สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes)

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes)

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เป็นสีที่ไม่ละลายน้ำแต่มีสมบัติกระจายได้ดี สามารถย้อมเส้นใยอะซิเตท เส้นใยโพลีเอสเตอร์ ไนลอน และอะคริลิกได้ดี การย้อมจะใช้สารพา (Carrier) เพื่อช่วยเร่งอัตราการดูดซึมของสีเข้าไปในเส้นใยหรือย้อมโดยใช้อุณหภูมิ และความดันสูง

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เป็นสีที่ทนแสงและการซักฟอกค่อนข้างดี แต่สีจะซีดถ้าถูกควันหรือแก๊สบางชนิด เช่น แก๊สไนตรัสออกไซด์ สีดิสเพอร์สแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม โดยพิจารณากลุ่มเคมีในตัวสีย้อม ได้แก่ สีย้อมอะโซ (Azo  Dyes) และสีย้อมแอมมิโน แอนทราคิวโนน (Amino Antraquinone) ซึ่งทั้ง 2 กลุ่ม ประกอบด้วยอนุพันธ์ของเอทราโนลามีน (Ethanolamine; NH₂CH₂CH₂CH) หรืออนุพันธ์ที่คล้ายคลึงกัน

โครงสร้างและสมบัติของสีดิสเพิร์ส

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เป็นสีที่ไม่มีประจุ ข้อแตกต่างของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เมื่อเปรียบเทียบกับสีที่ละลายน้ำได้คือ สีกลุ่มนี้จะไม่มีหมู่ช่วยละลายน้ำ เช่น ซัลโฟเนต หรือคาร์บอกซิเลตในโครงสร้างเลย ทำให้สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ไม่ละลายน้ำที่อุณหภูมิห้องหรือละลายน้ำได้บ้างเล็กน้อยที่อุณหภูมิสูง

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ส่วนใหญ่มีขนาดเล็ก น้ำหนักโมเลกุลต่ำและโมเลกุลของสีประกอบด้วยหมู่แทนที่ที่มีขั้ว เช่น หมู่ไฮดรอกซี่เอทิลอะมิโน หมู่ไฮดรอกซี่เอทิล เป็นต้น ทำให้สามารถเกิดแรงไดโพลและพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลสีกับเส้นใยได้ ซึ่งส่งผลให้สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ลายน้ำได้เล็กน้อย สำหรับโครโมฟอร์ (Chromophore) ที่สำคัญของสีดิสเพอร์ส ได้แก่

1. โมโนเอโซ (Monoazo) สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ที่อยู่ในกลุ่มนี้มีประมาณ 50% ของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ทั้งหมด การสังเคราะห์ทำได้ง่ายด้วยปฏิกิริยา Diazotisation และปฏิกิริยา Coupling โดยสามารถใช้สารตั้งต้นที่มีหมู่แทนที่ต่างๆ กัน ทำให้ได้เฉดสีที่หลากหลาย ตั้งแต่สีเหลือง ส้ม น้ำตาล แดง ม่วง จนถึงสีฟ้า มีค่าการทนทานต่อการซักปานกลางถึงดี ตัวอย่างของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ชนิดโมโนเอโซแสดงในภาพที่ 1

ภาพที่ 1 ตัวอย่างของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ชนิดโมโนเอโซ

2. แอนทราควิโนน (Anthraquinone) สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) กลุ่มนี้มีประมาณ 25% ของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ทั้งหมด โดยสามารถให้สีม่วง ฟ้า แดงและชมพู สีที่ได้ค่อนข้างสดและมีความเสถียรต่อแสง แต่ความเข้มของสีส่วนใหญ่จะต่ำกว่าสีเอโซ และมีค่าการทนทานต่อการซักที่ไม่ดีนัก ตัวอย่างของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ชนิดแอนทราควิโนนแสดงในภาพที่ 2 ปัจจุบันสีชนิดนี้มีการใช้งานลดลงด้วยเหตุผลด้านราคาการผลิตที่สูงและการสังเคราะห์ที่มีความซับซ้อนมากกว่าสีโมโนเอโซ นอกจากนี้ยังมีปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมเพราะในการสังเคราะห์จะต้องใช้ปรอทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเตรียมสารมัธยันต์ด้วย

ภาพที่ 2 ตัวอย่างของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ชนิดแอนทราควิโนน

โครโมฟอร์อื่นๆ ที่พบในสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ได้แก่ Benzodifuranone Coumarin และ Methine เป็นต้น สำหรับสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สีเขียวและสีดำมีข้อจำกัดในการสังเคราะห์ที่สำคัญคือ สีที่ได้จะต้องมีขนาดเล็กเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่เข้าไปในเส้นใยสังเคราะห์ได้ดี ซึ่งทำให้เป็นการยากในการออกแบบและการสังเคราะห์สีดังกล่าว ในทางปฏิบัติจึงมักใช้การผสมสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สีอื่นเข้าด้วยกัน เช่น หากต้องการสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สีเขียว ก็จะใช้สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สีฟ้าและเหลืองผสมกัน หรือหากต้องการสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สีดำก็จะได้จากการผสมสีน้ำตาล ชมพูและฟ้าเข้าด้วยกัน เป็นต้น

นอกจากการพิจารณาสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ตามโครโมฟอร์แล้ว ก็ยังมีการแบ่งสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ตามลักษณะการย้อมและการทนทานต่อความร้อน เช่น ในประเทศอังกฤษจะแบ่งสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เป็น 4 กลุ่มคือ กลุ่ม A B C และD โดยสีกลุ่ม A จะมีขนาดเล็กที่สุด มีการเคลื่อนที่เข้าสู่เส้นใยได้เร็วที่สุด สามารถย้อมได้สม่ำเสมอกว่ากลุ่มอื่น แต่จะมีค่าการทนทานต่อความร้อนต่ำที่สุด ในทางตรงกันข้ามสีกลุ่ม D จะมีขนาดใหญ่ที่สุด จึงทำให้สีมีการเคลื่อนที่เข้าสู่เส้นใยได้ช้าที่สุด การย้อมให้สม่ำเสมอเป็นไปได้ยากกว่ากลุ่มอื่น แต่จะมีค่าการทนทานต่อความร้อนดีที่สุด สำหรับในอเมริกาจะแบ่งสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) เป็น 3 กลุ่มตามระดับพลังงาน คือ กลุ่มระดับพลังงานต่ำ (Low Energy) กลาง (Medium Energy) และสูง (High Energy) โดยในกลุ่มระดับพลังงานต่ำ สีจะมีขนาดต่ำกว่า 300 ดาลตันและมีจุดระเหิดต่ำกว่า 150^°C  กลุ่มระดับพลังงานกลาง สีจะมีขนาด 300 – 400 ดาลตันและมีจุดระเหิดในช่วง 150 – 210^°C  ส่วนกลุ่มระดับพลังงานสูง สีจะมีขนาดใหญ่กว่า 400 ดาลตันและมีจุดระเหิดสูงกว่า 210^°C

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ในทางการค้า

รูปแบบของสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ที่มีขายในทางการค้าจะมี 3  แบบหลักๆ คือ แบบผง (Powder) แบบเม็ด (Grain) และแบบของเหลวข้น (Paste) โดยสีแต่ละแบบจะมีข้อดีข้อเสียต่างกัน เช่น แบบผงจะใช้งานได้ง่ายเพราะสีมีขนาดเล็กจากการผ่านการบดให้มีขนาดเล็กกว่า 1 ไมครอน แต่มีปัญหาเรื่องผงฝุ่นกระจายในห้องปฏิบัติงาน ในขณะที่สีแบบเม็ดช่วยเพิ่มความสะดวกในการชั่ง ลดปัญหาเรื่องฝุ่น ส่วนแบบของเหลวข้นนิยมใช้ในการย้อมแบบต่อเนื่อง แต่ต้องมีการกวนที่ดีเพื่อป้องกันการตกตะกอนของสี สีแบบผงและเม็ดจะมีเนื้อสีเพียงประมาณ 30% โดยน้ำหนัก ส่วนที่เหลือจะประกอบด้วยสารช่วยกระจาย ตัวทำเจือจางน้ำมันที่ผสมลงไปเพื่อป้องกันการเป็นฝุ่น เป็นต้น ส่วนสีประเภทของเหลวข้นจะมีเนื้อสีเพียงประมาณ 15% โดยน้ำหนักเท่านั้น

การย้อมด้วยสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes)

สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สามารถยึดติดกับผ้าสังเคราะห์ เช่น พอลิเอสเทอร์ เซลลูโลสอะซิเตต และไนลอนได้โดยอาศัยแรงอย่างอ่อนเช่น แรงไดโพลหรือพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของสีกับผ้า สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ที่กระจายในน้ำย้อมจะแพร่เข้าสู่เส้นใยและยึดติดบนเส้นใยด้วยกลไกที่เรียกว่า Solid Solution การย้อมผ้าด้วยสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) นั้นมีหลายวิธี ได้แก่

1. วิธีย้อมแบบปกติ (Normal dyeing method) การย้อมวิธีนี้จะใช้อุณหภูมิในการย้อมไม่เกิน 100^°C เช่น การย้อมสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) บนเส้นใยไดอะซิเตตและไตรอะซิเตตโดยมีอุณหภูมิที่เหมาะสมในการย้อมคือ 85^°C และ100^°C ตามลำดับ ส่วนการย้อมไนลอนจะทำในช่วง 85 – 100^°C
2. วิธีย้อมแบบใช้แคริเออร์ที่จุดเดือดของน้ำ (Dyeing at the boil using carrier) วิธีนี้นิยมใช้ย้อมเส้นใยพอลิเอสเทอร์ โดยจะย้อมที่อุณหภูมิ 100^°C และใช้สารเคมีที่เรียกว่า แคริเออร์ (Carrier) เป็นตัวช่วย เนื่องจากเส้นใยพอลิเอสเทอร์มีการจัดเรียงตัวที่แน่นมาก ทำให้ย้อมติดได้ยาก การย้อมแบบปกติด้วยสีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) จะให้เพียงสีอ่อนๆ เท่านั้นการใช้แคริเออร์จะช่วยให้สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) สามารถย้อมติดบนพอลิเอสเทอร์ได้เร็วขึ้นและสามารถให้สีเข้มขึ้นได้ เนื่องจากแคริเออร์เข้าไปทำลายแรงยึดเหนี่ยวบางส่วนระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ ทำให้โครงสร้างของพอลิเมอร์มีลักษณะหลวมขึ้นและโมเลกุลของสีสามารถเข้าไปในเส้นใยได้ง่ายขึ้น สารที่ใช้เป็นแคริเออร์ส่วนใหญ่จะมีสมบัติที่คล้ายกันคือ เป็นสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยวงอะโรมาติก มีการละลายน้ำได้น้อย เป็นสารที่ไม่ชอบน้ำและไม่มีประจุ จึงสามารถดูดซับเข้าสู่เส้นใยพอลิเอสเทอร์ได้ดี ภายหลังการย้อมต้องมีการกำจัดแคริเออร์ออกจากพอลิเอสเทอร์ โดยการอบผ้าด้วยความร้อนในช่วง 150 – 180^°C สารที่จะใช้เป็นแคริเออร์จึงต้องสามารถระเหยได้ในช่วงอุณหภูมิดังกล่าว หากมีแคริเออร์เหลือตกค้างในผ้าจะมีผลทำให้ค่าการทนทานต่อแสงต่ำลง และแคริเออร์บางชนิดจะทำให้ผ้ามีกลิ่นด้วย ทำให้ปัจจุบันไม่นิยมย้อมเส้นใยพอลิเอสเทอร์ด้วยวิธีนี้ ภาพที่ 3 แสดงตัวอย่างของแคริเออร์

ภาพที่ 3 ตัวอย่างของแคริเออร์

3. วิธีย้อมแบบใช้อุณหภูมิสูง (High temperature dyeing method) วิธีนี้จะใช้ในการย้อมพอลิเอสเทอร์ที่อุณหภูมิ 130^°C ภายใต้ความดันสามารถย้อมได้สีเข้มโดยไม่ต้องใช้แคริเออร์ช่วย ทำให้ไม่ต้องผ่านขั้นตอนการกำจัดแคริเออร์ภายหลังการย้อม ซึ่งเป็นการประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) ที่จะใช้ย้อมในภาวะอุณหภูมินี้ต้องเป็นกลุ่มที่สามารถทนต่อความร้อนสูงได้
4. วิธีการย้อมแบบเทอร์โมซอลหรือเทอร์โมฟิกซ์ (Thermosol dyeing or thermofixation) วิธีการย้อมแบบนี้เป็นการย้อมแบบต่อเนื่อง โดยเริ่มจากการอัดน้ำสีเข้าไปในผ้าก่อน (Pad) แล้วอบให้ผ้าที่ผ่านการอัดสีแห้ง จากนั้นจึงผนึกสีกับผ้าด้วยความร้อนที่สูงมากในช่วง 200 – 220^°C โดยจะใช้เวลาเพียงประมาณ 1 – 2 นาที สีดิสเพิร์ส (Disperse Dyes) จะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งกลายเป็นไอแล้วเคลื่อนที่เข้าสู่เส้นใยซึ่งก็มีการจัดเรียงตัวที่หลวมขึ้นเพราะอยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงเช่นกัน วิธีการย้อมแบบนี้นิยมใช้ในการย้อมผ้าพอลิเอสเทอร์ล้วนหรือผ้าผสมระหว่างพอลิเอสเทอร์กับผ้าฝ้าย

Reference:

พจนารถ สุวรรณรุจิ. 2553. สีดิสเพอร์ส. (ออนไลน์) แหล่งที่มา: http://www.chemtrack.org/News-Detail.asp?TID=4&ID=23

ขนิษฐา. มกราคม 2550. ประเภทของสีย้อม. (งานออนไลน์) แหล่งที่มา: http://www.tpa.or.th/writer/read_this_book_topic.php?pageid=6&bookID=370&read=true&count=true

• Share :