สีย้อมรีแอคทีฟมีสีสันสดใสและให้สีที่สมบูรณ์ เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องการใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ และความคงทนของสีที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการพัฒนาเส้นใยเซลลูโลสในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สีย้อมรีแอคทีฟจึงกลายเป็นสีย้อมที่สำคัญที่สุดสำหรับการย้อมสิ่งทอจากเส้นใยเซลลูโลส

แต่ปัญหาที่สำคัญที่สุดของสีย้อมรีแอคทีฟคืออัตราการดูดซับและการยึดติดที่ต่ำ ในกระบวนการย้อมเส้นใยเซลลูโลสแบบดั้งเดิม เพื่อปรับปรุงอัตราการดูดซับและการยึดติดของสีย้อมรีแอคทีฟ จำเป็นต้องเติมเกลืออนินทรีย์ (โซเดียมคลอไรด์หรือโซเดียมซัลเฟต) ในปริมาณมาก โดยปริมาณเกลือที่ใช้จะขึ้นอยู่กับโครงสร้างและสีของสีย้อม โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 30 ถึง 150 กรัมต่อลิตร แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมากในการบำบัดสารประกอบอินทรีย์ในน้ำเสียจากการพิมพ์และการย้อม แต่การเติมเกลืออนินทรีย์ในปริมาณมากในกระบวนการย้อมนั้นไม่สามารถบำบัดได้ด้วยวิธีการทางกายภาพและชีวเคมีแบบง่ายๆ

งานวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีของสีย้อมรีแอคทีฟและสีย้อมปราศจากเกลือ

จากมุมมองทางนิเวศวิทยา การปล่อยน้ำเสียจากการพิมพ์และย้อมสีที่มีความเค็มสูงจะเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำในแม่น้ำและทะเลสาบโดยตรง และทำลายสภาพแวดล้อมทางนิเวศวิทยา
ภาพ
การซึมผ่านของเกลือในปริมาณสูงจะทำให้ดินรอบแม่น้ำและทะเลสาบเค็มขึ้น ส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรลดลง กล่าวโดยสรุป การใช้เกลืออนินทรีย์ในปริมาณมากไม่สามารถย่อยสลายหรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และในขณะเดียวกันก็ส่งผลเสียอย่างมากต่อคุณภาพน้ำและดิน จากพื้นฐานดังกล่าว บทความนี้จึงทบทวนความก้าวหน้าล่าสุดของการวิจัยเทคโนโลยีการย้อมสีแบบปราศจากเกลือ และอภิปรายอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสีย้อมรีแอคทีฟที่มีเกลือต่ำ เทคโนโลยีการปลูกถ่าย และเทคโนโลยีการเชื่อมโยงข้าม

สีย้อมรีแอคทีฟสำหรับการย้อมแบบปราศจากเกลือ

คุณสมบัติเด่นของสีย้อมรีแอคทีฟคือ โครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็ก ความสามารถในการดูดซับน้ำที่ดี และการล้างสีที่ลอยอยู่หลังจากการตรึงสีออกได้ง่าย ซึ่งถือเป็นนวัตกรรมที่สำคัญในการออกแบบโมเลกุลของสีย้อม แต่ข้อดีคือ อัตราการดูดซับและอัตราการตรึงสีต่ำ และต้องเติมเกลือในปริมาณมากระหว่างการย้อม ทำให้เกิดการสูญเสียน้ำเสียที่มีเกลือและสีย้อมจำนวนมาก ส่งผลให้ต้นทุนในการบำบัดน้ำเสียสูงขึ้น และก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง บริษัทผู้ผลิตสีย้อมบางแห่งจึงเริ่มให้ความสนใจกับการคัดเลือกและปรับปรุงสารตั้งต้นของสีย้อมและหมู่รีแอคทีฟ และพัฒนาสีย้อมรีแอคทีฟสำหรับการย้อมโดยใช้เกลือในปริมาณต่ำ CibacronLs ที่เปิดตัวโดย Ciba เป็นสีย้อมชนิดหนึ่งที่ใช้เกลือในปริมาณต่ำ โดยใช้หมู่แอคทีฟที่แตกต่างกันมาผสมผสานกัน คุณลักษณะของสีย้อมนี้คือ ปริมาณเกลือที่ใช้ในการย้อมมีเพียง 1/4 ถึง 1/2 ของสีย้อมรีแอคทีฟทั่วไป ไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนของสารละลาย และมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดี สีย้อมประเภทนี้ส่วนใหญ่เป็นสีย้อมแบบจุ่ม และสามารถใช้ร่วมกับสีย้อมแบบกระจายตัวเพื่อการย้อมผ้าผสมโพลีเอสเตอร์/ฝ้ายได้อย่างรวดเร็วในขั้นตอนเดียว

บริษัท Sumitomo Corporation ของญี่ปุ่นได้เสนอวิธีการย้อมสีที่เหมาะสมสำหรับสีย้อมซีรี่ส์ Sumifux Supra ซึ่งเรียกว่าวิธีการย้อมสี LETfS ปริมาณเกลืออนินทรีย์ที่ใช้ในวิธีการนี้มีเพียง 1/2 ถึง 1/3 ของกระบวนการแบบดั้งเดิม และอัตราส่วนของสารละลายสามารถสูงถึง 1:10 และได้เปิดตัวสีย้อมรีแอคทีฟซีรี่ส์ที่เข้ากันได้กับกระบวนการนี้ สีย้อมซีรี่ส์นี้เป็นสีย้อมเฮเทอโรไบรีแอคทีฟที่ประกอบด้วยโมโนคลอโรสไตรอะซีนและบี-เอทิลซัลโฟนซัลเฟต ปริมาณสีย้อมตกค้างในน้ำเสียจากการย้อมสีของสีย้อมซีรี่ส์นี้มีเพียง 25%-30% ของปริมาณสีย้อมในน้ำเสียจากการย้อมสีรีแอคทีฟทั่วไป จึงแนะนำให้ใช้ในการย้อมเส้นใย Tencel และแสดงประสิทธิภาพการใช้งานที่ยอดเยี่ยมในแง่ของอัตราการยึดเกาะ การซักง่าย และความคงทนของผลิตภัณฑ์ที่ย้อมแล้ว

บริษัท DyStar ได้เปิดตัวสีย้อมซีรีส์ RemazolEF ที่เหมาะสำหรับการย้อมแบบปราศจากเกลือ โดยมีหมู่ฟังก์ชันหลักคือ บี-ไฮดรอกซีเอทิลซัลโฟนซัลเฟต และได้เปิดตัวกระบวนการย้อมแบบปราศจากเกลือที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปริมาณเกลืออนินทรีย์ที่ใช้มีเพียง 1/3 ของกระบวนการแบบดั้งเดิม กระบวนการย้อมจึงสั้นลง นอกจากนี้ ระบบยังครอบคลุมช่วงโครมาโทแกรมที่กว้าง สามารถผสมสีหลักสามสีได้หลากหลายเพื่อให้ได้สีที่สดใส บริษัท Clariant ได้เปิดตัวสีย้อมรีแอคทีฟซีรีส์ DrimareneHF ซึ่งส่วนใหญ่มี 4 ชนิด ได้แก่ DrimareneBlueHF-RL, 戡ownHF-2RL, NavyHF-G และ RedHF-G ใช้สำหรับการย้อมแบบดูดซับและการย้อมแบบต่อเนื่องของเส้นใยเซลลูโลส มีประสิทธิภาพการใช้งานและความคงทนที่ดี อัตราการยึดติดค่อนข้างสูง อัตราส่วนเกลือและของเหลวต่ำ การยึดติดเป็นกลาง และซักได้ดี

สีย้อมรีแอคทีฟที่พัฒนาขึ้นใหม่บางชนิดสามารถเพิ่มความตรงของสีย้อมได้โดยการเพิ่มปริมาตรของโมเลกุลสีย้อมและลดปริมาณเกลืออนินทรีย์ ตัวอย่างเช่น การนำกลุ่มยูเรียเข้ามาสามารถเพิ่มความตรงของกลุ่มที่ออกฤทธิ์และลดปริมาณเกลืออนินทรีย์ ช่วยปรับปรุงอัตราการยึดติด นอกจากนี้ยังมีสารตั้งต้นของสีย้อมโพลีอะโซ (เช่น ไตรอะโซ เตตระอะโซ) เพื่อเพิ่มความตรงของสีย้อมและบรรลุเป้าหมายของการย้อมสีโดยปราศจากเกลือ ผลกระทบจากการกีดขวางทางสเตอริกสูงของสีย้อมบางชนิดในโครงสร้างยังสามารถเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาของกลุ่มที่ออกฤทธิ์ของสีย้อมรีแอคทีฟและปริมาณเกลือที่ใช้ในการย้อมสีได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลกระทบจากการกีดขวางทางสเตอริกเหล่านี้โดยทั่วไปคือการนำหมู่แทนที่อัลคิลเข้ามาในตำแหน่งต่างๆ บนเมทริกซ์ของสีย้อม คุณลักษณะโครงสร้างพื้นฐานของพวกมันได้รับการสรุปโดยนักวิชาการดังนี้:

หมู่ฟังก์ชันแอคทีฟที่หนึ่ง SO: CH2CH: oS03Na สามารถอยู่ในตำแหน่งเมตาหรือพาราของวงแหวนเบนซีนได้

R3 สามารถอยู่ในตำแหน่งออร์โธ อินเตอร์ หรือพาราของวงแหวนเบนซีนได้ สูตรโครงสร้างคือสีย้อมรีแอคทีฟไวนิลซัลโฟน

หมู่แทนที่ที่แตกต่างกันหรือตำแหน่งการแทนที่ที่แตกต่างกันบนสีย้อมสามารถให้ค่าการย้อมที่เหมือนกันภายใต้สภาวะการย้อมเดียวกันได้ แต่ปริมาณเกลือที่ใช้ในการย้อมจะแตกต่างกันอย่างมาก

สีย้อมรีแอคทีฟชนิดเกลือต่ำคุณภาพเยี่ยมต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: 1) ลดปริมาณเกลือที่ใช้ในการย้อมลงอย่างมาก 2) ย้อมได้ในอัตราส่วนน้ำย้อมต่ำ และมีความเสถียรของน้ำย้อม 3) ซักได้ดี ลดเวลาในการตกแต่งหลังย้อม 4) ให้ผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้ดีเยี่ยม ในแง่ของการปรับปรุงสีย้อม นอกเหนือจากการปรับปรุงโครงสร้างเมทริกซ์ของสีย้อมและการผสมผสานกลุ่มแอคทีฟอย่างเหมาะสมแล้ว บางคนยังได้สังเคราะห์สีย้อมรีแอคทีฟประจุบวก ซึ่งสามารถย้อมได้โดยไม่ต้องเติมเกลือ ตัวอย่างเช่น สีย้อมรีแอคทีฟประจุบวกที่มีโครงสร้างดังต่อไปนี้:

จากสูตรข้างต้นจะเห็นได้ว่าส่วนประกอบของสีเชื่อมต่อกับกลุ่มแอคทีฟของโมโนคลอโรไตรอะซีน นอกจากนี้ยังมีกลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมของไพริดีนติดอยู่กับวงแหวนเอส-ไตรอะซีนด้วย สีย้อมมีประจุบวก และกลุ่มควอเทอร์นารีแอมโมเนียมเป็นกลุ่มที่ละลายน้ำได้ เนื่องจากไม่มีทั้งแรงผลักระหว่างโมเลกุลของสีย้อมและเส้นใย และยังมีแรงดึงดูดระหว่างประจุบวกและลบ ทำให้สีย้อมเข้าใกล้พื้นผิวเส้นใยและดูดซับเข้ากับเส้นใยที่ย้อมได้ง่าย การมีอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายย้อมจะไม่เพียงแต่ไม่ทำให้เกิดผลในการส่งเสริมการย้อมสี แต่ยังทำให้แรงดึงดูดระหว่างสีย้อมและเส้นใยอ่อนลง ดังนั้นการย้อมสีแบบนี้จึงสามารถย้อมได้โดยไม่ต้องเติมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการย้อมแบบปราศจากเกลือ กระบวนการย้อมคล้ายกับสีย้อมรีแอคทีฟทั่วไป สำหรับสีย้อมรีแอคทีฟโมโนคลอโรไตรอะซีน ยังคงมีการเติมโซเดียมคาร์บอเนตเป็นสารช่วยยึดสี อุณหภูมิในการยึดสีอยู่ที่ประมาณ 85℃ อัตราการดูดซับสีย้อมสามารถสูงถึง 90% ถึง 94% และอัตราการยึดติดอยู่ที่ 80% ถึง 90% มีความคงทนต่อแสงและการซักที่ดี มีการรายงานสีย้อมรีแอคทีฟประจุบวกที่คล้ายกันโดยใช้โมโนฟลูออโร-เอส-ไตรอะซีนเป็นกลุ่มออกฤทธิ์ โดยพบว่ากิจกรรมของโมโนฟลูออโร-เอส-ไตรอะซีนสูงกว่าโมโนคลอโร-เอส-ไตรอะซีน

สีย้อมเหล่านี้ยังสามารถย้อมลงบนผ้าฝ้ายผสมอะคริลิกได้ด้วย และคุณสมบัติอื่นๆ ของสีย้อม (เช่น การกระจายสีและความเข้ากันได้ ฯลฯ) จำเป็นต้องได้รับการศึกษาเพิ่มเติม แต่ก็เป็นวิธีการใหม่ในการย้อมสีเส้นใยเซลลูโลสโดยปราศจากเกลือ