เคมีพื้นผิว จากการย้อมจะเห็นได้ว่าก่อนที่สีจะเข้าไปในเส้นใยได้นั้นจำเป็นที่จะต้องแทรกซึมจากผิวของเส้นใยก่อนเป็นขั้นตอนแรกดังนั้นจำเป็นที่จะต้องศึกษาเรื่องเกี่ยวกับเคมีพื้นผิว (Surface chemistry) เพื่อที่จะเพิ่มความเข้าใจเรื่องการย้อมได้ ดังรูป พลังงานผิว (Surface energy) คือ แรงที่ถูกใช้ไปในการเพิ่มพื้นที่ผิว (Surface area) โดยคิดในเทอมของพลังงานอิสระ ซึ่งจะเห็นได้ว่าอะตอมหรือโมเลกุลของวัสดุที่อยู่บริเวณผิวนั้นมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล (Intermolecular force) ที่แตกต่างไปจากส่วนที่อยู่ภายในของเหลว (Bulk) จะเห็นได้ว่าโมเลกุลที่อยู่ภายในของเหลวนั้นจะมีแรงยึดเหนี่ยวที่เท่ากันทุกๆทิศทางในขณะที่ผิวนั้นจะมีแรงยึดเหนี่ยวที่ไม่สมดุลย์ ซึ่งตัวมันเองนั้นก็จะพยามยามทำตัวให้เป็นฟิล์มบางๆที่ต้านแรงกระทำจากภายนอก ในการสร้างพื้นที่ผิวใหม่นั้นจำเป็นต้องใช้พลังงานที่เรียกว่า พลังงานผิว จึงจะทำให้แรงยึดเหนี่ยวของโมเลกุลเหล่านี้แตกออกซึ่งพลังงานที่ใช้ไปนั้นก็เป็นสัดส่วนกับจำนวนของโมเลกุลอยู่ภายในที่วิ่งออกมาที่ผิว นั่นก็หมายความว่าพื้นที่ผิวที่เกิดขึ้น (dA) ก็จะเป็นสัดส่วนพลังงาน (dG) นั้นๆด้วย ดังสมการ เมื่อ gamma คือค่าคงที่สัดส่วนที่เราเรียกว่าค่าแรงตึงผิว (surface tension) ซึ่งมักจะวัดอยู่ในรูปงาน (Work of cohesion) มีหน่วยเป็นแรงต่อความยาว (force/length) นั่นเอง   Create Date : 30 มิถุนายน 2552     0 comment Last Update : 30 มิถุนายน 2552 9:56:20 น.     Counter : 11319 Pageviews.   Share Tweet

การแบ่งประเภทของเส้นใย โดยทั่วไปเส้นใยนั้นจะมีองค์ประกอบเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้น (Linear) หรือเป็นกลุ่มที่มีกิ่งเล็กน้อย (Branch) เพื่อให้สามารถก่อผลึกในเส้นใยได้เพื่อให้มีความแข็งแรงได้สูงสุด ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องมีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถเกิดพันธะกับโมเลกุลของสีย้อมเพื่อที่จะทำให้สามารถย้อมสีได้ การแบ่งเส้นใยตามลักษณะของวิชานี้ก็สามารถแบ่งออกได้อย่างกว้างๆตามความชอบน้ำของพอลิเมอร์ที่นำมาใช้ ดังนี้ 1. เส้นใยชอบน้ำ (Hydrophilic fibers) กลุ่มนี้มักจะมีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ดี เช่น หมู่ไฮดรอกซี หมู่อะมิโน เป็นต้น สามารถแบ่งออกได้เป็น - เส้นใยเซลลูโลส (Cellulosic fibers) กลุ่มนี้จะมีหมู่ฟังก์ชันหลักเป็นหมู่ไฮดรอกซี ซึ่งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ดี แต่ไม่สามารถแตกตัวเป็นประจุได้ ได้แก่ เส้นใยจากพืช (Vegetable fiber) ฯลฯ - เส้นใยโปรตีน (Protein fibers) กลุ่มนี้จะมีหมู่ฟังก์ชันหลักเป็นหมู่อะมิโนและหมู่กรดคาร์บอกซิลลิก กลุ่มเหล่านี้นอกจากจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้แล้ว ยังสามารถที่จะแตกตัวเป็นประจุบวกหรือลบก็ได้ ขึ้นอยู่กับค่า ของสารละลาย ได้แก่ เส้นใยจากสัตว์ เช่น ขนสัตว์ (Wool), ไหม (Silk) ฯลฯ 2. เส้นใยไม่ชอบน้ำ (Hydrophobic fibers) เป็นเส้นใยพวกเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic fibers) สามารถแบ่งได้เป็น - เส้นใยที่แสดงประจุลบ (Anionic fibers) กลุ่มนี้มักจะหมู่ฟังก์ชันที่แสดงประจุลบได้ เช่น หมู่ซัลโฟเนต หมู่คาร์บอกซิลเลต หมู่ซัลเฟต ทำให้เมื่อจุ่มลงในสารละลายที่มีอิออนบวกก็สามารถเกิดการแลกเปลี่ยนอิออนบวกกับอิออนคู่ตรงข้าม (Counter ion) ที่อยู่บนเส้นใยได้ ได้แก่ อะคริลิค (Acrylic) มอดอะคริลิก (Modacrylic) ฯลฯ - เส้นใยที่แสดงประจุบวก (Cationic fibers) กลุ่มนี้มักจะมีหมู่ฟังก์ชันเป็นหมู่อะมิโน หรือ วงแหวนเฮทเทอโรไซเคิลที่มีเฮทเทอโรอะตอมเป็นไนโตรเจนที่สามารถดูดซับโปรตอนจากกรด เพื่อที่ทำให้เส้นใยสามารถแสดงประจุบวก ได้แก่ ไนลอน (Nylon) อะรามิด (Aramide) ฯลฯ - เส้นใยที่ไม่แสดงประจุ (Non-ionic fibers) กลุ่มนี้มักจะมีหมู่ฟังก์ชันที่มีความมีขั้วปานกลางเพื่อที่จะทำให้เกิดแรงยึดเหนี่ยวกับสีย้อมที่ไม่มีประจุได้ดี โดยมากหมู่ฟังก์ชันที่มักจะนิยมใช้คือ หมู่เอสเตอร์ เนื่องจากมีส่วนที่เป็นกลุ่มคาร์บอนิลและอีเธอร์ที่สามารถจะเกิดสภาพขั้วเนื่องจากความแตกต่างของค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี ได้แก่ อาซีเตต (Acetate) ไตรอาซีเตต (Triacetate) พอลิเอสเตอร์ (Polyester) ฯลฯ ซึ่งการแบ่งชนิดของสีย้อมและเส้นใยตามลักษณะประจุที่เกิดขึ้นนั้นจำเป็นต้องพิจารณาทั้งระบบด้วย เนื่องจากสีที่มีโครงสร้างเดียวกันถ้าย้อมบนเส้นใยต่างชนิดกัน หรือ เส้นใยชนิดเดียวกันแต่ย้อมด้วยสีต่างชนิดกันก็ทำให้การพิจารณาต่างจากตัวอย่างที่ยกมาข้างต้น เช่น การย้อมสีที่มีหมู่ 3°amine บนเส้นใยอะคริลิกซึ่งเป็นเส้นใยที่มีหมู่ประจุลบก็จะทำให้สีตัวนั้นสามารถแสดงประจุบวกออกมา แต่ถ้านำมาย้อมบนเส้นใยอาซีเตตซึ่งเป็นเส้นใยที่มีหมู่ที่ไม่มีประจุ ทำให้หมู่ 3°amine ที่เกาะอยู่บนตัวสีไม่มีการรับโปรตอนเข้ามา ก็จะทำให้ตัวสีเองไม่สามารถแสดงประจุออกมาได้ ในกรณีนี้สีเบสิกนี้ก็ยึดถือได้ว่าเป็นสีที่ไม่มีประจุเมื่อย้อมบนเส้นใยอาซีเตต เช่นเดียวกันกับการย้อมสีบนเส้นใยไนลอนซึ่งในหัวข้อนั้นถูกจัดประเภทเป็นเส้นใยที่มีประจุบวก แต่อันที่จริงแล้วเส้นใยไนลอนเป็นเส้นใยที่เป็นแอมโฟเทอริก (Amphoteric) ซึ่งสามารถที่จะแสดงออกมาได้ทั้งประจุบวกในสภาวะที่เป็นกรดและเป็นประจุลบในสภาวะที่เป็นด่าง ดังนั้นในกรณีนี้ ค่า pH ของสารละลายนั้นจะมีผลต่อการแสดงประจุของเส้นใย เป็นต้น   Create Date : 30 มิถุนายน 2552     0 comment Last Update : 30 มิถุนายน 2552 9:40:21 น.     Counter : 3448 Pageviews.   Share Tweet

การแบ่งประเภทสีย้อม โดยทั่วไปแล้วสีย้อมจะต้องมีระบบพันธะพาย (pi-bond system) และหมู่แทนที่ที่แสดงความเป็นขั้ว (Polar substituent) ที่ทำให้ตัวสีสามารถจะละลายได้ซึ่งการละลายนี้จะทำให้สีย้อมสามารถที่จะแทรกซึมได้ เนื่องจากการละลายจะสามารถทำให้สีแยกตัวออกจากกัน ทำให้เข้าสู่โพรงของเส้นใยได้ ในทางอุดมคตินักย้อมสีต้องการสีที่มีขนาดโมเลกุลเล็กและสามารถละลายได้ดีในตัวกลางเพื่อความสะดวกและง่ายต่อการย้อม ในขณะที่ต้องการสีที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่และไม่ละลายในตัวกลางใดๆเมื่อเข้าไปอยู่ในเส้นใยแล้วเพื่อความคงทนที่สูง ซึ่งก็เป็นที่มาของการศึกษาวิชานี้ ในระบบของเคมีเชิงฟิสิกส์นั้นสามารถที่จะแบ่งชนิดของสีย้อมตามหมู่ช่วยละลายของสีย้อม (Solubilising group) และไม่แบ่งละเอียดดังเช่นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการย้อมด้านอื่นๆ สาเหตุที่แบ่งอย่างนี้เนื่องจากว่าระบบการศึกษาของเคมีเชิงฟิสิกส์นั้นจะพิจารณาค่าการละลายและความเป็นอยู่ของสีย้อมในตัวกลางและเส้นใยเท่านั้น ดังนั้นจึงสามารถที่จะแบ่งออกได้เป็น 1. สีที่มีหมู่ช่วยละลายถาวร (Permanent solubilising group) กลุ่มนี้นั้นจะมีหมู่ช่วยละลายที่เกาะอยู่บนโครงสร้างสีอย่างถาวร แม้ว่าจะมีการผ่านกระบวนการใดๆ หมู่ช่วยละลายก็ยังคงอยู่บนโครงสร้างสี หรือ แม้กระทั่งสีที่เกาะบนผ้าแล้วก็ตาม สามารถแบ่งได้เป็น - หมู่ที่แสดงประจุลบ (Anionic group) ได้แก่ หมู่ซัลโฟเนต (Sulphonate) หมู่คาร์บอกซิลเลต (Carboxylate) ฯลฯ ในกลุ่มนี้เมื่อละลายน้ำออกมามักจะแตกตัวออกมาให้เป็นอิออนลบของตัวสีในน้ำ กลุ่มนี้จะละลายตัวได้ดีในสภาวะเบส เนื่องจากค่า ของสารละลายนั้นจะมีค่าสูงกว่าค่า ทำให้สีกลุ่มนี้เกิดการแตกตัวได้ดียิ่งขึ้น หมู่ซัลโฟเนตนั้นจะให้ความเป็นกรดที่แก่กว่าหมู่คาร์บอกซิลเลต ดังนั้นค่า ของตัวสีที่มีหมู่ซัลโฟเนตนั้นก็สามารถที่จะแตกตัวได้ที่ ที่ต่ำกว่า ยังผลทำให้ความสามารถในการทนสภาวะกรดได้สูงกว่าด้วย ตัวอย่างของสีในกลุ่มนี้ ได้แก่ สีไดเร็กต์ สีแอซิด ฯลฯ - หมู่ที่แสดงประจุบวก (Cationic group) ได้แก่ หมู่เอมีนชนิดทุติยภูมิ (2°amine) หมู่เอมีนชนิดตติยภูมิ (3°amine) กลุ่มนี้เมื่อละลายน้ำจะเกิดการดึงโปรตอนจากโมเลกุลของน้ำเนื่องจากอิเล็กตรอนคู่อิสระของอะตอมของไนโตรเจนในหมู่เอมีน ทำให้สีกลุ่มนี้สามารถละลายได้ดีในสภาวะที่เป็นกรดเพราะว่ามีโปรตอนในระบบมาก ซึ่งหมู่อัลคิลที่เกาะอยู่กับอะตอมของไนโตรเจนยิ่งมากเท่าไร ก็จะทำให้อิเล็กตรอนคู่อิสระของไนโตรเจนมีความหนาแน่นยิ่งขึ้น ก็จะทำให้ความสามารถในการดึงโปรตอนจากน้ำได้ดียิ่งขึ้นทำให้ความเป็นเบสสูงขึ้นทำให้ตัวสีที่มีค่า ต่ำกว่าและสามารถที่จะทน ได้สูงขึ้น ตัวอย่างของสีกลุ่มนี้ ได้แก่ สีเบสิก เนื่องจากว่าค่า pH ของสารละลายจะมีผลต่อการแสดงประจุของสีนั้น ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการแตกตัวออกมา จะเห็นได้ว่าการละลายของสีใน 2 กลุ่มนี้จะเป็นกลไกการละลายด้วยการทำลายพันธะ ดังนั้นให้การความร้อนเข้าสู่ระบบก็จะทำให้สีนั้นสามารถละลายน้ำได้ดีขึ้น - หมู่ที่ไม่แสดงประจุ (Non-ionic group) ในกลุ่มนี้จะแตกต่างจาก 2 กลุ่มแรกซึ่งเป็นสีมีความว่องไวต่อค่า pH ของสารละลายมากกว่า ในขณะที่สีกลุ่มนี้จะว่องไวต่ออุณหภูมิของสารละลายมากกว่า เนื่องจากสีกลุ่มนี้ไม่มีหมู่ที่แสดงประจุใดๆ บนโครงสร้าง แต่จะมีหมู่ที่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ ได้แก่ หมู่ไฮดรอกซี (Hydroxy) หมู่เอมีนปฐมภูมิ (1°amine) หมู่ซัลโฟนาไมด์ (Sulphonamide) หมู่อีเธอร์ (Ether) และเมื่อให้พลังงานความร้อนเข้าไปก็จะทำให้พลังงานพันธะระหว่างสีย้อมและน้ำถูกทำลายลงไปด้วย ส่งผลทำให้ความสามารถในการละลายน้ำลดลงด้วย ในกลุ่มนี้ ได้แก่ สีดิสเพอร์ส ฯลฯ 2. สีที่มีหมู่ช่วยละลายชั่วคราว (Temporary solubilising group) กลุ่มนี้มักจะมีหมู่ฟังก์ชันอื่นๆ ที่สามารถทำปฏิกิริยาระหว่างย้อมสีแล้วกลายเป็นหมู่ที่ละลายน้ำ หรือ ไม่ก็เป็นหมู่ที่มีมากับตัวสีย้อมเองอยู่แล้ว แต่เมื่อนำมามาย้อมบนผ้าแล้ว หมู่เหล่านี้จะถูกทำให้กลายเป็นหมู่ที่ไม่ละลายน้ำเหมือนเดิม หรือ ไม่ก็ถูกเปลี่ยนรูปใหม่ให้ไม่สามารถละลายน้ำได้ ทำให้สีกลุ่มนี้จะมีความคงทนต่อการเปียกสูง สามารถแบ่งได้เป็น - หมู่ที่แสดงประจุลบ ได้แก่ หมู่ฟินอกไซด์ (Phenoxide) หมู่ซัลเฟต (Sulphate) กลุ่มนี้ก็เช่นเดียวกับหมู่ประจุลบที่ถาวรในแง่ของความสามารถละลายได้ในสภาวะเบสโดยเฉพาะอย่างยิ่งหมู่ฟินอกไซด์ที่สามารถละลายได้ในเบสแก่ เช่น สารละลายของโซเดียมไฮดรอกไซด์เท่านั้น ตัวอย่างของสีที่ใช้หมู่ฟินอกไซด์เป็นหมู่ช่วยละลายขณะย้อมได้แก่ สีวัต สีอะโซอิก ฯลฯ ในขณะที่หมู่ซัลเฟตนั้นมีความเป็นกรดที่สูงกว่าจึงสามารถละลายในสภาวะที่เป็นเบสอ่อนกว่าฟินอกไซด์ โดยที่สามารถละลายได้ในสภาวะที่เป็นกลางได้ สีในกลุ่มนี้ได้แก่ สีโซลูบิไลซ์วัต (Solubilised vat dyes) - หมู่ที่แสดงประจุบวก ได้แก่ หมู่โอเนียม (Onium group) กลุ่มนี้มีประจุบวกติดกับโครงสร้างสี เมื่อทำการออกซิเดชัน ตัวสีก็สามารถที่จะปล่อยหมู่ช่วยละลายออกมา แล้วตัวสีก็ตกตะกอนในเส้นใย สี Alcian ก็เป็นตัวอย่างของสีกลุ่มนี้ แต่ในปัจจุบันไม่มีการใช้งานแล้ว   Create Date : 30 มิถุนายน 2552     0 comment Last Update : 30 มิถุนายน 2552 9:39:08 น.     Counter : 3787 Pageviews.   Share Tweet

ทฤษฎีการย้อมสีเบื้องต้น การย้อมสีเป็นกระบวนการที่พิจารณาถึงสีย้อมและเส้นใยโดยอาศัยน้ำเป็นตัวกลางส่วนใหญ่ การแบ่งประเภทของสีย้อมและเส้นใยนั้นเป็นสิ่งที่ต้องทราบเพื่อที่จะทราบถึงระบบการย้อมสีที่เหมาะสมแก่การอ้างอิงทฤษฎี และเริ่มพิจารณาตั้งแต่กระบวนการเปียกได้ของวัสดุสิ่งทอเพื่อการเคลื่อนตัวของสีย้อมเข้าไป แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสีย้อม ตัวทำละลายและเส้นใย การจำแนกแบบจำลองการย้อมสีและกลไกการย้อมสีเพื่อจะทำให้เข้าใจขั้นตอนการเข้าไปของสีสู่วัสดุสิ่งทอได้ละเอียดขึ้น และเมื่อสีสามารถเข้าไปในเส้นใยแล้วจำเป็นต้องพิจารณาถึงความเป็นอยู่ของตัวสีในตัวกลางต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นในน้ำย้อมหรือเส้นใย และมีผลต่อสมบัติการย้อมสีในแง่ต่างๆ เพื่อความเข้าใจในระบบการย้อมสีได้ดียิ่งขึ้น   Create Date : 30 มิถุนายน 2552     0 comment Last Update : 30 มิถุนายน 2552 9:36:50 น.     Counter : 2387 Pageviews.   Share Tweet