اثر کاتیونه کردن پنبه توسط بوتیل‌تری متیل آمونیوم کلراید و افزایش جذب در چاپ بارنگزاهای راکتیو

در این تحقیق پارچه پنبه‌ای بعد از عملیات مقدماتی (پخت ـ سفیدگری و مرسریزاسیون) با استفاده از مواد کاتیوه کننده‌ای نظیر محلول ۵۰% درصدی ۳ ـ کلرو ۲ ـ هیدروکسی بوتیل‌تری متیل آمونیوم کلراید به روش مداوم در دستگاه پد، تحت عملیات قرار گرفت و سپس چاپ روی آن انجام شد. در این روش می‌توان حدوداً ۶۵% از رنگزاهای راکتیو را در ماشین بخارزنی تثبیت کرده و پس از شستشو خشک نمود. طبق نتیجه‌های بدست آمده این روش می‌تواند باعث بهبود یک سری از خصوصیات پس از چاپ راکتیو روی کالای پنبه‌ای مانند افزایش جذب و کاهش زمان توقف در بخار و در نهایت کاهش چشمگیر پساب گردد. لکه‌گذاری در پارچه کاتیونی شده خیلی کمتر از پارچه کاتیونی نشده است و عموماً کاتیونه شده در زمان توقف دو دقیقه‌ای در بخار زنی نسبت به نمونه‌های کاتیونی نشده بهتر است. این امر در ثبات‌تر این کالاها نیز کاملاً مشهود است به‌گونه‌آی که لکه‌گذاری در پارچه کاتیونی شده خیلی کمتر از پارچه کاتیونی نشده است و می‌توان مشاهده نمود که در غلظت ۵۰ گرم در لیتر ماده کاتیونی کننده لکه‌گذاری وجود داشته ولی با افزایش غلظت مواد کاتیونی کننده مقدار این لکه‌گذاری کاهش می‌یابد.
صنعت چاپ یکی از مهمترین مراحل شیمیائی در روی کالای نساجی است که با رنگزاها و روش‌های مختلفی انجام می‌شود [۷-۵]. چاپ با رنگزاهای راکتیو از حساسیت قابل ملاحظه‌ای در رابطه با مقدمات آماده‌سازی قبل از چاپ برخوردار است به‌همین منظور سعی می‌شود در این راستا تکنولوژی جدیدی از لحاظ نوع رنگزا و ماشین‌آلات استفاده کنند تا بتوانند چاپی با کیفیتی بهتر و با ثبات‌تر به بازار عرضه کنند. با ابداع روش چاپ دیجیتالی که بی‌نیاز از استفاده از شابلون و شابلون‌سازی است و طراحی آن با سیستم‌های پیشرفته بر روی کامپیوتر انجام می‌شود و به کمک تنوع در انتخاب رنگزاها تقریباً توانسته‌اند تا حدودی مشکلات چاپ را برطرف کنند و کیفیت کالای چاپ شده را بهتر نمایند. در چاپ جوهر افشان نیازی به کارگران زیاد نبوده و با ارائه طرح مورد نظر از طریق کامپیوتر به دستگاه چاپگر می‌تواند بدون دخالت اپراتور عملیات چاپ را انجام داد.
علاوه بر پیشرفت‌ ماشین‌آلات و تکنولوژی طراحی پارچه و تولید مواد رنگزا و مواد تعاونی، پیشرفت‌های انجام گرفته در زمینه ایجاد تغییرات اساسی در ساختمان الیاف به‌کار برده شده نیز می‌تواند در بسیاری از موارد باعث افزایش جذب رنگزا در چاپ گردد. یکی از این روش‌ها کاتیونه کردن پنبه می‌باشد که با استفاده از مواد شیمیائی باعث افزایش جذب و کاهش مصرف رنگزا و پساب تولیدی و از طرف دیگر باعث کاهش قیمت تمام شده و افزایش کیفت کالای تکمیلی می‌گردد.
علاوه بر این، عملیات می‌تواند باعث ایجاد تغییرات اساسی در تعدادی از خواص بعد از رنگرزی کالای پنبه‌ای کاتیونی شده گردد به‌عنوان مثال می‌تواند ثبات سایشی را افزایش داده و میزان پخش شدگی رنگ در هنگام چاپ را کاهش دهد، یا با افزایش زمان توقف می‌توان ثبات سایشی رنگزای جذب شده روی کالای کاتیونی شده را افزایش دهد.
● تجربیات و آزمایشات
▪ مشخصات پارچه:
%۱۰۰ پنبه‌ای، تراکم تار ۴۰، تراکم پود ۲۰% وزن ۲۳۰ گرم بر سانتی‌متر مربع
▪ نسخه عملیات پخت و سفیدگری:
ـ آب اکسیژنه ۳۵% / ۴ گرم در لیتر
ـ سود ۳۰%/ ۲
ـ پایدار کننده/ ۲
ـ دما/ جوش
ـ زمان/ ۴۵ دقیقه
پس از انجام عملیات پخت و سفیدگری، نمونه‌ها با آب سرد و آب جوش و ۱ گرم در لیتر صابون نانیونیک شستشو داده شده و پس از آن با سود ۱۵ درجه بومه در حرارت ۲۰ درجه سانتیگراد مرسریزه شده و آماده عملیات کاتیونه شدن می‌گردد.
▪ نسخه محلول کاتیونه کننده:
محلول ۵۰% درصدی ۳ ـ کلرو ـ ۲ هیدروکسی بوتیل تری متیل آمونیوم کلراید.
▪ رنگزاها:
ـ P Yellow Levafix -۱۴۵
ـ ۱۹۵p Red Levafix
ـ EBA-P Turquise Levafix
ـ Gran -P Black Levafix
ـ آلجینات با ویسکوزیته متوسط، SNP ۴۵۰
● کاتیونه کردن کالای پنبه‌ای
برای کاتیونه کردن کالای پنبه‌ای به روش پد یاپیک ـ آب ۱۰۰% هیدروکسید سدیم ۵۰، ۷۵، ۱۰۰، ۱۲۵ درصد، مواد کاتیونه را به ترتیب با غلظت‌های ۳۰ ـ ۴۰ ـ ۵۰ ـ ۶۰ روی کالا و تحت کشش پد کرده و به مدت ۲۴ ساعت در ایستگاه گردش نگه داشته و پس از آن کالا را با آب ۴۰ درجه شستشو داده و با استفاده از ۱ سی‌سی در لیتر اسید استیک در دمای ۴۰ درجه سانتیگراد خنثی‌سازی کرده و در نهایت با آب سرد آبکشی شده و خشک می‌گردد.
● چاپ روی کالای پنبه‌ای
ابتدا پارچه را با مخلوطی از ۳۰ گرم در لیتر سودا اش، اوره ۱۲۰ گرم در لیتر و آلجینات ۱۰ گرم در لیتر با پیک آپ ۷۵% پد کرده و در دمای ۱۰۰ درجه خشک و سپس با رنگزاهای مربوطه به مقدار ۵ گرم در لیتر کالا را چاپ کرده و پس از خشک کردن معمولی در دمای ۱۰۲ درجه سانتیگراد به مدت ۱۵ دقیقه عمل تثبیت را انجام می‌دهیم.
● شستشو پس از چاپ
▪ سه نمونه از کالای چاپ شده را دقیقاً به ترتیب زیر شستشو می‌دهیم:
۱) ۵ دقیقه در آب سرد، ۱۰ دقیقه در آب جوش و مقدار ۱ گرم در لیتر صابون نانیونیک، ۵ دقیقه در آب ۴۰ درجه سانتیگراد به همراه ۱ سی‌سی در لیتر اسید استیک جهت خنثی‌سازی، ۵ دقیقه در آب سرد
۲) اسید استیک جهت خنثی‌سازی، ۵ دقیقه در آب سرد
و نمونه آخری را با شرایط زیر شستشو می‌دهیم:
۳) ۵ دقیقه در آب ولرم، ۱۰دقیقه با آب ۷۵ درجه، ۵ دقیقه با آب سرد به همراه ۱ سی‌سی در لیتر اسید استیک.
● بحث و بررسی نتایج:
در این تحقیق با استفاده از مواد کاتیونه کننده با غلظت‌های متفاوت روی کالای پنبه‌ای عمل کاتیونه کردن انجام شده و چاپ را انجام داده و پس از چاپ کالا را خشک کرده و به مدت ۱۰ دقیقه در بخار قرار داده و پس از آن ۵ مرحله شستشو را انجام می‌دهیم. نتایج این آزمایش در جدول آورده شده است. اعداد این جدول کاملاً نشان می‌دهد که با اضافه کردن مواد کاتیونه کننده قدرت رنگی در چاپ با رنگزاهای راکتیو افزایش می‌یابد که این مقدار به‌طور متوسط حدود ۳۴% می‌باشد، علت این امر تمایل جذب بیشتر گروه‌های کاتیونی بر روی پنبه بستکی دارد اما با کاهش گروه‌های کاتیونی روی پنبه نفوذ رنگزا به داخل لیف نیز کاهش می‌یابد.
کاملاً واضح است که افزایش بار کاتیونی در سطح لیف باعث بالا رفتن قدرت و نفوذ رنگزا در لیف می‌شود. عوامل دیگری از قبیل اوره و هیدروکسید سدیم نیز با ایجاد روزنه‌هائی در سطح لیف باعث افزایش جذب در کالای کاتیونی می‌شوند بنابراین نفوذ، جذب و واکنش بین رنگزا و لیف توسط یون‌های قوی گروه‌های کاتیونیک لیف و گروه آنیونیک رنگزای راکتیو صورت می‌گیرد. لکه‌گذاری در پارچه کاتیونی شده خیلی کمتر از پارچه کاتیونی نشده است، نتایج نشان می‌دهد که در غلظت ۵۰ گرم در لیتر ماده کاتیونی کننده لکه‌گذاری و کاهش می‌یابد که در دو نمونه آخری که با ۱۲۵ گرم در لیتر عمل شده است لکه‌گذای به پائین‌ترین مقدار خود رسیده است. عموماً کاتیونه کردن لیف اثر قابل توجهی روی ثبات شستشوئی داشته و باعث افزایش ۱ درصدی ثبات رنگزاهای هیدرولیز شده روی سطح لیف می‌گردد.
رشته‌های نخ تار ضخیم‌تر از نخ‌هائی هستند که در جهت پود قرار دارند، این در حالی است که کالای پنبه‌ای کاتیونه نشده باشد ولی پس از کاتیونه کردن کالا رشته‌های نخ تار باریکتر از نخ‌های پود می‌گردد و این عمل باعث می‌شود زمانی‌که بین گروه‌های کاتیون و آنیون عمل جذب صورت می‌گیرد مانع پخش شدن رنگ به نقاط چاپ نشده گردد.
● اثر کاتیونه کردن روی ساختمان‌ نخ‌های تار و پود
تغییرات روی نمونه‌ها را می‌توان از روی شکل ۱ مشاهده کرد. عملیات را با ۱۰۰ گرم در لیتر ماده کاتیونه کننده انجام داده و پس از چاپ همه نمونه‌ها را در مدت ۱۰ دقیقه در بخار اشباع قرار داده و پس از آن شستشوی ۵ مرحله‌ای را انجام داده شد. از روی شکل مشخص است که رشته‌های نخ که در جهت تار هستند ضخیمتر از نخ‌هائی هستند که در جهت پود قرار دارند این موضوع زمانی است که پنبه کاتیونه نشده، وقتی که پنبه کاتیونیزه شد رشته‌های نخ تار بایکتر از نخ‌های پود بوده که اینخاصیت می‌تواند در زمانی که جذب رنگزا بین گروه کاتیونیک و آنیونیک رخ می‌دهد مانع پخش شدن رنگزا به نقاط چاپ نشده کالا شود، بنابراین کاملاً واضح است که عمل کاتیونیزاسیون می‌تواند عامل افزایش دهنده جذب رنگزا در کالا شود. شکل ۱ نشان دهنده این است که رشته‌های نخ تار ضخیم‌تر از نخ‌هائی هستند که در جهت پود قرار دارند این در حالی است که کالای پنبه‌ای کاتیونه نشده باشد ولی پس از کاتیونه کردن کالا رشته‌های نخ تار باریکتر از نخ‌های پود می‌گردد و این عمل باعث می‌شود زمانی‌که بین گروه‌های کاتیون و آنیون عمل جذب صورت می‌گیرد مانع پخش شدن رنگ به نقاط چاپ نشده گردد.
● تأثیر کاتیونه کردن در برابر زمان بخاردهی
ممکن است عملیات کاتیونه کردن زمان توقف در بخار را کاهش دهد بنابراین لازم است در این آزمایش تحقیق بیشتری روی این موضوع صورت گیرد، به‌همین دلیل دو نمونه از پارچه که یکی کاتیونه شده و دیگری کاتیونه نشده بود، طبق شرایط گفته شده چاپ و در زمان‌های مختلف در دستگاه بخارزنی قرار داده شد. نتایج این آزمایش در جدول شماره ۲ آورده شده است. از این نتایج می‌توان نتیجه گرفت که در پارچه کاتیونه نشده با افزایش زمان توقف در بخارزنی قدرت ثبات رنگی افزایش می‌یابد و حداکثر این افزایش در زمان ۸ دقیقه بخار زنی می‌باشد، اما در نمونه‌های دیگر کاتیونه شده مشخص است که زمان توقف از ۲ الی ۱۰ دقیقه برابر بوده و تقریباً شبیه یکدیگر می‌باشند و همچنین بعد از ۲ دقیقه توقف در بخارزنی ثبات شستشوئی پارچه‌های کاتیونی شده نیز مشابه هم می‌باشند و تقریباً هیچ‌گونه اختلافی از لحاظ ثبات شستشوئی ندارند و میزان لکه‌گذاری در هنگام شستشو و پس از چاپ پارچه‌های کاتیونی شده و کاتیونی نشده به ترتیب بعد از زمان‌های ۴ دقیقه‌ای و ۸ دقیقه‌ای با هم برابر می‌باشند. ثبات سایشی نمونه‌های کاتیونی نشده در زمان دو دقیقه توقف در بخارزنی از همه نمونه‌ها در دقایق مختلف بیشتر بوده که با افزایش زمان توقف ثبات سایشی رنگ جذب شده روی کالای کاتیونی شده و کاتیونی نشده کاهش می‌یابد که این امر در ثبات تر آن کاملاً مشهود است که بیانگر این است که هنوز رنگزاهای راکتیو ثبات سایشی نسبتاً خوبی نداشته ولی دارای ثبات خشک قابل قبولی می‌باشد.
● جمع‌بندی
با توجه به نتایج بدست آمده کاتیونه کردن کالای پنبه‌ای با محلول ۵۰% درصدی ۳ کلرو ـ ۲ هیدروکسی بوتیل‌تری متیل آمونیم کلراید می‌تواند باعث بهبود بعضی از خصوصیات گردد.
لکه‌گذاری در پارچه کاتیونی شده خیلی کمتر از پارچه کاتیونی نشده است و در غلظت ۵۰ گرم در لیتر ماده کاتیونی کننده لکه‌گذاری وجود داشته ولی با افزایش غلظت مواد کاتیونی کننده مقدار این لکه‌گذاری کاهش می‌یابد که در دو نمونه آخری که با غلظت ۱۲۵ گرم در لیتر عمل شده است لکه‌گذاری به پائین‌ترین مقدار خود رسیده است.
عموماً کاتیونه کردن لیف اثر قابل توجهی روی ثبات شستشوئی داشته و باعث افزایش ۱ درصدی ثبات رنگزاهای هیدرولیز شده روی سطح لیف می‌گردد.
ثبات سایشی نمونه‌های کاتیونی نشده در زمان دو دقیقه توقف در بخارزنی از همه نمونه‌ها در دقایق مختلف بیشتر بوده که با افزایش زمان توقف قدرت سایشی رنگزای جذب شده روی کالای کاتیونی شده و کاتیونی نشده کاهش می‌یابد که این امر در ثبات‌تر آن کاملاً مشهود است، این مسأله بیانگر این است که هنوز رنگزاهای راکتیو ثبات سایشی نسبتاً خوبی نداشته ولی دارای ثبات خشک قابل قبولی می‌باشد. لکه‌گذاری در پارچه کاتیونی شده خیلی کمتر از پارچه کاتیونی نشده است و در غلظت ۵۰ گرم در لیتر ماده کاتیونی کننده که عمل کرده‌ایم لکه‌گذاری وجود داشته ولی با افزایش غلظت مواد کاتیونی کننده مقدار این لکه‌گذاری کاهش می‌یابد که در دو نمونه آخری که با ۱۲۵ گرم در لیتر عمل شدهاست لکه‌گذاری به پائین‌ترین مقدار خود رسیده است.
عموماً کاتیونه کردن لیف اثر قابل توجهی روی ثبات شستشوئی داشته و باعث افزایش ۱ درصدی ثبات رنگزاهای هیدرولیز شده روی سطح لیف می‌گردد. با توجه به نتایج بدست آمده کاتیونه کردن کالای پنبه‌ای با محلول ۵۰% درصدی ۳ کلرو ـ ۲ هیدروکسی بوتیل‌تری متیل آمونیوم کلراید می‌تواند باعث بهبود بعضی از خصوصیات مانند افزایش تمایل جذب رنگزا و کاهش زمان توقف در تثبیت و کاهش مراحل شستشو گردد و این امر در نهایت باعث کاهش پساب تولیدی گشته و هزینه‌های کمتری در تصفیه فاضلاب کارخانه دارد.

تهیه و تنظیم: مهندس حسین نجفی کوتنائی، مهندس مازیار پروین‌زاده
پی‌نوشت:
عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر ری
گروه کنترل و دوباره تولید رنگ، پژوهشکده صنایع رنگ ایران
مراجع:
۱) ب. احمدی ”شیمی نساجی“ جلد دوم انتشارات دانشگاه امیرکبیر تهران
۲) ج. نجفی کوتنائی ”تکنیک‌های صنعتی در شیمی نساجی“، انتشارات دانشگاه امیرکبیر، تهران ۱۳۸۵
۳) ح. نجفی کوتنائی ”آزمایشگاه‌ها در شیمی نساجی“، انتشارات دانشگاه امیرکبیر، تهران ۱۳۸۶
۴) L.W.C Mils, Textile Printing ۱۹۸۱
۵) R.H.LEACH and R.J.Plerce,Printing INK۱۹۹۳
۶) Regguabu Macchine, Textile Printing ۲۰۰۴
۷) Samuel B.Hoff, Screen Printing ۱۹۹۷
۸) Thames and Hudson, Screen Printing ۱۹۷۹

منبع : ماهنامه نساجی امروز