THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH – REACTIVE DYES

Nhuộm là quá trình thực hiện phản ứng giữa thuốc nhuộm và xơ sợi để làm xơ sợi có màu sắc mong muốn. Một số thuốc nhuộm có thể hòa tan trong nước, một số không hòa tan. Một số thuốc nhuộm có ái lực với xơ sợi, một số thì không. Vì thế, phải căn cứ vào bản chất vật liệu dệt và yêu cầu để chọn lựa thuốc nhuộm và công nghệ nhuộm phù hợp với từng trường hợp cụ thể. Loạt bài viết này , sẽ cung cấp một số kiến thức căn bản về thuốc nhuộm và công nghệ nhuộm để các bạn tham khảo.

                                                                  THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH

                                                                               REACTIVE DYES

Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm mà có khả năng phản ứng hóa học với một xơ sợi để tạo thành liên kết cộng hóa trị (covalent bond)  giữa thuốc nhuộm và xơ sợi. Liên kết hóa trị này được hình thành giữa các phân tử thuốc nhuộm và nhóm -OH (hydroxyl)  của sợi cellulose hay giữa các phân tử thuốc nhuộm và các nhóm  -NH2 (amin) của sợi polyamide hoặc len.

liên kết giữa thuốc nhuộm hoạt tính và cellulose  Thuốc nhuộm hoạt tính được tổng hợp thành công lần đầu tiên từ những năm 1950 , đạt được bởi Rattee và Stephens thuộc công ty Imperial Chemical Industries . Tổng hợp thành công  trên cơ sở liên kết được các nhóm chlorotriazines như là chất nền và các nhóm mang màu.

Trichlorotriazines là  thuốc nhuộm hoạt tính tiêu biểu bao gồm một nhóm mang màu, với một nhóm chức amin được gắn vào vòng triazin, thay thế cho một nguyên tử clorua:

(NCCl) 3 + nhuộm-NH2 → N3C3Cl2 (NHdye) + HCl

Các dichlorotriazine có thể phản ứng liên kết với các sợi cellulose bằng cách thay thế một trong hai nhóm clorua:

N3C3Cl2 (NHdye) + HO-cellulose → N3C3Cl (NHdye) (O-cellulose) + HCl

Quá trình gắn màu được thực hiện trong bể nhuộm có môi trường kiềm .

Thuốc nhuộm hoạt tính sau đó ra được tổng hợp với nhiều đặc điểm ưu thế hơn về mặt thương mại và kỹ thuật là thêm vào phân tủ các nhóm vinylsulfonyl. Cũng giống như nhóm chlorotriazines, nhóm chức này liên kết thuận lợi hơn với nhóm hydroxyl của cellulose. Các phiên bản phổ biến nhất của công nghệ này là Remazol. Các thuốc nhuộm đầu tiên thuộc nhóm ethylsulfonyl.

Thuốc nhuộm với chỉ có một nhóm chức năng có mức độ phản ứng thấp . Để khắc phục những thiếu sót này, thuốc nhuộm có chứa hai (hoặc nhiều hơn) các nhóm phản ứng khác nhau đã được phát triển. Một số có chứa hai monochlorotriazines, một số khác là kết hợp của các triazines và nhóm vinyl sulfone vinyl. Thuốc nhuộm đa chức này cho phép nhuộm với nhiệt độ thấp hơn, mức độ tận trích cao hơn, đòi hỏi nồng độ muối thấp hơn mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, dễ thực hiện và giảm tác động đến môi trường…

Cấu trúc thuốc nhuộm hoạt tính:

 Công thức căn bản của thuốc nhuộm hoạt tính có thể viết vắn tắt:

R-B-X

Trong đó:

R: Là nhóm mang màu ( Chromophoric group) :

Quyết định màu của thuốc nhuộm (color producing part). Nhóm này có thể là : Azo; Anthaquinone; Phtalocyanine; Phức kim loại…

B = Là nhóm cầu nối (Bridging group)

Kết nối nhóm mang màu với nhóm phản ứng của thuốc nhuộm ( reactive group), có thể là nhóm – NH hoặc nhóm -NR .

X= Nhóm phản ứng của thuốc nhuộm (Reactive group).

Là nhóm dặc trưng chủ yếu của thuốc nhuộm hoạt tính tạo liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.  Có thể là: -Cl; -Br; -SH; -OCH;…

Phân tử thuốc nhuộm hoạt tính bao gồm một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử gọi là nhóm mang màu. Sự hiện diện nó tạo ra màu sắc của thuốc nhuộm.  Một nhóm thế có khả năng phản ứng với xơ cellulose . Thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền giặt tốt nhất nhờ liên kết giữa thuốc nhuộm và cellulose là liên kết cộng hóa trị xảy ra trong quá nhuộm. Thuốc nhuộm hoạt tính thường được sử dụng để nhuộm cellulose như cotton hoặc lanh, Thuốc nhuộm hoạt tính cũng có thể được áp dụng trên len và nylon; trong trường hợp này chúng được áp dụng trong điều kiện axit yếu . Thuốc nhuộm hoạt tính có mức độ tận trích thấp so với các loại thuốc nhuộm khác bởi vì các nhóm chức năng trong thuốc nhuộm cũng đồng thời phản ứng với nước, xẫy ra do quá trình thủy phân. Phần gtthuoocs nhuộm bị thủy phân này không có liên kết với cellulose và phải bị giặt bỏ mới giải quyết được vấn đề độ bền màu.

reactive dyes cau tao

Phân loại thuốc nhuộm hoạt tính: (Classification of reactive dyes)

1) Phân loại dựa trên cấu tạo nhóm hoạt tính:

– Nhóm Chlorotriazine dyes ( MCT)

– Nhóm Vinyl Sulphone dyes ( VS)

– Nhóm kết hợp ( MCT + CS)

2/ Phân loại dựa trên công nghệ ứng dụng của từng nhóm:

  • Nhóm nhuộm nhiệt độ lạnh: Các thuốc nhuộm này có thể nhuộm ở khoảng nhiệt độ thấp từ 25-500 Trong khoảng nhiệt dộ này thuốc nhuộm cũng có ái lực cao với xơ sợi.

Ví dụ: PROCION M, LIVAFIX E.

  • Nhóm nhuộm ở nhiệt độ trunng bình: Các thuốc nhuộm thuộc nhóm này có thể nhuộm ở khoảng nhiệt độ 50 – 60 0 Thuốc nhuộm có ái lực trung bình với xơ sợi trong khoảng nhiệt độ này .

Ví dụ: REMAZOL, LEVAFIX

  • Nhóm nhuộm ở nhiệt độ cao: Các thuốc nhuộm thuộc nhóm này có ái lực rất yếu với xơ sợi so với hai nhóm trên . Nhiệt độ nhuộm phải thực hiện ở nhiệt độ từ 70 -900C .

Ví dụ: PRICION H, CIBACRON

Thuốc nhuộm hoạt tính có thể được phân loại bằng nhiều cách như sau:

phân lại thuốc nhuộm theo nhóm chức năng

1) Trên cơ sở nhóm phản ứng:

  1. A) Halogen (thường là chlorine) dẫn xuất chứa nitơ, như 3 loại:

* Nhóm Triazine

* Nhóm pyridimine

* Thuốc nhuộm quinoxaline

Thí dụ:

Dẫn xuất Triazine: Procion, Cibacron.

Dẫn xuất pyridimine: Reactone

Dẫn xuất quinoxaline: Levafix.

  1. B) Hợp chất vinyl hoạt tính:

* Vinyl sulphone

* Vinyl acrylamide

* Vinyl sulphonamide.

Thí dụ:

Vinyl sulphone: Remazol

Vinyl acrylamide: Primazine

Vinyl sulphonamide: Levafix.

2) Trên cơ sở hoạt tính :

  1. Nhóm thuốc nhuộm hoạt tính thấp:

pH nhuộm đòi hỏi duy trì 12-12.5 bằng NaOH trong dung dịch.

  1. Thuốc nhuộm hoạt tính trung bình:

pH nhuộm đòi hỏi duy trì ở mức 11-12 bằng cách sử dụng Na2CO3 trong dung dịch nhuộm.

  1. Thuốc nhuộm hoạt tính cao :

pH đòi hỏi duy trì 10-11 bằng cách sử dụng NaHCO3 trong dung dịch nhuộm.

3) Trên cơ sở nhiệt độ nhuộm:

A) Nhóm nhuộm ở nhiệt độ thấp:

Những loại thuốc nhuộm này chứa nhóm phản ứng có tính phản ứng cao. Vì vậy, phản ứng nhuộm có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn, khoảng 320-600C.

Ví dụ: PROCION M, LIVAFIX E.

B) Nhóm nhuộm ở nhiệt độ trung bình:

Loại thuốc nhuộm này chứa các nhóm phản ứng hoạt tính trung bình . Vì vậy, phản ứng nhuộm được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn so với thuốc nhuộm nhóm nhuộm nhiệt độ nguội , nghĩa là ở nhiệt độ từ 600-700C.

Ví dụ, Remazol, Livafix là thuốc nhuộm nhóm nhuộm nhiệt độ trung bình.

C) Nhóm nhuộm nhiệt độ cao:

Loại thuốc nhuộm này chứa các nhóm phản ứng có hoạt tính thấp nhất. Nhiệt độ cao là cần thiết cho phản ứng nhuộm, nghĩa là cần đến nhiệt độ 700-900 C để nhuộm.

Ví dụ PRICION H, CIBACRON là thuốc nhuộm nhóm này.

Ứng dụng của thuốc nhuộm hoạt tính:

Thuốc nhuộm hoạt tính có thể dùng để nhuộm các loại vải sợi như:

– Bông, Rayon, lanh và các laoị sợi với thành phần xenlulo khác.

– Polyamide và len.

– Silk và sợi acetate

Các đặc tính căn bản của thuốc nhuộm hoạt tính:

  • Thuốc nhuộm hoạt tính là thuốc nhuộm anion, được sử dụng để nhuộm sợi cellulose, protein và polyamide.
  • Thuốc nhuộm hoạt tính có thể ở dạng bột, dạng lỏng và dạng nhão.
  • Liên kết với chuổi polymer của xơ sợi bằng kiên kết cộng hóa trị, trở thành một phần của cấu trúc xơ sợi không thể tách rời, nên độ bền màu rất cao.
  • Có thể hòa tan trong nước.
  • Độ bền ánh sáng cao do có cấu trúc phân tử với sự sắp xếp electron ổn định.
  • Độ bền ma sát, mồ hôi cao đối với màu nhạt và trung bình đối với màu đậm.
  • Phương pháp nhuộm dễ, đòi hỏi nhiệt độ không cao, thời gian nhuộm ngắn.
  • Đa dạng màu sắc, tươi sáng và giá thành tương đối rẽ.
  • Đồng thời xãy ra phản ứng thủy phân với nước tạo ra một phần thuốc nhuộm thủy phân không liên kết với xơ sợi, tạo ra phần nước thải mang màu cao.
  • Đòi hỏi lượng muối điên ly và môi trường kiềm trong bể nhuộm cao.

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nhuộm hoạt tính:

  1. pH: Phản ứng nhuộm của thuốc nhuộm hoạt tính với xơ cellulose xãy ra trong môi trường kiềm , tùy theo nhóm thuốc nhuộm để nhuộm ở pH thích hợp.

* Kiềm  được sử dụng để duy trì độ pH thích hợp trong dung dịch nhuộm

  • Kiềm được sử dụng là tác nhân gắn màu thuốc nhuộm.
  • Không có mặt của kiềm , oharn ứng nhuộm sẽ không xãy ra.
  • Nồng độ của kiềm được sử dụng phụ thuộc vào hoạt tính của thuốc nhuộm.
  • Kiềm mạnh (NaOH) được sử dụng để tạo ra độ pH 12-12.5 khi thuốc nhuộm có hoạt tính thấp.
  • Kiềm trung bình (Na2co3) được sử dụng để tạo ra độ pH 11-12. Khi hoạt tính của thuốc nhuộm là trung bình.
  • Kiềm yếu (NaHCO3) được sử dụng để tạo ra độ pH 10-11. Đối với thuốc nhuộm có tính phản ứng cao.
  1. Nhiệt độ: Tùy theo nhóm thuốc nhuộm. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tỷ lệ các quá trình hóa học và vật lý liên quan đến quá trình nhuộm. Ái lực giữa thuốc nhuộm với xơ sợi sẽ giảm khi gia tăng nhiệt độ và đồng thời tốc độ thủy phân thuốc nhuộm tăng lên, ảnh hưởng bất lợi đến hiệu suất gắn màu. Tuy nhiên, tốc độ khuếch tán của thuốc nhuộm trong xơ sợi tăng lên khi nhiệt độ tăng lên. Cần kiểm soát tốt để đạt được độ đều màu và thời gian nhuộm. Do đó đối với hầu hết các thuốc nhuộm nhiệt độ 50-60 ° C với natri bicarbonate như kiềm cho giá trị nhuộm màu tốt nhất.
  1. Nồng độ chất điện ly: Vì thuốc nhuộm hoạt tính có ái lực thấp đối với xenluloza nên muối điện ly được sử dụng để tăng quá trình tận trích thuốc nhuộm vào xơ sợi , hay nói cách khác là làm tăng ái lực của xơ sợi với thuốc nhuộm. Tăng hiệu suất gắn kết thuốc nhuộm vào xơ sợi trước khi cố định bằng kiềm, đồng thời làm giảm quá trình thủy phân thuốc nhuộm.
  1. Dung tỷ: Dung tỷ nhuộm càng thấp, lượng muối điện ly sủ dụng càng ít. Thuận lợi cho quá trình nhuộm và giảm chi phí sản xuất, cũng như giảm tác động tới môi trường. Chủ yếu phụ thuộc vào thiết bị nhuộm.
  1. Thời gian nhuộm: Màu càng đậm, thời gian nhuộm càng dài.

Động học nhuộmQuá trình động học nhuộm của thuốc nhuộm hoạt tính:

Động học nhuộm quá trình nhuộm vật liệu sợi với thuốc nhuộm hoạt tính diễn ra trong 3 giai đoạn:

* Giai đoạn thuốc nhuộm hấp thụ lên xơ sợi bằng sự có mặt của chất điện giải và chất ngấm thuốc nhuộm.

* Gắn màu bằng phản ứng hóa học gắn màu lên xơ sợi dưới ảnh hưởng của kiềm.

*  Giặt bỏ phần thuốc nhuộm thủy phân , không liên kết với vật liệu nhuộm.

  • Giai đoạn hấp thụ màu

Khi vật liệu dệt được đưa vào trong dung dịch nhuộm, một chất điện ly được thêm vào để hỗ trợ sự hấp thụ thuốc nhuộm tù dung dịch nhuộm lên bề mặt và bên trong lõi xơ sợi. Ở đây muối Natrisulfate Na2SO4 được sử dụng như chất điện ly. Để điều tiết quá trình hấp thụ và khuếch tán đồng đều nồng độ thuốc nhuộm trên toàn bộ xơ sợi để vật liệu nhuộm được nhuộm màu đồng đều hay tránh loang màu, tốc độ cấp muối điện ly cuxnh như nồng độ chất điiện ly được kiểm soát thích hợp như cấp tăng dần từ chậm đến nhanh, loãng đến đặc…là vấn đề quan trọng và chủ yếu nhất của quá trình nhuộm. Quyết định tốc độ nhuộm.

  • Giai đoạn gắn màu:

Là giai đoạn xãy ra phản ứng liên kết hóa học giữa thuốc nhuộm và vật liệu dệt. Nhóm phản ứng của phân tử thuốc nhuộm phản ứng thay thế nguyên tử Hidro trong nhóm -OH của xơ cellulose hay nhóm -NH2 của protein tạo ra liên kết cộng hóa trị và thuốc nhuộm trở thành một thành phần của xơ sợi và mang màu sắc của thuốc nhuộm . Đây là một giai đoạn quan trọng, được kiểm soát bằng cách duy trì độ pH thích hợp như đã nêu trước . Phản ứng diễn ra trong giai đoạn này được thể hiện như dưới đây:

D-SO 2-CH 2-CH 2-OSO 3 Na + OH-Cell = D-SO 2-CH 2-CH 2 O-Cell + NaHSO 3

D-SO2-CH 2-CH 2-OSO3Na + OH-Wool = D-SO2-CH 2-CH 2-O-Wool + NaHSO3

  • Giai đoạn giặt:

Khi quá trình nhuộm hoàn tất, cần phải giặt  sạch để loại bỏ các chất trợ nhuộm  thuốc nhuộm thủy phân không gắn kết khỏi bề mặt vật liệu. Điều này là cần thiết để đạt được độ bền màu tốt. Nó được thực hiện bởi một bước giặt lạnh , giặt nóng và giặt với dung dịch chất tẩy giặt.

Trên đây là những điiểm cơ bản về thuốc nhuộm hoạt tính. Hiểu và nắm vững những điểm này sẽ giúp các bạn chủ động hơn khi điều tiết và thực hiện tốt công tác nhuộm hoạt tính trong sản xuất. Phần các phương pháp nhuộm ứng dụng đối với thuốc nhuộm hoạt tính, những điều cần chú ý để nhuộm đúng màu trong sản xuất từ công thức thí nghiệm..v.v sẽ viết tiếp trong các bài sau.

————————————————-

5 Comments on THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH – REACTIVE DYES

  1. Cảm ơn anh nhiều.
    Kiến thức rất bổ ích ah.
    anh hiện tại đang công tác ở miền Bắc hay miền Nam vậy anh.
    Em muốn kiếm một vài cuốn sách cơ bản về nhuộm, anh có thể giới thiệu chỗ mua được không?

  2. Cam on anh ve nhung kien thuc rat bo ich!anh cho hoi anh co biet cho nao ban nhung quyen sach ve tai leu nghanh nhuom nay khong
    Cam on anh!

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*