Barwniki reaktywne charakteryzują się intensywnymi kolorami i pełnymi chromatogramami. Znane są z łatwości aplikacji, niskiego kosztu i doskonałej trwałości. Szczególnie wraz z rozwojem włókien celulozowych w ostatnich latach, barwniki reaktywne stały się najważniejszym rodzajem barwników do barwienia tekstyliów z włókien celulozowych.

Jednak najpoważniejszym problemem barwników reaktywnych jest niski wskaźnik wyczerpania i wiązania. W tradycyjnym procesie barwienia włókien celulozowych, aby poprawić wchłanianie i wiązanie barwnika reaktywnego, konieczne jest dodanie dużej ilości soli nieorganicznej (chlorku sodu lub siarczanu sodu). W zależności od struktury i koloru barwnika, ilość użytej soli wynosi zazwyczaj od 30 do 150 g/l. Chociaż poczyniono znaczny postęp w oczyszczaniu związków organicznych w ściekach drukarskich i farbiarskich, dodanie dużej ilości soli nieorganicznych w procesie barwienia nie może być wyeliminowane prostymi metodami fizycznymi i biochemicznymi.

Badania nad technologią barwników reaktywnych i barwników bezsolnych

Z ekologicznego punktu widzenia, odprowadzanie ścieków o wysokiej zawartości soli powstających w procesie drukowania i farbowania bezpośrednio zmienia jakość wody w rzekach i jeziorach oraz niszczy środowisko ekologiczne.
obraz
Wysoka przepuszczalność soli powoduje zasolenie gleby wokół rzek i jezior, co prowadzi do zmniejszenia plonów. Krótko mówiąc, stosowanie dużej ilości soli nieorganicznych nie ulega degradacji ani recyklingowi, a jednocześnie ma negatywny wpływ na jakość wody i gleby. W związku z tym niniejszy artykuł dokonuje przeglądu najnowszych postępów w badaniach nad technologią barwienia bez użycia soli i systematycznie omawia zmiany strukturalne w reaktywnych barwnikach o niskiej zawartości soli, technologii szczepienia i technologii sieciowania.

Barwniki reaktywne do barwienia bez soli

Wyjątkowymi cechami barwników reaktywnych są mała struktura cząsteczkowa, dobra hydrofilowość i łatwe zmywanie pływającego koloru po utrwaleniu. Jest to ważna innowacja w projektowaniu cząsteczek barwników. Powoduje to jednak również niski wskaźnik wyczerpania i utrwalenia barwnika oraz konieczność dodania dużej ilości soli podczas barwienia. Prowadzi to do utraty dużej ilości słonych ścieków i barwników, co zwiększa koszty oczyszczania ścieków. Zanieczyszczenie środowiska jest poważne. Niektóre firmy produkujące barwniki zaczęły zwracać uwagę na badanie i ulepszanie prekursorów barwników i grup reaktywnych oraz opracowywanie barwników reaktywnych do barwienia niskosolnego. CibacronLs, wprowadzony na rynek przez Ciba, to rodzaj barwników niskosolnych, które wykorzystują różne grupy aktywne do łączenia. Cechą charakterystyczną tego barwnika jest to, że ilość soli użytej do barwienia wynosi od 1/4 do 1/2 ilości soli użytej w standardowych barwnikach reaktywnych. Barwnik ten nie jest wrażliwy na zmiany proporcji kąpieli i charakteryzuje się dobrą powtarzalnością. Tego typu barwniki służą głównie do barwienia metodą zanurzeniową i można je stosować razem z barwnikami zawiesinowymi do szybkiego barwienia mieszanek poliestru i bawełny w jednej kąpieli.

Japońska firma Sumitomo Corporation zaproponowała zestaw metod barwienia odpowiednich dla barwników z serii Sumifux Supra. Metoda ta nazywa się metodą barwienia LETfS. Ilość soli nieorganicznej użytej w tej metodzie stanowi zaledwie połowę do 1/3 ilości stosowanej w tradycyjnym procesie, a stosunek kąpieli może sięgać 1:10. Firma wprowadziła również na rynek serię barwników reaktywnych kompatybilnych z tym procesem. Ta seria barwników to heterobi-reaktywne barwniki składające się z monochlorotriazyny i siarczanu B-etylosulfonu. Ilość resztkowego barwnika w ściekach z barwienia tej serii barwników stanowi zaledwie 25–30% zawartości barwnika w ogólnych ściekach z barwienia reaktywnego. Jest ona zalecana do barwienia włókien Tencel. Charakteryzuje się doskonałą wydajnością pod względem szybkości utrwalania, łatwości prania i różnej trwałości barwionych produktów.

Firma DyStar wprowadziła na rynek serię barwników RemazolEF, nadających się do barwienia bezsolnego, w której grupą aktywną jest głównie siarczan B-hydroksyetylosulfonu, i wprowadziła przyjazny dla środowiska proces barwienia bezsolnego. Ilość użytej soli nieorganicznej stanowi 1/3 ilości stosowanej w procesie konwencjonalnym. Proces barwienia ulega skróceniu. Ponadto system obejmuje szeroki zakres chromatogramów. Różnorodność trzech kolorów podstawowych można łączyć w celu uzyskania jasnych kolorów. Firma Clariant (Clariant) wprowadziła na rynek serię barwników reaktywnych DrimareneHF, głównie w 4 odmianach: DrimareneBlueHF-RL, 戡ownHF-2RL, NavyHF-G, RedHF-G, stosowanych do barwienia wyczerpującego i ciągłego włókien celulozowych, charakteryzujących się wydajnością aplikacji i dobrą trwałością. Szybkość wiązania jest dość wysoka, niski stosunek soli i kąpieli. Neutralne wiązanie, dobra zmywalność.

Niektóre nowo opracowane barwniki reaktywne mogą zwiększyć bezpośredniość barwienia poprzez zwiększenie objętości cząsteczek barwnika i zmniejszenie ilości soli nieorganicznych. Na przykład wprowadzenie grup mocznikowych może zwiększyć bezpośredniość grup aktywnych i zmniejszyć ilość soli nieorganicznych. Poprawić szybkość wiązania; istnieją również prekursory barwników poliazowych (takie jak trisazo, tetraazo), które zwiększają bezpośredniość barwienia i pozwalają osiągnąć cel barwienia bezsolnego. Silny efekt zawady przestrzennej niektórych barwników w strukturze może również znacząco zmienić reaktywność grup reaktywnych barwników reaktywnych i ilość soli używanej do barwienia. Te efekty zawady przestrzennej polegają zazwyczaj na wprowadzeniu podstawników alkilowych w różnych pozycjach matrycy barwnika. Ich podstawowe cechy strukturalne są podsumowane przez naukowców w następujący sposób:

Grupa aktywna pierwsza SO: CH2CH: oS03Na może znajdować się w pozycji meta lub para pierścienia benzenowego;

R3 może znajdować się w pozycji orto, inter lub para pierścienia benzenowego. Wzór strukturalny to reaktywne barwniki winylosulfonowe.

Różne podstawniki lub różne pozycje podstawień w barwnikach mogą dać tę samą wartość barwienia w tych samych warunkach barwienia, ale ilości soli barwiących są zupełnie różne.

Doskonałe barwniki reaktywne o niskiej zawartości soli muszą spełniać następujące kryteria: 1) Znacznie zmniejszona ilość soli użytej do barwienia; 2) Barwienie w kąpieli barwiącej o niskim współczynniku zasolenia, stabilność kąpieli barwiącej; 3) Dobra zmywalność. Skrócony czas obróbki końcowej; 4) Doskonała powtarzalność. W zakresie ulepszania barwników, oprócz wspomnianej poprawy struktury matrycy barwnika i rozsądnej kombinacji grup aktywnych, niektórzy zsyntetyzowali tzw. kationowe barwniki reaktywne, które można barwić bez dodatku soli. Np. kationowe barwniki reaktywne o następującej strukturze:

Z powyższego wzoru wynika, że ​​ciało barwnika jest połączone z grupą aktywną monochlorotriazyny. Do pierścienia s-triazyny przyłączona jest również pirydynowa czwartorzędowa grupa amoniowa. Barwnik ma ładunek dodatni, a czwartorzędowa grupa amoniowa jest grupą rozpuszczalną w wodzie. Ponieważ nie tylko nie występuje odpychanie ładunków między cząsteczkami barwnika a włóknem, ale także przyciąganie ładunków dodatnich i ujemnych, barwnik łatwo zbliża się do powierzchni włókna i adsorbuje się na barwionym włóknie. Obecność elektrolitów w roztworze barwiącym nie tylko nie wywołuje efektu promowania barwnika, ale także osłabia przyciąganie między barwnikiem a włóknem, więc ten rodzaj barwienia barwnikiem można barwić bez dodawania elektrolitów w celu barwienia bezsolnego. Proces barwienia jest podobny do zwykłych barwników reaktywnych. W przypadku barwników reaktywnych monochlorotriazynowych, węglan sodu jest nadal dodawany jako środek utrwalający. Temperatura utrwalania wynosi około 85°C. Stopień absorpcji barwnika może sięgać 90–94%, a stopień wiązania 80–90%. Charakteryzuje się on dobrą odpornością na światło i pranie. Podobne kationowe barwniki reaktywne również zawierają monofluoro-s-triazynę jako grupę aktywną. Aktywność monofluoro-s-triazyny jest wyższa niż monochloro-s-triazyny.

Barwniki te można również stosować w mieszankach bawełny i akrylu, a inne właściwości barwników (takie jak rozprowadzanie i kompatybilność itp.) wymagają dalszych badań. Zapewniają one jednak nowy sposób barwienia włókien celulozowych bez użycia soli.