أصباغ الكبريتيد هي نوع من الأصباغ المحتوية على الكبريت ذات التركيب الجزيئي المعقد. وهي تُصنع عمومًا من بعض الأمينات العطرية، والأمينوفينولات، ومركبات عضوية أخرى تُسخّن مع الكبريت أو متعدد كبريتيد الصوديوم، أي تُفلكن.
تعتبر أصباغ الكبريتيد غير قابلة للذوبان في الماء في الغالب، وعند الصباغة، يجب إذابتها في كبريتيد الصوديوم أو محلول مسحوق قلوي لتقليلها إلى مستخلصات، ثم أكسدتها لإظهار اللون بعد امتصاص الألياف.
لمحة عامة عن أصباغ الكبريت
بدأ تصنيع الأصباغ المُفلكنة لصبغ ألياف السليلوز لأول مرة عام 1873، وتتميز عملية إنتاجها بالبساطة النسبية، حيث تُصنع عادةً من الأمينات العطرية أو المركبات الفينولية الممزوجة بالكبريت أو متعدد كبريتيد الصوديوم، ثم تُسخّن. تتميز هذه الأصباغ بانخفاض تكلفتها وسهولة استخدامها، فضلاً عن كونها غير مسرطنة، وثبات ألوانها الجيد عند الغسيل والتعرض لأشعة الشمس، مما يجعلها شائعة الاستخدام. إلا أنها، لكونها من الأصباغ غير القابلة للذوبان في الماء، تتحول أثناء الصبغ إلى ملح صوديوم ليموني قابل للذوبان في محلول كبريتيد قلوي. وبعد صبغ الألياف، تتأكسد هذه الأصباغ لتصبح غير قابلة للذوبان وتثبت على الألياف، مما يجعل عملية الصبغ معقدة، ولا يمكن استخدامها في ظروف قلوية قوية مع الصوف والحرير والألياف البروتينية الأخرى.
لذا، تُستخدم الأصباغ المُفلكنة في الغالب في صباغة ألياف السليلوز، وخاصةً في صباغة الأقمشة القطنية الداكنة، ومنها نوعان من أصباغ الكبريتيد، وهي أصباغ تحتوي على الكبريت ذات بنية جزيئية معقدة. وتتكون هذه الأصباغ عادةً من بعض الأمينات العطرية، والأمينوفينولات، ومركبات عضوية أخرى تُسخّن مع الكبريت أو متعدد كبريتيد الصوديوم، أي تُفلكن.
تعتبر أصباغ الكبريتيد غير قابلة للذوبان في الماء في الغالب، وعند الصباغة، يجب إذابتها في كبريتيد الصوديوم أو محلول مسحوق قلوي لتقليلها إلى مستخلصات، ثم أكسدتها لإظهار اللون بعد امتصاص الألياف.
لمحة عامة عن أصباغ الكبريت
بدأ تصنيع الأصباغ المُفلكنة لصبغ ألياف السليلوز لأول مرة عام 1873، وتتميز عملية إنتاجها بالبساطة النسبية، حيث تُصنع عادةً من الأمينات العطرية أو المركبات الفينولية الممزوجة بالكبريت أو متعدد كبريتيد الصوديوم، ثم تُسخّن. تتميز هذه الأصباغ بانخفاض تكلفتها وسهولة استخدامها، فضلاً عن كونها غير مسرطنة، وثبات ألوانها الجيد عند الغسيل والتعرض لأشعة الشمس، مما يجعلها شائعة الاستخدام. إلا أنها، لكونها من الأصباغ غير القابلة للذوبان في الماء، تتحول أثناء الصبغ إلى ملح صوديوم ليموني قابل للذوبان في محلول كبريتيد قلوي. وبعد صبغ الألياف، تتأكسد هذه الأصباغ لتصبح غير قابلة للذوبان وتثبت على الألياف، مما يجعل عملية الصبغ معقدة، ولا يمكن استخدامها في ظروف قلوية قوية مع الصوف والحرير والألياف البروتينية الأخرى.
لذلك، تُستخدم الأصباغ المُفلكنة في الغالب في صباغة ألياف السليلوز، وخاصة في صباغة المنتجات الداكنة من أقمشة القطن، والتي تتضمن ألوانًا متعددة منأسود الكبريتوأزرق كبريتي
صبغة بنية كبريتية داكنة
لون أحمر كبريتي أحمر lgf
بني كبريتي 10 لون بني مصفر
مسحوق أصفر كبريتي 2
مسحوق الكبريت الأحمر بوردو 3ب
وهي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.
ثانيًا، آلية صباغة أصباغ الكبريتيد
يُختزل صبغ الكبريتيد ويُذاب في محلول صبغي، ثم يُمتص الصبغ الناتج (اللوكوكروما) بواسطة ألياف السليلوز ويُعالج بالأكسدة الهوائية لإكساب ألياف السليلوز اللون المطلوب. صيغة تفاعله الكيميائي هي:
DS-SO3Na + Na2S → D-SNa + Na2S2O3
لا يمتلك الصبغ الكبريتي الأصلي أي انجذاب للألياف، ويحتوي تركيبه على روابط كبريتية (1S1)، أو روابط ثنائية الكبريتيد (1s-S)، أو روابط متعددة الكبريتيد (1Sx1)، والتي تُختزل إلى مجموعة كبريتيد الهيدروجين (1SNa) بفعل عوامل اختزال كبريتيد الصوديوم، لتصبح ملح صوديوم فاتح اللون قابل للذوبان في الماء. ويعود سبب انجذاب الأصباغ الفاتحة اللون لألياف السليلوز إلى كبر حجم جزيئاتها، مما يُنتج بدوره قوى فان دير فالس وقوى روابط هيدروجينية أكبر بين الألياف.
ثالثًا: تصنيف أصباغ الكبريت
يمكن تقسيم أصباغ الكبريتيد إلى أربع فئات:
1- صبغة كبريتيد مسحوقة
الصيغة العامة لتركيب الصبغة: DSSD، وعادةً ما يلزم استخدام كبريتيد الصوديوم المغلي، ويتم إذابته بعد الاستخدام.
2- أصباغ الكبريتيد المحللة مائياً
الصيغة العامة لبنية الصبغة: D-SSO3Na، هذا النوع من الصبغة مصنوع من كبريتيت الصوديوم أو بيسلفيت الصوديوم، معالجة أصباغ الكبريتيد التقليدية، تحتوي الأصباغ على مجموعات قابلة للذوبان في الماء، لذلك فهي قابلة للذوبان في الماء، ولكن الصبغة لا تحتوي على عوامل اختزال، وليس لها ألفة للألياف، ويتم تطبيق طريقة صباغة الوسادة المعلقة بشكل عام على القماش.
3، صبغة كبريتيد سائلة
الصيغة العامة لبنية الصبغة هي: D-SNa، تحتوي على كمية معينة من عامل الاختزال، ويتم اختزال الصبغة مسبقًا إلى ليبتوكروم قابل للذوبان.
قبل عام ١٩٣٦، كان الصبغ المُفلكن يُباع تجاريًا على شكل مسحوق. عند استخدامه، كان يُسخّن مسحوق الصبغ المُفلكن مع محلول مائي من رماد الصودا المُفلكن حتى الغليان لإذابته. في عام ١٩٣٦، ابتكر جون لو كليستر من الولايات المتحدة محلولًا مركزًا من صبغة الكبريتيد المُختزلة مسبقًا، وهو محلول جيد ومستقر نسبيًا، وحصل على براءة اختراع، ويُعرف الآن باسم صبغة الكبريتيد السائلة.
4- صبغة كبريتيد صديقة للبيئة
أثناء عملية الإنتاج، يُكرر هذا المنتج إلى مستخلصات صبغية، إلا أن محتواه من الكبريت ومتعدد الكبريتيد أقل بكثير من محتواه في أصباغ الكبريتيد العادية. يتميز هذا الصبغ بنقائه العالي، ودرجة اختزاله الثابتة، ونفاذيته الجيدة. في الوقت نفسه، يُستخدم عامل اختزال ثنائي من الجلوكوز ومسحوق التأمين في حمام الصبغ، مما لا يساهم فقط في اختزال صبغة الكبريتيد، بل يلعب أيضًا دورًا في حماية البيئة.
رابعًا، عملية صباغة الأصباغ الكبريتية
يمكن تقسيم عملية صباغة الفلكنة إلى الخطوات الأربع التالية:
1. اختزال الأصباغ
يُعدّ اختزال أصباغ الكبريتيد وإذابتها أمرًا سهلاً نسبيًا، ويُستخدم كبريتيد الصوديوم عادةً كعامل مُختزل، كما أنه يعمل كعامل قلوي. ولمنع تحلل الليوكوفور، يُمكن إضافة مواد مثل رماد الصودا بكميات مناسبة، ولكن يجب ألا تكون قلوية محلول الاختزال قوية جدًا، وإلا سيتباطأ معدل اختزال الصبغة.
2- يتم امتصاص الصبغة الموجودة في محلول الصبغة بواسطة الألياف
يوجد الليوكوفور الخاص بصبغة الكبريتيد في محلول الصبغة على شكل أنيون، وله خصائص مباشرة على ألياف السليلوز، حيث يمكن امتصاصه على سطح الألياف وانتشاره داخلها. ونظرًا لضعف هذه الخاصية المباشرة لأصباغ الكبريت على ألياف السليلوز، يُنصح عمومًا باستخدام نسبة منخفضة من الصبغة في المحلول، مع إضافة إلكتروليتات مناسبة، وعند درجات حرارة أعلى، يمكن تحسين معدل الصباغة، وتجانس اللون، ونفاذية الصبغة.
3- المعالجة بالأكسدة
بعد صبغ الألياف، يجب أكسدة صبغة الكبريت (ليوكو) لإظهار اللون المطلوب. تُعدّ الأكسدة خطوةً مهمةً بعد صبغ الأصباغ المُفلكنة. يمكن أكسدة الأصباغ المُفلكنة سهلة الأكسدة بالهواء بعد الصبغ بالغسل والتهوية، أي بطريقة الأكسدة الهوائية. أما بالنسبة لبعض أصباغ الكبريتيد التي يصعب أكسدتها، فتُستخدم عوامل مؤكسدة لتسريع عملية الأكسدة.
4. المعالجة اللاحقة
تشمل المعالجة اللاحقة التنظيف والتزييت ومنع التقصف وتثبيت اللون. يجب غسل الأصباغ الكبريتية جيدًا بعد الصباغة لتقليل الكبريت المتبقي على النسيج ومنع هشاشته، لأن الكبريت الموجود في الصبغة والكبريت الموجود في كبريتيد القلويات يتأكسد بسهولة في الهواء مُنتجًا حمض الكبريتيك، مما يُسبب التحلل المائي الحمضي لألياف السليلوز ويُقلل من قوة الألياف. لذلك، يُمكن معالجتها بمواد مُضادة للتقصف، مثل: اليوريا، وفوسفات ثلاثي الصوديوم، وغراء العظام، وأسيتات الصوديوم، وغيرها. ولتحسين ثبات اللون في ضوء الشمس والصابون للأصباغ المُفلكنة، يُمكن تثبيت اللون بعد الصباغة. هناك طريقتان لتثبيت اللون: المعالجة بأملاح معدنية (مثل: ثنائي كرومات البوتاسيوم، وكبريتات النحاس، وأسيتات النحاس، ومزيج من هذه الأملاح) والمعالجة بمواد تثبيت اللون الكاتيونية.
الأسود والأزرق المقوى هما الأكثر استخداماً.
ثانيًا، آلية صباغة أصباغ الكبريتيد
يُختزل صبغ الكبريتيد ويُذاب في محلول صبغي، ثم يُمتص الصبغ الناتج (اللوكوكروما) بواسطة ألياف السليلوز ويُعالج بالأكسدة الهوائية لإكساب ألياف السليلوز اللون المطلوب. صيغة تفاعله الكيميائي هي:
DS-SO3Na + Na2S → D-SNa + Na2S2O3
لا يمتلك الصبغ الكبريتي الأصلي أي انجذاب للألياف، ويحتوي تركيبه على روابط كبريتية (1S1)، أو روابط ثنائية الكبريتيد (1s-S)، أو روابط متعددة الكبريتيد (1Sx1)، والتي تُختزل إلى مجموعة كبريتيد الهيدروجين (1SNa) بفعل عوامل اختزال كبريتيد الصوديوم، لتصبح ملح صوديوم فاتح اللون قابل للذوبان في الماء. ويعود سبب انجذاب الأصباغ الفاتحة اللون لألياف السليلوز إلى كبر حجم جزيئاتها، مما يُنتج بدوره قوى فان دير فالس وقوى روابط هيدروجينية أكبر بين الألياف.
ثالثًا: تصنيف أصباغ الكبريت
يمكن تقسيم أصباغ الكبريتيد إلى أربع فئات:
1- صبغة كبريتيد مسحوقة
الصيغة العامة لتركيب الصبغة: DSSD، وعادةً ما يلزم استخدام كبريتيد الصوديوم المغلي، ويتم إذابته بعد الاستخدام.
2- أصباغ الكبريتيد المحللة مائياً
الصيغة العامة لبنية الصبغة: D-SSO3Na، يُصنع هذا النوع من الصبغات من معالجة كبريتيت الصوديوم أو بيسلفيت الصوديوم لأصباغ الكبريتيد التقليدية. تحتوي هذه الصبغات على مجموعات قابلة للذوبان في الماء، لذا فهي قابلة للذوبان فيه، ولكنها لا تحتوي على عوامل اختزال، وبالتالي ليس لها ألفة للألياف. تُستخدم عادةً طريقة الصباغة بالتعليق على القماش. 3- صبغة الكبريتيد السائلة
الصيغة العامة لبنية الصبغة هي: D-SNa، تحتوي على كمية معينة من عامل الاختزال، ويتم اختزال الصبغة مسبقًا إلى ليبتوكروم قابل للذوبان.
قبل عام ١٩٣٦، كان الصبغ المُفلكن يُباع تجاريًا على شكل مسحوق. عند استخدامه، كان يُسخّن مسحوق الصبغ المُفلكن مع محلول مائي من رماد الصودا المُفلكن حتى الغليان لإذابته. في عام ١٩٣٦، ابتكر جون لو كليستر من الولايات المتحدة محلولًا مركزًا من صبغة الكبريتيد المُختزلة مسبقًا، وهو محلول جيد ومستقر نسبيًا، وحصل على براءة اختراع، ويُعرف الآن باسم صبغة الكبريتيد السائلة.
4- صبغة كبريتيد صديقة للبيئة
أثناء عملية الإنتاج، يُكرر هذا المنتج إلى مستخلصات صبغية، إلا أن محتواه من الكبريت ومتعدد الكبريتيد أقل بكثير من محتواه في أصباغ الكبريتيد العادية. يتميز هذا الصبغ بنقائه العالي، ودرجة اختزاله الثابتة، ونفاذيته الجيدة. في الوقت نفسه، يُستخدم عامل اختزال ثنائي من الجلوكوز ومسحوق التأمين في حمام الصبغ، مما لا يساهم فقط في اختزال صبغة الكبريتيد، بل يلعب أيضًا دورًا في حماية البيئة.
رابعًا، عملية صباغة الأصباغ الكبريتية
يمكن تقسيم عملية صباغة الفلكنة إلى الخطوات الأربع التالية:
1. اختزال الأصباغ
يُعدّ اختزال أصباغ الكبريتيد وإذابتها أمرًا سهلاً نسبيًا، ويُستخدم كبريتيد الصوديوم عادةً كعامل مُختزل، كما أنه يعمل كعامل قلوي. ولمنع تحلل الليوكوفور، يُمكن إضافة مواد مثل رماد الصودا بكميات مناسبة، ولكن يجب ألا تكون قلوية محلول الاختزال قوية جدًا، وإلا سيتباطأ معدل اختزال الصبغة.
2- يتم امتصاص الصبغة الموجودة في محلول الصبغة بواسطة الألياف
يوجد الليوكوفور الخاص بصبغة الكبريتيد في محلول الصبغة على شكل أنيون، وله خصائص مباشرة على ألياف السليلوز، حيث يمكن امتصاصه على سطح الألياف وانتشاره داخلها. ونظرًا لضعف هذه الخاصية المباشرة لأصباغ الكبريت على ألياف السليلوز، يُنصح عمومًا باستخدام نسبة منخفضة من الصبغة في المحلول، مع إضافة إلكتروليتات مناسبة، وعند درجات حرارة أعلى، يمكن تحسين معدل الصباغة، وتجانس اللون، ونفاذية الصبغة.
3- المعالجة بالأكسدة
بعد صبغ الألياف، يجب أكسدة صبغة الكبريت (ليوكو) لإظهار اللون المطلوب. تُعدّ الأكسدة خطوةً مهمةً بعد صبغ الأصباغ المُفلكنة. يمكن أكسدة الأصباغ المُفلكنة سهلة الأكسدة بالهواء بعد الصبغ بالغسل والتهوية، أي بطريقة الأكسدة الهوائية. أما بالنسبة لبعض أصباغ الكبريتيد التي يصعب أكسدتها، فتُستخدم عوامل مؤكسدة لتسريع عملية الأكسدة.
4. المعالجة اللاحقة
تشمل المعالجة اللاحقة التنظيف والتزييت ومنع التقصف وتثبيت اللون. يجب غسل الأصباغ الكبريتية جيدًا بعد الصباغة لتقليل الكبريت المتبقي على النسيج ومنع هشاشته، لأن الكبريت الموجود في الصبغة والكبريت الموجود في كبريتيد القلويات يتأكسد بسهولة في الهواء مُنتجًا حمض الكبريتيك، مما يُسبب التحلل المائي الحمضي لألياف السليلوز ويُقلل من قوة الألياف. لذلك، يُمكن معالجتها بمواد مُضادة للتقصف، مثل: اليوريا، وفوسفات ثلاثي الصوديوم، وغراء العظام، وأسيتات الصوديوم، وغيرها. ولتحسين ثبات اللون في ضوء الشمس والصابون للأصباغ المُفلكنة، يُمكن تثبيت اللون بعد الصباغة. هناك طريقتان لتثبيت اللون: المعالجة بأملاح معدنية (مثل: ثنائي كرومات البوتاسيوم، وكبريتات النحاس، وأسيتات النحاس، ومزيج من هذه الأملاح) والمعالجة بمواد تثبيت اللون الكاتيونية.
تاريخ النشر: 19 ديسمبر 2023