فرآیند رنگرزی تحت تاثیر سه عامل، یعنی رنگینه، الیاف و محلول رنگی قرار می گیرد. هر سه عامل توسط موارد مستقلی کنترل می شوند که خود بر روش رنگرزی تاثیر می گذارند. رنگینه باید در آب قابل حل باشد تا بتوان منسوجات را با آن رنگ کرد. ماهیت رنگینه ها به گونه ای است که به واسطه تداخلات شیمیایی قابل حل شدن هستند.
فرآیند رنگرزی منسوجات
رنگرزی منسوجات در سه مرحله زیر انجام می شود:
۱- اتصال مولکول های رنگینه به سطح الیاف
۲- نفوذ رنگینه به فضاهای بین مولکولی و انتشار آن بین الیاف
۳- جهت گیری (و تثبیت) رنگینه در امتداد مولکول های زنجیره بلند.
محلول رنگی که از آن استفاده می شود، «حمام رنگ» نام دارد. ممکن است یک رنگینه «میل ترکیبی» مستقیم با الیاف داشته باشد و یا بالعکس. به همین دلیل به محض اینکه الیاف در حمام رنگ غوطه ور می شوند، الیاف به صورت فیزیکی (جذب) یا شیمیایی (آمیزش) رنگینه را در خود نگه می دارند. تجمع رنگینه ها در داخل الیاف ممکن است یک روند تدریجی باشد؛ به سرعت این جمع شدن به اصطلاح «نرخ رنگرزی» گفته می شود.
۱- نرخ رنگرزی توسط شرایط حمام رنگ یعنی غلظت رنگینه، دما و حضور الکترولیت ها کنترل می شود؛ هر یک از این عوامل متناسب با یکی یا هر سه عامل اولیه می باشند.
۲- سرعت رنگرزی تحت تاثیر نسبت «ماده به محلول» قرار دارد که به صورت کسری بیان می شود؛ به عنوان مثال عبارت کسری ۱:۲۰ نشان می دهد که ۱ قسمت رنگینه (از نظر وزنی) در حمام رنگی است که ۲۰ برابر وزن خود حل شده است.
3- سرعت رنگرزی با افزایش نسبت محصولات به محلول کاهش پیدا می کند. در اصل رنگینه ها برای تهیه یک «سایه رنگ» خاص توسط یک رنگ مخصوص در محلول پراکنده می شوند؛ تفاوت در سایه رنگ ها به دلیل تفاوت «ته رنگ ها» است. مثلا ممکن است یک سایه رنگ آبی یک ته رنگ مایل به سبز یا مایل به قرمز داشته باشد. رنگ مورد نیاز برای تشکیل سیری (تیرگی) خاصی از سایه رنگ به صورت درصدی از بار پارچه بیان می شود. مثلا رنگرزی یک دهمی، سایه رنگی را نشان می دهد که برای تولید آن 100 پوند پارچه با یک پوند رنگینه (تجاری) در شرایطی کاملاً مشخص شده رنگ شده است. شرایط رنگرزی به دلیل تاثیری که بر «رمق کشی» حمام رنگ دارد باید تعریف شود. رمق کشی (Exhaustion) مقداری از ماده رنگینه را تعیین می کند که بر الیاف تاثیر می گذارد و یا به عبارت دیگر نشان دهنده مقداری از رنگینه است که بعد از برقراری «تعادل» بین رنگینه و الیاف (یعنی زمانیکه رنگرزی دیگر صورت نمی گیرد) در حمام رنگ باقی می ماند.
«فرآیند اعمال رنگ به توده الیاف، نخ یا پارچه، رنگرزی نامیده می شود». در این فرآیند ممکن است رنگ افزا به صورت کامل یا جزئی به الیاف یا نخ ها نفوذ کند.
رنگ هایی که غالباً برای رنگرزی الیاف حیوانی، گیاهی یا مصنوعی به کار برده می شوند، باید دارای میل ترکیبی نسبت به آنها باشند. رنگینه های نساجی شامل رنگینه های اسیدی هستند که عمدتاً به صورت مستقیم یا به تنهایی برای رنگرزی پشم، ابریشم و نایلون مورد استفاده قرار می گیرند؛ ضمناً این رنگینه ها، میل ترکیبی زیادی به الیاف سلولزی دارند. رنگینه های دندانه ای برای اینکه میل ترکیبی نسبت به پارچه ای که قرار است رنگ شود پیدا کنند باید با مواد شیمیایی مانند نمک ترکیب گردند. بعد از اینکه این مواد با نمک های فلزی عمل آوری شدند بر روی الیاف سلولزی مانند پشم یا ابریشم اعمال می شوند. رنگینه های گوگردی یا رنگینه های مرسوم سلولزی نسبتاً ارزان تر هستند، اما رنگ هایی بدون درخشندگی تولید می کنند. رنگینه های آزوئیک، رنگدانه های نامحلولی هستند که در هنگام آغشته نمودن الیاف با آنها درون الیاف را پر می کنند؛ این کار ابتداً با یک محلول ترکیبی پیوندی و دی آزوته شده انجام می شود. رنگینه های خمی در آب حل نمی شوند و با استفاده از هیدروسولفیت سدیم قلیایی به ترکیبات بی رنگ محلول تبدیل می شوند. این ترکیبات بی رنگ توسط سلولزها جذب شده و متعاقباً به یک رنگدانه نامحلول اکسیده می گردند. اینگونه رنگینه ها ثبات رنگ بالایی دارند. رنگینه های دیسپرس به صورت سوسپانسیون هایی هستند که به رنگدانه های آلی غیر محلول رنگینه های مرسوم تقسیم می شوند و برای رنگرزی الیاف آب گریزی مانند پلی استر، نایلون و استات سلولز به کار برده می شوند.
رنگینه های راکتیو مستقیماً با الیاف ترکیب می شوند و ثبات رنگ بالایی از خود نشان می دهند. دامنه اولیه رنگ های راکتیو برای الیاف سلولزی در اواسط سال ۱۹۵۰ معرفی شدند. امروزه این نوع رنگینه ها تنوع زیادی در بازار دارند.
روش های رنگرزی منسوجات
۱) رنگرزی چله ای (Beam Dyeing):
در این روش نخ تا قبل از بافت، رنگ می شود. تولید کنندگان نخ تار را به دور یک چله مشبک می پیچند و رنگینه را از طریق سوراخ ها عبور می دهند، در نتیجه نخ اشباع از رنگ می شود.
۲) رنگرزی نقطه ای یا رنگرزی ذرات گیاهی باقیمانده در پارچه:
این کار روی هم رفته بر روی پارچه ها یا نخ های پشمی انجام می گردد. در این روش رنگرزی، لکه ها و چروک ها با استفاده از پیوندهای رنگی خاصی که در بسیاری از رنگ ها و سایه رنگ ها وجود دارند، پوشانده می شوند. این روش رنگرزی یک روش کاملاً دستی است.
۳) رنگرزی به روش ژیگر (Jig Dyeing):
در این روش، رمق کشی به واسطه یک ژیگر، پاتیل، حمام رنگ یا مخزن به صورت روباز بر روی محصولات انجام می شود. مواد از طریق یک حمام رنگینه تیره از یک غلتک به غلتک دیگر منتقل می شوند تا سایه رنگ مورد نیاز به دست بیاید.
۴) رنگرزی متقاطع (Cross Dyeing):
رنگرزی متقاطع یک روش رنگرزی بسیار محبوب است که در آن اثرات رنگی متنوع در یک حمام رنگ برای پارچه ای که متشکل از الیاف با میل ترکیبی متفاوت به رنگینه مورد استفاده است، قابل دستیابی است. مثلا ممکن است یک رنگیزه آبی به نایلون ۶ یک سایه رنگ کبود و به نایلون ۶.۶ یک رنگ آبی روشن بدهد، و هیچ تمایلی به رنگ کردن ناحیه سالم پلی استر یا سفید نداشته باشد.
۵) رنگرزی به روش محلول (Solution Dyeing):
به این روش، رنگرزی پلیمری یا رنگرزی ریسندگی نیز گفته می شود؛ در این روش رنگدانه های رنگی در داخل محلول پیوند می خورند و به دلیل اینکه فیلامنت ها در داخل محلول شکل می گیرند، سریعاً در داخل آنها نفوذ می کنند. الیاف سلولزی و غیر سلولزی دقیقاً با همین روش رنگ آمیزی می گردند. این روش رنگرزی سریع و تمیز است، و الیاف رنگ شده براق و شفاف به نظر می رسند.
۶) رنگرزی عدلی (Bale Dyeing):
این یک روش خاص و مقرون به صرفه برای رنگرزی پارچه است. در این روش پارچه بدون تمیزکاری یا صمغ گیری در داخل یک حمام آب سرد که در آن نخ های تار آهار زده دارای میل ترکیبی به رنگینه هستند، پخش می شود. پارچه های چیت بدلی و مشابه اغلب با این روش رنگ می گردند.
۷) رنگرزی باتیک (Batik Dyeing):
این روش یکی از قدیمی ترین شکل های شناخته برای انسان است. منشاء این شیوه رنگرزی به جزیره جاوه اندونزی بر می گردد. در این روش، بخش هایی از مواد با موم پوشانده می شوند تا فقط مناطق بدون موم با رنگ سروکار داشته باشند. این عملیات چندین بار تکرار می شود و ممکن است از چندین رنگ دیگر نیز برای ایجاد اثرات خارق العاده استفاده گردد. در این شیوه رنگرزی، نقوش رنگارنگ، موجی یا مش به وجود می آیند که در چاپ های ماشینی از آنها تقلید می شود.
۸) رنگرزی به روش مداوم (Chain Dyeing):
از این روش زمانی استفاده می شود که رنگ و پارچه مقاومت کمی داشته باشند. چندین برش یا تکه از مواد به صورت سر به سر و موقت به هم دوخته می شوند، و به صورت یک زنجیره پیوسته از داخل رنگ عبور داده می شوند. این روش برای تولیدات انبوه قابل استفاده است.
9) رنگرزی توپ پارچه (Piece Dyeing):
رنگرزی پارچه در خلال برش ها، طاقه ها یا توپ های پارچه، رنگرزی طاقه ای نامیده می شود. در این روش رنگینه بافت منسوجات را دنبال می کند و بدین صورت پارچه رنگ می شود. پارچه های سرژه آبی یا ارگاندی سبز به این روش رنگ آمیزی می گردند.
۱۰) رنگرزی تصادفی (Random Dyeing):
در این روش فقط قسمت های مشخصی از نخ رنگ می شوند. سه راه برای انجام این نوع رنگرزی وجود دارد: در یک روش، کلاف های نخ که کاملاً به هم فشرده هستند در دو یا چند قسمت رنگ می شوند به گونه ای که یک طرف آنها با یک رنگ و طرف دیگر با رنگی دیگر رنگ گردد. در روش دیگر، کلاف های نخ به صورت باز شده بر روی بخش نمدی شده ماشین چاپ قرار می گیرند و با رنگ چاپ می گردند.
در روش سوم دوک ها یا بسته های نخ که بر روی قرقره های توخالی پیچیده شده اند به گونه ای چیده می شوند که نخ از میانه آنها به وسیله پانچ (سوراخ کن) با هوا حرکت کند؛ ضمناً مواد رنگی با مکش از طریق این سوراخ ها کشیده می شوند. نخ در ناحیه نزدیک پانچ، رنگ را به خود جذب می کند و به این ترتیب اثرات رنگی تصادفی بر روی نخ به وجود می آید.
11) رنگرزی الیاف خام (Raw Stock Dyeing):
روند رنگرزی الیاف خام قبل از ریسیدن الیاف به نخ صورت می گیرد. رنگرزی الیاف پس از چربی زدایی از الیاف پشمی و خشک کردن دسته الیاف صورت می گیرد.
12) رنگرزی نخ (Yarn dyed):
در این روش، نخ ها قبل از بافته شدن و یا پس از ریسیده شدن رنگ می شوند. در این حالت به منظور رمق کشی نخ، باید به صورت کامل یا جزئی در حمام رنگ غوطه ور گردد.
روند رنگرزی
برای اینکه الیاف منسوج رنگ شوند ابتداً باید در یک محلول غالباً آبی که به آن محلول رنگ یا حمام رنگ گفته می شود قرار بگیرند. حالت رنگ پذیری پارچه و میزان جذب رنگ توسط پارچه از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر فرآیند رنگرزی محسوب می شوند.
رنگرزی (Coloration):
رنگرزی باید نسبتاً دائمی باشد: رنگ نباید با شستشو در آب یا شستن لباس با روش های مرسوم به راحتی از بین برود. علاوه بر این رنگ منسوجات نباید بعد از قرار گرفتن در معرض نور به سرعت کمرنگ شود.
جذب (Absorption):
روند اتصال مولکول های رنگینه به الیاف در کل فرآیند جذب یکسان است: در هر حالت مولکول های رنگینه باید خود را به سطح الیاف برسانند. چهار نوع نیرو وجود دارد که مولکول های رنگینه با پشتوانه آنها خود را به الیاف می رسانند:
۱) نیروهای یونی
۲) پیوند هیدروژنی
۳) نیروهای واندروالسی
۴) پیوندهای شیمیایی کووالانسی
رنگرزی پشم
از آنجاییکه پشم حاوی پروتئین های پیچیده حاوی 20 اسید آمینه مختلف است؛ لذا در فرآیند رنگرزی پشم، روغن ویترول اضافه شده به حمام رنگ موجب ایجاد پیوندهای یونی با گروه های اسید آمینه پروتئین های پشم می گردد. در خلال فرآیند رنگرزی، آنیون سولفات (یون منفی) جایگزین آنیون رنگینه می شود. در روند رنگرزی پشم، ابریشم و الیاف مصنوعی احتمالاً پیوندهای هیدروژنی بین آزو، آمینو، آلکیل آمینو و سایر گروه ها و آمینوهای گروه های Co-NH برقرار می شود. پیوندهای شیمیایی کووالانسی در داخل حمام رنگ در اثر واکنش بین الیاف و مولکول های واکنش پذیر رنگینه که حاوی مراکز واکنش شیمیایی هستند و یک گروه هیدروکسی از الیاف پنبه در حضور مواد قلیایی صورت می گیرد.
فرآیند رنگرزی از نظر شیمیایی
در روند رمق کشی در هر فرآیند رنگرزی، صرف نظر از طبقه شیمیایی رنگینه مورد استفاده، گرما باید از درون حمام رنگ تامین شود؛ در هنگام انتقال مولکول های رنگینه در پاسخ به الیاف از انرژی استفاده می گردد، به همین صورت انرژی باعث تورم بیشتر الیاف شده و آنها را برای پذیرش بیشتر رنگ آماده می کند. به این فرآیند از نظر فنی رمق کشی گفته می شود. به یکنواختی کیفیت رنگرزی، همواری یا برابری می گویند که یک ویژگی کیفی بسیار مهم است و نقشی حیاتی در کیفیت رنگرزی انواع الیاف طبیعی و مصنوعی بازی می کند. همواری یا برابری رنگ با کنترل شرایط رنگرزی حاصل می شود.
کنترل شرایط رنگرزی به واسطه تحریک برای اطمینان از تماس مناسب بین محلول رنگینه و منسوجات، و با استفاده از عوامل مهارکننده برای کنترل نرخ رنگرزی یا نرخ برداشت رنگ توسط منسوجات در حمام رنگ، شدنی است. در فرآیند رنگرزی به روش محلول، توجه جدی به روش های رنگرزی در داخل آب شده است، زیرا محیط آبی می تواند جایگزین محیط های محلولی مانند هیدروکربن های کلر که در فرآیند تمیز کاری مورد استفاده قرار می گیرند، شود.
مزایای فناوری های به کار رفته در رنگرزی محلول عبارتند از:
۱- خیس شدن سریع منسوجات
۲- تورم کمتر الیاف
۳- افزایش سرعت رنگرزی در هر حجم از پارچه
۴- صرفه جویی در انرژی؛ زیرا برای گرم کردن یا تبخیر کلرواتیلن به گرمای کمتری نیاز است.
۵- کم شدن مشکلات مرتبط با پساب (آلودگی) که جزئی از روش های سنتی رنگرزی و پرداخت محسوب می شود.
ماشین آلات و تجهیزات
ماشین آلات و تجهیزات: ماشین آلات مدرن رنگرزی از فولادهای ضد زنگ ساخته می شوند. بهتر است فولادهایی که حاوی ۴% مولیبدنوم هستند در معرض شرایط اسیدی رایج فرآیندهای رنگرزی قرار بگیرد.
یک دستگاه رنگرزی در اصل از ظرفی تشکیل می شود که محلول رنگی در آن قرار می گیرد؛ علاوه بر این یک دستگاه رنگرزی شامل تجهیزات گرمایشی، سرمایشی و چرخه ای است که از آنها برای گردش محلول ها به دور منسوجات رنگ شده و یا انتقال منسوجات رنگ شده از محلول رنگینه استفاده می شود. نوع دستگاه به کار رفته به ویژگی محصولاتی که قرار است رنگ شوند بستگی دارد. هزینه های نیروی کار و انرژی مرتبط با کل هزینه های فرآیند رنگرزی نسبتاً زیاد هستند: هدف رنگرزها کاهش زمان رنگرزی به منظور صرفه جویی در انرژی بخار و توان مورد نیاز، و جلوگیری از پوسیدگی منسوجات است.
تشتک مخروطی دستگاه رنگرزی الیاف توده ای می تواند یک دستگاه پرکاربرد باشد. در صورت استفاده از این دستگاه، الیاف در داخل یک ظرف مخروطی با لبه های پهن نگه داشته می شوند و محلول های رنگی به صورت مکانیکی بر روی آنها پمپاژ می گردند. توده الیاف قرار گرفته در نیمه باریک بالای مخروط تمایل به متراکم شدن دارد و همین به گردش موثر محلول رنگی در داخل الیاف کمک می کند. در این صورت مشکلات همواری رنگ نیز تا حد زیادی کاهش پیدا می کند، زیرا با ترکیب الیاف رنگ شده قبل از فرآیند نخ ریسی، یکنواختی رنگ تا حد زیادی تضمین می شود.
دستگاه رنگرزی هوسانگ (Hussong machine) یک وسیله رایج در فرآیند رنگرزی است. این دستگاه دارای یک مخزن کشیده است که انتهای آن مربعی شکل می باشد و از آن به عنوان حمام رنگ استفاده می شود؛ چهارچوب دستک هایی که کلاف های الیاف را نگه میدارند پایین آمده و الیاف را به داخل این حمام منتقل می کنند. در این دستگاه محلول رنگینه توسط یک پروانه به گردش در می آید و از طریق یک کف کاذب مشبک که خط بخار سرباز (کار این خط ایجاد گرما است) در آن قرار دارد، حرکت می کند. در ماشین آلات مدرن گردش محلول رنگی در نقاط تماس بین مخزن و دستک ها بهبود می یابد. این کار منجر به همواری بیشتر رنگ و حذف ناهمواری های رنگی می شود که به دلیل خنک شدن غیر یکنواخت الیاف بر روی آنها به وجود می آید. در ماشین های بوبین رنگ کنی، رنگ در چندین جهت پمپاژ می شود و پمپاژ رنگ تنها به دو جهت محدود نمی شود.
۱- رنگ از طریق دوک نخ ریسی مشبک و از طریق بسته های نخ به سمت بیرون پمپاژ می شود و
۲- رنگ با عبور از یک مسیر معکوس وارد لایه های بیرونی بسته بندی ها شده و از دوک خارج می گردد.
در هر صورت همواری و یکنواختی رنگ بسیار مهم است. برخی از ماشین های بوبین رنگ کنی قادرند در دماهای بالاتر از ۱۳۰ درجه سانتی گراد نیز کار کنند.
وینچ (winch) که قدیمی ترین قطعه دستگاه رنگرزی است و نام خود را از غلتک تخته ای گرفته است، یک ریسمان یا تسمه ممتد از پارچه را در پهنای کامل در داخل محلول رنگی به حرکت در می آورد. ماشین های وینچ تحت فشار در ایالات متحده تولید می شوند.
ماشین جت Gaston County در قالب یک ایده کاملاً جدید پارچه را به شکل ریسمان از داخل یک لوله و با استفاده از یک فواره رنگی که تحت فشار بالایی است به گردش درمی آورد. از ماشین جت بیشتر در فرآیند رنگرزی (با درجه حرارت بالا) الیاف مصنوعی به ویژه پارچه های پلی استر استفاده می شود. دستگاه دیگری که در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرد، ماشین رنگرزی ژیگر است. این دستگاه دارای یک دهانه V شکل است که رنگینه و غلتک های راهنما را نگه می دارد تا پارچه در عرض کامل بین دو غلتک خارجی تغذیه نگه داشته شود؛ پارچه به صورت متناوب روی هر غلتک پیچیده می شود، یعنی پارچه ابتدا به جلو منتقل می شود سپس از داخل رنگ به عقب حرکت می کند و این روند تا زمانیکه رنگرزی کامل شود ادامه پیدا می کند. ماشین آلات مدرنی که به صورت خودکار، کنترل و برنامه ریزی می شوند، ممکن است به شکل محصور ساخته شوند.