Les colorants réactifs offrent des couleurs vives et des chromatogrammes complets. Ils sont reconnus pour leur simplicité d'application, leur faible coût et leur excellente solidité. Avec le développement récent des fibres cellulosiques, les colorants réactifs sont devenus la principale catégorie de colorants pour la teinture des textiles en fibres cellulosiques.

Le principal problème des colorants réactifs réside dans leur faible taux d'épuisement et de fixation. Dans le procédé de teinture traditionnel des fibres de cellulose, l'ajout d'une quantité importante de sel inorganique (chlorure de sodium ou sulfate de sodium) est nécessaire pour améliorer l'absorption et la fixation de ces colorants. Selon la structure et la couleur du colorant, la quantité de sel utilisée est généralement de 30 à 150 g/L. Malgré les progrès considérables réalisés dans le traitement des composés organiques présents dans les eaux usées d'impression et de teinture, l'ajout d'une quantité importante de sels inorganiques lors du processus de teinture ne peut être traité par de simples méthodes physico-chimiques.

Recherche sur la technologie des colorants réactifs et des colorants sans sel

D'un point de vue écologique, le rejet d'eaux usées d'impression et de teinture à forte salinité modifie directement la qualité de l'eau des rivières et des lacs et détruit l'environnement écologique.
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La forte perméabilité au sel entraîne la salinisation des sols riverains des cours d'eau et des lacs, réduisant ainsi les rendements agricoles. En résumé, l'utilisation massive de sels inorganiques, non biodégradables et non recyclables, a un impact négatif considérable sur la qualité de l'eau et des sols. C'est pourquoi cet article passe en revue les progrès récents de la recherche sur les techniques de teinture sans sel et examine de manière systématique les modifications structurales des colorants réactifs à faible teneur en sel, les techniques de greffage et de réticulation.

Colorants réactifs pour la teinture sans sel

Les colorants réactifs se distinguent par leur petite structure moléculaire, leur bonne hydrophilie et la facilité d'élimination des colorants flottants après fixation. Il s'agit d'une innovation majeure dans la conception des molécules de colorants. Cependant, cette structure entraîne également un faible taux d'épuisement et de fixation du colorant, et nécessite l'ajout d'une grande quantité de sel lors de la teinture. Ceci génère d'importantes quantités d'eaux usées salées et de colorants, augmentant ainsi le coût du traitement des eaux usées et contribuant à une grave pollution environnementale. Certaines entreprises de colorants se sont donc tournées vers la sélection et l'amélioration des précurseurs de colorants et des groupes réactifs, afin de développer des colorants réactifs adaptés à la teinture à faible concentration de sel. Le CibacronLs, lancé par Ciba, est un exemple de colorant à faible concentration de sel qui combine différents groupes actifs. Ce colorant se caractérise par une quantité de sel utilisée quatre à deux fois inférieure à celle des colorants réactifs classiques. Il est insensible aux variations de la composition du bain et offre une excellente reproductibilité. Ce type de colorants est principalement utilisé pour la teinture par immersion et peut être associé à des colorants dispersés pour une teinture rapide en un seul bain des mélanges polyester/coton.

La société japonaise Sumitomo Corporation a proposé un ensemble de procédés de teinture adaptés aux colorants de la gamme Sumifux Supra. Il s'agit du procédé de teinture LETfS. Ce procédé utilise une quantité de sel inorganique réduite de moitié, voire des deux tiers, par rapport au procédé traditionnel, et permet un rapport de bain de 1:10. Sumitomo Corporation a également lancé une gamme de colorants réactifs compatibles avec ce procédé. Ces colorants hétérobi-réactifs sont composés de monochlorotriazine et de sulfate de β-éthylsulfone. La quantité de colorant résiduel dans les eaux usées de teinture de cette gamme est seulement 25 à 30 % inférieure à celle des eaux usées de teinture réactive classiques. Ce procédé est recommandé pour la teinture des fibres Tencel. Il offre d'excellentes performances en termes de fixation, de facilité de lavage et de solidité des couleurs sur les produits teints.

La société DyStar a lancé la gamme de colorants RemazolEF, adaptée à la teinture sans sel. Le groupe actif est principalement le sulfate de β-hydroxyéthylsulfone, et ce procédé de teinture sans sel respectueux de l'environnement. La quantité de sel inorganique utilisée est réduite d'un tiers par rapport au procédé conventionnel. Le temps de teinture est raccourci. De plus, le système couvre une large gamme de chromatogrammes. Différentes couleurs primaires peuvent être combinées pour obtenir des teintes vives. La société Clariant a lancé la gamme de colorants réactifs DrimareneHF, déclinée en quatre variétés principales : DrimareneBlueHF-RL, DrimareneHF-2RL, NavyHF-G et RedHF-G. Utilisés pour la teinture par épuisement et la teinture continue des fibres cellulosiques, ces colorants offrent une excellente performance et une bonne solidité. Le taux de fixation est élevé, avec de faibles concentrations de sel et de bain. La fixation est neutre et la teinture est facile à laver.

Certains colorants réactifs récemment mis au point permettent d'accroître la directivité des colorants en augmentant le volume des molécules de colorant et en réduisant la quantité de sels inorganiques. Par exemple, l'introduction de groupements urée peut améliorer la directivité des groupes actifs et réduire la quantité de sels inorganiques, tout en améliorant le taux de fixation. Il existe également des précurseurs de colorants polyazoïques (tels que les colorants trisazoïques et tétraazoïques) qui augmentent la directivité du colorant et permettent une teinture sans sel. L'encombrement stérique important de certains colorants dans leur structure peut également modifier significativement la réactivité des groupes réactifs et la quantité de sel utilisée lors de la teinture. Cet encombrement stérique résulte généralement de l'introduction de substituants alkyles à différentes positions sur la matrice du colorant. Leurs principales caractéristiques structurales sont résumées ci-après par les chercheurs :

Le groupe actif un SO: CH2CH: oS03Na peut être en position méta ou para du cycle benzénique ;

R3 peut se trouver en position ortho, inter ou para du cycle benzénique. La formule structurale est celle des colorants réactifs vinylsulfones.

Différents substituants ou différentes positions de substitution sur les colorants peuvent permettre d'obtenir la même valeur de teinture dans les mêmes conditions de teinture, mais leurs quantités de sel de teinture sont très différentes.

Les colorants réactifs à faible teneur en sel d'excellente qualité doivent présenter les caractéristiques suivantes : 1) réduction significative de la quantité de sel utilisée pour la teinture ; 2) teinture dans un bain à faible concentration de sel et stabilité du bain ; 3) bonne lavabilité et réduction du temps de post-traitement ; 4) excellente reproductibilité. Concernant l'amélioration des colorants, outre l'optimisation de la structure de la matrice et la combinaison judicieuse des groupes actifs mentionnées ci-dessus, certains chercheurs ont synthétisé des colorants réactifs cationiques, qui peuvent être utilisés sans ajout de sel. Par exemple, les colorants réactifs cationiques ont la structure suivante :

La formule ci-dessus montre que le colorant est lié au groupe actif de la monochlorotriazine. Un groupe ammonium quaternaire de pyridine est également fixé au cycle s-triazine. Le colorant est chargé positivement et le groupe ammonium quaternaire est soluble dans l'eau. En l'absence de répulsion électrostatique entre les molécules de colorant et la fibre, et grâce à l'attraction des charges positives et négatives, le colorant s'approche facilement de la surface de la fibre et s'y adsorbe. La présence d'électrolytes dans la solution de teinture non seulement inhibe la fixation du colorant, mais affaiblit également l'attraction entre le colorant et la fibre. Par conséquent, ce type de teinture peut être réalisé sans ajout d'électrolytes, pour une teinture sans sel. Le procédé de teinture est similaire à celui des colorants réactifs classiques. Dans le cas des colorants réactifs à base de monochlorotriazine, du carbonate de sodium est ajouté comme fixateur. La température de fixation est d'environ 85 °C. Le taux d'absorption du colorant peut atteindre 90 à 94 %, et le taux de fixation 80 à 90 %. Il présente une bonne résistance à la lumière et au lavage. Des colorants réactifs cationiques similaires utilisant la monofluoro-s-triazine comme groupe actif ont également été décrits. L'activité de la monofluoro-s-triazine est supérieure à celle de la monochloro-s-triazine.

Ces colorants peuvent également être utilisés dans des mélanges coton/acrylique, et d'autres propriétés (telles que l'égalisation et la compatibilité, etc.) nécessitent des études complémentaires. Ce procédé offre néanmoins une nouvelle méthode de teinture sans sel pour les fibres cellulosiques.