أضواء على عالم الأصبغة والتعرف على المواد الصباغية

 1- المقدمة:

افتتن الإنسان منذ نشأته بجمال الطبيعة فحاول تقليدها، فلون جلود الحيوان والخامات التي كان يتخذ منها ملبساً بدلكها بالثمار الملونة، ثم اكتشف المواد الصباغية الموجودة في بعض النباتات مثل قشور البصل ذات اللون الأصفر، والنيلة باللون الأزرق، وقشر الرمان وخشب البرازيل باللون الأحمر ومشتقاته.

وكانت تعد تقنيات صباغة النسيج أسرار عائلية يورثها الآباء للأبناء، فكانت بمثابة ثروة، لذا كادت أن تتعرض هذه (الصنعة) في فترات ما للاندثار، ولتزدهر في فتراتٍ أخرى، ومن ثم ومع التقدم العلمي أزيح الستار عن معظم أسرارها أثناء دراسة الحضارات القديمة وتحليل الأقمشة الأثرية للوقوف على خاماتها وأصبغتها.

2- تعريف الصباغ(المواد الصباغية):

الصباغ مادة ملونة يمكنها أن تضفي لونها على مادة أخرى على أن تتوافر فيها عدة شروط، أهمها أن تكون لها ألفة معينة تجاه المادة المراد صباغتها بلون كثيف، وثابتة تجاه تأثير العوامل الكيمائية والطبيعية مثل الضوء والغسيل.

3- المواد الصباغية:

 الصباغة عبارة عن مركبات كيميائية يمكنها امتصاص طول موجي معين من الضوء ضمن المجال المرئي وعكس الباقي، والصباغ مادة ذات ألفة لنوع ما من المنتجات، سواء أكانت نباتاً أم نسيجاً أم جلداً، أو خيوط صنعية وتركيبية، ونحتاج لتطبيق الأصبغة على النسيج لوسطٍ سائل قد يكون ماءً أم هواءً مسيلاً ليتمكن من الانحلال أو الانتشار، ومن ثم الهجرة نحو النسيج فالانتشار للمناطق اللابلورية في الألياف (Amorphous area).

وبنى الأصبغة بنى معقدة، وقد تكون أكثر المركبات الكيميائية تعقيداً، ولكن تجمعها سمات عامة، إذ نذكر من مكوناتها:

1-3- الحلقات العطرية

فقد نجد فيها حلقات البنزن الأحادية، أو النفتالين الثنائية، أو الانتراسين الثلاثية.

2-3- الترافق

ما يعني أنها تحوي سلاسل هيدروكربونية بنظام تسلسلي لروابط أحادية فثنائية أي (=C-C=C-C=C-)، وغالباً ما يلزمنا ما يقارب خمسة أو ستة ذرات كربون مترافقة.

وهذا كي تتمكن من امتصاص أطوال موجية معينة لتعكس الباقي، إذ يكون ارتباط الالكترونات في مواضعها الأساسية ضعيفاً ما يُمَكِنُها من الرحلان والتجول على كامل مساحة الجزيء بمجرد أن تأخذ ما يلزمها من طاقة لتقفز من سوية طاقية لأخرى من الموجة الضوئية الساقطة على الجزيء، وبحيث تغطي الغمامة الالكترونية الجزيء الصباغي كاملاً نتيجة امتصاص أطوال موجية مختارة من كامل الحزمة.

وبالتالي يحوي كل جزيء صباغي على مكونين أثنين أساسيين، علاوة عن مكونات أخرى داعمة وهي كالتالي:-

أ- حامل اللون (Chromophores)

ومهمته امتصاص الضوء مثل الزمر (–N=O, -N=N-)، فمثلاً يمتص الكروموفور (-N=N-) الضوء فوق البنفسجي حول (3400) أنغستروم، في حين يمتص آزو البنزن البرتقالي في المركبات المفتوحة حول (3190-44501) أنغستروم لأن ترافق الجملة العطرية (π) مع الكترونات الأزوت يشكل جملة كروموفورية ممتدة قادرة على الإثارة الضوئية بطاقات أخفض (أي عند أمواجٍ أطول) عبر إثارة الطنين للجزيئة المثارة ضوئياً:

ب- معزز اللون (Auxochromes)

ووظيفته إزاحة الحزمة الممتصة لزيادة درجة عمق اللون.

ونذكر من الأوكسوكرومات زمر الأمينو والهيدروكسيل والكربوكسيل والسلفون… كما تعزز هذه الزمر بسبب ألفتها للماء من معدلات التسوية (التوزع المنتظم للجزيئات الصباغية على كامل المساحة المصبوغة)، وتحسن من ثبات الأصبغة بفعل الروابط التي تشكلها بحسب نوع النسيج ما بين روابط هيدروجينية أو قطبية أو شاردية أو تساندية…

كما يلعب حجم الجزيء الصباغي دوراً هاماً في العملية الصباغية، فالجزيئات الصغيرة الحجم يمكنها الاختراق والانتشار بسهولة في الألياف، وبالتالي من السهل خروجها بالاتجاه المعاكس ما يرفع من معدلات التسوية، وعلى العكس كلما كان الجزيء كبيراً كان اختراقه أصعب ويحتاج لزمن أطول، وبالتالي يصبح خروجه أصعب ما يؤدي لتراجع التسوية وازدياد ثباته على الغسيل.

4- الأصبغة المستخدمة في صباغة المنسوجات:

1-4- الأصبغة الطبيعية

تعتبر الأصبغة الطبيعية أول ما استعمل الإنسان من أصبغة، فاستخلصها من:-

• جذور أو أوراق وبذور النباتات.
• ومن بعض الحشرات كمصادر حيوانية.
• أما المصادر المعدنية فكانت مياه الآبار الطبيعية، وكان يعيبها تسببها بضعف الألياف.

1-1-4- الأصبغة النباتية (Vegetable days)

أ- صباغ النيلة الأزرق (Indigo)

يستخلص هذا الصباغ بلونه المميز بثباته من أوراق نبات النيلة الذي ينمو في المناخ الاستوائي الحار.

ب- صباغ الزعفران الأصفر (Saffron)

استخلص من نبتة الزعفران التي زرعها اليونانيون والرومان القدماء بكثرة، واستخلصوا الصباغ من أعضاء تأنيث زهرته.

ج- صباغ خشب البرازيل الأحمر (Brazil wood)

أحد أشجار الأخشاب الحمراء ويستخرج من الخشب صباغ بلون أحمر ساطع.

د- صباغ خشب البقم الأحمر (Log wood)

شجرة ضخمة استوائية والتي ينتج خشبها مدى من الأصبغة باللون الأرجواني، والبنفسجي والأسود.

2-1-4- الأصبغة الحيوانية (Animal dyes)

عرف الإنسان القديم الأصبغة الحيوانية ولكنها كانت مكلفة، ولذلك كانت حكراً على الأغنياء فقط، وألوانها كانت أكثر كثافة وتعطي ثباتا أكثر ومن بعض هذه الأصبغة نذكر:

أ- قشور السمك

صباغ رخيص، لونه أرجواني واستخرج من قشور بعض أسماك جزيرة كريت.

ب- دودة القرمز (Kermes)

حشرة مزخرفة تعيش على أوراق الشجيرات المنخفضة، يجفف جسمها ويطحن على شكل مسحوق بلون أحمر ساطع.

ج- حشرة الكوكس كاكتاي (Coceus cacti)

دودة مكسيكية، وغالباً ما تعيش قريبة من نبات الصبار، ومازال يستعمل عصير جسمها لإنتاج صباغ أحمر ساطع.

3-1-4- الملونات المعدنية (Mineral dyes)

اكتشف في بقاع عدة من العالم أن القماش يمكن أن يخضب باللون بغمسه في ينبوع أو مجرى ماء غني بمركبات الحديد، كما استعمل المصريون القدماء أكسيد النحاس الأحمر كصباغ أخضر. وفلز اللازورد الأزرق المرافق لمناجم النحاس كصباغٍ أزرق.

5- الأصبغة التركيبية (Synthetic dyes):

اكتشفت الأصبغة التركيبية عام 1771 عند تحضير حمض البيكريك الذي يصبغ الحرير بلون أصفر.

ويُعتبر بركين(Perkin)  أول من اكتشف إمكانية اصطناع الأصبغة، ففي عام 1856،وأثناء محاولاته تحضير مادة الكينين (Quinine ) من الأنيلين (Aniline) .

أكتشف مصادفة طريقة لتحضير الأصبغة كيماوياً في المخبر.

وكانت أول صباغ أنتجها هو صباغ الموف (Mauve)، فكانت بداية الثورة العلمية في صناعة الأصبغة،بدأت بعدها البحوث حول اصطناع الأصبغة الكيميائية.

وفي منتصف القرن التاسع عشر اكتشفت أول الأصبغة التركيبية من قطران الفحم، وتلاها اكتشاف عدد من الأصبغة الزاهية انطلاقاً من الأنيلين.

فنجح الكيمائيون في تحضير مجموعة أصبغة جديدة غير الموجودة أصلاً في الطبيعة، ووجد قطران الفحم إقبالا واهتماما كبيراً كمادة أولية لتحضير عدد كبير من الأصبغة الجديدة.

6- ألفة الأصبغة تجاه الألياف:

صارت العملية الصباغية محل اهتمام ودراسة مجموعة كبيرة من العلماء، وبخاصةٍ أن ألفة الأصبغة مع الأنسجة تختلف اختلافا كبيراً، إذ تتباين قابلية الألياف القطنية عن البروتينية كالصوف والحرير وبعض الأنواع الخاصة من الألياف التركيبية تجاه الأصبغة.

وكان الرأي السائد لعدة سنوات هو أن صباغة الألياف السيللوزية عبارة عن عملية امتصاص.

ودعم هذا الرأي طبيعة الألياف السيللوزية التي لا تظهر لها أي صفات حمضية أو قلوية، كما أن مجموعات هيدروكسيد جزيء السيللوز لا تغير من قابليته للصباغة.

في حين أن صباغة الألياف البروتينية عملية كيميائية، فالصوف والحرير عبارة عن بروتين بصفات حمضية وقلوية لذا يتحد مع الأصبغة الحمضية أو القلوية.

ووجد أنه بتعديل المجموعات الحمضية في جزيء هذه الألياف تتراجع ألفتها تجاه الأصبغة القلوية بشكلٍ ملحوظ وتزداد تجاه الأصبغة الحمضية.

وفي ذلك تأييد كاف للرأي القائل بأن صباغة الألياف البروتينية عملية كيميائية. وتصنف الأصبغة تبعاً لاستخدامها للمجموعات الرئيسة التالية:

1-6- الأصبغة المباشرة (Direct dyes)

حلولة جداً بالماء ومنخفضة الثبات على الغسيل، تستخدم لصباغة الألياف السيللوزية والفيسكوز:

وغالباً ما تعالج الخامات المصبوغة بها بعد الانتهاء من الصباغة ببعض المركبات التي ترفع من ثباتها ببعض المركبات الكيميائية من فئة المركبات الشاردية الكاتيوينة.

وهنالك فئة منها يتم رفع ثباتها على الغسيل بمعالجتها بكبريتات النحاس بوسطٍ من حمض الخل ويطلق عليها مصطلح أصبغة النحاس، ولكن هذه

منعت حالياً لأسبابٍ بيئية بسبب الضرر الذي تحدثه كبريتات النحاس.

2-6- الأصبغة الفعالة (Reactive dyes)

أصبغة للخامات القطنية وأصناف الفيسكوز أيضاً، تتميز عن الأصبغة المباشرة بكونها تحمل وظيفة كيميائية يمكنها التفاعل مع هيدروكسيل الحلقة السيللوزية، وبالتالي ترتبط الجزيئة الصباغية برابطة كيميائية بالسلاسل السيللوزية لتصبح جزءاً منها:

3-6- أصبغة الأحواض (Vat dyes)

خاصة بالخامات القطنية، وتنتمي لمجموعة المواد الصباغية غير الذوابة بالماء.

لذا يتم معالجتها بحوض إرجاع بوجود هيدروسلفيت الصوديوم (Na₂S₂O₄) في وسط قلوي،لتتحول لمحلول يطلق عليه اسم محلول الليكو يمكن للخامة أن تتشربه.

نعود بعدها ونؤكسد من جديد لنحصل على اللون الأصلي حبيساً في الخامة وكصباغ ثابت على الغسيل ومعظم عمليات الأكسدة:

4-6- الأصبغة الكبريتية (Sulphur dyes)

خاصة بالخامات القطنية أيضاً، يدخل في تركيبها الكبريت، وتنتمي لمجموعة الأصبغة غير الحلولة بالماء، لذا يتم تطبيقها بحوض إرجاع من كبريتيد الصوديوم (Na₂S) بوسط قلوي لتتحول لمحلولٍ مائي تتشربه الخامة القطنية.

تعود بعدها حوضأكسدة فتحتبس الجزيئات الصباغية في عمق الخامة كصباغ ثابت كون جزيئاته غير حلولة بالماء:

5-6- أصبغة النفتول

نوع من أنواع أصبغة السيللوز الثابتة، يتم تحضيرها في حوض الصباغ بين شقي مكونات المواد الصباغية بالطريقة الأتية:-

• أولاً معالجة الألياف بالشق الأول وهو مركب بيتا – النفتول بوسط قلوي.
• نتبعه بتجفيف، فحوض الديأزة الحمضي البارد مع الشق الآخر للصباغ .
• نحصل على ألياف مصبوغة بصباغ ثابت غير قابل للانحلال بالماء.

ويمكننا باستبدال بيتا- النفتول الحصول على طيف واسع من الألوان الثابتة تجاه الغسيل والضوء، وضعيفة الثبات على الاحتكاك وعمليات التبييض برغم تحملها المعالجة القلوية.

6-6- الأصبغة الحمضية

يتم تسويق هذه المجموعة على شكل أملاحها الصوديومية لصعوبة عزل الصباغ بشكله الحمضي.

وغالباً ما تكون أملاحاً لحمض سلفون،وأحياناً لحمض كربوكسيلي، ويؤدي احتوائها لهذه الوظائف الحمضية لجعلها حلولة بالماء، وقادرة على التفاعل مع الرابطة الببتيدية في الصوف وبناء روابط هيدروجينية مع أصناف البولي أميد.

لذا تطبق بشكل رئيس على:-

• الصوف والحرير (أي الألياف البروتينية الحاوية على الرابطة الببتيدية).
• والبولي أميد بوسط حمضي عند درجة حرارة الغليان تحت الضغط الجوي العادي.

كي يتحرر بحوض الصباغة الحمضي الصباغ من جديد على شكله الحمضي:

وتنتمي لهذه المجموعة من الأصبغة أصبغة يطلق عليها مجموعة الأصبغة الكرومية.

إذ يطبق عليها حمام تثبيت للصباغ مع الصوف مع بيكرومات البوتاسيوم بوسط حمضي عند درجة حرارة (70) ْم.

فتتشكل روابط تساندية ترفع من ثباتية الصباغ على الغسيل والاحتكاك.

7-6- الأصبغة المبعثرة

أصبغة غير ذوابة بالماء إنما تنتشر انتشاراً، وتطبق بشكل رئيس على البوليستر والأسيتات بوسط حمضي.

وتصنف بحسب حجومها الجزيئية إلى:-

• صغيرة جداً تصلح لصباغة الأسيتات.
• صغيرة (E or L).
• متوسطة (SE or M) .
• كبيرة (S or H).

وبالتالي تتباين عن بعضها في مدى احتياجها للحرارة والضغط.

وتصل الحاجة إلى تطبيقها على البوليستر لدرجة حرارة (130) ْم وضغط (3) بار.

كونها تنتشر انتشاراً في المناطق اللابلورية بين سلاسل خيوط البوليستر ولكن دون أن تتفاعل معها:

8-6- الأصبغة القاعدية (Basic dyes)

يشير اسم هذه المجموعة على أن شحنتها كاتيونية، ذوابة بالماء، ولونها يرافق الكاتيون الموجب.

ويتم تحضيرها عادةً على شكل أملاح كلوريد أو حماضات أو ملح مضاعف مع كلوريد التوتياء. فالشكل المتداول للصباغ الكاتيوني إذاً عبارة عن ملح.

ويمكننا بتحرير حمضه بحمض الخل الحصول على الشكل القابل للتشرد والتفاعل مع الألياف.

كما يمكنك الأطلاع على: كيمياء وتقنيات الصباغة والطباعة النسيجية

تطبق بشكل أساسي على خيوط الاكريليك بوجود حمض الخل كما أسلفنا، كما تستخدم لتلوين الورق، ويتم ارتباطها بالألياف البروتينية وفق التفاعل:

ويمكننا صباغة الألياف السيللوزية فيها بتشريب السيللوز بمادة ذات ألفة تجاهها، كمعالجة الألياف السيللوزية مسبقاً بحمض التانيك الذي يمكنه الاتحاد معها لتعطي مركباً غير ذواب.

وتتم المعالجة عادةً بمزيج حمض التانيك مع خلات الصوديوم لتتفاعل مع حمض كلور الماء الناتج عن تفاعل حمض التانيك مع الصباغ من جهة، وللمحافظة على درجة الحموضة اللازمة لتشكل المعقد.

9-6- صباغ الكتلة

تقنية يتم من خلالها حقن الخيوط الصنعية كالأسيتات والتركيبية مثل البوليستر والبولي اميد قبل غزلها بمواد ملونة،لنحصل على عملية صباغ ثابتة جداً تجاه مختلف العوامل.

7- مكونات  الصباغ التجاري:

يدخل في تركيب الأصبغة التجارية مجموعة من المكونات، وبالطبع تختلف من صباغ لآخر، ومن شركةٍ لأخرى بحسب أسعار ووظائف مواد البناء،والمواد المالئة وسعر مبيع المواد الصباغية كمنتج نهائي، ومن المواد الضرورية نذكر الأتي:-

1. أملاح تثقيل أو نشاء.
2. عوامل مبللة (Wetting agents) لتسهيل إذابة الصباغ بالماء عند استعماله.
3. عوامل مشتتة (Dispersing agents) لمنع تجمع الصباغ أثناء حله وفي الحوض الصباغي، وبالتالي تدارك ظهور بقع صباغ غامقة بعد الصباغة.
4. مواد زيتية مانعة للتغبير (Anti-dusting agents) لتدارك انتشار غبار الصباغ أثناء عليات الوزن والتداول.
5. مواد مثبتة موقية (Stabilizers) كما هي الحال مع الأصبغة الفعالة التي تضاف لها أملاح حمض الفوسفور،لضبط درجة حموضتها منعاً لتفاعلها أثناء الخزن.
6. المواد الصباغية .