Barwnik siarkowy

Barwniki siarkowesą najczęściej stosowanymi barwnikami produkowanymi do bawełny pod względem objętości. Są niedrogie, zazwyczaj mają dobrą-odporność na pranie i są łatwe w stosowaniu. Barwniki siarkowe są przeważnie czarne, brązowe i ciemnoniebieskie. Czerwone barwniki siarkowe nie są znane, chociaż dostępny jest kolor różowy lub jaśniejszy szkarłatny.

Chemia organiczna

Wiązania siarkowe są integralną częścią chromoforu w barwnikach siarkowych. Są to związki siarkoorganiczne składające się z siarczku (–S–), dwusiarczku (–S–S–) i polisiarczku (–S_n–) wiązania w pierścieniach heterocyklicznych. Zawierają podjednostki tiazoli, tiazonu, tiantrenu i fenotiazonotioantronu. Ponieważ barwniki siarkowe są niejonowe, są nierozpuszczalne w wodzie.

Proces

Barwienie składa się z kilku etapów, tj. redukcja, barwienie, mycie, utlenianie, namydlanie i mycie końcowe. Anion powstaje w wyniku redukcji i rozpuszczania w temperaturze wrzenia, gdy wykazuje powinowactwo do celulozy. Siarczek sodu (Na₂S), środek redukujący i solubilizujący, przeprowadza zarówno redukcję, jak i solubilizację, wytwarzając tiole, a następnie sól sodową tioli lub tiolanów, które są rozpuszczalne w wodzie i substancjalne w stosunku do celulozy. Większy stopień wyczerpania występuje przy 90-95 stopniach w obecności elektrolitu. Barwiona celuloza wykazuje działanie zmiękczające podczas przechowywania w wilgotnej atmosferze ze względu na obecność nadmiaru wolnej siarki. Aby to stłumić, wymagana jest dodatkowa obróbka octanem sodu. H₂S uwolniony podczas barwienia tworzy żrący siarczek metalu. Ogranicza to użycie naczyń metalowych, z wyjątkiem naczyń wykonanych ze stali nierdzewnej:

Fe + H₂S → FeS + H₂

Produkcja, przeszłość i teraźniejszość

Prekursorem barwników siarkowych jest „Cachou de Laval”, odkryty przez Groissanta i Bretonniere w 1873 roku i wytwarzany przez obróbkę produktów ligniną (taką jak trociny lub słoma) źródłami siarczków (takimi jak wodorotlenek sodu lub siarczek zmieszany z siarką). Następnie Henri-Raymond Vidal wynalazł-tak zwane czernie Vidal w 1893 r. w wyniku reakcji różnych pochodnych aniliny z siarką. Eksperymenty te wykazały, że można łatwo wytworzyć głęboko zabarwione materiały, łącząc związki aromatyczne i źródła siarki.

Najważniejszym przedstawicielem tej klasy jest czerń siarkowa 1. Jest ona wytwarzana w reakcji 2,4-dinitrofenolu i siarczku sodu w gorącej wodzie. Podobnie jak w przypadku wielu barwników siarkowych, szczegóły dotyczące reakcji chemicznych są słabo poznane. Przyjmuje się, że siarczek redukuje grupy nitrowe do pochodnych aniliny, które, jak się uważa, tworzą produkty pośrednie zawierające indofenol-, które są dalej sieciowane w wyniku reakcji z siarką. Rezultatem są nierozpuszczalne związki o wysokiej masie cząsteczkowej. Sadza siarkowa 1 nie jest w pełni poznana, a materiał jest prawdopodobnie niejednorodny. Spekuluje się, że jest to polimer składający się z podjednostek tiantrenu i fenotiazyny. Z pochodnych 1,4-diaminobenzenu i diaminotoluenu produkowane są tzw. barwniki siarkowe. Proponuje się, aby barwniki te składały się z polimerów z podjednostkami benzotiazolowymi. Do klasy barwników wypiekanych z siarką należą: Pomarańcz Siarkowy 1, Brąz Siarkowy 21 i Zieleń Siarkowa 12.

Metoda aplikacji

Barwniki siarkowe są-nierozpuszczalne w wodzie. W obecności środka redukującego i przy zasadowym pH w podwyższonej temperaturze około 80 stopni cząsteczki barwnika rozpadają się, które następnie stają się rozpuszczalne w wodzie- i dzięki temu mogą zostać wchłonięte przez tkaninę. Odpowiednimi środkami redukującymi są siarczek sodu lub wodorosiarczek sodu. Sól kuchenna ułatwia wchłanianie. Po usunięciu tkaniny z roztworu barwnika pozostawia się ją na powietrzu, po czym barwnik regeneruje się poprzez utlenianie. Zregenerowany barwnik macierzysty jest nierozpuszczalny w wodzie. Utlenianie można również przeprowadzić w powietrzu lub za pomocą nadtlenku wodoru lub bromianu sodu w lekko kwaśnym roztworze.

Niska rozpuszczalność w wodzie jest podstawą dobrej-odporności tych barwionych tkanin na pranie. Barwniki te charakteryzują się dobrą-trwałością kolorów, z wyjątkiem wybielaczy chlorowych. Ponieważ barwnik jest-nierozpuszczalny w wodzie, nie będzie plamił po praniu w wodzie i nie będzie plamił innych ubrań. Barwnik może jednak wykazywać słabą odporność na ścieranie. Barwniki wybiela się za pomocą wybielacza podchlorynowego.

Kwestie środowiskowe

Ze względu na wysoce zanieczyszczający charakter ścieków-z kąpieli barwnikowej, na Zachodzie barwniki siarkowe są powoli wycofywane, ale w Chinach stosuje się je na dużą skalę.[3] Ostatnie postępy w technologiach barwienia umożliwiły zastąpienie toksycznych środków redukujących siarczki. Obecnie stosuje się glukozę w roztworze zasadowym i dostępne są zarówno produkty o niskiej-i zerowej-siarczku. Przyszły rozwój w dziedzinie zmniejszania poziomu barwników za pomocą procesów elektrochemicznych jest obiecujący.