Schwefelfarbstoffe

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Schwefelfarbstoffesind volumenmäßig die am häufigsten verwendeten Farbstoffe für Baumwolle. Sie sind preiswert, haben im Allgemeinen eine gute Wasch-echtheit und lassen sich leicht auftragen. Schwefelfarbstoffe sind überwiegend schwarz, braun und dunkelblau.[1] Rote Schwefelfarbstoffe sind unbekannt, obwohl eine rosa oder hellere Scharlachfarbe erhältlich ist.

Organische Chemie

Schwefelbindungen sind der integrale Bestandteil des Chromophors in Schwefelfarbstoffen. Es handelt sich um Organoschwefelverbindungen bestehend aus Sulfid (–S–), Disulfid (–S–S–) und Polysulfid (–S)._n–) Verknüpfungen in heterocyclischen Ringen. Sie bestehen aus Thiazol-, Thiazon-, Thianthren- und Phenothiazonthioanthron-Untereinheiten. Da Schwefelfarbstoffe nichtionisch sind, sind sie in Wasser unlöslich.

Verfahren

Das Färben umfasst einige Schritte, nämlich. Reduktion, Färben, Waschen, Oxidation, Seifen und Endwäsche. Das Anion entsteht beim Reduzieren und Lösen beim Sieden, wenn es Affinität zu Cellulose zeigt. Natriumsulfid (Na₂S), das Reduktions- und Solubilisierungsmittel, führt sowohl eine Reduktion als auch eine Solubilisierung durch und erzeugt dabei Thiole und anschließend Natriumsalze von Thiolen oder Thiolaten, die in Wasser löslich und gegenüber Cellulose substantiv sind. Eine höhere Erschöpfungsrate tritt bei 90–95 Grad in Gegenwart von Elektrolyt auf. Gefärbte Zellulosestoffe zeigen bei Lagerung in feuchter Atmosphäre aufgrund des Vorhandenseins von überschüssigem freien Schwefel eine zartmachende Wirkung. Um dies zu unterdrücken, ist eine Nachbehandlung mit Natriumacetat erforderlich. H₂Beim Färben freigesetztes S bildet ätzendes Metallsulfid. Dies schränkt die Verwendung von Metallgefäßen mit Ausnahme derjenigen aus Edelstahl ein:

Fe + H₂S → FeS + H₂

Produktion, Vergangenheit und Gegenwart

Der Vorläufer der Schwefelfarbstoffe soll „Cachou de Laval“ gewesen sein, der 1873 von Groissant und Bretonniere entdeckt wurde und durch die Behandlung von Produkten mit Lignin (wie Sägemehl oder Stroh) mit Sulfidquellen (wie Natriumhydroxid oder mit Schwefel gemischtes Sulfid) hergestellt wird. Anschließend erfand Henri-Raymond Vidal 1893 sogenannte Vidal Blacks durch Reaktionen verschiedener Anilinderivate mit Schwefel. Diese Experimente zeigten, dass tief gefärbte Materialien durch die Kombination aromatischer Verbindungen und Schwefelquellen leicht hergestellt werden können.

Das wichtigste Mitglied dieser Klasse ist Sulphur Black 1. Es entsteht durch die Reaktion von 2,4-Dinitrophenol und Natriumsulfid in heißem Wasser. Wie bei vielen Schwefelfarbstoffen sind die Einzelheiten der chemischen Reaktionen kaum bekannt. Es wird angenommen, dass das Sulfid die Nitrogruppen zu Anilinderivaten reduziert, von denen angenommen wird, dass sie indophenolhaltige Zwischenprodukte bilden, die durch Reaktion mit Schwefel weiter vernetzt werden. Das Ergebnis sind unlösliche, hochmolekulare Spezies. Sulphur Black 1 ist nur unvollständig verstanden und das Material ist wahrscheinlich heterogen. Es wird vermutet, dass es sich um ein Polymer handelt, das aus Thianthren- und Phenothiazin-Untereinheiten besteht. Die sogenannten Schwefel-Einbrennfarben werden aus 1,4-Diaminobenzol- und Diaminotoluol-Derivaten hergestellt. Es wird angenommen, dass diese Farbstoffe aus Polymeren mit Benzothiazol-Untereinheiten bestehen. Mitglieder der Klasse der Schwefel-Einbrennfarben sind Sulphur Orange 1, Sulphur Brown 21 und Sulphur Green 12.

Bewerbungsmethode

Schwefelfarbstoffe sind wasser-unlöslich. In Gegenwart eines Reduktionsmittels und bei alkalischem pH-Wert bei erhöhter Temperatur von etwa 80 Grad zerfallen die Farbstoffpartikel, die dann wasserlöslich werden und somit vom Stoff absorbiert werden können. Als Reduktionsmittel eignen sich Natriumsulfid oder Natriumhydrogensulfid. Kochsalz erleichtert die Aufnahme. Nachdem der Stoff aus der Farbstofflösung entfernt wurde, lässt man ihn an der Luft stehen, woraufhin der Farbstoff durch Oxidation regeneriert wird. Der regenerierte Ausgangsfarbstoff ist in Wasser unlöslich. Die Oxidation kann auch an der Luft oder durch Wasserstoffperoxid oder Natriumbromat in einer leicht sauren Lösung erfolgen.

Die geringe Wasserlöslichkeit ist die Grundlage für die gute Waschechtheit dieser gefärbten Stoffe. Diese Farbstoffe haben rundum eine gute Farbechtheit, außer gegenüber Chlorbleichmitteln. Da der Farbstoff wasserunlöslich ist, verläuft er beim Waschen in Wasser nicht und hinterlässt keine Flecken auf anderen Kleidungsstücken. Der Farbstoff kann jedoch eine schlechte Reibechtheit aufweisen. Die Farbstoffe werden durch Hypochloritbleiche gebleicht.

Umweltprobleme

Aufgrund der sehr umweltschädlichen Natur der Färbebadabwässer werden Schwefelfarbstoffe im Westen langsam aus dem Verkehr gezogen, in China werden sie jedoch in großem Umfang verwendet.[3] Jüngste Fortschritte in der Färbetechnologie haben den Ersatz giftiger Sulfid-Reduktionsmittel ermöglicht. Jetzt wird Glukose in basischer Lösung verwendet und es sind sowohl Produkte mit niedrigem -Sulfidgehalt als auch ohne -Sulfid verfügbar. Zukünftige Entwicklungen auf dem Gebiet der Farbstoffreduzierung mittels elektrochemischer Prozesse sind vielversprechend.