ملاحضاتی در ساخت مواد رنگ زا

۱. ملاحضاتی در ساخت مواد رنگ زا:
۲.۱. تمایل مواد رنگ زا به رنگ کردن لایه ی زیرین:
مواد رنگ زا یک یا چند گروه آزو در خود دارند (رنگ دانه های آزو) که شامل خانواده های بسیار بزرگی از مواد رنگ زای آلی می شوند.گونه های برجسته عبارت اند از :
۱. رنگ زا های اسیدی برای پلی آمید و اجزای پروتیینی مثل نایلون، پشم و ابریشم
۲. رنگ زا های دیسپرس برای اجزای آب گریز مثل پلی استر و استات
۳. رنگ زا های مستقیم وفعال برای اجزای سلولزی مثل پنبه ،ریون(ابریشم مصنوعی) ،کتان و کاغذ
به طور کلی، سنتز مواد رنگ زا شامل دو مرحله است:
مرحله اول: تبدیل یک آمین آروماتیک به ترکیب دی آزو،(i.e. Ar-NH2 → Ar-N2+) این فرایند با نام diazotization شناخته می شود و مرحله دوم: واکنش یک ترکیب دی آزو با یک فنل، نفتل، آمین آروماتیک یا یک ترکیب که گروه متیلن فعال دارد تا رنگ زای آزوی مورد نظر را تولید کند ، که این فرایند به عنوان جفت کردن دی آزو شناخته میشود (e.g. Ar-N2+ + Ar’-OH→ Ar-N=N-Ar’-OH). این فرایند برای تشکیل دادن هم رنگدانه و هم رنگ زای آزو مناسب است. ساختارهای نوعی رنگ زا ها در دو گروه تقسیم بندی می شوند که در شکل ۷ نشان داده شده است.

شکل۷: ساختار تعدادی از رنگ زا های آزو و رنگدانه ها ی تجاری

از آنجایی که اثر بخشی فرایند رنگ کردن یا پرینتینگ معمولا به پیوستگی بین مواد رنگ زا و جز مورد عمل وابسته است ، مواد رنگ زا با توجه به جز مورد عمل مخصوص در نظر گرفته می شوند. با توجه به مطالب، مواد رنگ زا باید به گونه ای ساخته شوند که
الف) پیوستگی زیاد برای جز مورد عمل نسبت به واسطه (معمولا آب) که کاربردی باشد و ب)درجه بالایی از پایداری تحت شرایط کاربرد (برای مثال پایداری در برابر کم رنگ شدن در مقابل آب ( رطوبت سریع) و یا نور خورشید(روشنایی سریع) در ادامه خلاصه ای از انواع ملاحظات پیوسته با تولید مواد رنگ زا برای اجزای پلیمری( به ویژه پایه فیبر) آورده می شود . قابلیت استفاده ی رنگ زا ها برای یک نوع جز خاص نتیجه ی یک فرایند عمدی ساختار ملکولی است که جز مورد عمل و کاربرد را مورد توجه قرار می دهد.
2.1.1: مواد رنگ زا برای پلی استر
رنگ زا ها ایجاد می شوند برای پلی استر های شناخته شده به عنوان رنگ زای دیسپرس.در این مورد ، مکانیسم رنگرزی شامل (حل کردن) رنگ زا در ماتریکس پلیمری برای ایجاد یک محلول جامد – جامد می شود . با استفاده از مزایای این اصل شناخته شده که (هم نوع ، هم نوع را در خود حل می کند) رنگ زا های دیسپرس به گونه ای طراحی می شوند که در طبیعت آب گریز باشند . مانند رنگ هایی که انحلال پدیری بسیار کمی در آب دارند و اسم آنها از این حقیقت که دیسپرس(پخش شوندگی) آنها سریع تر از حل شدن در آب عمل رنگ زایی را انجام دهد ناشی می شود. یک مثال C.I. Disperse Blue 165 است(شکل7) . رنگ زا های دیسپرس به پلیمر های آب دوست تمایلی ندارند مثل سلولز که باعث می شود این رنگ زا ها را برای رنگ کردن پشم ، سلوفان و کاغذ نامناسب باشد اما برای پلی اتیلن ترفتالات و سلولز استات کاملا مناسب است.
2.1.2: رنگ زا ها برا پلی آمیدها و پروتیین ها
رنگ زا ها برای این اجزا معمولا با ماتریکس پلیمر پیوند های یونی(شکل8) تشکیل می دهند. در این حالت، رنگ زا هایی که یک بار منفی( آنیون) تولید می کنند استفاده می شود زیرا پلی آمید ها مثل نایلون و پروتیین ها مثل پشم ، ابریشم و چرم یک بار مثبت (کاتیون) حمل می کنند به ویژه در طی فرایند رنگ آمیزی .رنگ زا های آنیونی برای پلی آمید و پروتیین اجزایی هستند که به عنوان رنگ زا های اسیدی شناخته می شوند . یک مثال C.I .Acid Black 1 است (شکل9) . نام رنگ زا ها از این حقیقت ناشی می شود که آنها معمولا برای موادی استفاده می شوند که در حد متوسط اسیدی هستند . این رنگ زا ها مقدار کم یا هیچ پیوستگی با پلی استر ، سلولز یا پلیمر های کاتیونی ندارند چون که چنین اجزا یی نمی توانند با آنها پیوند یونی بدهند.

شکل 8: نمایش شماتیک اتصال رنگ زای پلیمر توسط پیوند یونی در نایلون

شکل9: ساختار تجاری رنگ زای اسیدی و کاتیونی (بازی)

2.1.3: رنگ زا ها برای پلیمر های کاتیونی
رنگ زا ها برای این مواد نیز با ماتریکس پلیمر پیوند های یونی تشکیل می دهند . در این حالت، رنگ زا هایی که یک بار مثبت (کاتیون) تولید می کنند استفاده می شوند زیرا پلیمر ها مثل پلی آکریلونیتریل یک بار منفی(آنیون) حمل می کنند و خاصیت یونی جز مورد عمل را بر خلاف آنچه که در بالا برای رنگ زاهای اسیدی توضیح دادیم می کند. رنگزا های کاتیونی برای مواد آکریلیک اول به عنوان رنگزا های پایه شناخته شده بودند. یک مثال Basic red 18 است(شکل 9). امروزه نام آن ها از این حقیقت که آنها دارای یک گروه کاتیونی می باشند ، ناشی می شود. این رنگ زا ها به پلی استر، سلولز یا پلیمر های پلی آمید تمایلی ندارند چون این مواد نمی توانند با آنها پیوند یونی برقرار کنند. اگرچه رنگ زا های کاتیونی می توانند برای رنگ کردن فیبر های پروتیینی استفاده شوند و در حقیقت اولین رنگ سینتیکی )ترکیبی) mauveine بود که یک رنگ پایه بود و برای رنگ کردن ابریشم استفاده میشد . این برتری جستن از حضور گروه های کربوکسیلات (-co2-) در ابریشم و پشم است.
2.1.4: رنگ زا ها برای پلیمر های سلولزی
مواد سلولزی شامل نخ ، ریون ، سلوفان ، کتان ، کاغذ و تمام چیزهایی که به شدت آب دوست است ، می باشد. بنابراین برای رنگ کردن آن ها در یک حمام رنگ به رنگ زا های آب دوست (انحلال پذیر در آب) نیاز است. علاوه بر این رنگ زا ها باید طوری طراحی شوند که با مواد پیوستگی برقرار کنند زمانی که در معرض آب قرار دارند. این ویژگی اجازه می دهد رنگ روی مواد باقی بماند برای مثال یک پارچه ی نخی که شسته شود یا یک فنجان قهوه که غیر عمدی روی اطلاعات چاپ شده روی کاغذ بریزد . نفود در مواد سلولزی مثل نخی که در طی شستشو متورم و کم رنگ شده آسان است.طراحی و توسعه خانواده های رنگی برای الیاف سلولزی نسبت به هر ماده ی دیگری بیشتراست. رنگزا های طراحی شده برای پلیمر های سلولزی، رنگزا های مستقیم ،آزویی ، خمره ای ، سولفور و واکنشی هستند. رنگ های مستقیم بسیار به نام هستند زیرا آنها اولین رنگ هایی بودند که برای اینکه به پارچه تمایل داشته باشند ، به حضور اجباری عاملی شناخته شده به عنوان تثبیت کننده نداشته اند.زیرا این رنگزا ها انحلال پذیر در آب هستند ، تعدادی از آنها سرعت کمی در از دست دادن رطوبت دارند.شکل 10 دو خاصیت کلیدی رنگزا های مستقیم با پایه بنزنی را شرح می دهد . یعنی
1)به ملکول های خطی گرایش دارند.
2)آن ها قادرند در مجاورت زنجیر سلولزی قرار گیرند ، بیشترین تاثیر متقابل بین ملکولی را پیوند هیدروزنی دارد.

شکل 10 پیوند هیدروزنی بین یک سلولز و رنگ مستقیم را نشان میدهد.

ادامه دارد…

برگردان: نگار آقاکابلی

سرچشمه:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK385442/