- Nhiệt độ: Độ bền giảm nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiệt độ tác động Khi tăng nhiệt độ lên 1800Cmạch cellulose bị phá hủy, các liên kết glucoxit bị đứt Khi nhiệt độ lớn hơn 2700C thì sợi bị phá hủyhoàn toàn

- Ánh sáng: Dưới tác dụng của ánh sáng có tia tử ngoại và oxi không khí cho nên hiện tượng lão hoáxảy ra do cellulose bị oxi hoá nên các tính chất cơ lý bị giảm

- Nước: Cellulose có độ hút ẩm cao do phân tử có chứa nhiều nhóm -OH chiều ngang tăng 22 - 34%,chiều dài tăng 1 - 2%, việc tăng chiều diện tích ngang và dài không đồng đều sẽ dẫn đến hiện tượnglệch phương của sợi, do đó trong môi trường nước sẽ gây ra hiện tượng nhăn bề mặt vải

- Trong môi trường dung môi hữu cơ: Cellulose không hoà tan trong môi trường rượu, bezen,xeton…Nhưng trong dung dịch amoniac đồng thì celulose tan hoàn toàn

Cu NH3 OH

m 2 + n-m NH3

Cellulose đặc biệt kém bền dưới tác dụng của các acid vô cơ như H2SO4, HCl, HNO3…Nồng

độ và nhiệt độ càng cao thì tốc độ thủy phân càng cao

- Kiềm: cellulose bền dưới tác dụng của kiềm ở nồng độ thấp Tuy nhiên ở nồng độ kiềm 7% và cómặt oxi không khí ở nhiệt độ cao celulose bị phân hủy Ở nồng độ kiềm đậm đặc, ở nhiệt độ thíchhợp celulose sẽ ngậm kiềm dẫn đến sợi mềm mại và dễ ngấm dung dịch thuốc nhuộm Mặt khác, lợidụng tính chất này người ta kéo căng sợi để sợi bóng và đẹp

- Chất oxi hoá: Andehyd, xeton…với nồng độ đậm đặc hoặc ở nhiệt độ cao thì cellulose sẽ bị oxihoá tạo thành oxit cellulose dẫn đến cấu trúc sợi giảm độ bền và độ đều màu trong quá trình nhuộm

- Môi trường chất khử: cellulose bền dưới tác dụng chất khử

- Vi sinh vật: Khi độ ẩm của vải vượt quá mức cho phép thì một số vi sinh vật thâm nhập và pháttriển, chúng phá hủy cấu trúc sợi nhờ men của chúng, nếu để lâu xơ sợi bị phá hủy thành đườnggluco và lâu hơn thành CO2, CH4

I.3.2 Xơ sợi viscose:

I.3.2.1 Sản Xuất:

Xơ- sợi viscose được sản xuất theo phương pháp kéo ướt

Nguyên liệu chính để sản xuất xơ sợi viscose có thể là gỗ có hàm lượng anpha xenllulokhông dưới 90%; các loại xơ bông hoặc vải phế liệu, được tạo thành những tấm mỏng có diện tíchkhoảng 2 feet vuông rồi ngâm vào dung dịch kiềm alkali 18%, thời gian 60 phút, nhiệt độ 70oF chođến khi xenllulo chuyển hóa thành soda cenllulose (còn gọi là ankali cenllulose)

Bột alkali nhão này được tạo thành những mảnh nhỏ, vò nát, chưng hấp trong thời gian thíchhợp, sau đó được xử lý với carbon disunfide (CS2) Quá trình này làm biến đổi màu của bột ankalinhão từ trắng sang màu cam sáng được gọi là quá trình xanthan hóa (sodium cellulose xanthan)

Tiếp tục hòa tan trong dung dịch sodium hydroxide loãng để trở thành dung dịch màu vàngnghệ, rồi lại được chưng hấp ở nhiệt độ 85oF, thời gian 40-80 giờ để đạt độ nhớt thích hợp cho quátrình kéo sợi

Dung dịch nhớt này được đưa vào các bồn chứa có nhiệt độ 40-45oC và được ép qua các lỗđịnh hình đi vào bể dung dịch gồm có acid sunfuric loãng (9-12%), sodium sunfat (17-20%) và

C6H7O2 OH 3

n+ HNO3 C6H7O2 ONO2 OH n +2nH2O

filament này sẽ được cho qua nước sôi để loại bỏ các màu dư, các chất rắn bẩn còn bám trên sợi,đồng thời kéo giản, nhằm ổn định cấu trúc và tăng độ bền của sợi.

Số lỗ trên ống định hình có thể đạt đến 5000 lỗ, vận tốc kéo sợi từ 50-150 m/phút Sợiviscose thông thường có màu sáng bóng, để làm giảm độ bóng này người ta dùng titanium dioxide(TiO2) thêm vào trong dung dịch trước khi kéo sợi

Để tạo nên sợi viscose có màu (solution – dyed viscose) trong quá trình sản xuất người tathêm phẩm nhuộm pigment vào trong dung dịch trước khi kéo sợi, phương pháp này làm cho sợi có

độ bền màu cao hơn

Xơ viscose cắt ngắn được pha với PES, bông, len để tăng tính hút ẩm, tính vệ sinh, vẻ đẹp

và giảm giá thành của vải thành phẩm

I.3.2.2 Tính chất cơ lý:

I.3.2.3 Ưu nhược điểm:

* Ưu điểm: hệ số trùng hợp tốt hơn nhiều so với xơ bông, phản ứng với các nhân hóa học như acid,

kiềm, chất oxi hóa kém hơn xơ bông

* Nhược điểm: +Không bền với các acid vô vơ loãng hay đậm đặc

+ Không bền với kiềm loãng ở nhiệt độ cao và có mặt oxi không khí

+Kém bền với thời tiết (mất bền hoàn toàn sau 20 tuần),

+Không bền với vi khuẩn, không dẻo nhiệt (giữ được các tính chất cơ lý đến 120oC).+ Giảm bền khi ướt

Cường lực tương đối(cN/tex)

CHƯƠNG 2- GIỚI THIỆU TN HOÀN NGUYÊN.

II.1 Khái quát về thuốc nhuộm hoàn nguyên:

Thuốc nhuộm hoàn nguyên là những hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước Chúng cótính chất chung là đều chứa nhóm xeton trong phân tử Công thức tổng quát:

Khi bị khử dạng không tan tan này sẽ chuyển về dạng leuco acid, dạng này không tan trongnước được nhưng tan trong kiềm và chuyển về dạng leuco bazo Dạng leuco bazo hòa tan trongnước, do có ái lực lớn nên sẽ bắt màu mạnh với xơ xenlulo Mặt khác nó lại dễ bị thủy phân thànhdạng leuco acid khi rửa bớt kiềm và dễ bị oxi hóa bởi oxi không khí về dạng không tan nguyên thủyban đầu

Toàn bộ quá trình này được miêu tả như sau:

Do đặc điểm quá trình nhuộm như trên mà lớp thuốc nhuộm này có tên gọi là thuốc nhuộm hoànnguyên

II.2 Lịch sử:

Từ nhiều thế kỷ trước đây loài người đã biết dùng indigo thực vật từ lá cây chàm và một số câythuộc họ này để nhuộm màu xanh lam sẫm.Thế kỷ thứ XII ở Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônexia vànhiều đảo khác trong vùng nhiệt đới đã có những đồn điền trồng nhiều cây chàm Trong suốt thế kỷXIX nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất indigo đều từ thực vật

Năm 1901 René Bohn đã tổng hợp được một dạng thuốc nhuộm tương tự indigo từ aminoanthraquinon, và ông được coi như người khám phá ra dòng thuốc nhuộm này Baeyer, saunhững giải thích về cấu trúc 1883 phát triển quy trình tổng hợp ra indigo, và cũng đã cho ra đờiindanthrone (có 200 loại sử dụng trong thương mại cho dải màu từ vàng tới đen) Đến năm 1940 hầuhết các thuốc nhuộm hoàn nguyên quan trọng đã được tổng hợp, bổ sung hoàn thiện các phân nhómcủa lớp thuốc nhuộm này

Trước những năm 70 của thế kỷ này thuốc nhuộm hoàn nguyên chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng

số thuốc nhuộm tổng hợp sản xuất trên thế giới (đến 23%) nhưng hiện nay nó chỉ chiếm khoảng17% vì giá thành khá cao và công nghệ nhuộm phức tạp Đến nay, việc sản xuất có chững lại, xu thếchung là tìm cách biến tính và phối chế những màu có chất lượng cao nhưng dễ sử dụng

II.3 Phân loại:

Theo ái lực với xơ sợi và lượng kiềm cần dùng cho quá trình nhuộm gián đoạn:

Thuốc nhuộm hoàn nguyên được phân thành: IK, IW, IN (I = indanthrene, K = cold = lạnh, W =warm, N = normal

Theo cấu tạo hóa học thuốc nhuộm hoàn nguyên được chia thành 2 nhóm:

1 Thuốc nhuộm indigoit

b. Dẫn xuất của indigo

2 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

Ngoài ra bên cạnh dạng không hòa tan còn sản xuất thêm dạng hòa tan để dễ dàng cho quátrình nhuộm

1 Thuốc nhuộm hoàn nguyên indigoit

a Indigo thực vật:

Quá trình tách từ thực vật: Thành phần chủ yếu của chất màu trong các cây họ chàm là Indican, nó là dẫn xuất glucozit của indoxin Để tách indigo ra từ thân và lá chàm người ta thường dùng phương pháp vi sinh dưới hình thức ủ cho lên men Khi ủ, dưới tác dụng của men, indican sẽ

bị thủy phân để tạo thành indoxin và glucoza Dưới tác dụng của oxi không khí, indoxin sẽ chuyển thành inidgo:

N CH C

O C6H11O5

H 2 O

N CH C OH

C 6 H 12 O 6

N

CH C

OH

+2O -2 H20

N C C

O

H C C OIndigo có hai dạng đồng phân như sau:

NH C

Tính chất của indigo: Indigo là loại hợp chất hóa học có màu xanh sẫm, không tan trongnước, rượu benzen và ete Khó tan trong axeton và acid acetic, nhưng tan được trong phenol,nitrobenzen và anilin ở nhiệt độ sôi Ở 290 oC indigo bắt đầu bốc hơi và có màu đỏ tím, ở 390 – 392

oC nó bị nóng chảy và nhiệt hủy

Khi bị oxi hóa mạnh, indigo sẽ bị phá vỡ cấu trúc phân tử ban đầu, chuyển thành izalin, sau

đó chuyển thành benzen, acid picric, acid salisilic… và mất màu Lợi dụng tính chất này để in phámàu trên nền indigo

b Indigo tổng hợp và dẫn xuất của nó

Do indigo chỉ có một màu lam sẫm nên để mở rông gam màu người ta tổng hợp các dẫn xuấtcủa indigo (hay còn gọi là indigoit) bằng cách đưa các nhóm thế khác nhau vào phân tử indigo

Tất cả thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của của indigo có đặc điểm chung là dễ bị khửhơn thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng Dung dịch nhuộm của chúng cũng yêu cầu nồng độ kiềmthấp hơn so với thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng.

2 Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng

Hoàn nguyên đa vòng là loại thuốc nhuộm có cấu trúc phân tử phức tạp, chứa nhiều nhânthơm, nhiều nhóm mạch vòng, đa số là dẫn xuất antraquinon

Theo cấu tạo hóa học thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng gồm các phân nhóm dưới đây

a Thuốc nhuộm là dẫn xuất của axylaminoantraquinon

Màu của thuốc nhuộm này có trong dải từ vàng tới tím Khi sử dụng cần lưu ý là ở nhiệt độ

và độ kiềm cao thì nhóm axyl có thể bị xà phòng hóa làm cho thuốc nhuộm bị biến chất

b Thuốc nhuộm là dẫn xuất của antrimit (antraquinonimin) (anthrimides)

Những thuốc nhuộm loài này có ý nghĩa thực tế hơn cả Trong phân tử của chúng chứa từ haigốc antraquinon trở lên, liên kết với nhau qua gốc imin ( - NH - ) nên có tên gọi như trên Algolbocdo RT là một trong số những thuốc nhuộm tiêu biểu của nhóm này, có công thức sau:

O

O

O

O O

c Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của indatron (indanthrones)

Thuốc nhuộm nhóm này chứa các nhân antraquinon liên kết với nhau qua hai nhóm imin đểhợp thành một vòng khép kín, tiêu biểu là hoàn nguyên xanh lam RSN có công thức ở hai dạng sau:

d Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của antantron

Một số dẫn xuất của antantron được dùng làm thuốc nhuộm hoàn nguyên, phân tử của chúngcủa chúng có thể xem như gồm hai nhân antraquinon ghép lại Đa số chúng là những thuốc nhuộmquí, có độ bền màu cao và màu tươi nên được nhiều hãng chế tạo, tiêu biểu là hoàn nguyên da cam

RK có công thức như sau:

O Cl

O

Cl

e Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của bezantron

Những thuốc nhuộm loại này được tổng hợp từ benzatron, có cấu trúc phân tử đa vòng nên

có độ bền màu cao với giặt và ánh sáng, tiêu biểu là thuốc nhuộm hoàn nguyên xanh lam sẫm, cócông thức sau:

O O

f Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của antraquinonacrydon

Antraquinonacrydon có thể coi là hợp chất được tạo thành khi thay thế một hoặc cả hai nhânbenzen của acrydon bằng các nhân antraquinon Những thuốc nhuộm loại này có độ bền cao vớigiặt, ánh sáng, clo và ma sát, tiêu biểu là hoàn nguyên da cam R có công thức sau:

O

O HN

CO

g Thuốc nhuộm hoàn nguyên flavanthronones

Quan trọng nhất trong nhóm này là loại thuốc nhuộm hoàn nguyên màu vàng CI Vat Yellow

1 (chính là flavanthrones) Loại thuốc nhuộm này đặc trưng bởi sự oxi hóa chậm và độ bền giặt kémhơn

O

N N

O

h Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của pyranthrones

Trên các loại cotton, các loại thuốc nhuộm này thường có màu cam như CI Vat Orange 7.Chúng có độ bền ánh sáng kém và thường gây ra ra những tổn thương cho vải trong quá trìnhnhuộm

O

O

i Thuốc nhuộm hoàn nguyên là dẫn xuất của carbazoles

Loại thuốc nhuộm này có biên độ màu rất rộng, có độ bền vạn năng nổi trội trên sợi cotton,một ví dụ là thuốc nhuộm xanh lá cây CI Vat Green 8

HN O

Dạng này là este sunfonat của hợp chất leuco acid của thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan,

có màu ẩn, hòa tan trong nước Đặc tính quan trọng của nó là trong môi trường acid liên kết este bịphá vỡ, giải phóng ra hợp chất leuco acid như sau:

+]+[H2O]

4.Thuốc nhuộm hoàn nguyên lưu hóa:

Tuy nhỏ nhưng chiếm vị trí không kém phần quan trọng Tương tự như thuốc nhuộm lưuhuỳnh trong phương pháp chuẩn bị, mặc dù vậy chúng cũng được xếp vào nhóm này do phươngpháp nhuộm là giống thuốc nhuộm hoàn nguyên, sử dụng kiềm là natri dithionite Hai ví dụ là CIVat Blue 43 và CI Vat Blue 42

N H

N

C2H5

II 4 So sánh thuốc nhuộm hoàn nguyên và các thuốc nhuộm khác:

Độ bền với mồ hôi

Trực tiếp Rẻ Dễ Kém – Tốt Khá – Tốt Khô – Tốt Ướt – Kém Kém – Tốt

Phân tán Trung bình Khá khó Tốt Tốt Khá – Tốt Khá – Tốt Naphthol Trung bình Khó Tốt Tốt Khá – Tốt Khá – Tốt

Hoạt tính Trung bình

+

Trung bình – Khá khó

Tốt – Rất tốt (nếu giặt với xà phòng) Tốt Khá – Tốt Khá – Tốt