تتميز الأصباغ التفاعلية بذوبانها العالي في الماء. ويعتمد ذوبانها بشكل أساسي على مجموعة حمض السلفونيك الموجودة في جزيء الصبغة. أما بالنسبة للأصباغ التفاعلية متوسطة الحرارة التي تحتوي على مجموعات فينيل سلفون، فبالإضافة إلى مجموعة حمض السلفونيك، تُعد مجموعة β-إيثيل سلفونيل سلفات مجموعةً فعالةً جدًا في الذوبان.

في المحلول المائي، تخضع أيونات الصوديوم الموجودة على مجموعة حمض السلفونيك ومجموعة إيثيل سلفون سلفات لتفاعل ترطيب، مما يؤدي إلى تكوين أنيون الصبغة وذوبانها في الماء. وتعتمد عملية صباغة الصبغة التفاعلية على أنيون الصبغة المراد صبغها على الألياف.

تزيد ذوبانية الأصباغ التفاعلية عن 100 غ/لتر، حيث تتراوح ذوبانية معظمها بين 200 و400 غ/لتر، وقد تصل ذوبانية بعضها إلى 450 غ/لتر. مع ذلك، تنخفض ذوبانية الصبغة أثناء عملية الصباغة لأسباب مختلفة (أو قد تصبح غير قابلة للذوبان تمامًا). عند انخفاض الذوبانية، يتحول جزء من الصبغة من أيون حر منفرد إلى جزيئات، نتيجةً لتنافر الشحنات الكبير بين هذه الجزيئات. ومع انخفاض الشحنات، تتجاذب الجزيئات لتشكل تكتلات. تبدأ هذه التكتلات بتجميع جزيئات الصبغة في كتل، ثم تتحول إلى تكتلات، وأخيرًا إلى ندفات. على الرغم من أن التكتلات هي نوع من التجمعات غير المحكمة، إلا أنه بسبب الطبقة الكهربائية المزدوجة المحيطة بها والمكونة من الشحنات الموجبة والسالبة، يصعب عمومًا تحللها بفعل قوة القص عندما يدور سائل الصبغ، ومن السهل أن تترسب التكتلات على القماش، مما يؤدي إلى صبغ السطح أو تلطيخه.

عندما تتكتل جزيئات الصبغة، يقل ثبات اللون بشكل ملحوظ، ويتسبب ذلك في ظهور بقع متفاوتة الشدة. بالنسبة لبعض الأصباغ، يُسرّع التكتل من عملية التجميع بفعل قوة القص في محلول الصبغة، مما يؤدي إلى الجفاف والترسب الملحي. عند حدوث الترسب الملحي، يصبح لون الصبغة باهتًا للغاية، أو قد لا يظهر اللون أصلًا، وحتى إن ظهر اللون، فسيُعاني من بقع شديدة.

أسباب تجمع الصبغة

السبب الرئيسي هو الإلكتروليت. في عملية الصباغة، يُعد مُسرِّع الصباغة (ملح الصوديوم) الإلكتروليت الأساسي. يحتوي مُسرِّع الصباغة على أيونات الصوديوم، ويكون تركيز أيونات الصوديوم في جزيء الصبغة أقل بكثير من تركيزها في مُسرِّع الصباغة. وبالتالي، فإن التركيز الطبيعي لمُسرِّع الصباغة في عملية الصباغة العادية لا يؤثر بشكل كبير على ذوبان الصبغة في حمام الصباغة.

مع ذلك، عند زيادة كمية مُسرِّع الصبغة، يزداد تركيز أيونات الصوديوم في المحلول تبعًا لذلك. تُعيق أيونات الصوديوم الزائدة تأينها على المجموعة الذائبة لجزيء الصبغة، مما يُقلل من ذوبانها. بعد تجاوز تركيز 200 غ/لتر، تُظهر معظم الأصباغ درجات متفاوتة من التكتل. وعندما يتجاوز تركيز مُسرِّع الصبغة 250 غ/لتر، يزداد التكتل، مُشكِّلًا في البداية تجمعات، ثم تتشكل في محلول الصبغة. تتشكل التجمعات والندف بسرعة، وتترسب بعض الأصباغ منخفضة الذوبان جزئيًا أو حتى تُجفَّف. تتميز الأصباغ ذات البنى الجزيئية المختلفة بخصائص مُضادة للتكتل ومقاومة للترسب الملحي مُختلفة. كلما انخفضت الذوبانية، قلت خصائص مُضادة التكتل ومقاومة الملح، وتراجع الأداء التحليلي.

تتحدد قابلية ذوبان الصبغة بشكل أساسي بعدد مجموعات حمض السلفونيك في جزيء الصبغة وعدد مجموعات β-إيثيل سلفون سلفات. في الوقت نفسه، كلما زادت محبة الماء لجزيء الصبغة، زادت قابلية ذوبانها، والعكس صحيح. (على سبيل المثال، الأصباغ ذات التركيب الآزوي أكثر محبة للماء من الأصباغ ذات التركيب الحلقي غير المتجانس). بالإضافة إلى ذلك، كلما كبر حجم جزيء الصبغة، قلت قابلية ذوبانها، والعكس صحيح.

ذوبانية الأصباغ التفاعلية
يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربع فئات:

تتميز الأصباغ من الفئة أ، التي تحتوي على كبريتات ثنائي إيثيل سلفون (أي فينيل سلفون) وثلاث مجموعات تفاعلية (أحادي كلورو تريازين + ثنائي فينيل سلفون)، بأعلى قابلية للذوبان، مثل يوان تشينغ ب، ونيفي جي جي، ونيفي آر جي بي، وجولدن آر إن إل. وجميع أنواع الأسود التفاعلي المصنوعة عن طريق خلط يوان تشينغ ب، وأصباغ المجموعات التفاعلية الثلاث مثل نوع إي دي، ونوع سيبا إس، وما إلى ذلك. تبلغ قابلية ذوبان هذه الأصباغ في الغالب حوالي 400 جم/لتر.

الفئة ب، الأصباغ التي تحتوي على مجموعات غير متجانسة التفاعل (أحادي كلورو تريازين + فينيل سلفون)، مثل الأصفر 3RS، والأحمر 3BS، والأحمر 6B، والأحمر GWF، والألوان الأساسية الثلاثة RR، والألوان الأساسية الثلاثة RGB، وما إلى ذلك. تعتمد قابليتها للذوبان على 200-300 جرام. قابلية ذوبان ميتا-إستر أعلى من قابلية ذوبان بارا-إستر.

النوع ج: الأزرق الداكن، وهو أيضاً مجموعة غير متجانسة التفاعل: BF، والأزرق الداكن 3GF، والأزرق الداكن 2GFN، والأحمر RBN، والأحمر F2B، وغيرها. نظراً لقلة مجموعات حمض السلفونيك أو كبر وزنها الجزيئي، فإن ذوبانيتها منخفضة أيضاً، حيث تتراوح بين 100 و200 غ/لتر. الفئة د: أصباغ تحتوي على مجموعة أحادي فينيل سلفون وبنية غير متجانسة الحلقات، وهي الأقل ذوباناً، مثل الأزرق اللامع KN-R، والأزرق الفيروزي G، والأصفر الساطع 4GL، والبنفسجي 5R، والأزرق BRF، والبرتقالي اللامع F2R، والأحمر اللامع F2G، وغيرها. تبلغ ذوبانية هذا النوع من الأصباغ حوالي 100 غ/لتر فقط. هذا النوع من الأصباغ حساس للغاية للإلكتروليتات. بمجرد أن يتكتل هذا النوع من الأصباغ، لا يحتاج حتى إلى عملية التلبد، بل يترسب مباشرة.

في عملية الصباغة العادية، تبلغ الكمية القصوى لمسرّع الصباغة 80 غ/لتر. وتتطلب الألوان الداكنة فقط هذا التركيز العالي من مسرّع الصباغة. عندما يكون تركيز الصبغة في حوض الصباغة أقل من 10 غ/لتر، تظل معظم الأصباغ التفاعلية ذات ذوبانية جيدة عند هذا التركيز، ولن تتكتل. لكن تكمن المشكلة في حوض الصباغة. ففي عملية الصباغة العادية، تُضاف الصبغة أولًا، وبعد أن تذوب تمامًا في حوض الصباغة حتى تصبح متجانسة، يُضاف مسرّع الصباغة. ويكمل مسرّع الصباغة عملية الذوبان في حوض الصباغة.

العمل وفقًا للعملية التالية

الافتراضات: تركيز الصباغة 5%، نسبة السائل إلى القماش 1:10، وزن القماش 350 كجم (تدفق سائل مزدوج)، مستوى الماء 3.5 طن، تركيز كبريتات الصوديوم 60 جم/لتر، إجمالي كمية كبريتات الصوديوم 200 كجم (50 كجم/عبوة، إجمالي 4 عبوات). (سعة خزان المواد عادةً حوالي 450 لترًا). في عملية إذابة كبريتات الصوديوم، يُستخدم غالبًا سائل الارتجاع من حوض الصباغة، والذي يحتوي على الصبغة المضافة سابقًا. عادةً، يُضاف 300 لتر من سائل الارتجاع أولًا إلى حوض المواد، ثم تُسكب عبوتان من كبريتات الصوديوم (100 كجم).

تكمن المشكلة هنا في أن معظم الأصباغ تتكتل بدرجات متفاوتة عند هذا التركيز من كبريتات الصوديوم. ومن بينها، سيتكتل النوع C بشدة، أما الصبغة D فلن تتكتل فحسب، بل ستترسب أيضًا. على الرغم من أن المشغل سيتبع الإجراء المعتاد لإعادة تعبئة محلول كبريتات الصوديوم ببطء من حوض المواد إلى حوض الصبغة عبر مضخة الدوران الرئيسية، إلا أن الصبغة في 300 لتر من محلول كبريتات الصوديوم قد تشكلت على هيئة كتل، بل وترسبت.

عندما يُملأ حوض الصباغة بالمحلول الموجود في حوض المواد، يظهر بوضوح وجود طبقة من جزيئات الصبغة الدهنية على جدران وقاع الحوض. وإذا تم كشط هذه الجزيئات ووضعها في ماء نظيف، فإنه يصعب إذابتها. في الواقع، تكون جميع كميات المحلول التي تدخل حوض الصباغة، والبالغة 300 لتر، على هذه الحال.

تذكر أن هناك عبوتين من مسحوق يوانمينغ ستُذابان وتُعادان إلى حوض الصبغ بهذه الطريقة. بعد ذلك، ستحدث بقع متكررة، وسيقل ثبات اللون بشكل كبير بسبب الصبغ السطحي، حتى في حال عدم وجود تكتل أو ترسب واضح. بالنسبة للفئتين أ و ب ذات الذوبانية العالية، سيحدث تكتل للصبغة أيضًا. على الرغم من أن هذه الأصباغ لم تُشكّل تكتلات بعد، إلا أن جزءًا منها على الأقل قد شكّل بالفعل تجمعات.

يصعب على هذه التجمعات اختراق الألياف، لأن المنطقة غير المتبلورة في ألياف القطن لا تسمح إلا باختراق وانتشار الأصباغ أحادية الأيون. لا تستطيع التجمعات دخول المنطقة غير المتبلورة من الألياف، بل تُمتص فقط على سطحها. كما أن ثبات اللون سيقل بشكل ملحوظ، وقد تظهر بقع وبقع في الحالات الشديدة.

ترتبط درجة ذوبان الأصباغ التفاعلية بالعوامل القلوية

عند إضافة العامل القلوي، يخضع β-إيثيل سلفون سلفات الموجود في الصبغة التفاعلية لتفاعل حذف لتكوين فينيل سلفون الحقيقي، وهو شديد الذوبان في الصبغات. ولأن تفاعل الحذف يتطلب كمية قليلة جدًا من العامل القلوي (غالبًا ما تمثل أقل من عُشر جرعة العملية)، فكلما زادت جرعة القلوي المضافة، زادت كمية الصبغة التي تُحذف من التفاعل. وبمجرد حدوث تفاعل الحذف، تنخفض ذوبانية الصبغة أيضًا.

يُعدّ العامل القلوي نفسه إلكتروليتًا قويًا ويحتوي على أيونات الصوديوم. لذا، فإنّ زيادة تركيز العامل القلوي ستؤدي إلى تكتل الصبغة التي شكّلت فينيل سلفون، أو حتى ترسبها. وتحدث المشكلة نفسها في خزان المواد. فعند إذابة العامل القلوي (على سبيل المثال، كربونات الصوديوم)، إذا استُخدم محلول الارتجاع، فإنّ سائل الارتجاع يحتوي بالفعل على مُسرّع الصبغة والصبغة بتركيزها الطبيعي في العملية. ورغم أنّ جزءًا من الصبغة قد يكون قد استُهلك بواسطة الألياف، فإنّ ما لا يقل عن 40% من الصبغة المتبقية يبقى في سائل الصبغة. لنفترض أنّه تمّ سكب عبوة من كربونات الصوديوم أثناء التشغيل، وتجاوز تركيزها في الخزان 80 غ/لتر. حتى لو كان تركيز مُسرّع الصبغة في سائل الارتجاع 80 غ/لتر في هذه الحالة، فإنّ الصبغة في الخزان ستتكاثف أيضًا. قد تترسب أصباغ C و D، وخاصة أصباغ D، حتى لو انخفض تركيز رماد الصودا إلى 20 غ/ل، إذ سيحدث ترسب موضعي. ومن بينها، يُعد كل من الأزرق اللامع KN.R والأزرق الفيروزي G والمشرف BRF الأكثر حساسية.

لا يعني تكتل الصبغة أو حتى ترسبها بالملح أنها قد تحللت تمامًا. فإذا كان التكتل أو الترسب ناتجًا عن مُسرِّع الصبغة، فإنه لا يزال بالإمكان صبغها طالما أمكن إعادة إذابتها. ولكن لإعادة إذابتها، من الضروري إضافة كمية كافية من مُساعد الصبغة (مثل اليوريا بتركيز 20 غ/ل أو أكثر)، ورفع درجة الحرارة إلى 90 درجة مئوية أو أكثر مع التحريك الكافي. ومن الواضح أن هذا الأمر بالغ الصعوبة في عملية التصنيع الفعلية.
من أجل منع الأصباغ من التكتل أو التملح في الحوض، يجب استخدام عملية الصباغة بالنقل عند صنع ألوان عميقة ومركزة للأصباغ C و D ذات الذوبان المنخفض، وكذلك الأصباغ A و B.

تشغيل العمليات وتحليلها

١. استخدم حوض الصباغة لإعادة مُسرِّع الصباغة وتسخينه فيه لإذابته (٦٠-٨٠ درجة مئوية). ولأن الماء العذب خالٍ من الصبغة، فإن مُسرِّع الصباغة لا يتفاعل مع النسيج. يُمكن إعادة مُسرِّع الصباغة المذاب إلى حوض الصباغة بأسرع وقت ممكن.

٢. بعد تدوير محلول الملح لمدة ٥ دقائق، يصبح مُسرِّع الصبغة متجانسًا تمامًا، ثم يُضاف محلول الصبغة المُذاب مسبقًا. يجب تخفيف محلول الصبغة بمحلول الارتجاع، لأن تركيز مُسرِّع الصبغة في محلول الارتجاع لا يتجاوز ٨٠ غرامًا/لتر، مما يمنع تكتل الصبغة. في الوقت نفسه، ولأن الصبغة لن تتأثر بمُسرِّع الصبغة (ذي التركيز المنخفض نسبيًا)، ستحدث مشكلة في عملية الصباغة. في هذه المرحلة، لا داعي للتحكم في وقت ملء حوض الصباغة بمحلول الصبغة، وعادةً ما تكتمل العملية في غضون ١٠-١٥ دقيقة.

3. يجب ترطيب المواد القلوية قدر الإمكان، خاصةً بالنسبة لأصباغ C وD. نظرًا لحساسية هذا النوع من الأصباغ للمواد القلوية في وجود عوامل مُحسِّنة للصبغة، فإن ذوبانية المواد القلوية تكون عالية نسبيًا (ذوبانية كربونات الصوديوم عند 60 درجة مئوية هي 450 غ/لتر). لا يلزم استخدام كمية كبيرة من الماء النظيف لإذابة المادة القلوية، ولكن يجب أن تتناسب سرعة إضافة محلول القلوي مع متطلبات العملية، ومن الأفضل عمومًا إضافته تدريجيًا.

٤. بالنسبة لأصباغ ثنائي فينيل سلفون من الفئة أ، يكون معدل التفاعل مرتفعًا نسبيًا نظرًا لحساسيتها الشديدة للمواد القلوية عند درجة حرارة ٦٠ درجة مئوية. ولمنع تثبيت اللون الفوري وعدم تجانسه، يُنصح بإضافة ربع كمية المادة القلوية مسبقًا عند درجة حرارة منخفضة.

في عملية الصباغة بالنقل، لا يتطلب الأمر سوى التحكم في معدل التغذية باستخدام العامل القلوي. لا تقتصر هذه العملية على طريقة التسخين، بل يمكن تطبيقها أيضًا على طريقة درجة الحرارة الثابتة. تزيد طريقة درجة الحرارة الثابتة من ذوبان الصبغة وتسرّع انتشارها وتغلغلها. يبلغ معدل انتفاخ المنطقة غير المتبلورة من الألياف عند 60 درجة مئوية ضعف معدله عند 30 درجة مئوية تقريبًا. لذلك، تُعدّ عملية درجة الحرارة الثابتة أكثر ملاءمةً للخيوط واللفائف. تشمل طرق صباغة خيوط السدى تلك التي تتطلب نسبًا منخفضة من السائل، مثل الصباغة بالهز، والتي تتطلب تغلغلًا وانتشارًا عاليين أو تركيزًا عاليًا نسبيًا للصبغة.

تجدر الإشارة إلى أن كبريتات الصوديوم المتوفرة حاليًا في السوق تكون قلوية نسبيًا في بعض الأحيان، وقد تصل قيمة الرقم الهيدروجيني لها إلى 9-10. وهذا أمر بالغ الخطورة. عند مقارنة كبريتات الصوديوم النقية بالملح النقي، نجد أن الملح له تأثير أكبر على تكتل الصبغة من كبريتات الصوديوم. ويعود ذلك إلى أن تركيز أيونات الصوديوم في ملح الطعام أعلى منه في كبريتات الصوديوم عند الوزن نفسه.

يرتبط تكتل الأصباغ ارتباطًا وثيقًا بجودة المياه. عمومًا، لا تؤثر أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم التي تقل عن 150 جزءًا في المليون تأثيرًا كبيرًا على تكتل الأصباغ. مع ذلك، فإن أيونات المعادن الثقيلة في الماء، مثل أيونات الحديديك والألومنيوم، بالإضافة إلى بعض الكائنات الحية الدقيقة من الطحالب، تُسرّع من تكتل الأصباغ. على سبيل المثال، إذا تجاوز تركيز أيونات الحديديك في الماء 20 جزءًا في المليون، فإن قدرة الصبغة على مقاومة التكتل قد تنخفض بشكل ملحوظ، ويزداد تأثير الطحالب.

مرفق باختبار مقاومة التكتل والترسب الملحي:

الطريقة الأولى: زن 0.5 غرام من الصبغة، و25 غرام من كبريتات الصوديوم أو الملح، ثم أذبها في 100 مل من الماء المقطر عند درجة حرارة 25 درجة مئوية لمدة 5 دقائق تقريبًا. استخدم أنبوبًا للتقطير لسحب المحلول، ثم ضع قطرتين متتاليتين في نفس الموضع على ورقة الترشيح.

الطريقة الثانية: زن 0.5 غرام من الصبغة، و8 غرامات من كبريتات الصوديوم أو الملح، و8 غرامات من رماد الصودا، ثم أذبها في 100 مل من الماء المقطر عند درجة حرارة 25 مئوية لمدة 5 دقائق تقريبًا. استخدم قطارة لسحب المحلول على ورقة الترشيح بشكل مستمر. قطرتان.

يمكن استخدام الطريقة المذكورة أعلاه ببساطة للحكم على قدرة الصبغة على منع التكتل والترسيب الملحي، ويمكنها بشكل أساسي تحديد عملية الصباغة التي يجب استخدامها.