สีย้อมซัลเฟอร์ — สีย้อมราคาประหยัดที่ใช้งานได้หลากหลายสำหรับสีเข้ม

เคมีและกลไกการละลาย
สีย้อมซัลเฟอร์เป็นกลุ่มของสีที่ไม่ละลายน้ำ ซึ่งมีวงแหวนอะโรมาติกเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์ภายในโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ แตกต่างจากสีย้อมประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ สีย้อมซัลเฟอร์ไม่มีสูตรโมเลกุลที่แน่นอนและสม่ำเสมอ แต่เป็นสารผสมที่ซับซ้อนซึ่งผลิตโดยการให้ความร้อนแก่สารอะโรมาติกเอมีน ฟีนอล หรืออะมิโนฟีนอลต่างๆ กับซัลเฟอร์หรือโซเดียมโพลีซัลไฟด์ที่อุณหภูมิสูง กระบวนการนี้เรียกว่าการซัลฟูไรเซชันหรือการอบ ซึ่งจะสร้างโครโมฟอร์แบบโอลิโกเมอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะซัลไฟด์และไดซัลไฟด์ สีย้อมดิบที่ได้เป็นเม็ดสีแข็งที่ไม่ละลายน้ำ ในการนำไปใช้กับเส้นใยเซลลูโลส จะต้องผ่านขั้นตอนการรีดิวซ์ก่อนคล้ายกับสีย้อมแบบแวต: พันธะไดซัลไฟด์ในโมเลกุลของสีย้อมจะถูกแยกออกโดยสารรีดิวซ์ที่แรง โดยทั่วไปคือโซเดียมซัลไฟด์ เปลี่ยนเป็นหมู่ไทออล (-SH) จากนั้นหมู่ไทออลเหล่านี้จะแตกตัวเป็นไอออนในสารละลายด่างที่มีฤทธิ์ลดออกซิเจน กลายเป็นไอออนไทโอเลตที่ละลายน้ำได้ ซึ่งรู้จักกันในชื่อรูปแบบลิวโค สารประกอบลิวโคมีความชอบสูงต่อฝ้ายและสามารถแทรกซึมและแพร่กระจายเข้าไปในเส้นใยได้อย่างง่ายดาย หลังจากย้อมสีแล้ว การออกซิเดชัน—ไม่ว่าจะโดยอากาศหรือโดยสารออกซิไดซ์ เช่น โซเดียมไดโครเมตหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์—จะสร้างสีย้อมที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่และไม่ละลายน้ำขึ้นใหม่ภายในเส้นใย พร้อมทั้งสร้างพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างโมเลกุลของสีย้อมขึ้นใหม่ การออกซิเดชันซ้ำนี้จะล็อกสีย้อมไว้ภายในเมทริกซ์เซลลูโลสอย่างแน่นหนา

คุณสมบัติหลักและข้อมูลการใช้งาน
ลักษณะเด่นที่สุดของสีย้อมซัลเฟอร์คือความคุ้มค่าอย่างยิ่งในการผลิตสีเข้มและเฉดสีเข้ม เช่น สีดำ สีน้ำเงินเข้ม สีน้ำตาล และสีเขียวมะกอก ซัลเฟอร์แบล็ก 1 ยังคงเป็นหนึ่งในสีย้อมที่มีการบริโภคมากที่สุดทั่วโลกในแง่ปริมาณ เนื่องจากให้สีดำเข้มที่ยอมรับได้บนผ้าฝ้ายในราคาที่ต่ำกว่าสีย้อมรีแอคทีฟหรือสีย้อมแวทมาก ในแง่ของความคงทน สีย้อมซัลเฟอร์โดยทั่วไปมีความคงทนต่อการเปียกที่ดีถึงดีมาก ความคงทนต่อแสงปานกลาง และความคงทนต่อการซักที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตาม ความคงทนต่อการถูเปียกอาจเป็นปัจจัยจำกัดได้ในบางครั้ง จุดอ่อนที่สำคัญของสิ่งทอที่ย้อมด้วยซัลเฟอร์คือความอ่อนตัวหรือความเสื่อมสภาพจากกรด: ในระหว่างการเก็บรักษาในสภาพชื้นหรือเป็นกรด ซัลเฟอร์ที่เหลืออยู่หรือผลพลอยได้จากโพลีซัลไฟด์สามารถออกซิไดซ์อย่างช้าๆ เพื่อสร้างกรดซัลฟิวริก ซึ่งจะไฮโดรไลซ์เส้นใยเซลลูโลสและทำให้ความแข็งแรงของผ้าลดลงอย่างมาก การบำบัดหลังการย้อมสมัยใหม่ด้วยสารบัฟเฟอร์หรือการล้างด้วยด่างช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้มาก การย้อมด้วยกำมะถันนั้นจำกัดอยู่เฉพาะเส้นใยเซลลูโลส โดยเฉพาะอย่างยิ่งฝ้ายและวิสโคส กระบวนการย้อมนั้นประหยัดมาก: ใช้เพียงโซเดียมซัลไฟด์ โซดาไฟ และเกลือแกง และสีย้อมเองก็ราคาถูกมาก ข้อเสียหลักจากมุมมองของกระบวนการคือ อ่างโซเดียมซัลไฟด์ก่อให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นพิษและน้ำเสียที่มีกลิ่นเหม็น ซึ่งต้องมีการบำบัดน้ำเสียอย่างระมัดระวัง

การพัฒนาและการใช้งานขั้นสุดท้ายในยุคปัจจุบัน
เนื่องจากโซเดียมซัลไฟด์ก่อให้เกิดภาระต่อสิ่งแวดล้อม การพัฒนาสีย้อมซัลเฟอร์จึงมุ่งเน้นไปที่การนำสีย้อมซัลเฟอร์เหลวแบบรีดิวซ์แล้วหรือ "พร้อมใช้งาน" มาใช้ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นที่ผู้ย้อมจะต้องจัดการกับโซเดียมซัลไฟด์ที่เป็นของแข็ง หรืออีกทางเลือกหนึ่งคือ กำลังมีการสำรวจสารรีดิวซ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมโดยใช้กลูโคสเป็นส่วนประกอบ เพื่อทดแทนโซเดียมซัลไฟด์ในขั้นตอนการรีดิวซ์ ซึ่งจะช่วยให้สภาพแวดล้อมในโรงย้อมสะอาดขึ้น ตลาดหลักสำหรับสีย้อมซัลเฟอร์ยังคงเป็นเสื้อผ้าทำงานหนัก ผ้ายีนส์ (โดยเฉพาะการย้อมสีดำด้วยซัลเฟอร์และสีซัลเฟอร์สำหรับผ้ายีนส์สี) และผ้าฝ้ายลำลองที่ต้องการสีเข้มในต้นทุนต่ำ ในอุตสาหกรรมผ้ายีนส์ สีย้อมซัลเฟอร์มักใช้ร่วมกับครามเพื่อสร้างเอฟเฟกต์ "ดำ-น้ำเงิน" หรือ "ซัลเฟอร์ท็อป" นอกจากนี้ยังมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในผ้าทอต้นทุนต่ำ ผ้าใบ ผ้าลูกฟูก และซับใน ถึงแม้ว่าสีย้อมซัลเฟอร์จะมีช่วงสีที่จำกัดและมีความคงทนต่อความชื้นต่ำ แต่ก็ยังคงครองตลาดการย้อมผ้าเซลลูโลสปริมาณมากและสีเข้ม เนื่องจากไม่มีสีย้อมประเภทอื่นใดที่สามารถเทียบเคียงอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพในการผลิตสีดำหรือสีกรมท่าที่แน่นและใช้งานได้ดีบนผ้าฝ้ายได้