تتميز الأصباغ التفاعلية بألوانها الزاهية ومخططاتها اللونية الكاملة. وهي معروفة بسهولة استخدامها، وانخفاض تكلفتها، وثباتها الممتاز. ومع تطور ألياف السليلوز في السنوات الأخيرة، أصبحت الأصباغ التفاعلية أهم أنواع الأصباغ المستخدمة في صباغة منسوجات ألياف السليلوز.

لكن المشكلة الأبرز للأصباغ التفاعلية هي انخفاض معدل امتصاصها وتثبيتها. في عملية الصباغة التقليدية لألياف السليلوز، ولتحسين امتصاص الأصباغ التفاعلية وتثبيتها، يجب إضافة كمية كبيرة من الأملاح غير العضوية (كلوريد الصوديوم أو كبريتات الصوديوم). وتتراوح كمية الملح المستخدمة عادةً بين 30 و150 غ/لتر، وذلك تبعًا لتركيب الصبغة ولونها. ورغم التقدم الكبير المُحرز في معالجة المركبات العضوية في مياه الصرف الناتجة عن الطباعة والصباغة، إلا أن إضافة كميات كبيرة من الأملاح غير العضوية في عملية الصباغة لا يمكن معالجتها بالطرق الفيزيائية والكيميائية الحيوية البسيطة.

أبحاث حول تكنولوجيا الأصباغ التفاعلية والأصباغ الخالية من الملح

من منظور بيئي، فإن تصريف مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطباعة والصباغة ذات الملوحة العالية يغير بشكل مباشر جودة المياه في الأنهار والبحيرات ويدمر البيئة الإيكولوجية.
صورة
تؤدي النفاذية العالية للأملاح إلى تملح التربة المحيطة بالأنهار والبحيرات، مما يقلل من إنتاجية المحاصيل. باختصار، لا يمكن تحلل أو إعادة تدوير كميات كبيرة من الأملاح غير العضوية المستخدمة، ولها في الوقت نفسه تأثير سلبي كبير على جودة المياه والتربة. بناءً على ذلك، تستعرض هذه المقالة أحدث التطورات البحثية في تقنية الصباغة الخالية من الأملاح، وتناقش بشكل منهجي التغيرات الهيكلية للأصباغ التفاعلية منخفضة الملوحة، وتقنية التطعيم، وتقنية الربط المتشابك.

أصباغ تفاعلية للصباغة الخالية من الملح

تتميز الأصباغ التفاعلية بصغر حجم جزيئاتها، وميلها الجيد للماء، وسهولة إزالة اللون العائم بعد التثبيت. يُعدّ هذا ابتكارًا هامًا في تصميم جزيئات الصبغة. إلا أن هذا يؤدي أيضًا إلى انخفاض معدل استنفاد الصبغة ومعدل تثبيتها، والحاجة إلى إضافة كمية كبيرة من الملح أثناء الصباغة. ينتج عن ذلك فقدان كميات كبيرة من مياه الصرف المالحة والأصباغ، مما يزيد من تكلفة معالجة مياه الصرف. ويُشكّل التلوث البيئي مشكلة خطيرة. بدأت بعض شركات الأصباغ بالتركيز على فحص وتحسين سلائف الصبغة والمجموعات التفاعلية، وتطوير أصباغ تفاعلية للصباغة منخفضة الملوحة. تُعدّ صبغة CibacronLs، التي أطلقتها شركة Ciba، نوعًا من أصباغ الصباغة منخفضة الملوحة، حيث تستخدم مجموعات فعّالة مختلفة للدمج. تتميز هذه الصبغة بأن كمية الملح المستخدمة في الصباغة تتراوح بين ربع ونصف كمية الملح المستخدمة في الأصباغ التفاعلية التقليدية. كما أنها غير حساسة لتغيرات نسبة المحلول، وتتمتع بقابلية تكرار جيدة. هذا النوع من الأصباغ هو في الأساس صباغة بالغمس ويمكن استخدامه مع الأصباغ المشتتة من أجل صباغة سريعة في حمام واحد لمزيج البوليستر / القطن.

اقترحت شركة سوميتومو اليابانية مجموعة من طرق الصباغة المناسبة لأصباغ سلسلة سوميفوكس سوبرا، تُعرف باسم طريقة الصباغة LETfS. تستخدم هذه الطريقة كمية من الأملاح غير العضوية تتراوح بين نصف إلى ثلث الكمية المستخدمة في الطريقة التقليدية، ويمكن أن تصل نسبة الحمام إلى 1:10. كما أطلقت الشركة سلسلة من الأصباغ التفاعلية المتوافقة مع هذه العملية، وهي عبارة عن أصباغ غير متجانسة ثنائية التفاعل تتكون من أحادي كلورو تريازين وكبريتات بيتا إيثيل سلفون. لا تتجاوز كمية الصبغة المتبقية في مياه الصرف الناتجة عن صباغة هذه السلسلة 25-30% من محتوى الصبغة في مياه الصرف الناتجة عن الصباغة التفاعلية التقليدية. يُوصى باستخدام هذه الطريقة لصباغة ألياف تينسل، حيث تُظهر أداءً ممتازًا من حيث معدل التثبيت، وسهولة الغسل، وثبات الألوان المتفاوت للمنتجات المصبوغة.

أطلقت شركة DyStar سلسلة أصباغ RemazolEF المناسبة للصباغة الخالية من الملح، حيث تتكون المجموعة الفعالة بشكل أساسي من كبريتات بيتا هيدروكسي إيثيل سلفون، مما أدى إلى إطلاق عملية صباغة صديقة للبيئة وخالية من الملح. تستخدم هذه الأصباغ ثلث كمية الملح غير العضوي المستخدمة في العملية التقليدية، مما يُقصر مدة عملية الصباغة. بالإضافة إلى ذلك، يغطي النظام نطاقًا واسعًا من مخططات الألوان، ويتيح دمج ثلاثة ألوان أساسية للحصول على ألوان زاهية. كما أطلقت شركة Clariant سلسلة أصباغ DrimareneHF التفاعلية، والتي تتكون أساسًا من أربعة أنواع: DrimareneBlueHF-RL، وDrimareneHowHF-2RL، وNavyHF-G، وRedHF-G، وتُستخدم في صباغة الألياف السليلوزية بالاستنزاف والصباغة المستمرة، وتتميز بأداء عالٍ وثبات ممتاز. معدل التثبيت مرتفع جدًا، ونسبة الملح والسائل منخفضة، كما أن التثبيت متعادل، وقابلية الغسل جيدة.

يمكن لبعض الأصباغ التفاعلية المطورة حديثًا زيادة فعالية الصبغة عن طريق زيادة حجم جزيئاتها وتقليل كمية الأملاح غير العضوية المستخدمة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي إدخال مجموعات اليوريا إلى زيادة فعالية المجموعات النشطة وتقليل كمية الأملاح غير العضوية، مما يحسن معدل التثبيت. كما توجد أيضًا طليعة صبغات متعددة الآزو (مثل ثلاثي الآزو، رباعي الآزو) لزيادة فعالية الصبغة، وتحقيق هدف الصباغة الخالية من الأملاح. ويمكن أن يؤدي التأثير الكبير للإعاقة الفراغية لبعض الأصباغ في بنيتها إلى تغيير تفاعلية المجموعات النشطة فيها وكمية الملح المستخدمة في الصباغة بشكل ملحوظ. وتتمثل هذه التأثيرات للإعاقة الفراغية عمومًا في إدخال بدائل ألكيلية في مواقع مختلفة على مصفوفة الصبغة. وقد لخص الباحثون خصائصها البنيوية الأساسية على النحو التالي:

يمكن أن تكون المجموعة النشطة الأولى SO: CH2CH: oSO3Na في الوضع ميتا أو بارا لحلقة البنزين؛

يمكن أن يكون R3 في الموضع أورثو أو بين أو بارا لحلقة البنزين. الصيغة البنائية هي أصباغ تفاعلية من نوع فينيل سلفون.

يمكن أن تحقق البدائل المختلفة أو مواقع الاستبدال المختلفة على الأصباغ نفس قيمة الصباغة في ظل نفس ظروف الصباغة، ولكن كميات أملاح الصباغة الخاصة بها تختلف تمامًا.

يجب أن تتمتع الأصباغ التفاعلية الممتازة منخفضة الملوحة بالخصائص التالية: 1) تقليل كمية الملح المستخدمة في الصباغة بشكل كبير؛ 2) الصباغة في حمام صباغة ذي نسبة منخفضة، مما يضمن ثبات حمام الصباغة؛ 3) سهولة الغسل، مما يقلل من وقت المعالجة اللاحقة؛ 4) قابلية تكرار ممتازة. وفيما يتعلق بتحسين الأصباغ، بالإضافة إلى التحسينات المذكورة أعلاه في بنية مصفوفة الصبغة والتركيب الأمثل للمجموعات الفعالة، قام البعض بتصنيع ما يُسمى بالأصباغ التفاعلية الكاتيونية، والتي يمكن صباغتها دون إضافة ملح. مثال على ذلك: الأصباغ التفاعلية الكاتيونية ذات البنية التالية:

يتضح من الصيغة المذكورة أعلاه أن الصبغة مرتبطة بالمجموعة الفعالة من أحادي كلورو-تريازين. كما ترتبط مجموعة بيريدين رباعية الأمونيوم بحلقة التريازين. الصبغة موجبة الشحنة، ومجموعة الأمونيوم الرباعية قابلة للذوبان في الماء. ولأن جزيئات الصبغة لا تتنافر مع الألياف، بل تتجاذب الشحنات الموجبة والسالبة، يسهل على الصبغة الوصول إلى سطح الألياف والالتصاق بها. وجود الإلكتروليتات في محلول الصباغة لا يُحسّن امتصاص الصبغة فحسب، بل يُضعف التجاذب بينها وبين الألياف، لذا يُمكن صباغة هذا النوع من الصبغات دون إضافة إلكتروليتات، أي بدون استخدام الأملاح. عملية الصباغة مشابهة للأصباغ التفاعلية العادية. في حالة أصباغ أحادي كلورو-تريازين التفاعلية، يُضاف كربونات الصوديوم كمثبت. درجة حرارة التثبيت حوالي 85 درجة مئوية. تصل نسبة امتصاص الصبغة إلى 90% إلى 94%، بينما تتراوح نسبة التثبيت بين 80% و90%. تتميز هذه الصبغة بثباتها الجيد للضوء والغسيل. وقد تم الإبلاغ عن استخدام أصباغ تفاعلية كاتيونية مماثلة تستخدم أحادي فلورو-s-تريازين كمجموعة فعالة. وتتفوق فعالية أحادي فلورو-s-تريازين على فعالية أحادي كلورو-s-تريازين.

يمكن أيضًا صبغ هذه الأصباغ في مزيج القطن والأكريليك، ولا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات حول خصائصها الأخرى (مثل التوزيع والتوافق، إلخ). لكنها توفر طريقة جديدة لصبغ ألياف السليلوز دون استخدام الملح.