Reaktif boyalar parlak renklere ve eksiksiz kromatogramlara sahiptir. Basit uygulaması, düşük maliyeti ve mükemmel haslığı ile bilinir. Özellikle son yıllarda selüloz liflerinin gelişmesiyle birlikte, reaktif boyalar selüloz lifli tekstil boyamasında en önemli boya türü haline gelmiştir.

Ancak reaktif boyaların en belirgin sorunu düşük emilim ve sabitleme oranlarıdır. Selüloz lifinin geleneksel boyama işleminde, reaktif boyaların boya emilimini ve sabitleme oranını iyileştirmek için büyük miktarda inorganik tuz (sodyum klorür veya sodyum sülfat) eklenmelidir. Boyanın yapısına ve rengine bağlı olarak, kullanılan tuz miktarı genellikle 30 ila 150 g/L arasındadır. Baskı ve boyama atık sularındaki organik bileşiklerin arıtılmasında büyük ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, boyama işleminde büyük miktarda inorganik tuz ilavesi basit fiziksel ve biyokimyasal yöntemlerle giderilemez.

Reaktif boyalar ve tuzsuz boya teknolojisi üzerine araştırmalar

Ekolojik açıdan bakıldığında, yüksek tuzluluk oranına sahip baskı ve boyama atık sularının deşarjı, nehirlerin ve göllerin su kalitesini doğrudan değiştirir ve ekolojik çevreyi tahrip eder.
resim
Tuzun yüksek geçirgenliği, nehir ve göllerin etrafındaki toprağın tuzlanmasına ve mahsul veriminin azalmasına neden olur. Kısacası, büyük miktarda inorganik tuz kullanımı ne parçalanabilir ne de geri dönüştürülebilir ve aynı zamanda su kalitesi ve toprak üzerinde büyük olumsuz etkiye sahiptir. Bu bağlamda, bu makale tuzsuz boyama teknolojisindeki son araştırma gelişmelerini gözden geçirmekte ve düşük tuzlu reaktif boyaların yapısal değişikliklerini, aşılama teknolojisini ve çapraz bağlama teknolojisini sistematik olarak tartışmaktadır.

Tuzsuz boyama için reaktif boyalar

Reaktif boyaların en belirgin özellikleri, küçük moleküler yapıları, iyi hidrofiliteleri ve sabitleme işleminden sonra yüzen rengin kolayca yıkanabilmesidir. Bu, boya moleküllerinin tasarımında önemli bir yeniliktir. Ancak bu durum, boya tükenme oranının ve sabitleme oranının düşük olmasına ve boyama sırasında büyük miktarda tuz eklenmesi gerekliliğine yol açar. Bu da büyük miktarda tuzlu atık su ve boya kaybına, dolayısıyla atık su arıtma maliyetinin artmasına ve ciddi çevre kirliliğine neden olur. Bazı boya şirketleri, boya öncüllerinin ve reaktif grupların taranması ve iyileştirilmesine ve düşük tuzlu boyama için reaktif boyalar geliştirmeye dikkat etmeye başlamıştır. Ciba tarafından piyasaya sürülen CibacronLs, farklı aktif grupları bir araya getiren bir tür düşük tuzlu boyama boyasıdır. Bu boyanın özelliği, boyamada kullanılan tuz miktarının genel reaktif boyaların 1/4 ila 1/2'si kadar olmasıdır. Banyo oranındaki değişikliklere duyarlı değildir ve iyi bir tekrarlanabilirliğe sahiptir. Bu tip boyalar esas olarak daldırma boyama yöntemiyle kullanılır ve polyester/pamuk karışımlarının hızlı, tek banyolu boyanması için dispers boyalarla birlikte kullanılabilir.

Japonya merkezli Sumitomo Corporation, Sumifux Supra serisi boyalar için uygun bir dizi boyama yöntemi önerdi. Bu yönteme LETfS boyama yöntemi adı verildi. Bu yöntemde kullanılan inorganik tuz miktarı geleneksel işlemin sadece 1/2 ila 1/3'ü kadardır ve banyo oranı 1:10'a kadar ulaşabilir. Ayrıca, bu işlemle uyumlu bir dizi reaktif boya piyasaya sürdü. Bu boya serisi, monokloro-triazin ve β-etilsülfon sülfattan oluşan heterobi-reaktif boyalardır. Bu boya serisinin boyama atık suyundaki kalıntı boya miktarı, genel reaktif boyama atık suyundaki boya içeriğinin sadece %25-30'u kadardır. Tencel liflerinin boyanması için önerilir. Boyalı ürünlerin sabitleme oranı, kolay yıkanabilirliği ve çeşitli haslıkları açısından mükemmel uygulama performansı göstermektedir.

DyStar şirketi, tuzsuz boyamaya uygun RemazolEF serisi boyaları piyasaya sürdü. Aktif grubu esas olarak B-hidroksietil sülfon sülfat olan bu boyalar, çevre dostu tuzsuz boyama prosesini başlattı. Kullanılan inorganik tuz miktarı, geleneksel prosese göre 1/3 oranında daha azdır. Boyama prosesi kısalır. Ayrıca, sistem geniş bir kromatogram aralığını kapsar. Çeşitli üç ana renk birleştirilerek parlak renkler elde edilebilir. Clariant şirketi ise DrimareneHF serisi reaktif boyaları piyasaya sürdü. Başlıca 4 çeşidi bulunan bu boyalar: DrimareneBlueHF-RL, 戡ownHF-2RL, NavyHF-G, RedHF-G. Selüloz liflerinin tükenme boyaması ve sürekli boyaması için kullanılan bu boyalar, uygulama performansı ve iyi haslık özelliklerine sahiptir. Sabitleme oranı oldukça yüksektir, tuz ve sıvı oranı düşüktür. Nötr sabitleme ve iyi yıkanabilirlik özelliklerine sahiptir.

Yeni geliştirilen bazı reaktif boyalar, boya moleküllerinin hacmini artırarak ve inorganik tuz miktarını azaltarak boyaların doğrudanlığını artırabilir. Örneğin, üre gruplarının eklenmesi, aktif grupların doğrudanlığını artırabilir ve inorganik tuz miktarını azaltabilir. Sabitleme oranını iyileştirir; ayrıca boyanın doğrudanlığını artırmak ve tuzsuz boyama amacına ulaşmak için poliazo boya öncülleri (triazo, tetraazo gibi) de mevcuttur. Bazı boyaların yapısındaki yüksek sterik engel etkisi de reaktif boyaların reaktif gruplarının reaktivitesini ve boyamada kullanılan tuz miktarını önemli ölçüde değiştirebilir. Bu sterik engel etkileri genellikle boya matrisinde farklı pozisyonlarda alkil sübstitüentlerinin eklenmesiyle oluşur. Temel yapısal özellikleri bilim insanları tarafından şu şekilde özetlenmiştir:

Aktif grup bir SO: CH2CH: oS03Na, benzen halkasının meta veya para pozisyonunda olabilir;

R3, benzen halkasının orto, inter veya para pozisyonunda olabilir. Yapısal formülü vinil sülfon reaktif boyalardır.

Boyaların farklı ikame edicileri veya farklı ikame pozisyonları, aynı boyama koşulları altında aynı boyama değerini elde etmeyi sağlayabilir, ancak boya tuzu miktarları oldukça farklıdır.

Mükemmel düşük tuzlu reaktif boyalar aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır: 1) Boyamada kullanılan tuz miktarı büyük ölçüde azaltılmalıdır; 2) Düşük banyo oranlı boya banyosunda boyama, boyama banyosu stabilitesi; 3) İyi yıkanabilirlik. İşlem sonrası süreyi azaltır; 4) Mükemmel tekrarlanabilirlik. Boya iyileştirmesi açısından, yukarıda belirtilen boya matris yapısının iyileştirilmesine ve aktif grupların makul kombinasyonuna ek olarak, bazı kişiler tuz eklenmeden boyanabilen katyonik reaktif boyalar sentezlemiştir. Örneğin, aşağıdaki yapıya sahip katyonik reaktif boyalar:

Yukarıdaki formülden de görülebileceği gibi, renk maddesi monokloro-triazinin aktif grubuna bağlıdır. Ayrıca, s-triazin halkasına bir piridin kuaterner amonyum grubu da bağlıdır. Boya pozitif yüklüdür ve kuaterner amonyum grubu suda çözünebilen bir gruptur. Boya molekülleri ile lif arasında sadece yük itmesi olmadığı, aynı zamanda pozitif ve negatif yüklerin çekimi olduğu için, boya lif yüzeyine kolayca yaklaşır ve boyanmış liflere adsorbe olur. Boyama çözeltisinde elektrolitlerin bulunması sadece boyanın tutunma etkisini ortadan kaldırmakla kalmaz, aynı zamanda boya ile lif arasındaki çekimi de zayıflatır; bu nedenle bu tip boya ile boyama, elektrolit eklenmeden tuzsuz boyama için yapılabilir. Boyama işlemi, sıradan reaktif boyalara benzer. Monokloro-triazin reaktif boyalar için, sodyum karbonat yine de sabitleyici madde olarak eklenir. Sabitleme sıcaklığı yaklaşık 85℃'dir. Boyanın emilim oranı %90 ila %94'e, fiksasyon oranı ise %80 ila %90'a ulaşabilir. İyi ışık haslığı ve yıkama haslığı özelliklerine sahiptir. Benzer katyonik reaktif boyaların aktif grup olarak monofloro-s-triazin kullanılarak üretildiği de bildirilmiştir. Monofloro-s-triazinin aktivitesi, monokloro-s-triazinden daha yüksektir.

Bu boyalar pamuk/akrilik karışımlarında da kullanılabilir ve boyaların diğer özellikleri (düzleştirme ve uyumluluk vb.) daha ayrıntılı olarak incelenmelidir. Ancak bu, selüloz lifinin tuzsuz boyanması için yeni bir yol sunmaktadır.