2.2. Nguyên liệu nhuộm 1.Lý thuyết về nhuộm
2.2.2 Phân loại thuốc nhuộm
2.2.2.2 Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính đầu tiên xuất hiện trên thị trường thế giới vào năm 1956 do hãng ICI của Anh sản xuất với tên gọi Proxion, sau đó một vài năm hãng Ciba của Thụy Sĩ gọi là Cibacron. Đến nay hầu hết các nước có công nghiệp sản xuất thuốc nhuộm đã sản xuất được thuốc nhuộm hoạt tính với tên gọi thương phẩm khác nhau như: M-Procion, H-Procion (ICI), Drimaren ( Sandoz), Levafix (Bayer), Racton (Geigy), Remasol (Hoecht), Diacton (nhật).
Ở Liên Xô được sản xuất với tên gọi là activnui ( hoạt tính) ..vv..
Các mặt hàng thuốc nhuộm hoạt tính ngày nay được sản xuất rất đa dạng, bao gồm những thuốc nhuộm hoạt tính để nhuộm cellulose, hoạt tính phân tán để nhuộm xơ polyamid và hoạt tính phức kim loại để nhuộm len, tơ tằm. Thuốc nhuộm hoạt tính được sử dụng nhanh và rộng rãi trong công nghiệp dệt nhuộm như vậy là do chúng có những tính chất ưu việt dưới đây:
- Có độ bền màu cao với gia công ướt ngang với độ bền màu của thuốc nhuộm hoạt tính.
- Có màu tươi không kém thuốc nhuộm acid và bazo.
- Giá thành rẻ và kỹ thuật nhuộm đơn giản.
Tất cả thuốc nhuộm hoạt tính được sản xuất trên thế giới hiện nay có thể chia làm 13 nhóm theo cấu tạo hóa học, song tất cả chúng đều có thể viết dưới dạng công thức tổng quát S-F-T-X
Ở đây:
S – nhóm cho thuốc nhuộm tính tan, thường là nhóm SO3Na
F – là phần mang màu của thuốc nhuộm, nó quyết định màu của thuốc nhuộm
T – là gốc mang nhóm phản ứng X – là nhóm phản ứng
Nhóm phản ứng X của thuốc nhuộm hoạt tính rất khác nhau, có thể là các nguyên tử Clo hoặc các nhóm nguyên tử chưa no –CH=CH2– và trong một phân tử thuốc nhuộm hoạt tính có thể chứa một hoặc hai nhóm phản ứng.
Tất cả các nhóm phản ứng đều giống nhau là hoạt động hóa học, tuy mức độ có khác nhau, chúng dễ dàng kết hợp với các nhóm định chức của xơ cellulose, protein và PA. Khi phản ứng được thực hiện, sẽ tạo thành mối liên kết hóa trị giữa thuốc nhuộm và xơ, cũng chính nhờ đó mà thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền màu cao với ma sát, gia công ướt và các dung môi hữu cơ. Còn độ bền màu với tác dụng của ánh sáng và khí quyển thì phụ thuộc vào cấu tạo của gốc thuốc nhuộm (gốc F).
Như đã nói ở trên, theo cơ chế phản ứng thì TNHT chia làm 2 loại:
- TNHT phản ứng với xơ theo cơ chế ái nhân.
- TNHT phản ứng với xơ theo cơ chế cộng hợp ái điện tử.
Dạng tổng quát của phản ứng của thuốc nhuộm hoạt tính với xơ có thể trình bày khi lấy thuốc nhuộm halogenua triazin làm ví dụ:
Đối với những thuốc nhuộm monoclotriazin (Procion H, Cibacron) sẽ phản ứng với xơ như sau:
Ngoài phản ứng với xơ, thuốc nhuộm còn phản ứng với nước (gọi là phản ứng thủy phân) như sau:
Phản
ứng này làm giảm hiệu suất sử dụng thuốc nhuộm nhưng khó tránh khỏi, nên
phải tìm cách hạn chế nó đến mức tối đa.
Để cho các phản ứng kể trên có thể thực hiện được thì quá trình nhuộm loại thuốc nhuộm này cần tiến hành trong môi trường kiềm với trị số
pH = 10.5-11. Độ kiềm cao hơn sẽ làm tăng lượng thuốc nhuộm thủy phân.
Đối với loại thuốc nhuộm diclotrazin (procion M) do hoạt tính cao, dễ tham gia phản ứng với xơ, nhưng cũng dễ bị thủy phân nên phải nhuộm ở
pH = 8-9. Vì chứa hai nguyên tử Clo có khả năng tham gia phản ứng nên một phần tử thuốc nhuộm có thể liên kết với hai phân tử cellulose và làm cho xơ có cấu trúc mắt lưới.
Khi nhuộm theo phương pháp gián đoạn, quá trình nhuộm được tiến hành làm hai bước. Ở bước đầu, vải được nhuộm trong môi trường trung hòa, dung dịch chỉ chứa thuốc nhuộm và chất điện ly giống như thuốc nhuộm trực tiếp.
Do ái lực của thuốc nhuộm hoạt tính với xơ cellulose nhỏ hơn nhiều so với ái lực của thuốc nhuộm trực tiếp, nên ở bước một thuốc nhuộm được phân bố rất đều trên xơ. Cũng vì lý do đó nên nồng độ chất điện ly trong máng nhuộm phải lấy tới 30 g/l. Ở bước hai, người ta thêm kiềm vào máng nhuộm, thường là Na2CO3. Tuy trong bước một thuốc nhuộm được phân tán đều trên xơ nhưng chúng chỉ được giữ trên xơ bằng lực liên kết VanderWaals và lực liên kết hydro. Chỉ trong bước hai thuốc nhuộm mới được cố định trên sơ bằng mối liên kết hóa học như đã trình bày ở trên.
Chia quá trình nhuộm ra làm hai bước như vậy không những để đạt được độ bền màu cao mà còn giảm lượng thuốc nhuộm bị thủy phân. Nhờ thêm kiềm vào dung dịch sau khi đại bộ phận thuốc nhuộm đã được xơ hấp phụ, nên tốc độ thủy phân của thuốc nhuộm nằm trên xơ sẽ xãy ra chậm hơn nhiều so với khi nó còn nằm trong dung dịch.
Những thuốc nhuộm hoạt tính chứa 2 nhóm phản ứng (diclotriazin) rất dễ tác dụng với cellulose, chúng liên kết hóa học với xơ ngay ở nhiệt độ 20-30oC, còn các thuốc nhuộm chứa 1 nhóm phản ứng (monoclotriazin) thì phải nhuộm ở nhiệt độ 75-95oC. Thí dụ khi vải cellulose bằng thuốc nhuộm Procion M (diclotriazin) người ta tiến hành như sau: thoạt tiên vải được nhuộm ở nhiệt độ không quá 30oC trong vòng 50-60 phút trong dung dịch chứa: 0.5-3% thuốc nhuộm so với khối lượng vải, 10-30 g/l muối ăn. Sau đó thêm từ từ 1-10 g/l Na2CO3 vào máng rồi lại tiếp tục nhuộm 60-90 phút nữa. Sau khi nhuộm vải được giặt bằng nước lạnh, giặt nóng bằng dung dịch chứa: 2 g/l chất tẩy rửa tổng hợp và 1 g/l Na2CO3 trong thời gian 30 phút ở nhiệt độ gần nhiệt độ sôi để
khử sạch những thuốc nhuộm bị thủy phân, không liên kết với vải, bảo đảm cho vải độ bền màu theo quy định. Cuối cùng vải được giặt bằng nước ấm. Còn khi nhuộm bằng thuốc nhuôm H-ProCion thì trong bước một cần nhuộm ở nhiệt độ 40-50oC, ở bước 2 nhuộm ở 75-95 oC. Quy trình nhuộm có thể lấy như trên nhưng nồng độ kiềm có thể tăng thêm.
Khi nhuộm thuốc nhuộm hoạt tính theo phương pháp liên tục, có thể thực hiện theo phương pháp 1 máng và 2 máng (hay còn gọi là 1 pha và 2 pha). Khi nhuộm theo phương pháp 1 máng thì dung dịch nhuộm chứa đồng thời thuốc nhuộm và tác nhân kiềm cũng như các phụ kiện khác. Còn trong trường hợp thứ 2 thì thuốc nhuộm được đưa vào 1 máng riêng, kiềm và hóa chất khác đưa vào một máng riêng, để tránh thuốc nhuộm bị thủy phân khi có mặt kiềm. Dù nhuộm theo phương pháp nào thì sau khi ngấm ép và sấy khô vải cũng cần được hấp trong môi trường hơi bão hòa để tạo điều kiện cho thuốc nhuộm thực hiện liên kết hóa học với xơ.
Đối với thuốc nhuộm Procion khi nhuộm theo phương pháp liên tục, người ta thường dùng Natribicacbonat để tạo môi trường kiềm, vì khi này sự thủy phân thuốc nhuộm trong dung dịch sẽ không đáng kể. Khi hấp ở nhiệt độ cao, Natribicacbonat phân giải chuyển thành Natricacbonat, làm tăng trị số pH của môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho thuốc nhuộm liên kết chủ yếu với xơ cellulose và ít bị thủy phân nhất.
Thí dụ khi nhuộm theo phương pháp 1 máng có thể tiến hành như sau:
ngấm vải bằng dung dịch chứa 10 g/l thuốc nhuộm diclotriazin, 10 g/l Natribiacacbonat, hấp ở 100 oC 1-2 phút, giặt và sấy khô.
Khi nhuộm màu bằng thuốc nhuộm H-Procion theo phương pháp 2 máng có thể tiến hành như sau:
Ngấm vải bằng dung dịch chứa thuốc nhuộm H-Procion 10-30 g/l, muối ăn 30 g/l.
Sấy khô bằng hồng ngoại và sấy gió nóng.
Ngấm ép vải bằng dung dịch chứa: NaOH 7-15 g/l, muối ăn 25 g/l Hấp giặt ở nhiệt độ 100 oC trong 1-2 phút
Giặt và sấy khô
Khuyết điểm của phương pháp nhuộm 2 máng là thuốc nhuộm dễ chuyển chỗ trong quá trình sấy trung gian trước khi ngấm dung dịch kiềm làm cho màu khó đều. Để ngăn ngừa hiện tượng này người ta đưa thêm keo thích hợp vào dung dịch nhuộm. Ngoài ra còn đưa thêm muối ăn vào máng chứa kiềm để
ngăn ngừa thuốc nhuộm chuyển từ vải ra dung dịch.
Các loại thuốc nhuộm hoạt tính công ty đang sử dụng:
Hiện nay, các loại thuốc nhuộm hoạt tính công ty đang sử dụng là:
Cibacron (hot, warm và LS) của hãng CIBA, Procion H của hãng ICI, Sulfix của hãng SULFIX, Levafix và Cremasol của hãng ACE. Các loại thuốc nhuộm này được sản xuất từ Hồng Kông, Mỹ, Indonesia thông qua các văn phòng đại diện tại Việt Nam.