4. Các loại thuốc nhuộm cụ thể
4.9. Thuốcnhuộm pigment
4.9.1. Đặc điểm chung
Pigment là những hợp chất màu có cấu tạo hoá học khác nhau có đặc điểm chung là không tan trong nước do trong phân tử không chứa các nhóm cho tính tan (−SO3H,
−COOH), hoặc các nhóm này bị chuyển về dạng muối bari, canxi không tan trong nước. Một số pigment hữu cơ tuy không tan trong nước nhưng hoà tan trong một số dung môi hữu cơđược dùng để nhuộm dầu mỡ, xăng, sáp. Đa số pigment có độ bền màu cao với ánh sáng và bền với nhiệt độ cao: không bị di tản để bắt màu sang phần vật liệu để trắng, có khả năng bao phủ cao và thuần sắc, tươi màu.
Pigment các loại đều được nghiền siêu mịn, có kích thước hạt nhỏ hơn 1 μm, được sản xuất ở dạng phân tán cao hoặc bột nhão chứa 15 - 25% pigment nguyên chất, phần còn lại là các phụ gia.
Pigment được sử dụng nhiều để trang trí bề mặt (nhuộm và đặc biệt là in hoa) các sản phẩm dệt và một số sản phẩm khác (giấy, da cao su, chất dẻo), nó còn được dùng nhiều trong công nghiệp sơn, ấn loát và nhuộm chất dẻo ở dạng khối.
Dưới đây là một số loại pigment hữu cơ thường gặp.
4.9.2. Pigment azo
Là những pigment chứa nhóm azo trong phân tử, đa số là mono azo, có các gam màu vàng, da cam và đỏ, còn các màu khác ít gặp hơn. Theo cấu tạo hoá học pigment azo được chia làm các loại sau.
a. Loại dùng cho nhuộm và in hoa bề mặt vật liệu
Khi chế tạo loại pigment này người ta thường dùng β-naphtol và naphtol làm thành phần azo để kết hợp với các thành phần điazo có cấu tạo khác nhau. Tuỳ theo loại nhóm thế và vị trí nhóm thế có trong thành phần điazo mà pigment sẽ có màu sắc và độ bền màu khác nhau. Sau đây là một vài pigment tiêu biểu.
Pigment đỏ tươi 4G, chế tạo từ 2-5-đicloanilin và aniziđit của ạxit 2-oxi-8-naphtoic có công thức sau:
Pigment vàng bền màu ánh sáng chế tạo từ 3-nitro-4-toluiđin cho kết hợp với anilin của axit axetoaxetic, có công thức sau:
b. Pigment azo dùng để nhuộm chất béo, cao su và chất dẻo
Một số pigment azo hoà tan tốt trong một số dung môi hữu cơ, dầu, mỡ và sáp được dùng để nhuộm các vật liệu này. Độ hoà tan trong dung môi hữu cơ của chúng sẽ tăng khi trong phân tử chứa nhiều nhóm alkyl và các gốc aryl đã hiđro hoá.
Những thuốc nhuộm hoà tan trong chất béo thì yêu cầu chung là phân tử của chúng phải chứa một hoặc một số nhóm chức có tính bazơ (nhóm amin tự do hoặc đã bị thế).
Một số pigment điazo có màu tươi, bền nhiệt, bền ánh sáng, ít bị di tản, không hoà tan trong dung môi hữu cơ, được dùng nhiều để nhuộm cao su và nhuộm chất dẻo dạng khối (polyvinylclorua, polystirol, nhựa amin...). Dưới đây là những màu tiêu biểu.
Màu nâu R
Màu đỏ sẫm
Thuốc nhuộm này còn được dùng trong công nghệ thuốc súng để tạo khói màu đỏ tím. Màu đen được sử dụng để nhuộm chất dẻo. N N O2N NO2 HO N N Cl Cl HO OCH3 CO NH N N CH H3C CO CH3 CO NH NO2 N N OH N N H3C H3C N N N N NH NH CH3 CH3 C N N NH2 NH2
4.9.3. Pigment là muối không tan của thuốc nhuộm tan trong nước
Một số pigment có thể chế tạo từ những thuốc nhuộm hoà tan trong nước như thuốc nhuộm bazơ và thuốc nhuộm axit bằng cách chuyển chúng về dạng muối không tan. Chúng được chế tạo hoặc bằng cách xử lý thuốc nhuộm thành phẩm với các muối bari, canxi, molipđen, vonfram... hoặc bằng cách đưa các muối này vào khối phản ứng để kết tủa thuốc nhuộm thành pigment.
a. Trường hợp chế tạo từ thuốc nhuộm axit
Pigment chế tạo từ thuốc nhuộm axit chủ yếu là loại monoazo, tuỳ theo cấu tạo hoá học và cấu trúc tinh thể của nó. Những thuốc nhuộm chứa nhóm sunfonat (−SO3Na) ở vị
trí octo so với nhóm azo thì sẽ tạo thành với ion bari và canxi kém hoà tan trong nước hơn cả, không hoà tan trong dung môi hữu cơ và chất béo.
Để nhận được màu da cam và màu đỏ người ta dùng thành phần azo là β-naphtol (nếu thành phần điazo có chứa nhóm −SO3H), β-naphtolsunfonic (muối P, muối G, axit
β-hyđroxynaphtoic, dẫn xuất benzoyl của axit K). Để làm thành phần điazo thường dùng dẫn xuất của anilin chứa nhóm metyl halogen.
Độ bền màu và sắc màu của pigment sẽ tăng lên khi trong thành phần điazo có chứa nhóm metoxi, nhóm nitro và nhóm halogen, chẳng hạn khi kết hợp các thành phần điazo tương ứng với axit P thì sẽ nhận được pigment của bari bền với nước và sắc màu rất tươi. Thí dụ:
Pigment đỏ tím B
Màu của pigment này bền với ánh sáng, bền với nhiệt độ cao, khó hoà tan trong nước và trong dung môi hữu cơ.
b. Pigment từ thuốc nhuộm bazơ gốc arylmetan
Trong nhiều trường hợp thuốc nhuộm bazơ gốc arylmetan kém bền màu với ánh sáng có thể chuyển thành dạng kết tủa không tan để chế tạo pigment có độ bền màu ánh sáng rất cao. Để kết tủa loại thuốc nhuộm này người ta dùng các axit dị thể đa chức. Pigment thu được không tan trong nước và dung môi hữu cơ, có độ bền màu cao với ánh sáng, được dùng nhiều trong công nghiệp in ấn, để in trên tôn và sắt tây, để vẽ trên kính, làm thuốc màu trong hội hoạ, làm bút chì màu, để in giấy, bìa và nhiều mục đích khác. Ưu
điểm của loại pigment này là màu rất tươi.
Trong số các axit dị thể người ta thường dùng:
axit photphomolipđenic: H7[P(Mo2O7)6] axit photphovonframic: H7[P(W2O7)6]
axit photphovonfram molipđenic: H7[P(W2O7)4(Mo2O7)2].
Khi tương tác thuốc nhuộm bazơ với các axit này sẽ nhận được kết tủa không tan trong đó chỉ có bốn nguyên tử hyđro của axit bị thế bởi gốc thuốc nhuộm, nên pigment thu
được là muối axit tính. Dưới đây là những màu thường gặp.
Pigment xanh lục: từ thuốc nhuộm bazơ xanh lục tươi và axit photphovonfram molipđenic có công thức như sau:
H3C
HO COOCa1/2 SO3Ca1/2
Tương tự như vậy người ta cũng chế tạo:
Pigment xanh lam R từ thuốc nhuộm bazơ xanh lam R Pigment hồng G từ rođamin đỏ G
Pigment đỏ từ rođamin đỏ 3B
Pigment tím từ thuốc nhuộm bazơ tím R.
4.9.4. Pigment từ thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan
Thuốc nhuộm hoàn nguyên không tan do có những tính chất ưu việt như: có màu tươi, độ bền màu cao với ánh sáng. không hoà tan trong nước và nhiều dung môi hữu cơ, bền nhiệt nên cũng được sử dụng để chế tạo pigment. Những màu được dùng nhiều phần lớn là những màu tươi như: hoàn nguyên da cam ánh: hoàn nguyên da cam ánh RK, hoàn nguyên da trời O hoặc thioinđigo RK, thioinđigo nâu đỏ G, thioinđigo tím đỏ B... (xem (thường thuốc nhuộm hoàn nguyên).
Do giá thành của thuốc nhuộm hoàn nguyên đắt hơn so với các loại pigment khác nên việc sử dụng lớp thuốc nhuộm này làm pigment chỉ hạn chế trong một số màu đẹp.
4.9.5. Pigment phtaloxiamin
Phtaloxiamin là hợp ch ất màu có phạm vi sử dụng rất rộng, dùng vào nhiều mục
đích khác nhau.
Loại pigment phtaloxianin không hoà tan trong nước dùng để chế tạo mực in dùng cho công nghiệp in ấn, thuốc màu trong hội hoạ, sơn dầu, để nhuộm cao su, chất dẻo và hiện nay để chế tạo pigment dùng cho in hoa lên hàng dệt. Ưu điểm nổi bật của pigment phtaloxianin là có màu tươi, nhuận sắc, cường độ màu cao, các chỉ tiêu đề độ bền màu với ánh sáng, kiềm, axit đều đạt cao và trội hơn hẳn các lớp thuốc nhuộm khác. Độ bền nhiệt cũng rất cao.
4.9.6. Sử dụng pigment trong công nghiệp dệt
Trong công nghiệp dệt các loại pigment azo, phtaloxianin và hoàn nguyên được sử
dụng nhiều để nhuộm, in hoa vải và các sản phẩm dệt. Ưu điểm của việc sử dụng pigment là công nghệ tương đối đơn giản, có thể dùng cho tất cả các loại vải, có thể phối trộn các loại pigment với bất kỳ tỷ lệ nào nên cho phép mở rộng gam màu. Ngoài ra hầu hết các loại pigment đều có khả năng nhuộm màu cao, màu của chúng bền với giặt rũ và ánh sáng. Mặt hàng để nhuộm và in hoa rất rộng bao gồm vải và các sản phẩm may mặc, trang trí và vải công nghiệp. Nhược điểm của phương pháp nhuộm và in pigment là màu kém bền với ma sát khô và ướt, vải ít nhiều bị cứng.
a. Trường hợp sử dụng pigment để nhuộm
Vì pigment không có ái lực với xơ sợi nên khi sử dụng nó để nhuộm cũng như in hoa phải dùng màng cao phân tử gắn nó vào vải, đây là điểm đặc trưng của phương pháp
4
H3 P(W2O7)4(Mo2O7)2 C
N(C2H5)2 (C2H5)2N +
nhuộm này. Thành phần mang nhuộm gồm có: pigment dạng siêu mịn, chất tạo màng, chất tạo liên kết ngang, xúc tác và chất làm mềm.
Chất tạo màng và chất tạo liên kết ngang phải dễ thấm vào xơ trước khi đa tụ, có khả
năng tạo thành màng bền gắn chặt pigment vào vải: cần trong suốt, mềm dẻo, bền với các tác dụng hoá lý, không bị biến đổi khi bảo quản. Những chất bán đa tụ được dùng vào mục này thuộc dẫn xuất của vinylic, ankit, cacbamit và acrylic. Các dẫn xuất của acrylic
được sử dụng rộng rãi hơn cả. Thí dụ như latex CKC-65GP và emulcryl (do Nga sản xuất). Cấu tử làm nhiệm vụ tạo cấu tạo mắt lưới giữa các xơ sợi thường dùng loại dẫn xuất metylol của urê và melamin.
Sau khi ngấm ép (đến mức chỉ chứa 60 - 80% ẩm) vải được sấy khô (60 - 90oC) và
đi ngay vào gia nhiệt ở 140oC (2 - 3 ph), 180oC (1 ph) và 200oC (30 s). Trong điều kiện này hợp chất bán đa tụ sẽ chuyển thành màng cực mỏng gắn pigment vào vải, sau đó không cần giặt sản phẩm. Chất tạo màng trong nhiều trường hợp được sử dụng kết hợp để
hồ chống nhàu, chống co, giữ nếp vì vậy việc nhuộm pignent thường kết hợp với hồ hoàn tất.
b. Trường hợp sử dụng pigment để in hoa
Hiện nay phương pháp in pigment được sử dụng rất phổ biến để in hoa vải và nhiều loại sản phẩm dệt vì công nghệ đơn giản và có thể in cho bất kỳ loại vải và sản phẩm dệt nào: Cũng giống như khi nhuộm pigment, hồ in gồm có: pigment được nghiền siêu mịn nhão, chất tạo màng và tạo cấu trúc mắt lưới có tên gọi thương phẩm là binđơ (binder) hay fixơ (fixer). Thí dụ như: metazin, latex DMMA-65-1GP, sandye binder OL, ryudye binder 450... Chất làm mềm như luprimol SIG, đibutylphtalat... Thành phần quan trọng của hồ in pigment là hồ. Vì dùng chất tạo màng để gắn thuốc nhuộm vào vải nên không thể dùng các loại hồ thông thường từ cao phân tử thiên nhiên và cao phân tử tổng hợp như khi in bằng các lớp thuốc nhuộm khác. Loại hồ thích hợp cho in pigment là hồ nhũ tương dầu trong nước hoặc nước trong dầu (OW, WO). Sau khi in và sấy nước và dầu đều bay hơi. không để lại màng hồ trên vải, không làm cho vải cứng. Song khi dùng loại hồ này có thể
gây hoả hoạn nên gần đây người ta đã sử dụng hồ tổng hợp có hàm lượng chất khô rất nhỏ
với tên thương phẩm là lutexal HP và HSD. Hàm lượng các loại hồ này trong dung dịch chỉ chiếm 2 - 5% khối lượng chung của hồ cũng đủđộ đặc cần thiết.
4.9.7. Các mặt hàng của thuốc nhuộm pigment
Thuốc nhuộm pigment của một số hãng sản xuất và bán trên thị trường thế giới có tên gọi như trong bảng 3.18.
Bảng 3.18
Tên nước Tên hãng Tên thương phẩm
Ba Lan Ciech Pigment poloprint
CHLB Đức BASF Helizarin
Bayer Acramin
Ho⎣chst Imperon
CHLB Nga Pigment
Itatlia ACNA Velesta
Lamberti Lifbond
Bảng 3.18 (tiếp theo)
Tên nước Tên hãng Tên thương phẩm
Mỹ Inmont Hlfast (type O và type W)
Hilton-Davis Lifebond. seabond
Roma Questrol
Verona Acramm
Nhật Bản Oritex, ryudye pigment
Pháp CFMC Neopralac
Sec và Slovakia Versaprint
Thuỵ Sĩ Ciba Microfix, Orema Oremasin
Ngoài loại pigment thông thường người ta còn sản xuất ra một số mặt hàng pigment có tính huỳnh quang, khi nhuộm và in lên vải dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời nó sẽ
phát ra các tia huỳnh quang lành cho màu tươi và rực rỡ.
4.9.8. Sử dụng pigment vào các lĩnh vực khác
Ngoài việc sử dụng để nhuộm và in hoa trong công nghiệp dệt, sử dụng để nhuộm chất béo, chất dẻo và cao su như đã trình bày ở trên, pigment còn được sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nữa.
Những loại pigment có màu tươi, có độ bền màu cao với ánh sáng như: pigment phtaloxianin, pigment của thuốc nhuộm hoàn nguyên và một sô pigment gốc azo bền màu
được dùng để chế tạo thuốc vẽ dùng trong hội hoạ.
Những loại pigment có độ bền màu cao với ánh sáng: pigment của một số thuốc nhuộm axit, pigment phtaloxianin, pigment của thuốc nhuộm hoàn nguyên, được dùng để
sản xuất bột màu cao cấp trong xây dựng. Nhờ chúng có khả năng phủ bề mặt cao, cường
độ màu cao hơn rất nhiều so với bột màu từ oxit kim loại nên liều lượng dùng thấp hơn nhiều so với bột màu vô cơ. Chúng được sử dụng làm bột màu và sơn màu quét tường, men màu của vật liệu trang trí không nung (gạch bông).
Những loại pigment có màu tươi, có ánh huỳnh quang cao như pigment là muối bari của thuốc nhuộm bazơ và những pigment khác có chất lượng tương tự được sử dụng để
chế tạo các loại mực màu dùng trong công nghiệp in văn hoá phẩm, chì màu, mực in trên bao bì bằng giấy và bằng các loại màng PE, PP, PVC, mực in lên kim loại.
Những loại pigment có màu tươi, có độ bền màu cao với ánh sáng và dung môi hữu cơđược dùng để pha sơn màu.
Một số loại pigment có màu tươi, đã làm sạch tạp chất, không độc và không gây dị ứng cho da được sử dụng để chế tạo mỹ phẩm như: son môi, phấn màu, kem màu trang
điểm.