Chất tạo màu được sử dụng trong công nghiệp dệt có thể đầu tiên được chia thành thuốc nhuộm [các chất hòa tan được] và bột màu [các chất không hòa tan]. Thứ hai, các chất tạo màu có thể được tổ chức theo các công nghệ ứng dụng chúng - thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm cầm màu, thuốc nhuộm axit/bazơ, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phức hợp kim loại và các bột màu.
Cuối cùng, thuốc nhuộm có thể được phân loại theo thành phần hóa học của chúng [azo, anthraquinone, lưu huỳnh, triphenylmethane, indigoid, phthalocyanine, v.v…] hoặc theo cách mà chúng hoạt động trong quá trình nhuộm.
Hầu hết các chất tạo màu được sử dụng trong công nghiệp dệt là những thuốc nhuộm hòa tan. Đa số rõ ràng trong các chất này là thuốc nhuộm azo [70-80%]. Hầu hết các bột màu trên thị trường là bột màu azo, tiếp theo là các phthalocyanine.
Gần như tất cả các loại thuốc nhuộm được mô tả trong tài liệu hướng dẫn này hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt và không thể dễ dàng được thay thế, bởi vì mỗi loại thuốc nhuộm đều có những lợi ích cụ thể của nó khi so với những loại thuốc nhuộm khác. Ví dụ, khi nhuộm cellulose, thuốc nhuộm trực tiếp và hoạt tính thường được sử dụng. Thuốc nhuộm hoạt tính tạo ra các màu tươi sáng và hiệu suất của nó là tuyệt vời.
Tuy nhiên, thuốc nhuộm trực tiếp đôi khi được sử dụng để nhuộm cellulose [mặc dù độ bền màu của nó thấp hơn nhiều hơn so với thuốc nhuộm hoạt tính], bởi vì thuốc nhuộm trực tiếp sử dụng trong qui trình dễ nhất này có chi phí thấp.
Các loại thuốc nhuộm khác nhau áp dụng cho các loại vải khác nhau.
Thuốc nhuộm bazơ hoặc cation
Thuốc nhuộm bazơ [hoặc cation] được sử dụng để đạt được màu sắc tươi sáng, thường là đối với xơ polyacrylonitrile. Độ bền mầu trên xơ polyacrylonitrile là tuyệt vời. Tuy nhiên, khi áp dụng cho cellulose, thuốc nhuộm bazơ có độ bền màu kém với ánh sáng và sự cọ xát.
Thuốc nhuộm bazơ có thể được hòa tan trong nước, nhưng acetic acid mang lại kết quả tốt hơn. Chúng trước tiên được hòa tan trong acetic acidit và sau đó trộn với nước nóng để tránh sự kết hợp của các phân tử thuốc nhuộm. Để biết thông tin về những tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm acid hoặc anion
Thuốc nhuộm acid [hoặc anion] được sử dụng để nhuộm sợi protein, polyamide, và polyacrylonitrile được hiệu chỉnh. Độ bền màu với ánh sáng và giặt thì từ kém đến rất tốt, tùy thuộc vào cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm.
Thuốc nhuộm acid có thể dễ dàng hòa tan trong nước. Dung dịch thuốc nhuộm mà trong đó chúng được hòa tan có độ pH mang tính acid. Để biết thông tin về những tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm cầm màu
Thuốc nhuộm cầm màu có thể được phân loại như thuốc nhuộm acid, nhưng do công nghệ sử dụng chúng, chúng là một loại thuốc nhuộm độc lập. Các phân tử thuốc nhuộm này không chứa crom, tuy nhiên crom có mặt trong muối được sử dụng để gắn kết thuốc nhuộm vào các sợi vải. Các muối thường được sử dụng trong quá trình này là: potassium dichromate, potassium chromate và sodium dichromate.
Thuốc nhuộm cầm màu được sử dụng để nhuộm sợi protein và polyamide. Một muối crom được pha trộn vào dung dịch nhuộm để gắn kết thuốc nhuộm vào sợi. Độ bền màu với ánh sáng và giặt là tuyệt vời.
Tác động môi trường liên quan đến crom phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa của nó. Ở dạng hóa trị sáu của nó, crom có tính độc hại cao gấp 100 đến 1.000 lần so với hầu hết các hợp chất hóa trị ba thông dụng nhất. Crom III thể hiện độc tính cấp thấp, trong khi crom VI rất độc hại và đã được chứng minh là gây ung thư ở động vật.
Do hiệu quả cao và đặc tính được sử dụng hết tuyệt vời của dung dịch nhuộm, thuốc nhuộm có chứa crom có những tác động môi trường tương đối nhỏ thông qua nước thải.
Crom VI chỉ được sử dụng [và khó khăn để thay thế] như là một chất cầm màu cho việc nhuộm len. Trong quá trình nhuộm, crom VI bị khử bởi crom III nếu quá trình này được kiểm soát. Nếu nhà máy nhuộm kiểm soát lượng thuốc nhuộm và độ pH chính xác khi sử dụng các thuốc nhuộm cầm màu, chúng có thể đáp ứng các tiêu chuẩn luật pháp nghiêm ngặt của Đức đối với nước thải là 0,5 ppm của tổng lượng crom trong nước thải.
Để biết thêm thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm phức hợp kim loại
Thuốc nhuộm phức hợp kim loại được tạo thành từ một nguyên tử kim loại liên kết với một hoặc nhiều phân tử thuốc nhuộm. Những loại thuốc nhuộm này thường được sử dụng trên các sợi protein và polyamide.
Thuốc nhuộm phức hợp kim loại 1:1 [chỉ định một phân tử thuốc nhuộm liên kết với 1 nguyên tử kim loại] được sử dụng trong các dung dịch có tính axit mạnh. Thuốc nhuộm phức hợp kim loại 1:2 [chỉ định 2 phân tử thuốc nhuộm liên kết với nguyên tử kim loại] được áp dụng trong dung dịch trung tính hoặc có tính acid yếu [pH 5-6,5].
Thuốc nhuộm phức hợp kim loại đôi khi sử dụng crom III cho nguyên tử kim loại. Tác động môi trường liên quan đến crom phụ thuộc vào trạng thái oxy hóa của nó. Crom III thể hiện độc tính cấp thấp, trong khi crom VI rất độc hại và đã được chứng minh là gây ung thư ở động vật. Do hiệu quả cao và đặc tính sự dụng hết tuyệt vời của dung dịch nhuộm, thuốc nhuộm có chứa crom có những tác động môi trường tương đối nhỏ thông qua nước thải. Nếu nhà máy nhuộm kiểm soát lượng thuốc nhuộm và độ pH chính xác khi sử dụng các thuốc nhuộm phức hợp kim loại, chúng thậm chí có thể đáp ứng các tiêu chuẩn luật pháp nghiêm ngặt của Đức đối với nước thải là 0,5 ppm của tổng lượng crom trong nước thải.
Để biết thêm thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm trực tiếp
Thuốc nhuộm trực tiếp chủ yếu được sử dụng để nhuộm các chất nền cellulose và, như thuốc nhuộm anion, thuốc nhuộm trực tiếp có các đặc tính acid. Độ bền màu giặt thì kém, trong khi độ bền với ánh sáng thì từ kém đến tuyệt vời. Thuốc nhuộm trực tiếp đôi khi được dùng để nhuộm sợi protein [đặc biệt là trong sự pha trộn].
Thuốc nhuộm được sử dụng trực tiếp trên sợi cellulose trực tiếp mà không cần trợ chất cầm màu. Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên
Thuốc nhuộm hoàn nguyên được sử dụng chủ yếu cho những sợi cellulose. Đôi khi chúng được sử dụng trên các sợi protein và polyamide. Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh
Thuốc nhuộm lưu huỳnh bao gồm cấu trúc amino và phenolic gắn kết với các hợp chất lưu huỳnh, và có trọng lượng phân tử cao. Nhiều loại thuốc nhuộm khác có chứa lưu huỳnh trong các phân tử của chúng, nhưng chỉ các loại thuốc nhuộm mà nó không tan trong nước và tan được bởi sodium sulfide trong một môi trường kiềm thuộc loại này. Thành phần xhính xác của chúng không phải luôn luôn được biết bởi vì chúng được tạo thành từ các chất phức tạp.
Thuốc nhuộm lưu huỳnh thường được sử dụng trên các xơ cellulose, đặc biệt là xơ bông. Chúng không mang lại sắc thái tươi sáng trên cellulose, nhưng chi phí thấp và cung cấp độ bền màu khi giặt. Độ bền đối với ánh sáng có các mức độ từ kém đến tuyệt vời.
Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm naphtol
Thuốc nhuộm naphtol thuốc nhuộm azo không hòa tan được tổng hợp từ hai hợp chất trên bản thân xơ[chủ yếu là xơ bông], do đó chúng cũng được gọi là thuốc nhuộm hiện hình. Xơ được xử lý bằng các thành phần diazo [được gọi là các bazơ tự do và muối diazonium] và các thành phần ghép [chủ yếu được chiết xuất từ beta-naphtol], mà chúng phản ứng để tạo ra azo chromophore [phần này của các phân tử chịu trách nhiệm về màu sắc của nó].
Thuốc nhuộm naphtol không hòa tan trong nước, và do đó độ bền khi giặt là tốt. Mặt khác, độ bền cọ xát thì kém bởi vì những thuốc nhuộm này để lại một cấu trúc bột màu trên sợi. Độ bền ánh sáng thường đạt các giá trị cao và sắc thái tươi sáng có thể đạt được. Thuốc nhuộm naphtol được sử dụng chủ yếu để đạt được các màu cam, đỏ và màu đỏ tươi. Một nhóm đặc biệt của thuốc nhuộm phân tán/hiện hình – thuốc nhuộm diazo phân tán – được sử dụng để nhuộm polyester.
Khoảng 70% đến 80% thuốc nhuộm được sử dụng hiện nay thuộc về các nhóm thuốc nhuộm azo. Trong các điều kiện khử, các thuốc nhuộm này có thể sản xuất các amine, một số trong đó là chất gây ung thư. Một danh sách của các amine gây ung thư mà thuốc nhuộm azo có thể có liên quan được thể hiện trong Bảng 3.2 dưới đây.
Mặc dù một số nước đã cấm bán thuốc nhuộm dệt may có thể tạo thành các amine gây ung thư, hơn 100 loại thuốc nhuộm azo có tiềm năng tạo thành các amine gây ung thư vẫn còn có sẵn trên thị trường thế giới. Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Bảng 3.2: Các amin gây ung thư [các số CAS]
[Dựa trên các qui định quốc tế]
4-aminodiphenyl [92-67-1]
3,3’-dimethyl-4,4’-diaminodiphenylmethane [838-88-0]
Benzidine [92-87-5]
2-methoxy-5-methylaniline [120-71-8]
4-chloro-o-toluidine [95-69-2]
4,4’-methylene-bis-[2- chloraniline] [101-14-4]
2-naphthylamine [91-59-8]
4,4’-oxydianiline [101-80-4]
p-chloroaniline [106-47-8]
4,4’-thiodianiline [139-65-1]
2,4-diaminoanisol [615-05-4]
o-toluidine [95-53-4]
4,4’-diaminodiphenylmethane [101-77-9]
2,4-toluenediamine [TDA] [95- 80-7]
3,3’-dichlorobenzidine [91-94-1]
2,4,5-trimethylaniline [137-17-7]
3,3’-dimethoxybenzidine [119-90-4]
o-aminoazotoluene [97-56-3]
3,3’-dimethylbenzidine [119-93-7]
2-amino-4-nitrotoluene [99-55-8]
4-aminoazobenzene [60-09-3]
o-anisidine [90-04-0]
2,4-xylidine [95-68-1]
2,6-xylidene [87-62-7]
Thuốc nhuộm hoạt tính
Thuốc nhuộm hoạt tính tận dụng một chromophore gắn với một nhóm thế có khả năng phản ứng trực tiếp với chất nền của xơ. Các chromophore được sử dụng chủ yếu là các phân tử azoic, anthraquinonic hoặc phức hợp kim loại. Màu ngọc lam và màu xanh hải quân thường là các phức hợp đồng hoặc nickel của các phthalocyanine. Thuốc nhuộm hoạt tính trên xơ đã thay thế phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp, azoic và hoàn nguyên trong việc nhuộm xơcellulose. Một số loại cũng thích hợp cho các xơ polyamide và protein. Thuốc nhuộm hoạt tính tạo nên các liên kết hóa học cộng hóa trị với chất xơ, tạo ra các đặc tính bền màu tuyệt vời.
Các phân tử thuốc nhuộm bao gồm hai phân đoạn - một phân đoạn hoạt tính và thể màu. Phân đoạn hoạt tính có thể là bất kỳ trong số các loại phân tử - ví dụ, vinylsulfone, chlorotriazine, fluoropyrimidine, chloropyrimidine, chlorofluoropyrimidine. Được sử dụng phổ biến nhất là phân tử hoạt tính vinylsulfone. Các loại thuốc nhuộm hoạt tính hai chức năng có các đặc tính hoạt tính cao hơn và linh hoạt liên quan đến các thông số xử lý khác nhau. Những thuốc nhuộm này gồm có hai nhóm hoạt tính khác nhau [một loại thường là một vinyl sulfone]. Các giá trị cố định tăng lên đến 85 đến 90% khi sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính hai chức năng.
Thuốc nhuộm hoạt tính dễ hòa tan trong nước, nhưng chúng có đặc tính độ bền màu tốt [ngoại trừ việc bị clo tấn công], do liên kết hóa học mạnh mẽ. Màu tươi sáng có thể đạt được.
Thuốc nhuộm hoạt tính có thể chứa các tỷ lệ cao [tính theo trọng lượng] của các halogen, mà chúng thường rời khỏi phân tử sau khi đã hình thành một liên kết cộng hóa trị với xơ và cuối cùng trở thành muối trong dung dịch nhuộm hoặc trong dung dịch rửa. Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Thuốc nhuộm phân tán
Thuốc nhuộm phân tán bao gồm các hợp chất hữu cơ không tan trong nước nhưng có thể phân tán trong nước với sự trợ giúp của các trợ chất riêng biệt.
Thuốc nhuộm phân tán thường được sử dụng cho xơ polyester, acetate và polyamide. Độ bền với ánh sáng nói chung là khá tốt, trong khi độ bền màu khi giặt phụ thuộc vào cấu trúc của xơ mà thuốc nhuộm được sử dụng.
Thuốc nhuộm phân tán có thể được áp dụng cho xơ theo các công nghệ khác nhau:
Ứng dụng phân tán trong nước trực tiếp được hỗ trợ bởi các chất mang ở các nhiệt độ dưới 100°C
Ứng dụng trực tiếp trên 100°C
Ứng dụng bằng cách làm hòa tan thuốc nhuộm trong xơ ở các nhiệt độ cao [ví dụ, qui trình gia nhiệt khô].
Thuốc nhuộm phân tán có thể có một hiệu ứng gây mẫn cảm [dị ứng]. Bảng 3.3 liệt kê các thuốc nhuộm có thể gây dị ứng. Ngoài việc kích thích da, các vấn đề hô hấp hoặc mũi và ngứa mắt có thể xảy ra.
Để biết thông tin về các tác động môi trường, xem Mục 3.8.12.
Các thuốc nhuộm gây dị ứng
Loại hóa chất ------------> Màu-Chỉ số-Tên
Anthraquinone ------------> Đỏ phân tán Red 11, 15. Xanh phân tán 1, 3, 7, 26, 35
Các thuốc nhuộm Azo ------------> Đỏ phân tán 1, 17. Xanh phân tán 102, 124. Cam phân tán 1, 3, 76
Các thuốc nhuộm Nitro ------------> Vàng phân tán 1, 9
Methine ------------> Xanh phân tán 39, 49
Quinoline ------------>Xanh phân tán 54, 64
Triphenylmethane ------------>Tím acid 17
Các loại khác ------------>Chromate
Các tác động môi trường của thuốc nhuộm
Một trong những nguyên nhân chính của ô nhiễm trong quá trình nhuộm có liên quan đến thuốc nhuộm không cố định mà kết quả là nó được thải ra trong nước thải. Bảng 3.4 liệt kê các mức độ cố định của các loại thuốc nhuộm qua ba qui trình nhuộm [nhuộm liên tục, in, và nhuộm từng đợt].
Bảng 3.4: Các mức độ sử dụng hết trung bình
C = nhuộm liên tục, P = In, B= Nhuộm từng đợt
Loại thuốc nhuộm ------------>Qui trình ------------>Mức độ cố định [%]
Phân tán ------------>C ------------>88 – 99
Phân tán ------------> P ------------> 91 – 99
Trực tiếp ------------> B ------------> 64 – 96
Hoạt tính – len ------------> B ------------> 90 – 97
Hoạt tính – bông ------------> B ------------> 55 – 80
Hoạt tính – tổng quát ------------> B ------------> 55 – 95
Hoạt tính – tổng quát ------------> P ------------> 60
Hoàn nguyên ------------> C ------------> 70 – 95
Hoàn nguyên ------------> P ------------> 70 – 80
Lưu huỳnh ------------> C ------------> 60 – 90
Lưu huỳnh ------------> P ------------> 65 – 95
Acid – một nhóm SO3 ------------> B ------------> 85 – 93
Acid ->1 các nhóm SO3 ------------> B ------------> 85 – 98
Bazơ [cation] ------------> B ------------> 96 – 100
Azoic [naphthol] ------------> C ------------> 76 – 89
Azoic [naphthol] ------------> P ------------> 80 – 91
Phức hợp kim loại ------------> B ------------> 82 – 98
Bột màu ------------> C ------------> ~100
Bột màu ------------> P ------------> ~100
Việc nhuộm liên tục dẫn đến các tỉ lệ xả thải thấp hơn so với nhuộm từng đợt bởi vì dung tỷ nhuộm nhỏ hơn. Các tỉ lệ thải cho qui trình in thì tương tự như nhuộm liên tục.
Thuốc nhuộm mà nó không được sử dụng hết hoàn toàn hoặc không cố định trên xơ, hoặc được tái sử dụng, cuối cùng được thải ra trong nước thải. Có một tác động trực quan cao, và tùy thuộc cào cấu trúc của các thuốc nhuộm, chúng có thể dẫn đến bất cứ điều nào sau đây: một lượng các hợp chất hữu cơ cao [thường thể hiện ở các giá trị cao đối với COD và BOD], các giá trị AOX [các halide hữu cơ hút bám] cao và kim loại nặng như đồng, kẽm, crom và nicken rất độc hại cho môi trường. Bởi vì thuốc nhuộm được thiết kế để được ổn định trong hàng dệt, chúng thường không dễ dàng phân huỷ sinh học trong điều kiện hiếu khí. Cũng nên chú ý rằng một công thức thuốc nhuộm có chứa khoảng 30% thuốc nhuộm tinh khiết, do đó phần lớn các công thức có chứa các chất phân tán không có khả năng phân hủy sinh học [ví dụ, các sản phẩm ngưng tụ naphthalene sulfonic acid] và các chất tiêu chuẩn hóa.
Các thuốc nhuộm hiện đại và chất làm sáng là các phân tử chromophoric hữu cơ lớn rất khó bị phá vỡ và oxy hóa ở một tốc độ rất chậm, và một số phản ứng thuốc nhuộm -- đặc biệt là thuốc nhuộm hoạt tính thủy phân và thuốc nhuộm acid nhất định không dễ dàng được hút bám bởi bùn cặn hoạt tính trong qui trình xử lý nước thải.
Các nguyên nhân khác gây ô nhiễm liên quan đến việc sử dụng các trợ chất được thêm vào trước hoặc trong quá trình nhuộm để tạo điều kiện và/hoặc cải thiện qui trình nhuộm [xem Mục 3.8]. Những trợ chất này có thể góp phần vào hiện tượng phú dưỡng của nước bề mặt bằng cách làm tăng nồng độ phosphorus và nitrogen.