คุณรู้จักสีย้อมกำมะถันมากแค่ไหน?

สีย้อมซัลไฟด์เป็นสีย้อมชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน ประกอบด้วยกำมะถัน โดยทั่วไปมักทำจากอะโรมาติกอะมีน อะมิโนฟีนอล และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ที่ผ่านการให้ความร้อนด้วยกำมะถันหรือโซเดียมโพลีซัลไฟด์ หรือที่เรียกว่าวัลคาไนซ์

สีย้อมซัลไฟด์ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ และเมื่อทำการย้อมสี จะต้องละลายในโซเดียมซัลไฟด์หรือสารละลายผงอัลคาไลน์เพื่อให้ละลายจนหมด จากนั้นจึงออกซิไดซ์เพื่อแสดงสีหลังจากดูดซับเส้นใยแล้ว

ภาพรวมของสีย้อมกำมะถัน

สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ได้ถูกผลิตขึ้นสำหรับการย้อมเส้นใยเซลลูโลสเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2416 และกระบวนการผลิตนั้นค่อนข้างเรียบง่าย โดยทั่วไปแล้วจะทำจากอะโรมาติกเอมีนหรือสารประกอบฟีนอลิกผสมกับกำมะถันหรือโซเดียมโพลีซัลไฟด์และให้ความร้อน ต้นทุนต่ำ ใช้งานง่าย ไม่ต้องควบคุมมะเร็ง มีความคงทนต่อการซักและทนต่อแสงแดดได้ดี เป็นสีย้อมที่ได้รับความนิยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นสีย้อมประเภทที่ไม่ละลายน้ำ เมื่อทำการย้อม สีย้อมจะถูกทำให้ลดลงเหลือเกลือโซเดียมเลมอนที่ละลายได้ในสารละลายอัลคาไลซัลไฟด์ หลังจากย้อมเส้นใยมนุษย์แล้ว หลังจากออกซิเดชันจะกลายเป็นสถานะไม่ละลายที่ตรึงบนเส้นใย ดังนั้นกระบวนการย้อมจึงซับซ้อน และภายใต้สภาวะด่างที่รุนแรง ไม่สามารถใช้กับขนสัตว์ ไหม และเส้นใยโปรตีนอื่นๆ ได้

ดังนั้นสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์จึงมักใช้ในการย้อมเส้นใยเซลลูโลส โดยเฉพาะในการย้อมผลิตภัณฑ์ผ้าฝ้ายสีเข้ม ซึ่งสีย้อมซัลไฟด์ 2 สีเป็นสีย้อมชนิดหนึ่งที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบและมีโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อน โดยทั่วไปแล้วสีย้อมซัลไฟด์มักทำจากอะโรมาติกอะมีน อะมิโนฟีนอล และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ที่ให้ความร้อนด้วยกำมะถันหรือโซเดียมโพลีซัลไฟด์ นั่นคือ การวัลคาไนซ์

สีย้อมซัลไฟด์ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ และเมื่อทำการย้อมสี จะต้องละลายในโซเดียมซัลไฟด์หรือสารละลายผงอัลคาไลน์เพื่อให้ละลายจนหมด จากนั้นจึงออกซิไดซ์เพื่อแสดงสีหลังจากดูดซับเส้นใยแล้ว

ภาพรวมของสีย้อมกำมะถัน

สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ได้ถูกผลิตขึ้นสำหรับการย้อมเส้นใยเซลลูโลสเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2416 และกระบวนการผลิตนั้นค่อนข้างเรียบง่าย โดยทั่วไปแล้วจะทำจากอะโรมาติกเอมีนหรือสารประกอบฟีนอลิกผสมกับกำมะถันหรือโซเดียมโพลีซัลไฟด์และให้ความร้อน ต้นทุนต่ำ ใช้งานง่าย ไม่ต้องควบคุมมะเร็ง มีความคงทนต่อการซักและทนต่อแสงแดดได้ดี เป็นสีย้อมที่ได้รับความนิยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นสีย้อมประเภทที่ไม่ละลายน้ำ เมื่อทำการย้อม สีย้อมจะถูกทำให้ลดลงเหลือเกลือโซเดียมเลมอนที่ละลายได้ในสารละลายอัลคาไลซัลไฟด์ หลังจากย้อมเส้นใยมนุษย์แล้ว หลังจากออกซิเดชันจะกลายเป็นสถานะไม่ละลายที่ตรึงบนเส้นใย ดังนั้นกระบวนการย้อมจึงซับซ้อน และภายใต้สภาวะด่างที่รุนแรง ไม่สามารถใช้กับขนสัตว์ ไหม และเส้นใยโปรตีนอื่นๆ ได้

ดังนั้นสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์จึงนิยมใช้ในการย้อมเส้นใยเซลลูโลส โดยเฉพาะในการย้อมผลิตภัณฑ์ผ้าฝ้ายสีเข้มที่มีหลายสีกำมะถันดำและกำมะถันสีน้ำเงิน

กำมะถันสีน้ำตาลเข้ม gd สีย้อมสีน้ำตาลกำมะถัน
สีแดงกำมะถัน สีแดง lgf
สีน้ำตาลกำมะถัน 10 สีเหลืองน้ำตาล
ผงกำมะถันเหลือง 2 สีเหลือง
กำมะถันบอร์โดซ์ 3b ผงกำมะถันแดง

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

ประการที่สองกลไกการย้อมสีซัลไฟด์

สีย้อมซัลไฟด์จะถูกทำให้ลดลงและละลายในสารละลายสีย้อม และสีย้อมลูโคโครมาที่เกิดขึ้นจะถูกดูดซับโดยเส้นใยเซลลูโลสและผ่านกระบวนการออกซิเดชันในอากาศเพื่อให้เส้นใยเซลลูโลสแสดงสีที่ต้องการ สูตรปฏิกิริยาเคมีของสีย้อมคือ

DS-SO3Na + Na2S→D-SNa + Na2S2O3

สีย้อมซัลไฟด์ไม่มีความสัมพันธ์กับเส้นใย และโครงสร้างของสีย้อมประกอบด้วยพันธะซัลเฟอร์ (1 S 1) พันธะไดซัลไฟด์ (1 s — S) หรือพันธะโพลีซัลไฟด์ (1 Sx 1) ซึ่งถูกทำให้ลดลงเป็นกลุ่มไฮโดรเจนซัลไฟด์ (1 SNa) ภายใต้การกระทำของตัวรีดิวซ์โซเดียมซัลไฟด์ และกลายเป็นเกลือโซเดียมลิวโคโครมิกที่ละลายน้ำได้ เหตุผลที่ลิวโคโครมมีความสัมพันธ์กับเส้นใยเซลลูโลสได้ดีก็คือ โมเลกุลของสีย้อมมีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งในทางกลับกันก็ทำให้เกิดแรงแวนเดอร์วาลส์และแรงพันธะไฮโดรเจนที่มากขึ้นระหว่างเส้นใย

III. การจำแนกประเภทของสีย้อมกำมะถัน

สีซัลไฟด์สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท:

1.สีย้อมซัลไฟด์ผง

โครงสร้างสีย้อมสูตรทั่วไป: DSSD โดยทั่วไปต้องใช้โซเดียมซัลไฟด์ต้มแล้วละลายหลังการใช้

2. สีย้อมไฮโดรไลติกซัลไฟด์

โครงสร้างสีย้อมสูตรทั่วไป: D-SSO3Na สีย้อมชนิดนี้ทำจากสีย้อมซัลไฟต์แบบดั้งเดิมที่ผ่านการบำบัดด้วยโซเดียมซัลไฟต์หรือโซเดียมไบซัลไฟต์ สีย้อมมีกลุ่มที่ละลายน้ำได้ ดังนั้นจึงละลายน้ำได้ แต่สีย้อมนี้ไม่มีตัวรีดิวซ์ จึงไม่เกาะติดกับเส้นใย โดยทั่วไปจะใช้วิธีการย้อมแบบแผ่นแขวนลอยกับผ้า

3. สีย้อมซัลไฟด์เหลว

สูตรทั่วไปของโครงสร้างสีย้อมคือ D-SNa ซึ่งประกอบด้วยตัวรีดิวซ์จำนวนหนึ่ง สีย้อมจะถูกรีดิวซ์ล่วงหน้าจนกลายเป็นเลปโตโครมาที่สามารถละลายน้ำได้

ก่อนปี 1936 สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์จะอยู่ในรูปผงในรูปแบบเชิงพาณิชย์ เมื่อใช้งาน สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ในรูปผงจะถูกให้ความร้อนร่วมกับสารละลายโซดาแอชที่ผ่านการวัลคาไนซ์เพื่อละลายให้เดือด ในปี 1936 จอห์น เลอ เคลสเตอร์จากสหรัฐอเมริกาได้ผลิตสารละลายสีย้อมซัลไฟด์เข้มข้นที่ผ่านการรีดิวซ์ล่วงหน้าซึ่งค่อนข้างเสถียร และได้รับสิทธิบัตร ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสีย้อมซัลไฟด์เหลว

4. สีย้อมซัลไฟด์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ในกระบวนการผลิตนั้น จะถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นสารละลายสี แต่ปริมาณกำมะถันและปริมาณโพลีซัลไฟด์จะต่ำกว่าปริมาณซัลไฟด์ของสีย้อมทั่วไปมาก สีย้อมมีความบริสุทธิ์สูง ระดับการลดที่เสถียร และมีการซึมผ่านที่ดี ในเวลาเดียวกัน ตัวแทนการลดไบนารีของกลูโคสและผงประกันจะถูกใช้ในอ่างสีย้อม ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถลดซัลไฟด์ของสีย้อมได้เท่านั้น แต่ยังมีบทบาทในการปกป้องสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ประการที่สี่กระบวนการย้อมสีซัลไฟด์

กระบวนการย้อมสีด้วยการวัลคาไนซ์สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1. การลดปริมาณสี

การลดและละลายสีย้อมซัลไฟด์ทำได้ค่อนข้างง่าย และโซเดียมซัลไฟด์มักใช้เป็นตัวรีดิวซ์ ซึ่งยังทำหน้าที่เป็นตัวแทนด่างด้วย เพื่อป้องกันไม่ให้ลิวโคฟอร์ถูกไฮโดรไลซ์ สามารถเติมสารเช่นโซดาแอชได้อย่างเหมาะสม แต่สารรีดิวซ์ในอ่างที่เป็นด่างจะต้องไม่แรงเกินไป มิฉะนั้น อัตราการลดสีย้อมจะช้า

2. สีในสารละลายสีจะถูกดูดซับโดยเส้นใย

ลิวโคฟอร์ของสีย้อมซัลไฟด์มีสถานะเป็นแอนไอออนในสารละลายสีย้อม ซึ่งมีคุณสมบัติโดยตรงกับเส้นใยเซลลูโลส สามารถดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยและแพร่กระจายเข้าไปในส่วนภายในเส้นใยได้ คุณสมบัติโดยตรงของสีย้อมซัลเฟอร์ต่อเส้นใยเซลลูโลสนั้นต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ปริมาณอ่างที่น้อย ในขณะที่เติมอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงอัตราการย้อมสี การปรับระดับ และการซึมผ่านได้

3. การบำบัดด้วยออกซิเดชัน

หลังจากย้อมเส้นใยแล้ว จะต้องออกซิไดซ์สีย้อมกำมะถันลูโคเพื่อให้ได้สีที่ต้องการ ออกซิเดชันเป็นขั้นตอนสำคัญหลังการย้อมสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ซึ่งออกซิไดซ์ได้ง่ายสามารถออกซิไดซ์ได้โดยอากาศหลังการย้อมโดยการซักและการระบายอากาศ นั่นคือวิธีการออกซิไดซ์โดยอากาศ สำหรับสีย้อมซัลไฟด์บางชนิดที่ออกซิไดซ์ได้ยาก จะใช้สารออกซิไดซ์เพื่อส่งเสริมการเกิดออกซิเดชัน

4. การประมวลผลหลังการผลิต

ขั้นตอนหลังการย้อมสีประกอบด้วยการทำความสะอาด การทาน้ำมัน การป้องกันการเปราะบาง และการตรึงสี ต้องซักสีย้อมกำมะถันให้หมดหลังการย้อมสีเพื่อลดปริมาณกำมะถันที่ตกค้างบนผ้าและป้องกันความเปราะบางของผ้า เนื่องจากกำมะถันในสีย้อมและกำมะถันในซัลไฟด์ด่างนั้นออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศจนเกิดกรดซัลฟิวริก ซึ่งจะทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของกรดในเส้นใยเซลลูโลสและลดความแข็งแรงของความเปราะบางของเส้นใย ดังนั้นจึงสามารถบำบัดด้วยสารป้องกันการเปราะบาง เช่น ยูเรีย ไตรโซเดียมฟอสเฟต กาวกระดูก โซเดียมอะซิเตท เป็นต้น เพื่อปรับปรุงการย้อมสีด้วยแสงอาทิตย์และความคงทนต่อสบู่ของสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ สามารถตรึงสีได้หลังการย้อมสี มีสองวิธีในการตรึงสี ได้แก่ การบำบัดด้วยเกลือโลหะ (เช่น โพแทสเซียมไดโครเมต คอปเปอร์ซัลเฟต คอปเปอร์อะซิเตท และส่วนผสมของเกลือเหล่านี้) และการบำบัดด้วยสารตรึงสีที่มีประจุบวก

สีดำและสีน้ำเงินวัลคาไนซ์เป็นสีที่นิยมใช้กันมากที่สุด

ประการที่สองกลไกการย้อมสีซัลไฟด์

สีย้อมซัลไฟด์จะถูกทำให้ลดลงและละลายในสารละลายสีย้อม และสีย้อมลูโคโครมาที่เกิดขึ้นจะถูกดูดซับโดยเส้นใยเซลลูโลสและผ่านกระบวนการออกซิเดชันในอากาศเพื่อให้เส้นใยเซลลูโลสแสดงสีที่ต้องการ สูตรปฏิกิริยาเคมีของสีย้อมคือ

DS-SO3Na + Na2S→D-SNa + Na2S2O3

สีย้อมซัลไฟด์ไม่มีความสัมพันธ์กับเส้นใย และโครงสร้างของสีย้อมประกอบด้วยพันธะซัลเฟอร์ (1 S 1) พันธะไดซัลไฟด์ (1 s — S) หรือพันธะโพลีซัลไฟด์ (1 Sx 1) ซึ่งถูกทำให้ลดลงเป็นกลุ่มไฮโดรเจนซัลไฟด์ (1 SNa) ภายใต้การกระทำของตัวรีดิวซ์โซเดียมซัลไฟด์ และกลายเป็นเกลือโซเดียมลิวโคโครมิกที่ละลายน้ำได้ เหตุผลที่ลิวโคโครมมีความสัมพันธ์กับเส้นใยเซลลูโลสได้ดีก็คือ โมเลกุลของสีย้อมมีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งในทางกลับกันก็ทำให้เกิดแรงแวนเดอร์วาลส์และแรงพันธะไฮโดรเจนที่มากขึ้นระหว่างเส้นใย

III. การจำแนกประเภทของสีย้อมกำมะถัน

สีซัลไฟด์สามารถแบ่งออกได้เป็นสี่ประเภท:

1.สีย้อมซัลไฟด์ผง

โครงสร้างสีย้อมสูตรทั่วไป: DSSD โดยทั่วไปต้องใช้โซเดียมซัลไฟด์ต้มแล้วละลายหลังการใช้

2. สีย้อมไฮโดรไลติกซัลไฟด์

โครงสร้างสีย้อมสูตรทั่วไป: D-SSO3Na สีย้อมชนิดนี้ทำจากโซเดียมซัลไฟต์หรือโซเดียมไบซัลไฟต์ที่ผ่านการบำบัดด้วยสีย้อมซัลไฟด์แบบดั้งเดิม สีย้อมมีกลุ่มที่ละลายน้ำได้ ดังนั้นจึงละลายน้ำได้ แต่สีย้อมไม่มีตัวรีดิวซ์ ไม่มีความสัมพันธ์กับเส้นใย โดยทั่วไปจะใช้วิธีการย้อมแบบแผ่นแขวนลอยที่นำไปใช้กับผ้า3 สีย้อมซัลไฟด์เหลว

สูตรทั่วไปของโครงสร้างสีย้อมคือ D-SNa ซึ่งประกอบด้วยตัวรีดิวซ์จำนวนหนึ่ง สีย้อมจะถูกรีดิวซ์ล่วงหน้าจนกลายเป็นเลปโตโครมาที่สามารถละลายน้ำได้

ก่อนปี 1936 สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์จะอยู่ในรูปผงในรูปแบบเชิงพาณิชย์ เมื่อใช้งาน สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ในรูปผงจะถูกให้ความร้อนร่วมกับสารละลายโซดาแอชที่ผ่านการวัลคาไนซ์เพื่อละลายให้เดือด ในปี 1936 จอห์น เลอ เคลสเตอร์จากสหรัฐอเมริกาได้ผลิตสารละลายสีย้อมซัลไฟด์เข้มข้นที่ผ่านการรีดิวซ์ล่วงหน้าซึ่งค่อนข้างเสถียร และได้รับสิทธิบัตร ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสีย้อมซัลไฟด์เหลว

4. สีย้อมซัลไฟด์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ในกระบวนการผลิตนั้น จะถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นสารละลายสี แต่ปริมาณกำมะถันและปริมาณโพลีซัลไฟด์จะต่ำกว่าปริมาณซัลไฟด์ของสีย้อมทั่วไปมาก สีย้อมมีความบริสุทธิ์สูง ระดับการลดที่เสถียร และมีการซึมผ่านที่ดี ในเวลาเดียวกัน ตัวแทนการลดไบนารีของกลูโคสและผงประกันจะถูกใช้ในอ่างสีย้อม ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถลดซัลไฟด์ของสีย้อมได้เท่านั้น แต่ยังมีบทบาทในการปกป้องสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ประการที่สี่กระบวนการย้อมสีซัลไฟด์

กระบวนการย้อมสีด้วยการวัลคาไนซ์สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1. การลดปริมาณสี

การลดและละลายสีย้อมซัลไฟด์ทำได้ค่อนข้างง่าย และโซเดียมซัลไฟด์มักใช้เป็นตัวรีดิวซ์ ซึ่งยังทำหน้าที่เป็นตัวแทนด่างด้วย เพื่อป้องกันไม่ให้ลิวโคฟอร์ถูกไฮโดรไลซ์ สามารถเติมสารเช่นโซดาแอชได้อย่างเหมาะสม แต่สารรีดิวซ์ในอ่างที่เป็นด่างจะต้องไม่แรงเกินไป มิฉะนั้น อัตราการลดสีย้อมจะช้า

2. สีในสารละลายสีจะถูกดูดซับโดยเส้นใย

ลิวโคฟอร์ของสีย้อมซัลไฟด์มีสถานะเป็นแอนไอออนในสารละลายสีย้อม ซึ่งมีคุณสมบัติโดยตรงกับเส้นใยเซลลูโลส สามารถดูดซับบนพื้นผิวเส้นใยและแพร่กระจายเข้าไปในส่วนภายในเส้นใยได้ คุณสมบัติโดยตรงของสีย้อมซัลเฟอร์ต่อเส้นใยเซลลูโลสนั้นต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ปริมาณอ่างที่น้อย ในขณะที่เติมอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสม ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงอัตราการย้อมสี การปรับระดับ และการซึมผ่านได้

3. การบำบัดด้วยออกซิเดชัน

หลังจากย้อมเส้นใยแล้ว จะต้องออกซิไดซ์สีย้อมกำมะถันลูโคเพื่อให้ได้สีที่ต้องการ ออกซิเดชันเป็นขั้นตอนสำคัญหลังการย้อมสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ สีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ซึ่งออกซิไดซ์ได้ง่ายสามารถออกซิไดซ์ได้โดยอากาศหลังการย้อมโดยการซักและการระบายอากาศ นั่นคือวิธีการออกซิไดซ์โดยอากาศ สำหรับสีย้อมซัลไฟด์บางชนิดที่ออกซิไดซ์ได้ยาก จะใช้สารออกซิไดซ์เพื่อส่งเสริมการเกิดออกซิเดชัน

4. การประมวลผลหลังการผลิต

ขั้นตอนหลังการย้อมสีประกอบด้วยการทำความสะอาด การทาน้ำมัน การป้องกันการเปราะบาง และการตรึงสี ต้องซักสีย้อมกำมะถันให้หมดหลังการย้อมสีเพื่อลดปริมาณกำมะถันที่ตกค้างบนผ้าและป้องกันความเปราะบางของผ้า เนื่องจากกำมะถันในสีย้อมและกำมะถันในซัลไฟด์ด่างนั้นออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศจนเกิดกรดซัลฟิวริก ซึ่งจะทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของกรดในเส้นใยเซลลูโลสและลดความแข็งแรงของความเปราะบางของเส้นใย ดังนั้นจึงสามารถบำบัดด้วยสารป้องกันการเปราะบาง เช่น ยูเรีย ไตรโซเดียมฟอสเฟต กาวกระดูก โซเดียมอะซิเตท เป็นต้น เพื่อปรับปรุงการย้อมสีด้วยแสงอาทิตย์และความคงทนต่อสบู่ของสีย้อมที่ผ่านการวัลคาไนซ์ สามารถตรึงสีได้หลังการย้อมสี มีสองวิธีในการตรึงสี ได้แก่ การบำบัดด้วยเกลือโลหะ (เช่น โพแทสเซียมไดโครเมต คอปเปอร์ซัลเฟต คอปเปอร์อะซิเตท และส่วนผสมของเกลือเหล่านี้) และการบำบัดด้วยสารตรึงสีที่มีประจุบวก