رنگرزی پلی استر با رنگزاهای دیسپرس

رنگرزی پلی استر با رنگزاهای دیسپرس

نخست پیش از اینکه به روش رنگرزی بپردازیم رده بنده رنگزاهای دیسپرس را بازگو می نماییم ؛

S.D.C رنگزاهای دیسپرس را در ۴ کلاس تقسیم بندی کرده است:
(به ترتیب از بالا تا پایین وزن مولکولی افزایش، یکنواختی کاهش، ثبات تصعیدی افزایش می یابد)

کلاس A : دارای وزن مولکولی پایین می باشند و بیشتر برای رنگرزی نایلون و استات به کار برده می شوند. مثال: Y.3, R.1, B.3

کلاس B : از لحاظ وزن مولکولی کوچکترین رنگزاهای دیسپرس برای رنگرزی پلی استر می باشند و عمده ی کاربردشان در رنگرزی فاستونی می باشد. یکنواختی و مهاجرت بالایی دارند، ثبات تصعیدی پایینی دارند و برای رنگرزی به روش کریری و HT توصیه می شوند. مثال: Y.54, R.60, B.56

کلاس C : وزن مولکولی و ثبات تصعیدی متوسطی دارند. برای رنگرزی به روش HTو ترموزول مناسب می باشند. مثال: Y.211, R.73, B.183

کلاس D : وزن مولکولی بالا و ثبات تصعیدی خوبی دارند. برای رنگرزی به روش HT و ترموزول و چاپ توصیه می گردد. مثال: Y.114, R.92, B.165

دسته بندی رنگزاهای بر اساس سطح انرژی

(Low energy dyes. (E .

این رنگها برای روش کریری در درجه حرارت ۸۰ تا۹۰ درجه مناسب بوده و از ثبات تصعیدی پایینی برخوردارند.

(Medium energy dyes. (SE

این رنگزاها برای دمای بین ۱۰۴ تا ۱۱۰درجه مناسب بوده و از ثبات تصعیدی بهتری نسبت به گروه قبل برخوردارند.

(High energy dyes .(S

این گروه برای رنگرزی در دمای بالاتر از ۱۲۹ درجه استفاده میشود و از ثبات بالایی برخوردار است. این رنگدانه ها فاقد گروه های سولفونیک (Na2So3) بوده به همین دلیل غیر قابل حل در آب میباشند ازینرو برای حل کردن رنگ و در پروسه رنگرزی از دیسپرس کننده استفاده میکنیم تا به تعلیق رنگ در آب کمک کند.

روشهای رنگرز پلی استر به ترموزول ٬ HT و روش کریری تقسیم میشود که ما در اینجا روش HT را بررسی میکنیم .

آماده سازی پارچه : وجود روغن بافت و آهار در پارچه در مراحل رنگرزی ایجاد مشکل میکند که باید طبق نسخه زیر پارچه شستشو داده شود ؛ کربنات سدیم ۲ گرم در لیتر صابون حلال دار ۱ گرم در لیتر دما ۸۰ درجه زمان ۲۰ دقیقه با توجه به جنس پارچه ممکن است نیاز به عملیات مقدماتی بیشتری داشته باشیم از جمله واترست که برای جلوگیری از شکستگی پارچه در طی پروسه رنگرزی بروی میکروفیلامنت ها و پارچه های ریون یا ریون کریستال صورت میگیرد.

مواد مصرفی در نسخه رنگرزی :

بطور کلی نسخه رنگرز پلی استر با دیسپرس شامل موارد زیر است رنگزای دیسپرس X%

دیسپرس کننده از نظر یونیزاسیون دو دسته اند ؛ آنیونیک و نانیونیک که ترکیب های Alkyl polyglycolether sulphated polyglycolether میباشند و برای پراکنده کردن و تعلیق رنگ های دیسپرس بکار میروند.

اسید استیک (معمولا رنگزاهای دیسپرس بخصوص نوع آنتراکینونی آن به PH اسیدی حساس بوده و هیدرولیز میشوند ازینرو بهترین حالت برای راندمان رنگی بالا اسیدی بودن حمام رنگرزی است PH=5-5.5)

ضد شکستگی

مواد ضد شکست با ایجاد کراس لینک مانع از چروک و شکستگی پارچه میشوند. دما و زمان رنگرزی رنگرزی پلی استر در دمای بالا امکان بهره مندی از مولکول هایی با اندازه بزرگتر راه فراهم می سازد. همچنین رنگرزی در دمای بالا و عملیات پس از آن نیاز هر چه بیشتر برای مواد رنگزایی که دارای ثبات تصعیدی بهتری باشند را روشنتر می نماید تا رنگرزی خوبی بدست آید.

    نکاتی در مورد دما و سرعت رنگرزی پلی استر :

رنگرزی های با عمق یکسان پس از ۱۱ ثانیه در درجه حرارت ۲۰۰ درجه ، ۵ دقیقه در درجه حرارت۱۲۵ درجه و ۵ روز در دما ۶۰ درجه حاصلی یکسان دارند.

همچنین سرعت رنگرزی در درجه حرارت ۱۳۰ درجه ،۲۰۰ برابر بیشتر از سرعت رنگرزی در درجه حرارت ۱۰۰ درجه است و نشان داده شده که سرعت رنگرزی به ازای هر ۱۰ درجه سانتیگراد افزایش ، تقریبا ۶ برابر افزایش میابد.

بالا رفتن دما باعث افزایش نفوذ رنگزا به داخل لیف میشود پس با پذیرش این حقیقت که که عامل کار ساز و تعیین کننده در رنگرزی پلی استر سرعت مهاجرت درونی است میتوان گفت افزایش دما سبب دگرگونی درونی در الیاف پلی استر شده و بدین طریق سرعت رنگرزی افزایش پیدا میکند.  

– روش رنگرزی با رنگزای دیسپرس به چه صورت است و  رعایت چه مواردی می‌تواند به ارتقا کیفیت رنگرزی و کالا بیافزاید؟

از نکات حائز اهمیت در رنگرزی دیسپرس شیب دمایی رنگرزی است. معمولاً رنگرزی از دمای°C 40  شروع می‌گردد و بهترین شیب برای یکنواختی و جذب بهتر، شیب  °C/min 5/1 تا دمای°C 85 است که معمولاً رنگرزی در دستگاه جت و رمق کشی High temperature (HT) با همین شیب انجام می‌گیرد. از آنجایی که این نقطه، دمای شروع جذب رنگ دیسپرس است، کالا به مدت ۱۵ دقیقه در دمای °C 85 باقی می‌ماند.  پس از آن، با شیب °C/min 1-7/0 دما را به °C 130 درجه می‌رسانیم و با توجه به درصد رنگزا، ۳۰ الی ۶۰ دقیقه عملیات رنگرزی را ادامه می‌دهیم. معمولاً در دمای °C 85-80  چون دستگاه از زیر فشار و سایر مسائل فیزیکی خارج شده است، می‌توان درب آن را باز کرد و عملیات سرد کردن را انجام داد. در عملیات خنک‌سازی، چون آب سرد وارد دستگاه می‌شود، می‌تواند موجب شکست پارچه گردد؛ از این رو، باید دقت لازم را به عمل آورد. جهت رفع این مشکل، برخی از ماشین آلات جت دارای یک سیستم دوجداره است که آب مستقیماً در تماس با پارچه قرار نمی‌گیرد و می‌تواند به تدریج دما را کاهش و موجب خنک شدن آن گردد. در واقع، با بستن شیر بخار، شیر فشار شکن را باز می‌نماییم تا تا آب سرد از زیر J-Box وارد سیستم دوجداره گردد و دما خود به خود پایین آید.

از سوی دیگر، عملیات تخلیه باید حتماً در همین دما صورت گیرد؛ زیرا، در دمای پایین‌تر الیگومرها رسوب می‌کنند و موجب تشکیل توده‌های نامحلول می‌گردند. به عبارت دیگر، همان دمایی که جذب رنگزا آغاز گردیده (دمای°C 85)، باید عملیات خنک سازی و تخلیه صورت گیرد تا موجب شکست و خمش و دفرمه شدن پارچه نگردد، به خصوص اگر پارچه تریکو و یا لاکرادار باشد.

– عملیات رنگرزی در ماشین آلات ترموزول به چه صورت است و چه نوع پارچه‌هایی می‌توانند در این سیستم تحت عملیات رنگرزی قرار گیرند؟

پارچه‌های مخلوط پلی‌استر/ویسکوز و یا پلی‌استر/پنبه توسط ماشین آلات ترموزول، تحت عملیات رنگرزی قرار می‌گیرند و باید

تا حد امکان از رنگرزی پارچه % ۱۰۰پلی‌استر در این سیستم اجتناب کرد. ماشین ترموزول از یک فولارد بسیار دقیق و حساس به نام کوسترز تشکیل شده که از سه جهت چپ و راست و وسط به پارچه فشار وارد می کند. فشار وارده از جهت چپ و راست از طریق جک تعبیه شده و فشار قسمت وسط از طریق خود فولارد انجام می‌گیرد و به دلیل فشاری که فولارد موازی با سطح افق بر سطح پارچه وارد می‌آورد، پارچه % ۱۰۰پلی‌استر را بایستی به صورت طنابی رنگرزی نمود که می‌تواند در رمق کشی سیستم جت نیز مورداستفاده قرار گیرد.  پارچه پس از عبور از بین غلتک‌های فولارد، یک ارتفاع حدود ۴ متری را طی می‌نماید و از آنجا وارد اتاق‌های خشک کن می‌شود. با توجه به فاصله‌ای که پارچه طی می‌نماید، احتمال مهاجرت رنگزا بسیار بالاست، بنابراین، باید سعی شود که از یک ماده ضد مهاجرت استفاده گردد.

در این ماشین، قبل از خشک‌کن دستگاه، سیستمی به نام Infrared تعبیه شده که مانند یک المنت نورانی است و با عبور کالا از مقابل آن، در واقع مقداری از رطوبت پارچه را می‌گیرد. پارچه پس از عبور از این مرحله، وارد قسمت اول خشک‌کن دستگاه(Hot Flow) در دمای  °C 130 می‌گردد و پس از ورود به  قسمت دوم خشک کن  تحت دمای °C 220-180 قرار می‌گیرد که جذب رنگ و تثبیت نهایی در این مرحله اتفاق می‌افتد. در این قسمت با توجه به طول و سرعت ماشین، دماهای موردنیاز از °C 180 تا °C 220 اعمال می‌گردد. در برخی از ماشین آلات ترموزول، پس از خانه دوم، یک استنتر تعبیه شده و پس از آن، دارای یک خنک‌کننده می‌باشد و پارچه پس از خنک شدن، به صورت رول پیچیده می‌شود.

– علت انتخاب رنگزاهای کلاس D برای این نوع روش رنگرزی چیست؟

همانطور که اشاره شد، رنگزای کلاس D، بهترین نوع رنگزا جهت استفاده در سیستم‌های ترموزول می‌باشد که سوبله میشنی حدود ۴ یا ۵ دارند؛ بدین معنی که پارچه می‌تواند به مدت ۳۰ ثانیه در دمای  °C 180 قرار گیرد بدون اینکه رنگزا در این دما تصعید شود. رنگزای کلاس D به دلیل ساختار دانه درشتی که دارند، شروع جذب و نفوذشان نسبت به دیگر رنگزاهای دیسپرس با تاخیر بیشتری صورت می‌گیرد به طوریکه حتی در سیستم رمق کشی، می‌توان بهترین و یکنواخت‌ترین شید رنگی را ایجاد نمود.

– در این سیستم، رعایت چه فاکتورهایی می‌تواند منجر به ایجاد یک رنگرزی مطلوب گردد؟

یکی از این نکات حائز اهمیت در این مقوله،  Pick up گیری روزانه از فولارد می‌باشد که از جمله عملیات‌های حساس در این روش از رنگرزی است؛ چون اکثر پارچه‌هایی که در این سیستم رنگرزی می‌شوند، لباسی هستند و از آنجایی که اجزاء لباس در عرض پارچه تقسیم می‌شود، چنانچه سه قسمت فولارد دارای Pick up یکسانی نباشد، اختلاف رنگ در سه قسمت پارچه ( راست، چپ ، وسط) ایجاد می‌گردد. از این رو، باید روزانه از فولارد Pick up گیری کنیم تا از بروز چنین مشکلی جلوگیری شود. از دیگر مسائلی که باید مورد توجه قرار گیرد، ارتفاع ۴ متری است که پارچه جهت ورود به قسمت‌های خشک کن طی می‌نماید. چرا که در این ارتفاع، به دلیل عدم تثبیت رنگ بر روی پارچه احتمال مهاجرت رنگزا بسیار بالاست و استفاده از یک ماده ضدمهاجرت (Anti-Migration) در بروز چنین مشکلی می‌تواند کمک شایانی نماید.


– لطفاً توضیحاتی را در خصوص روش رنگرزی کریر و ماشین ‌آلات مورداستفاده در این سیستم بفرمایید.

معمولاً ماشین آلاتی که در این سیستم رنگرزی مورد استفاده قرار می‌گیرد، ژیگر، هاسبل، جت بدون فشار و Over Flow است. همانطور که ذکر شد، رنگرزی به روش کریر در دمای°c  ۱۰۵ انجام می‌گیرد و در صورت عدم دسترسی به ترکیبات کریری، می‌توان از رنگزاهای Medium Energy  همانند Red 60، Red 50، Blue 56 وYellow 54 با رنگرزی در دمای °c 130  استفاده نمود. روش کریری، روشی است که در آن متورم شدن و نفوذ رنگزا به داخل الیاف و محبوس شدنشان اتفاق می‌افتد. مقدار کریری که معمولاً استفاده می‌گردد، g/L2 و رنگزا است.کریرها ترکیبات مختلف سمی و غیر سمی هستند که ترکیبات سمی به دلیل پایه‌های اورتوفنیل فنول‌هایشان برای لاکراها مضر است و از آنجایی که ترکیبات غیرسمی و بدون بو کریرها، هیچ گونه مشکلی را برای محیط زیست و کارگران کارخانجات ایجاد نمی‌کند، از لحاظ قیمتی گرانتر هستند.

– آیا پس از پایان رنگرزی نیازی به انجام فرآیندهای دیگر جهت افزایش کیفیت کالا می‌باشد؟

بله، از عملیات موردنیاز پس از رنگرزی، پاک کردن رنگ‌های اضافی یا سطحی، تحت عنوان  reduction clear است که برای تمام روش‌های رنگرزی با رنگزای دیسپرس انجام می‌گیرد. این عمل باعث می شود که رنگ شفاف‌تر شود و ثبات سایشی خشک و تر کالا به حداقل میزان خود برسد. در مورد پارچه‌های مخلوط، این عمل منجر به پاک کردن رنگ‌های اضافی روی جزء دوم می‌گردد. برای حمام reduction ، تقریبا ۵/۱ تا ۲ گرم در لیتر سود و ۲ گرم هیدرو که تقریبا pH=12  دارد استفاده می‌گردد. پس از انجام
عملیات reduction، شستشو و سپس خنثی‌سازی انجام می‌گیرد. در ژیگر، به دلیل بالا بودن میزان رنگ مصرفی، معمولاً از مقدار بیشتری سود استفاده می‌شود.

از آنجایی که سود هیدرو در دمای °C 60 به بالا به تدریج ضعیف می‌شود، اخیراً در بازار از reductionهای اصطلاحاً اسیدی استفاده می‌شود که مقاومت دمایی بیشتری را دارد و پس از پایان کار، نیازی به خنثی سازی ندارد. این reductionها می‌تواند به میزان g/L 2 در دمای جوش مورد استفاده قرار گیرد و دیگر نیازی به استفاده از سود و صابون و هیدرو در این عملیات نمی‌باشد.

مراحل و شرایط رنگرزی پارچه پلی‌استر
آماده سازی پارچه قبل از ورود به مرحله رنگرزی، از جمله مواردی است که می‌تواند نقش مهمی را در ایجاد یک شید رنگی مطلوب و یکنواخت ایفا نماید.

از جمله عملیاتی که باید در این مرحله صورت گیرد، عاری نمودن پارچه از هرگونه چربی و کثیفی است. به عنوان مثال، پارچه‌های %۱۰۰پلی‌استر با لاکرا، به دلیل راحتی در عملیات بافندگی از روغن‌های استرچ استفاده می‌کنند که معمولاً ترکیباتی از روغن‌های آلی و امولسی فایرها هستند.

این روغن‌ها باید پس از شستشوی اولیه به راحتی از پارچه خارج ‌شوند اما متاسفانه به دلیل نامرغوب بودن برخی از این مواد، این امکان فراهم نمی‌شود. جهت زدودن روغن‌های لاکرا که سخت‌تر از روغن‌های استرچ از پارچه خارج می‌شوند، از موادی به نام Oil Remove استفاده می‌گردد که صابون‌های حلال‌داری هستند و قابلیت زدودن هرگونه چربی را دارند. این مواد باید قبل از شروع عملیات رنگرزی و در دمای جوش به مدت ۴۵-۳۰ دقیقه به کار گرفته شود.

صابون حلال داری که می‌تواند در این مرحله بسیار پرکاربرد باشد، ترکیبی از % ۲۵ پرکلرواتیلن و یک صابون نانیونیک مول ۶ به مقدار %۶ همراه با g/L 5/0 یکنواخت کننده مرغوب می‌تواند استفاده گردد. این صابون قادر است به راحتی چربی‌ها و روغن‌های موجود در پارچه را بزداید و به هیچ وجه بر روی لاکرای موجود در پارچه اثر سویی نخواهند داشت.

در حال حاضر، جدیدترین صابون موجود در بازار صابونی است که حین رنگرزی به میزان حدود g/L 5/0 به همراه بقیه مواد استفاده می‌شود، بدون اینکه تغییری در زمان و دمای عملیات رنگرزی رخ دهد؛ در واقع، با استفاده از این صابون مرحله شستشو حذف می‌گردد و به از بین بردن بهتر چربی‌ها و روغن‌ها کمک فراوانی می‌نماید. لازم به ذکر است که صابون موردنظر تا دمای °c130 نیز پایدار است. این نسخه برای شستشوی سخت‌ترین نوع نخ (اسپان،فیلامنت و …) و بالاترین میزان روغن در نخ‌های پلی‌استری لاکرادار ( به عنوان مثال لاکرا %۹ مورد استفاده در پارچه‌های غواصی یا ساپورت) به کار برده می‌شود. نخ لاکرا هنگام ریسیده شدن اضافه می‌شود، به این صورت که یک بوبین نخ و یک بوبین اسپان روی هم تابیده شده و چون ساختار نخ منوفیلامینت است، نخ اسپان به صورت غلاف داخل مونوفیلامنت قرار می‌گیرد و تولید نخ لاکرا می‌کند. اگرچه لاکرا حساس به محیط قلیایی است، اما به دلیل ساختاری غلافی که دارد، در پخت قلیایی آسیب نمی بیند.

– مواد تعاونی که در سیستم رنگرزی با رنگزای دیسپرس می‌تواند استفاده گردد، چیست؟

مواد تعاونی در این نوع سیستم رنگرزی می‌تواند به عنوان مهمترین عامل جهت رنگرزی یکنواخت و مطلوب در نظر گرفته شود که بهتر است حتی به مدت ۱۰ دقیقه به کالا آغشته گردد و سپس، از رنگزا استفاده گردد.

از جمله مواد تعاونی در رنگرزی با رنگزای دیسپرس، استفاده از اسید استیک است که با توجه به کالرایندکس‌های مختلف رنگزا، متفاوت است. هنگام استفاده از یک رنگزای مخلوط همچون دیسپرس/راکتیو توجه به تغییردامنه pH از نکات مهمی است که باید بسیار موردتوجه قرار گیرد. به عنوان مثال، زمانی که دامنه pH رنگزا بین ۴ تا ۹ باشد، می‌توان از اسید صرفنظر کرد و یا اگر pH آبی که استفاده می‌کنیم، ۷ باشد تجربه ثابت کرده است که عدم استفاده از اسید هیچ گونه مشکلی را به وجود نمی‌آورد؛ البته توجه به این نکته ضروری است که هنگام استفاده از یک رنگزای ترکیبی، بایستی هریک از رنگزاها از خواص یکسانی برخوردار باشند، در غیر اینصورت استفاده از اسید ضروری است.

از دیگر مواد تعاونی موردنیاز، دیسپرس کننده است که به نظر من بهتر است دیسپرس کننده هرچه قدر که مدنظر است، مقدار بیشترش را با پودر رنگ خشک مخلوط کرده و آب نسبتاً داغی را به آن اضافه نماییم تا رنگ به اصطلاح سریعتر باز شود و پس از آن، بهتر است که قبل از ورود رنگزا به حمام دستگاه، ۲۰ دقیقه زمان بدهیم تا در همان ظرف محلول، رنگزا به شکل دیسپرس دربیاید.

ماده تعاونی دیگر، یکنواخت کننده است که در این سیستم، حتی یکنواخت کننده بر دیسپرس کننده ارجحیت دارد چراکه یکنواخت کننده الیگومرهای موجود در پلی‌استر را از بین می‌برد و از مخلوط شدن با رنگزایمان جلوگیری می‌نماید. عدم استفاده از یکنواخت کننده، موجب ایجاد توده‌های نامحلولی می‌گردد که می‌تواند در حفره‌های مختلف دستگاه محبوس شوند و در هر بار رنگرزی، مقداری از این توده‌ها خارج شود و موجب بروز مشکلات مختلف همچون نایکنواختی در رنگرزی گردد.

 امیر استاد مدیرعامل شرکت رزفام تجارت