چاپ رنگهای واکنش پذیر با کیفیت مناسب با استفاده از چسب گوار و مواد افزودنی تجزیه پذیر

در زمینه چاپ رنگهای واکنش پذیر, از آلجینیت های سدیم یا غلیظ کننده های ترکیبی به عنوان مواد غلیظ ساز استفاده میشود تا از کیفیت نامطلوب پارچه جلوگیری به عمل آید با استفاده از مواد تغلیظ کننده طبیعی و مواد افزودنی سازگار با محیط زیست, فرایند نوین چاپ واکنشی برای رنگهای واکنشی در منسوجات سلولزی طراحی گردید

در زمینه چاپ رنگهای واکنش پذیر، از آلجینیت های سدیم یا غلیظ کننده های ترکیبی به عنوان مواد غلیظ ساز استفاده میشود تا از کیفیت نامطلوب پارچه جلوگیری به عمل آید. با استفاده از مواد تغلیظ کننده طبیعی و مواد افزودنی سازگار با محیط زیست، فرایند نوین چاپ واکنشی برای رنگهای واکنشی در منسوجات سلولزی طراحی گردید. آزمایشاتی که در زمینه چاپ با چسب گوار انجام شده اند نشان میدهند که استفاده از افزودنیهای متفاوت از سفت شدن پارچه جلوگیری میکند. این مواد افزودنی هیچگونه تاثیر خاصی روی تغییر شکل و رنگ پارچه نمیگذارند و بلکه حتی وقتی از چسبهای گوار به عنوان عوامل ضخیم کننده هم استفاده شود، به نرم شدن پارچه کمک میکنند. استفاده از مواد افزودنی و چسبهای گوار باعث چاپ با کیفیت مناسب شده و آلودگی های فاضلابی را هم کاهش میدهد.

۱) مقدمه:

در زمینه چاپ روی منسوجات با رنگهای واکنشی، اغلب از آلجنیت سدیم و یا ترکیبی از آن با متیل کربوکسیل پلی ساکارید، به عنوان مواد ضخیم ساز(سفت کننده) استفاده میشود. البته در برخی موارد (که از رنگهای واکنشی ویسکوز چند کاربردی استفاده میشود)، واکنش های صورت گرفته میان رنگ و مواد سفت کننده منجر به کیفیت نامطلوب پارچه میگردند. برای جلوگیری از این شرایط، میبایستی از ضخیم سازهای ترکیبی (مثل اسید های پلی اکریلیک و یا اسیدهای پلی مالئیک) استفاده کرد؛ چراکه این مواد با رنگهای واکنش پذیر، واکنش نمیدهند. گرچه استفاده از این پلیمرها دو مشکل ایجاد میکند: روشنی کلی پایین است و همچنین سفت کننده های ترکیبی غیر قابل تجزیه اند. این دو عامل منجر به ثبات مواد منتشره خارجی میشوند. استفاده از سفت کننده های تجزیه پذیر باعث میشوند فرایند چاپ به محیط زیست آسیبی نرساند و ضمنا آلودگی فاضلابی هم کاهش یابد. آزمایشاتی که در زمینه چاپ با سفت کننده های طبیعی انجام شده اند نشان میدهند که استفاده از افزودنیهای متفاوت از سفت شدن پارچه جلوگیری میکند. گرچه هنوز هم نمیدانیم استفاده از کدامیک از ساختارهای شیمیایی موفقیت آمیز خواهد بود. هدف این تحقیق این است که مواد افزودنی تولید کند که به محیط زیست آسیبی نرسانند، و از این مواد در چاپ با استفاده از رنگهای واکنشی با سفت کننده های غیر پایا بهره ببرد تا با این کار کیفیت چاپ بالاتر رود و سطح آبهای زائده هم به حداقل برسد.

۲) آزمایش

۲.۱) مواد:

سفت کننده هایی که مورد استفاده قرار گرفتند عبارتند از آلجنیت سدیم و چسب گوار کربوکسی متیل. آلجنیت سدیم از لامبرتی و لوتکسال بدست آمد و چسب های گوار هم توسط Cognis Deutschland GmbH تولید شدند.

رنگ مورد استفاده C.I. Reactive Black ۵بود.

پالتی با بیش از سی ماده فعال با واحدهای اتیلونوکیسید و حلقه های جنبی تولید شد و شرکتهای Cognis Deutschland و لامبرتی هم وظیفه تولید سازه های شیمیایی را به عهده گرفتند. تمامی آزمایشات با استفاده از منسوجات ویسکوز بافته شده صورت گرفتند.

۲.۲) آماده سازی چسب چاپ و فرایند چاپ:

آب سفت ساز و آب زداینده مواد معدنی را در یک همزن با هم مخلوط کردیم. سپس مخلوط حاصله را به مدت یک شب در یخچال گذاشتیم تا این مخلوط به خوبی متورم شود. با مخلوطی به اندازه از چسبهای ذخیره شده توانستیم مخلوط مورد نظر را بدست بیاوریم. برای آماده سازی چسب چاپ ۵۰ گرم ماده رنگی ، ۲۵ گرم NACHO۳ ، ۱۵۰ گرم اوره و ۵۰ گرم هم مواد افزودنی به هر کدام از محلول های سفت کننده افزوده و به مدت ۱۵ دقیقه با هم مخلوط نمودیم. تمامی چسبهای چاپ را در بازه چسبندگی ۵ تا ۱۰ پاس قرار دادیم. برای اعمال چسب به پارچه ویسکوز، از صفحه چاپ مسطح استفاده کردیم. از اسکوویجی با قطر ۱۵ میلیمتر استفاده کردیم و سرعت چاپ و فشار آن به ترتیب ۵ متر در دقیقه و ۶ بودند. نمونه های چاپ شده را در معرض بخار با دمای ۱۰۲ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰ دقیقه قرار دادیم و سپس آنرا در مدت ۱۵ دقیقه ۵ بار شستشو دادیم تا رنگ ها و سفت کننده هایی که هنوز نچسبیده بودند، جدا شوند.

۲.۳) روش ها:

برای سنجش سرعت جریانهای الکتریکی از دستگاه Rheolab MC ۱۰۰ (Physica) استفاده نمودیم. برای اندازه گیری چسبندگی دینامیک از مقیاسهای دوار استفاده کردیم. ضمنا واحد ویسکوالاستیک را هم با روش آزمون برش نوسانی اندازه گرفتیم. نفوذ و توان رنگ را هم با ضریب انعکاس مشخص کردیم که برای اینکار از نورسنج مدل Spectraflash SF ۶۰۰ بهره گرفتیم. نفوذ رنگ را به عنوان نسبت توان رنگ از طرف راست و چپ نمونه چاپ شده محاسبه نمودیم. سفتی نونه های چاپ شده ی شسته شده و آماده شده را با استفاده از دستگاه سختی خمیدگی اندازه گرفتیم. فرایند SEC (مخفف عبارت رنگ نگاری و جداسازی چسب) را بوسیله ژل HEMA-Bio انجام دادیم. آزمون های تجزیه بیولوژیکی را مطابق دستورات OECD در "آزمون مواد شیمیایی" صورت دادیم و از روش ۳۰۱D استفاده کردیم.

۳) نتایج و بحث:

فرایند سرندزنی(اسکرینینگ) را با بررسی بیش از سی نوع ماده فعال در سطح شروع نمودیم. این مواد فعال دارای واحدهای اتیلن اکسید، حلقه های جانبی، زیر گروه ها و ساختارهای شیمیایی مختلف هستند. این مواد افزوده را به همراه چسب گوار و رنگهای چندکاربردی واکنشی چاپ کردیم تا پی به تاثیر آنها روی کیفیت پارچه نرم ببریم. این ماده های افزوده و دانه رنگها را با غلظت ۵ درصد در یک نوع معمولی از چسب چاپ استفاده نمودیم(جدول ۲) و کیفیت این مواد را با استفاده از اندازه های مربوط به سختی پارچه مورد آزمون قرار دادیم. نتایج حاصله را بر اساس مقادیر سختی پارچه در جدول ۳ به طور خلاصه آورده ایم.

بر اساس اطلاعات سرندزنی، متوجه سدیم که مواد افزودنی با الکل استریل و الکل اولیلا و نیز برخی آلکیل پلی گلیگوزیدها و ساختارهای مواد فعال سطحی گروه آمینو ترکیب میشوند. مهمترین محصولات شامل موارد زیر بودند: پلی اکسیتیلن اولیلتر ۸-۱۲EO و پلی اکسیتیلن اولیلتر ۶EO و نیزکوکوسامین ۲EO و آلکیلتر سدیم کربوکسیلات. مناسبترین مقدار مربوط به هر یک از مواد افزوده را در تحقیقی جامع و با استفاده از روش تغییر غلظت بدست آوردیم. مناسب ترین مقدار مربوط به اغلب مواد افزوده، غلظت ۵ درصد براورد شد. کیفیت پارچه در تمامی موارد بهبود پیدا کرد، اما نتایج مربوط به چسب گوار به اندازه آلجینیت خالص یا اسید پلی اکریلیک رضایت بخش نبود. همچنین مشاهده کردیم که وقتی تعداد واحدهای "ای او" از بیست عدد فراتر رود، بیشتر مواد فعال سطحی با چسب گوار ترکیب و تولید ژل میکنند. این فرایند را میتوانیم به خاطر برهم کنش های شدید میان چسب گوار و مواد فعال سطحی قلمداد کنیم؛ این مواد فعال موجود در سطح بخاطر فرایند هیدروفیلیک-هیدروفیلیک میان گروه های هیدروکسیل چسب گوار و گروه های هیدروفیلیک واحدهای ای او بوجود می آیند. این برهم کنش ها و وجود حلقه های هیدروفیلیک باعث میشوند تعادل هیدروفیلیک-هیدروفیلیک سفت کننده تغییر کند، و این امر هم به نوبه خود باعث بوجود آمدن لختگی میشود. بررسی های بیشتر نشان دادند که استفاده از مقادیر کمتری از این مواد افزوده از شکل گیری ژل یا لختگی جلوگیری بعمل می آورد، اما این مواد افزوده نمیتوانند از کیفیت نا مناسب پارچه جلوگیری کامل بعمل بیاورند.

آزمایش چاپ بدون مواد افزوده و اشباع ثانویه مواد چاپی محلول آبی ۵ درصد مواد افزوده نشان داد که این محصولات در چسب چاپ عمل میکنند، و به استثنای کوکوسامین، بقیه آنها تنها خاصیت نرم کنندگی ندارند.

برهم کنش میان رنگها، چسب گوار و مواد فعال سطحی را بااستفاده از روش SEC مشخص نمودیم، چراکه این روش را میتوان برای تعیین واکنش محصولات گوار و رنگ هم بکار برد(سختی پارچه بخاطر این چنین برهم کنش ها میباشد). در کروماتوگرافی تحلیلی، اتصال عرضی شیمیایی میان سخت کننده و ماده رنگی را میتوان با استفاده از دیتکتور (آشکارساز) ماورائ بنفش و RI مورد بررسی قرار داد. با استفاده از دیتکتور RI میتوان سفت کننده بیرنگ را مشخص نمود. با استفاده از اشعه ماورای بنفش هم میتوان مواد واسطه را بازشناخت. برخی از کروماتوگرام های اصلی و نمونه را در شکلهای دو و سه ملاحظه میکنید.

بررسیهای SEC نشان میدهند که مواد واسطه میان چسب گوار و رنگ با افزایش سطح استخلاف یا جانشینی و وجود اکثر افزودنیهای مطلوب کاهش می یابد. این امر را میتوان بخاطر برهم کنش های شدید میان چسب گوار و مواد سطحی دانست. این مواد فعال موجود در سطح بخاطر فرایند هیدروفیلیک-هیدروفیلیک میان گروه های هیدروکسیل چسب گوار و گروه های هیدروفیلیک واحدهای ای او بوجود می آیند. این برهم کنش ها و وجود حلقه های هیدروفیلیک باعث میشوند تعادل هیدروفیلیک-هیدروفیلیک سفت کننده تغییر کند، و این امر هم به نوبه خود باعث بوجود آمدن ماده سفت کننده ای هیدروفوبیک تر میشود. نمیتوان توسط رنگهای واکنشی، سفت کننده های هیدروفوبیک را مورد واکنش قرار داد، چراکه مکان برهمکنش تحت تاثیر مواد افزوده قرار گرفته است(جدول ۴).

آزمونهای تسطیح نشان میدهند که نوع واحدهای هیدروفوبیک اهمیت چندانی ندارد؛ چیزی که مهم است مشخصه های هیدروفیلیک است. اغلب مواد افزوده آلکیل الکل های اتیلی و نیز برخی آلکیل پلی گلیکوزیدها و مواد فعال سطحی گروه آمینو هستند. این مواد افزوده را میتوان با چسب گوار در هم آمیخت و پارچه ای با کیفیت بهتر بدست آورد. تحقیق جامعی پیرامون برهم کنش های میان مواد سطحی، چسب گوار و رنگهای واکنشی منتشر شده است.

۳.۲) ریولوژی چسب های چاپ:

تاثیر مواد افزوده را روی ریولوژی چسب را در مورد چسب گوار غیر جانشینی در شکل ۴ ملاحظه میکنید. همچنین در این شکل نمونه بریج ۷۶ را به عنوان یک مثال می بیبنید.

با افزودن غلظت مواد فعال موجود در سطح میتوان چسبندگی را به شدت افزایش داد. این امر به افزایش چگالی ساختار پلی ساکارید مربوط میشود و علت آن هم ترکیب مولکول های مواد سطحی با ساختار های بین مولکولی است. این ساختارها در سرعت برش پایین ثابت هستند.

رفتار پسودوپلاستیک حاصله از محلول ها نشان میدهد که کمپلکس های پلی ساکارید و مواد فعال موجود در سطح نسبت به کلاسترهای چسب گوار در محلول خالص حساسیت بیشتری دارند. کاهش مشهود منحنی چسبندگی را میتوان با توجه به تبادل برهم کنش های پلیمرهای هیدروفیلیک و مواد سطحی فعال توجیه نمود.

کاربرد و آزمایش مواد افزوده نشان میدهند که محتمل ترین مواد افزوده را میتوان تا غلظت ۳ درصد بدون تصحیح چسب مورد استفاده قرار داد. هرچند اگر از مواد افزوده ۵ درصد استفاده نماییم، چسبندگی چسب مان به طور مشهودی در برشهای با سرعت کمتر از ده معکوس ثانیه کاهش می یابد.

۳.۳) نتایج چاپ:

از پالتی از مواد افزوده مختلف جهت آزمایش های چاپ با چسب های گوار مختلف استفاده کردیم. مشخصه های چاپ چسب های چاپ را بر حسب چسب های بعدی، توان رنگی و قدرت نفوذ آن مشخص نمودیم.

توان رنگی چاپها به سرعت انتقال چسب روی ماده و نوع سفت کننده مربوط میشود. میتوان از جدول ۵ ملاحظه کرد که توان رنگی چسب افزوده و چسب های گوار، در مقایسه با سفت کننده های ترکیبی و آلجینیت اندکی کمتر است. استفاده از مواد افزوده باعث میشود توان چسب افزوده کاهش یابد، بنابراین این امر روی کاهش جزئی توان رنگی تاثیر میگذارد و ضمنا کیفیت پارچه و کیفیت چاپ را هم افزایش میدهد. به علاوه متوجه شدیم که درجه کربوکسیل داری اثر شایانی روی کیفیت پارچه میگذارد. هرچه سطح کربوکسیل بالاتر باشد، کیفیت پارچه بهتر میشود.

این درجه از کیفیت پارچه که با استفاده از چسب گوار با DS=۰.۴ و DS=۱.۱ و غلظت ۵ درصدی بهترین مواد افزوده بدست آمد را میتوان با کیفیت چاپ های حاصله از آلجنیت خالص یا سفت کننده های ترکیبی مورد مقایسه قرار داد.

بهترین نتایج مربوط به چاپ و باکیفیت ترین پارچه زمانی حاصل شدند که آلجنیت و دیگر مواد افزوده با غلظت یک درصد مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین از چسب گوار هم میتوان استفاده نمود، اما استفاده از چسب گوار غیر جانشینی و ۵ درصد از دیگر مواد افزوده باعث میشوند نرمی مطلوب بدست نیاید. مخلوطی از آلجنین و چسب گوار جانشینی بیشتر مطلوب است و زمانیکه غلظت مواد افزوده بیش از ۳ درصد باشد، باعث بوجود آمدن پارچه ای نرم و باکیفیت میشود. زمانیکه آزمایش های چاپ با روش دو فازی و با مواد افزوده فوق الذکر انجام شوند، تمامی برنامه ها مناسب و با کیفیت انجام میشوند. با استفاده از آزمونهای چاپ در واحدهای آزمایش صنعتی و تقسیم سوخت در ظروف کوچک، نتایج حاصله را مورد بررسی و اثبات قرار دادیم.

۳.۴) تجزیه زیستی (بیودیگریشن):

فرایند چاپی که به محیط زیست آسیبی نزند نیازمند چسب های زیست تجزیه پذیر میباشد، چراکه منسوجات اضافی پس از فرایند چاپ و تثبیت شسته خواهند شد. پیرامون چسب های چاپ جدید الساخت و چسب های چاپ استاندارد و درباره تجزیه زیستی هر دو مورد آنها تحقیق مبسوطی صورت گرفته است. جدول ۵ مقادیر مربوط به تجزیه زیستی این چسب ها را نشان میدهد.

آزمونهای تجزیه زیست چسبهای چاپ و بررسی آبهای فاضلابی نشان داده اند که چسبهای چاپی که از چسبهای گوار و مواد افزوده ساخته شده اند مطلوب تر از چسب هایی هستند که از آلجنیت یا سفت کننده های ترکیبی ساخته شده اند (حتی در شرایظی که غلظت مواد افزوده بیش از ۵ درصد باشد). این یافته بدین معناست که استفاده از چسبهای گوار و مواد افزوده در کاهش آلودگی آبها هم تاثیر چشمگیری دارد.

۴) نتایج:

با استفاده از عوامل سفت کننده طبیعی و مواد افزوده سازگار با محیط زیست، فرایندی نوین در صنعت چاپ طراحی نمودیم. این مواد افزوده تا حدی رفتار پزودولاستیک چسب ها را افزایش میدهند اما توان رنگی چسب را کاهش نمیدهند. استفاده از این مواد افزوده، حتی زمانیکه از چسب های گوار به عنوان عامل سفت کننده استفاده شود، به کیفیت و نرمی پارچه کمک مینماید. به علاوه استفاده از سفت کننده های زیست تجزیه ای و مواد افزوده، در مقایسه با مواد سفت کننده های ترکیبی، آلودگی آبها را هم کاهش میدهد.

این نتایج احتمال تولید گروه جدیدی از سفت کننده ها را برای چاپ روی منسوجات پارچه ای به منظور استفاده از رنگهای واکنشی نشان میدهد. آمیزه ای از پلی ساکاریدها وآمیزه ای از پلی ساکاریدها با مواد فعال سطحی اتوکسیلات مزایای فراوانی را بر حسب سازگاریهای زیست محیطی برای مشتریان فراهم می آورد.

این مقاله باعث می شود همگی دارای دستانی با پوست نرم و لطیف شویم و اتفاقا همین هدف در فرایند چاپ نیز دنبال شد.

محمد هادی کرامتی