Pencelupan Zat Warna Bejana dan Belerang Pertemuan ke-8 Kuliah Teknologi Pencelupan 1
Pencelupan Zat Warna Bejana • Pigmen tak larut dalam air (secara umum berbasis ANTRAKUINON dan INDIGO) • Tahan luntur sangat baik • Tiga tahap utama dalam pencelupannya: 1) Reduksi pigmen yang tak larut menjadi leuco yang larut (vatting/pembejanaan) 2) Absorpsi senyawa leuco (pencelupan) 3) Oksidasi senyawa leuco yang sudah terserap bahan (membentuk kembali pigmen zw bejana)
Chemical Constitution
Zat warna bejana kuinon • Fine powder, grains, pasta, dispersi (e.g. sodium lignosulfonat) • Partikel semakin kecil, reduksi semakin mudah • Bentuk padatan: dispersing agent semakin banyak • Ukuran partikel metoda pigmentasi atau pembejanaan pigmen konvensional
Reduksi pigmen zw bejana dengan senyawa hidro- (dihidrat sodium ditionit atau hidrosulfit) • Harus dengan reduktor kuat • Dalam kondisi alkali kuat, karena: * reduksi kuinon (QO2) menjadi leuko (QO22-) , dan oksidasi hidro dengan oksigen, membutuhkan alkali (LIHAT skema) * Menghindari terbentuknya endapan vat acid (asam zw bejana) yang tidak larut * hidro- tidak stabil pada kondisi asam dan netral, serta suhu tinggi (dekomposisi eksoterm – cool, dry storage) • Hidro alkalis stabil selama tidak ada oksigen di sekitar • Reduktor yang lebih stabil: sodium sulfoksilat formaldehid (HOCH2SO2Na), tiourea dioksida dan turunan glukosa (environmentally friendly reductor)
Traditional vatting (pembejanaan tradisional) • Suhu lebih tinggi dari suhu pencelupan (untuk menghindari dekomposisi reduktor DAN menghindari resiko over-reduksi pada senyawa polikuinon seperti indantron ---- menyebabkan yield dan shade warna jelek ----- REDUCTOR INHIBITOR (seperti sodium nitrit atau glukosa) • Pigmen bejana polisklik memiliki warna leuco yang intesif dan sering berbeda, contoh flavantron (pigmen yellow, leuko biru tua) ---untuk mendeteksi kelebihan reduktor (hidro)
Berbagai kondisi pembejanaan zw bejana kuinon: • NaOH pekat, suhu tinggi (60 oC) • NaOH dan suhu sedang (50 oC) • NaOH encer dan suhu rendah (30-40 oC)
Substantivitas dan karakteristik proses pencelupannya • Basic steps: pembejanaan, pencelupan, oksidasi, pencucian dengan sabun. • Klasifikasi berdasarkan The German Interessen Gemeinschaft Fur Farbenindustrie (IG) untuk zw indantren: - IN (indanthrene normal) – NaOH pekat, pembejanaan dan pencelupan suhu tinggi (60oC), tidak perlu garam (substantif/afinitas tinggi) - IW (indanthrene warm) – konsentrasi NaOH sedang dan suhu pembejanaan dan pencelupan lebih rendah (50 oC), perlu sedikit garam untuk membantu penyerapan. - IK – konsentrasi NaOH rendah, pembejanaan suhu rendah (40 oC), pencelupan suhu rendah (20 oC), substantifitas rendah (banyak garam).
Substantivitas leuko zat warna bejana • Ikatan H pada gugus hidroksil selulosa dengan gugus ion fenolat, atau substituen amino, atau amida pada leuko zat warna • Bergantung pada posisi aktual gugus fenolat dalam struktur leuko • Luas permukaan molekul leuko (yg cenderung lbh besar) semakin besar, substantifitas semakin besar --- interaksi Van der Waals
Pencelupan katun dengan leuko zw bejana • Leuko yang sangat substantif biasanya digunakan untuk pencelupan warna tua • LR 1:10 – 1:20
Tugas DUA:
Bandingkan substantifitas, migrasi, levelling, efek temperatur pencelupan antara leuko zw bejana dan zw direk!
Masalah pada zw bejana antrakuinon (secara kimia) • Multipel reduksi pada senyawa polikuinon • Pembentukan isomer senyawa leuko (menjadi oxantron) • Hidrolisa gugus amida • Over-oksidasi setelah pencelupan • Dehalogenasi beberapa jenis zat warna Contoh kasus: CI Vat Blue 4
Indanthron (CI Vat Blue 4) Brownish yellow solution (both C=O’s are reduced Lower substantivity Difficult to oxidize Duller blue dyeing lower colour yield
Normal blue leuco compound
Oxanthron (7) Tautomer of the lueco Via the vat acid (if lack of NaOH) Difficult to oxidize Lower colour yield Much greener azin derivatives (8) Due to a milder oxidation of indanthron with hypochlorit -rather poor chlorine fastness of indanthrone -Reversible --- treatment with dilute alkaline hydros - followed by air oxidation --- regenerate blue indanthron
Aftertreatment of dyeing • Pencucian (menghilangkan zw yangtidak terfiksasi ke dalam bahan) --- untuk warna tua, mungkin perlu ditambahkan pencucian reduktif dengan dilute alkaline hydros. • Oksidasi untuk mengembalikan pada bentuk pigmen zw bejana dengan H2O2 dan asam asetat • Pencucian sabun pada suhu mendekati titik didih • Netralisasi dengan asam asetat • Pembilasan akhir
Oksidasi - Oksidator memiliki nilai potensial redoks lebih positif dari zat yang dioksidasi - ZW bejana kuinon secara umum SULIT DIREDUKSI dan MUDAH DIOKSIDASI (sebaliknya terjadi pada zat warna belerang) - Typical potensial redoks zw bejana: - 0.8 V - Typical oksidator utk zw bejana utk mengoksidasi sempurna zw bejana kuinon : lebih positif dari -0.5 V - Oksidasi dengan udara: lebih lama (sekitar 30-40 menit) dan menurunkan warna (off-shade), sehingga oksidasi kimia lebih dipilih (lebih cepat dan lebih seragam) - Sodium dikromat, hidrogen peroksida, dan sodium perborat atau perkarbonat, dapat digunakan untuk oksidasi hingga suhu 40 oC. - Sebaiknya oksidasi dikerjakan pada pH alkali, untuk menghindari terbentuknya asam leuko.
Proses semi kontinyu Padding pigmen zw, dilanjutkan dengan proses pembejanaan di dalam bak celup (misal, jigger) Kemungkinan masalah: pigmen zat warna keluar di dalam larutan pembejanaan Solusi: -menambahkan leuko zw ke dalam bak celup sebelum proses pembejanaan - dilakukan proses intremediate drying pada bahan yang sudah di-pad pigmen zw bejananya, untuk mengurangi keluarnya kembali pigmen zw di dalam larutan.
Proses kontinyu (pad-steam) •
• • • • •
Merupakan proses yang penting, mencakup 5 tahap: - padding dispersi pigmen zw bejana (juga mengnadung zat pembasah dan anti migrasi) - pengeringan dan pendinginan - padding reduktor dan alkali - steaming (air-free, uap jenuh30-60 detik pada suhu sekitar 102-105 oC - pencucian, oksidasi, pencucian dengan sabun Bentuk likuid zw lebih baik karena dapat mengurangi resiko migrasi saat pengeringan Pengeringan sebelum reduksi (pre-drying dan drying – harus homogen) untuk meningkatkan penyerapan reduktor Anti migrasi (mis. Sodium alginat): flokulasi dan agregasi zw, shg sukar bermigrasi, beberapa juga dapat menigkatkan viskositas pigmen zw. Hindari kondensasi pada permukaan kain, mencegah spotting WET-ON-WET processing, untuk bahan seperti corduroy, pick-up sekitar 70% hingga 120-150%
Fastness properties • High degree of overall colour fasteness • Excellent fastness to washing, chlorine bleaching, alkali boiling, and light • The only dyes for cellulosic materials that do not give shade changes on application of topical reactive finishes, such as flame retardant • Minor problem: photochemical catalytic fading or cotton tendering by a small group of vat dyes, mainly yellow and orange vat dyes (that are photosentise, as in drappery fabrics)
PENCELUPAN DENGAN ZAT WARNA BEJANA INDIGO DAN INDIGOID • Ketahanan luntur lebih rendah dari zw bejana antrakuinon • Dimanfaatkan untuk pemudaran warna pada pencelupan warna denim dgn indigo • Efek pemudaran diperkuat dengan proses basah seperti stone wash • Pada umumnya tercelup di permukaan serat (juga salah satu alasan rendahnya ketahanan lunturnya) ---- low substantivity (small molecular size) • 15 min, 20-25 oC, squeezed before air oxidation • For deep shades: repeated dipping – too concentrated: poor rubbing fastness • Salt to aid exhaustion, and soaped well.
Indigoid • Derivat indigo, seperti yang terklorinasi dan terbrominasi, sertaa tioindigo (gugus N diganti dengan S, semuanya atau sebagian)
• Dibanding zw bejana antrakuinon: senyawa leuko indigoid berwana kuning hingga coklat lebih muda, proses pembejanaan (reduksi) lebih lambat, kebutuhan alkali lebih sedikit.
ZAT WARNA BELERANG
SIFAT KIMIA • Tergolong zat warna bejana karena dalam pencelupannya memerlukan pembejanaan untuk mencelup kapas. • Reduktor: natrium sulfida • Zat warna belerang hampir selalu mengandung unsur belerang yang terikat lemah dan terbebaskan sebagai hidrogen sulfida jika dikerjakan dengan larutan pereduksi stano klorida dalam suasana asam
STRUKTUR ZW BELERANG DAN REAKSI PEREDUKSIANNYA
JENIS ZW BELERANG • Jenis: belerang, belerang leuko, belerang larut, dan condensed sulphur dyes, zw bejanabelerang (intermediate antara zw belerang dan zw bejana kuinon) • Dari bentuknya: bubuk, pasta, dan larutan tereduksi (belerang larut yang mengandung natrium sulfida lebih tahan oksidasi daripada bejana larut antrakuinon).
ZW BELERANG LARUT
KARAKTERISTIK ZW BELERANG DAN BELERANG LARUT PADA KAPAS • Warnanya suram tapi murah • Digunakan untuk mencelup warna-warna sedang hingga tua pada kapas. • Zat warna pilihan untuk warna-warna hitam, coklat tua, biru dan hijau olive dengan ketahanan cuci, ketahanan cahaya, dan harga terjangkau. • Banyak digunakan untuk mencelup denim dengan warna olive, coklat, maroon.
KARAKTERISTIK ZW BELERANG DAN BELERANG LARUT PADA KAPAS • Ketahanan cuci bisa diperbaiki dengan resin • Ketahanan cahayanya bervariasi sedang s/d baik untuk warna-warna tua. • Salah satu sifat utama zw belerang adalah ketahanan lunturnya terhadap klor hasil pencelupan tidak boleh dicuci dengan hipoklorit. • Kapas celupan zw belerang akan mengalami kerusakan secara bertahap selama penyimpanan dalam suasana hangat dan lembab karena pembentukan asam sulfat akibat oksidasi zw belerang di dalam serat.
PEMBEJANAAN ZW BELERANG
Environmental concerns • Kandungan sulfur dan ion sulfida dapat melepaskan hidrogen sulfida (H2S) pada proses pengasaman.
