反応染料は鮮やかな色と完全なクロマトグラムを有し、使用が簡単でコストが低く、堅牢度に優れていることで知られています。特に近年のセルロース繊維の発展に伴い、反応染料はセルロース繊維の染色において最も重要な染料となっています。

しかし、反応染料の最も顕著な問題は、吸尽率と定着率の低さです。セルロース繊維の従来の染色工程では、反応染料の染料吸収率と定着率を向上させるために、大量の無機塩（塩化ナトリウムまたは硫酸ナトリウム）を添加する必要があります。染料の構造と色に応じて、一般的に30～150g/Lの塩が使用されています。捺染・染色廃水における有機化合物の処理は大きく進歩しましたが、染色工程における大量の無機塩の添加は、単純な物理的・生化学的手法では処理できません。

反応染料および無塩染料の技術研究

生態学的観点から見ると、塩分濃度の高い印刷・染色廃水の排出は、河川や湖沼の水質を直接変化させ、生態環境を破壊します。
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塩分の高い浸透性は、河川や湖沼周辺の土壌の塩化を引き起こし、農作物の収穫量を減少させます。つまり、大量の無機塩の使用は分解・リサイクルが不可能であり、同時に水質と土壌に重大な悪影響を及ぼします。これを踏まえ、本稿では、無塩染色技術の最近の研究進展を概観し、低塩反応性染料の構造変化、グラフト化技術、架橋技術について体系的に考察します。

無塩染色用反応染料

反応染料の優れた特徴は、分子構造が小さく、親水性が良く、定着後に浮いた色を簡単に洗い流せることです。これは染料分子の設計における重要な革新です。しかし、これにより染料の消耗率と定着率も低くなり、染色中に大量の塩を添加する必要がありました。大量の塩分を含んだ廃水と染料の損失につながり、廃水処理コストが増加しました。環境汚染は深刻です。一部の染料会社は、染料前駆体と反応基のスクリーニングと改良に注目し始め、低塩染色用の反応染料を開発しました。チバが発売したCibacronLsは、異なる活性基を組み合わせて使用​​する低塩染色染料です。この染料の特徴は、染色に使用する塩の量が一般的な反応染料の1/4～1/2であることです。浴比の変化に鈍感で、再現性も良好です。このタイプの染料は主に浸染用で、分散染料と一緒に使用してポリエステル/綿混紡の高速一浴染色に使用できます。

日本の住友商事は、Sumifux Supraシリーズの染料に適した一連の染色方法を提案しました。これはLETfS染色法と呼ばれ、この方法で使用される無機塩の量は従来のプロセスの1/2から1/3に過ぎず、浴比は1：10に達することができます。そして、このプロセスに適合する一連の反応性染料を発売しました。このシリーズの染料は、モノクロロトリアジンとB-エチルスルホン硫酸塩からなるヘテロ二反応性染料です。このシリーズの染料の染色廃水中の残留染料量は、一般的な反応染色廃水中の染料含有量のわずか25％～30％です。テンセル繊維の染色に推奨されます。染色製品の定着率、洗濯のしやすさ、および各種堅牢度の点で優れた応用性能を示します。

DyStar社は、無塩染色に適したRemazolEFシリーズ染料を発売しました。活性基は主にB-ヒドロキシエチルスルホン硫酸塩であり、環境に優しい無塩染色プロセスを導入しました。無機塩の使用量は通常プロセスの1/3です。染色プロセスが短縮され、さらに、システムは広いクロマトグラム範囲をカバーします。さまざまな三原色を組み合わせて鮮やかな色を得ることができます。 Clariant（クラリアント）社は、DrimareneHFシリーズの反応性染料を発売しました。主に4種類：DrimareneBlueHF-RL、戡ownHF-2RL、NavyHF-G、RedHF-Gは、セルロース繊維の吸尽染色と連続染色に使用され、適用性能と堅牢度が良好です。定着率は非常に高く、低塩および低浴比です。中性定着、良好な洗濯性。

新しく開発された反応染料の中には、染料分子の体積を増やし、無機塩の量を減らすことで、染料の直接性を高めることができるものがあります。例えば、尿素基の導入は、活性基の直接性を高め、無機塩の量を減らすことができます。定着率を向上させます。また、染料の直接性を高め、無塩染色の目的を達成するためのポリアゾ染料前駆体（トリスアゾ、テトラアゾなど）もあります。一部の染料の構造における高い立体障害効果は、反応染料の反応基の反応性と染色に使用される塩の量を大幅に変化させる可能性もあります。これらの立体障害効果は、一般的に染料マトリックス上の異なる位置にアルキル置換基を導入することです。その基本的な構造的特徴は、学者によって次のように要約されています。

活性基 1 SO:CH2CH:oSO3Na はベンゼン環のメタ位またはパラ位に存在することができます。

R3はベンゼン環のオルト位、インター位、またはパラ位に位置し得る。構造式はビニルスルホン反応性染料である。

染料上の異なる置換基または異なる置換位置は、同じ染色条件下で同じ染色値を達成できますが、染色塩の量はまったく異なります。

優れた低塩反応染料は、以下の特性を備えている必要があります。1) 染色に使用する塩の量が大幅に削減されます。2) 低浴比染色浴で染色でき、染色浴が安定します。3) 優れた洗浄性。後処理時間を短縮します。4) 優れた再現性。染料の改良に関しては、前述の染料マトリックス構造の改良と活性基の適切な組み合わせに加えて、塩を添加せずに染色できる、いわゆるカチオン反応染料を合成した人もいます。例えば、以下の構造のカチオン反応染料があります。

上記の式から、色素体はモノクロロトリアジンの活性基に結合していることがわかります。s-トリアジン環にはピリジン第四級アンモニウム基も結合しています。染料は正に帯電しており、第四級アンモニウム基は水溶性基です。染料分子と繊維の間には電荷反発がないだけでなく、正負の電荷の引力もあるため、染料は繊維表面に近づき、染色された繊維に吸着しやすいです。染色溶液中に電解質が存在すると、染色促進効果が得られないだけでなく、染料と繊維の間の引力が弱まるため、このタイプの染料染色は電解質を添加しなくても無塩染色できます。染色プロセスは通常の反応染料と同様です。モノクロロトリアジン反応染料の場合、炭酸ナトリウムは依然として定着剤として添加されます。定着温度は約85℃です。染料吸収率は90～94%、定着率は80～90%に達します。優れた耐光性と洗濯堅牢度を有します。同様のカチオン反応性染料として、活性基としてモノフルオロ-s-トリアジンを用いたものも報告されています。モノフルオロ-s-トリアジンの活性は、モノクロロ-s-トリアジンよりも高いです。

これらの染料は綿とアクリルの混紡にも染色可能であり、染料のその他の特性（均染性や相溶性など）については更なる研究が必要です。しかし、セルロース繊維を無塩染色するための新たな方法を提供することになります。