مشکلات زیست محیطی ناشی از به کارگیری رنگزاهای متال کمپلکس

رنگزاهای متال کمپلکس کمپلکس های فلزی یکی از گروه های خانواده مواد رنگزا می باشند که می هٔوان از آنها جهت رنگرزی الیاف پروتئینی, پلی آمیدی و استفاده نمود

رنگزاهای متال کمپلکس (کمپلکس‌های فلزی) یکی از گروه‌های خانواده مواد رنگزا می‌باشند که می‌هٔوان از آنها جهت رنگرزی الیاف پروتئینی، پلی آمیدی و... استفاده نمود. یافته‌های جدید محققان نشان داده است که این رنگزاها دارای مشکلات و عوارض جانبی گاها خطرناکی نیز هستند. در حال حاضر تعدادی از محققان در مورد کاهش آزادسازی فلز کروم lll بر روی منسوجات پلی آمیدی رنگرزی شده با رنگزاهای متال کمپلکس در حال مطاعه و پژوهش می‌باشند یافته‌های جدید نشان می‌دهد که میزان فلز کروم lll بر روی منسوجات پلی آمیدی رنگرزی شده با رنگزاهای متال کمپلکس بیشتر از حد مجاز بر چسب‌های سلامتی پوشاک است و اولین مظنون این مسأله فرآیندهای تکمیل آغشته سازی با پد است که بر روی منسوجات رنگی انجام می‌شود. در پژوهش‌های محققان امکان تثبیت و جلوگیری از حرکت فلز کروم یکی از احتمالات مورد مطالعه می‌باشد. در این مقاله نیز جنبه کاربردی فرآیندهای تکمیل به‌منظور حذف و یا کاهش اثر این مشکل مورد بررسی قرار گرفته است.

● مقدمه

نتایج تحقیقات پژوهشگران نشان می‌دهد که ارتباط مستقیمی بین ساختار تک‌تک اجزاء سازنده ترکیبات و مواد تکمیل کننده و میزان حرکت و آزادسازی فلز کروم lll در منسوجات رنگی پلی آمیدی وجود دارد. آگاهی یافتن از جزئیات این مسأله و تأثیرات ناشی از آن می‌تواند زمینه مناسبی جهت اصلاح و بهبود ساختار مواد مورد استفاده در صنعت تکمیل را فراهم آورد. همچنین با کامل شدن دانش تولید کنندگان مواد شیمیائی در این زمینه، می‌توان میزان بهینه استفاده از فلزات را در ساختار مواد رنگزای متال کمپلکس محاسبه نمود و یا حتی در مواردی استفاده از فلزات را در آنها کاملاً ممنوع و قدغن کرد.

● تأثیر اجزاء سازنده

ترکیبات مورد استفاده در صنعت تکمیل (نرمکن‌ها، ضد چروک کننده‌ها و...) همگی ترکیبی از مواد شیمیائی مختلف با خصوصیات متفاوت می‌باشند که هر کدام از آنها دارای تأثیر خاصی بر روی آزادسازی و حرکت فلز کروم lll در پارچه‌های رنگی می‌باشند، علاوه بر این اختلاط این مواد با یکدیگر گاهی دارای تأثیر کاهشی و گاهی افزایشی بر روی عملکرد کل مخلوط می‌باشد. به همین دلیل بین تأثیر مثبت یا منفی هر کدام از اجزاء سازنده مواد تکمیل و غلظت آنها در ترکیب نمی‌توان یک رابطه خطی برقرار نمود و تأثیر اجزاء سازنده این ترکیبات معمولاً تحت تأثیر جزء با قدرت بیشتر می‌باشد. در این گونه موارد مساله‌ای به‌نام تأثیر غالب (Superposed effect) پیش می‌آید که نقش مهمی در عملکرد کلی ترکیب ایفا می‌نماید.

علاوه بر اثر افزاینده اختلاط دو ماده با تأثیر منفی در بعضی موارد نمونه‌های جالبی در اثر اختلاط مواد مختلف تولید می‌شود، به‌عنوان مثال ترکیب حاصل از اختلاط یک ماده با تأثیر مثبت و یک ماده با تأثیر منفی ضعیف می‌تواند منجر به تولید ترکیبی با تأثیر منفی بسیار قوی و شدید شود. توجه به این نکته در هنگام اصلاح نمودن ساختار شیمیائی مواد تکمیل کننده بسیار حائز اهمیت است، زیرا به‌عنوان مثال با اضافه نمودن یک ماده مثبت نمی‌توان انتظار داشت که تأثیر منفی کام ترکیب کاهش یابد (مثلاً میزان آزادسازی و حرکت فلز کروم lll کم شود).

در بررسی مواد مختلف می‌توان عنوان کرد که هر کدام از اجزاء سازنده مواد تکمیل می‌توانند جایگاهی بیندرجه نامطلوب (تشدید حرکت و آزادسازی فلز کروم lll)، خنثی (بی‌اثر) و مطلوب (کاهنده میزان حرکت و آزادسازی فلز کروم lll) داشته باشند.

تقریباً تمام اعضای خانواده اتوکسیلات‌ها (سطح فعال‌های نانیونیک) و اوره (یک ماده غیر سطح فعال) در دسته مواد نامطلوب قوی یا ضعیف قرار دارند.

البته باید توجه داشت که این طبقه‌بندی را می‌توان در بین خود اعضاء خانواده اتوکسیلات‌ها نیز لحاظ نمود. (شکل ۱: نمودار ارتباط بین غلظت فلز کروم lll (ppm) با درجه اتوکسیله شدن در اتوکسیلات‌های مختلف غلظت (غلظت ۱۰g/lit) بر روی پارچه شاهد و پارچه رنگزای متال کمپلکس مشکی) به‌عنوان مثال آمین‌های چرب و اتوکسیلات‌های آمید اسیدی چرب دارای شدیدترین درجه می‌باشند مخصوصاً اگر درجه اتوکسیله شدن آنها (EO) بیش از ۵ باشد و پس از آنها رتبه دوم به اتوکسیلات‌های الکلی چرب تعلق دارد.

شکل ۱: نمودار ارتباط بین غلظت فلز کروم lll (ppm) با درجه اتوکسیله شدن در اتوکسیلات‌های مختلف غلظت (غلظت ۱۰g/lit) بر روی پارچه شاهد و پارچه رنگزای متال کمپلکس مشکی

به‌طور کلی میزان چربی باقی‌مانده (اشباع شده، اشباع نشده و زنجیر با طول کوتاه) تأثیری بر روی درجه حرکت و آزادسازی فلز کروم lll ندارد، در حالی‌که به‌نظر می‌رسد وجود پیوندهای دوگانه و افزایش طول زنجیر مولکولی می‌تواند تا حدودی موجب افزایش درجه حرکت و آزادسازی فلز کروم lll شود، این اثر حداقل در مورد آمین‌ەای چرب و احتمالاً آمیدهای اسید چرب (اولئیل غیر اشباع با زنجیر مولکولی بلند و آلکیل نارگیل اشباع شده با زنجیر مولکولی بلند) قابل مشاهده است. البته باید توجه داشت که این اثر در مورد سایر انواع سطح فعال‌های نانیونیک تقریباً قابل صرفنظر کردن است. نکته قابل توجه در ایناست که تمام انواع سطح فعال‌های نانیونیک از این لحاظ در دسته خنثی قرار دارند. تمام ترکیبات شیمیائی (غیر سطح فعال) که بر روی الیاف، فیلم تشکیل می‌دهند از قبیل انواع پارافین‌ها، سیلیکون‌ها (مخصوصاً سیلیکون‌های آبگریز)، سیلیکات‌ها و رزین‌ەای فلوئور و کربنی دارای تأثیر مثبت هستند یا به عبارت دیگر دارای خاصیت باز دارنده و تثبیت کننده می‌باشند، سایر ترکیبات پلیمری در این تحقیق بررسی نشده‌اند اما می‌توان انتظار داشت که آنها نیز رفتار تقریباً مشابه‌ای داشته باشند و یا حداقل در درجه خنثی قرار بگیرند. به‌طور کلی می‌توان گفت که هرچقدر ترکیب سازنده فیلم آبگریزتر باشد عملیات تکمیل در درجه مطلوب قرار گرفته و مانع از آزادسازی و حرکت فلز کروم lll خواهد شد (و برعکس). ترکیبات کاتیونیک آمونیوم نوع چهارم (چهارگانه) تقریباً در درجه مطلوب قرار دارند، اما در بعضی موارد اثرات سوء افزاینده نیز در آنها مشاهده می‌شود.

سینتان‌ها (ترکیبات پلیمری تراکمی فنول سولفورنیک اسید فرمالدهید) نیز در درجه کاملاً مطلوب طبقه‌بندی می‌شوند (اثر بازدارنده و تثبیت کننده)، به‌همین دلیل از این ترکیبات می‌توان جهت کاهش میزان آزادسازی و حرکت فلز کروم lll در فرآیندهای تکمیل با درجه نامطلوب استفاده نمود (قبل، در حین و یا پس از عملیات تکمیل که بسیار مناسبتر است).

نمودار ارتباط بین غلظت فلز کروم lll (pom) با غلظت ترکیبات پلی آمونیوم چهارگانه بر روی پارچه شاهد و پارچه رنگرزی شده با رنگزای متال کمپلکس مشکی

● متال‌های کاربردی

با توجه به ترکیب بسیار پیچیده مواد تکمیل کننده، اثرات منحصر به فرد هر کدام از مواد سازنده آنها و همچنین پدیده تأثیر غالب، چند نمونه از مواد مختلف در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتند که نتایج تعدادی از آنها در قسمت ذیل به‌طور خلاصه آمده است:

ترکیب A (نرم کن سیلیکونی) علاوه بر سطح فعال نانیونیک که یک ماده تقریباً نامطلوب استدارای مقداری سیلیکون (ماده در درجه مطلوب) به‌عنوان امولسیون کننده نیز می‌باشد، به‌همین دلیل کل ترکیب تا حدودی دارای خاصیت خنثی است و در حد استاندارد زیست محیطی okotex* ۱۰۰ قرار می‌گیرد.

ترکیب B (ضد آب کننده) شامل موادی نظیر استرهای اسید فسفریک، اتوکسیلات آمین‌های چرب واوره می‌باشد. در این ترکیب، حتی با غلظت‌های بسیار کم نیز میزان فلز کروم lll آزاد شده بسیار بیشتر از حد مجاز می‌باشد. به همین دلیل جهت بهبود خصوصیات باید از کمی ترکیبات سینتان نیز در ساختار این مواد استفاده نمود. ترکیب C شامل ۵۰ درصد سطح فعال آنیونیک (با ساختار آلکیل بنزن سولفونات) و ۱۰ درصد سطح فعال نانیونیک (با ساختار الکل چرب) می‌باشد. مقدار آزادسازی فلز کروم lll در فرآیند تکمیل با این ترکیب کمی بیشتر از حد مجاز فلز کروم lll در البسه کودکان (۱ppm) است. ولی با کاهش میزان و غلظت استفاده از این ترکیب می‌توان به حد آزادسازی فلز کروم lll را در آن به حد مجاز رساند.

در فرآیندهای تکمیل معمولاً چند عملیات به صورت موازی با یکدیگر انجام می‌شوند، به همین دلیل همواره باید به مسأله تأثیر غالب توجه داشت. در هنگام استفاده توام از ترکیبات چهارگانه تکی یا پلی آمونیوم یا اتوکسیلات الکل‌های چرب، در اغلب موارد می‌توان تأثیر افزاینده منفی اینمواد بر روی خصوصیات کلی فرآیند را مشاهده نمود. این تأثیر افزاینده منفی از روی افزایش شبه آمین‌های چرب اتوکسیله و در نتیجه قرارگیری کل ترکیب در درجه بسیار نامطلوب قابل تشخیص است.

● مکانیزم رهاسازی کروم lll

در قسمت‌های قبل ارتباط میزان رهاسازی فلز کروم lll در نتیجه عملیات تکمیل بر روی پارچه‌های رنگرزی شده با رنگزاهای متال کمپلکس، با عوامل سازنده مواد تکمیل کننده مورد بررسی قرار گرفت، اما هنوز پاسخی به نحوه انجام این عملیات و مکانیزم رها سازی فلز کروم lll داده نشده است. جهت توصیف این پدیده ۲ تئوری مختلف ارائه شده است، در یکی از این تئوری‌ها افزایش میزان فلز در سطح پارچه، ناشی از خارج شدن فلز کروم lll رنگزا از درون الیاف رنگی و مهاجرت آنها به سطح الیاف تصور شده است و در تئوری دوم این افزایش ناشی از حرکت خود مواد رنگزا در نظر گرفته شده است. در روش‌های اندازه‌گیری فلز کروم lll در سطح پارچه که توسط استاندارد okotex به‌کار گرفته می‌شوند تفاوتی بین فلز کروم lll آزاد و فلز دارای اتصال با رنگزا وجود ندارد، در این مورد خاص باید به این نکته توجه داشت که تأثیر زیست محیطی هر دو مکانیزم کاملاً مشابه یکدیگر می‌باشد. اما نتایج تعدادی از آزمایش‌های تحقیقاتی نشان داده است که مهاجرت مواد رنگزا از درون الیاف به‌دلیل تأثیر مواد تکمیل کننده مهمترین دلیل (دلایل دیگری نیز وجود دارد) افزایش غلظت فلز کروم در سطح منسوج رنگی می‌باشد. آزمایشات نشان داده است که ترکیبات با قابلیت ایجاد کمپلکس مجدد نظیر EDTA تأثیری بر روی تغییر غلظت فلز کروم در ساختار منسوج ندارند، در حالی‌که ترکیباتی نظیر سطح فعال‌های نانیونیک و یا شبه کاتیونیک موجب افزایش غلظت‌ فلز کروم lll می‌شوند زیرا این ترکیبات دارای اثر کند کنندگی (ریتاردر) و رنگبری بر روی مواد رنگزای آنیونیک می‌باشند (در فرآیندهای غیر مداوم).

تاثیر مواد مختلف بر وری میزان آزادسازی فلز کروم ااا بر روی پارچه رنگرزی شده با رنگزای متال کمپلکس

پی نوشت:

کارشناس ارشد مهندسی نساجی - عضو گروه ترجمه نساجی امروز

ماخذ:

Hohn, W., Stohr, F., Teichmann, R., "Human ecological relevant correlation between metal complex dyestuffs and chemicals PA textiles", Melliand lnternational. Volume ۱۱, March ۲۰۰۵, pp.۵۰-۵۱.

ترجمه مهندس فاطمه رنگچی (Superposed effect)