แม้มนุษย์จะรู้จักวิธีย้อมสีผ้าจากธรรมชาติตั้งแต่หลายพันปีก่อน แต่เพิ่งรู้จักการใช้สีย้อมผ้าสังเคราะห์เมื่อปี ค.ศ. 1856 โดยนายวิลเลียม เพอร์กิน (William Perkin) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษพบวิธีสังเคราะห์สีม่วงโดยบังเอิญ ส่งผลให้ในเวลาต่อมานักวิทยาศาสตร์สามารถค้นพบวิธีสังเคราะห์สีใหม่ๆ นับร้อยสี ปัจจุบันมีการผลิตสีสังเคราะห์ออกมามากมาย และสามารถแบ่งสีออกได้หลายประเภท เพื่อให้เหมาะกับเส้นใยแต่ละชนิด และกระบวนการย้อมซึ่งมีลักษณะต่างกัน จึงมีการจำแนกสีย้อมด้วยวิธีต่างๆ โดยวิธีที่นิยมมากที่สุด คือ การจำแนกสีตามการนำไปใช้ เพราะสีย้อมผ้าที่มีคุณภาพต้องมีความคงทนในการซัก มีความคงทนต่อแสง และต้องมีความคงทนต่อความร้อน ซึ่งกลุ่มโรงงานอุตสาหกรรมแบ่งสีย้อมตามวิธีใช้เป็น 12 ประเภท ได้แก่



1.สีดิสเพอร์ส (Disperse Dyes) เป็นสีที่ผลิตขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ย้อมเส้นใยเซลลูโลสอะซิเตด (cellulose acetate) และนำมาย้อมเส้นใยโพลิเอสเทอร์ (polyester) ได้ด้วย เนื่องจากเส้นใยทั้งสองประเภทสามารถดูดน้ำได้น้อย สีดิสเพอร์สมีสมบัติทนแสงและการซักฟอกค่อนข้างดี แต่สีซีดง่ายหากถูกควันหรือก๊าซบางชนิด สีประเภทนี้มีสมบัติไม่ละลายน้ำ แต่จะแขวนตัวเป็นละอองขนาดเล็กมากลอยตัวในน้ำเมื่อมีสารช่วยกระจายตัว (dispersing agent) ที่เหมาะสม สามารถใช้ย้อมในน้ำธรรมดา ไม่ต้องใช้สารเคมีชนิดอื่นช่วย นอกจากสารพา (carrier) ให้ตัวสีเข้าไปใกล้เส้นใยเท่านั้น 

2.สีรีแอกทีฟ (Reactive Dyes) เป็นสีที่ละลายน้ำได้ มีประจุลบ เมื่ออยู่ในน้ำมีฤทธิ์เป็นด่าง สีย้อมชนิดนี้เหมาะกับการย้อมเส้นใยเซลลูโลสมากที่สุด โมเลกุลของสีจะยึดจับกับหมู่ไฮดรอกซิล (OH-) ของเซลลูโลส และเชื่อมโยงติดกันด้วยพันธะโควาเลนท์ในสภาวะที่เป็นด่าง  กลายเป็นสารประกอบเคมีชนิดใหม่กับเซลลูโลส  สีรีแอกทีฟมี 2 กลุ่ม  คือ กลุ่มที่ย้อมติดที่อุณหภูมิสูง 70-75 ºC และกลุ่มที่ย้อมติดที่อุณหภูมิปกติ  สีรีแอกทีฟให้สีที่สดใส   ทุกสีติดทนในทุกสภาวะ  สมบัติการละลายและดูดติดเส้นใยของตัวสีทำให้สีเข้าไปอยู่ภายในเส้นใย และเมื่อเกิดปฏิกิริยาตัวสีจะยึดติดเส้นใย

3.สีเบสิก (Basic Dyes) เป็นเกลือของด่างอินทรีย์ละลายน้ำได้ ย้อมติดเส้นใยเซลลูโลสได้เพียงเล็กน้อยหรือไม่ติดเลย มีโครโมฟอร์ (chromophore) ให้ประจุบวก (cation) บางครั้งเรียก สีแคทไอออน ถ้าย้อมเส้นใยเซลลูโลส เส้นใยต้องย้อมด้วยสารประกอบที่สามารถก่อรูปเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำกับตัวสีได้ก่อน เพื่อให้ทำหน้าที่เป็นเสมือนหนึ่งสะพานเชื่อมโยงระหว่างตัวสีกับเส้นใย สารประกอบนี้เรียกว่า สารช่วยติด (mordant) สีในกลุ่มนี้มีสีสดใส แต่ไม่ทนแสง

4.สีแอซิด (Acid Dyes) คือ ตัวสีที่เกิดจากสารประกอบอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ ส่วนใหญ่เป็นเกลือของกรดกำมะถัน ย้อมติดเส้นใยโปรตีนได้ในน้ำย้อมที่มีฤทธิ์กรดเจือจาง ใช้ย้อมเซลลูโลสที่ไม่ใช่เซลลูโลสบริสุทธิ์ได้ เช่น ปอ ป่าน และเส้นใยโพลิเอมีด (polyamide) เป็นต้น

5.สีมอร์แดนท์และพรีเมตัลไลซ์ (Mordant and Premetallized Dyes) เป็นสีแอซิดที่สามารถก่อรูปเป็นสารประกอบเชิงซ้อน (complex) กับโลหะบางชนิดได้ โดยสารประกอบเชิงซ้อนที่ก่อรูปใหม่นี้ไม่ละลายน้ำ ตามทฤษฎีเชื่อกันว่า โครงสร้างของเส้นใยจะสามารถรวมตัวกับไอออนของโลหะ ก่อรูปเป็นสารประกอบภายในทำให้สีมีความคงทนดีขึ้น ตัวสีเหล่านี้ยังคงเรียกว่า สีไดเรกท์ ส่วนที่เรียกว่า สีมอร์แดนท์ต้องเป็นกลุ่มสีซึ่งใช้ย้อมเฉพาะเส้นใยโปรตีน

6.สีไดเรกท์ (Direct Dyes) เป็นสีสังเคราะห์ชนิดแรกที่ติดเส้นใยฝ้ายได้โดยไม่ต้องใช้สารช่วยติด บางครั้งเรียกสีย้อมฝ้าย ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบเอโซ (AZO) มีน้ำหนักโมเลกุลสูง มีหมู่กรดซัลโฟนิค ซึ่งทำให้ตัวสีละลายน้ำได้ นิยมใช้ย้อมเส้นใยเซลลูโลสที่ไม่ต้องการความคงทนต่อกระบวนการใช้น้ำมากนัก

7.สีเอโซอิค (Azoic Dyes) เป็นสีในกลุ่มสารประกอบเอโซเหมือนกัน แต่ตัวสีไม่ละลายน้ำ ก่อรูปเป็นสีบนเส้นใยได้โดยการย้อมด้วยสารประกอบฟีนอล (phenol) ซึ่งละลายน้ำได้ก่อน สีในกลุ่มนี้ใช้ย้อมเส้นใยเซลลูโลสเท่านั้น เพราะสารประกอบฟีนอลเป็นอันตรายต่อเส้นใยโปรตีน

8.สีวัต (Vat Dyes) เป็นสีที่มีความคงทนดีที่สุดในบรรดาสีที่ใช้ย้อมเส้นใยเซลลูโลส โดยอาศัยสารรีดิวซ์ที่เหมาะสมจึงจะติดเส้นใยเซลลูโลสได้ อย่างไรก็ตามไม่ใช่สีวัตทุกตัวจะมีความคงทนเหมือนกัน นอกจากนี้สีวัตสามารถใช้ย้อมเส้นใยโปรตีน เส้นใยสังเคราะห์บางชนิดได้ด้วย 

9.สีกำมะถัน (Sulphur or Sulphide Dyes) สีประเภทนี้ย้อมติดเส้นใยเซลลูโลสได้ดีเมื่อละลายในน้ำที่มีสภาพเป็นด่าง สีชนิดนี้ไม่สดใส

10.สีออกซิไดซ์ (Oxidation Colorants) เป็นสีที่มีความคงทน แต่ไม่นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรม

11.สีโอเนียม (Onium Dyes) เป็นสีพิกเมนต์ที่ละลายน้ำได้ โดยเลือกพิกเมนต์ที่มีสมบัติคงทนต่อสารเคมีและแสงนำมาปรับปรุงให้มีกลุ่มเคมีที่ละลายน้ำได้ นิยมใช้พิมพ์ผ้ามากกว่าย้อม

12.สีมิเนอรัล (Mineral Colorants) เป็นสารประกอบอนินทรีย์ไม่ละลายน้ำหลายชนิด นิยมใช้ย้อมเส้นใยเซลลูโลส




การพัฒนาสีที่ย้อมผ้าได้ทุกชนิดและคุณภาพการย้อม

ข้อมูลพื้นฐานเรื่องสีย้อมผ้าเบื้องต้น แสดงให้เห็นว่า สีย้อมผ้าแต่ละประเภทเหมาะกับผ้าบางชนิด เช่น สีย้อมผ้าฝ้ายไม่สามารถย้อมผ้าโพลิเอสเทอร์ ขณะที่เสื้อผ้าเครื่องนุ่งห่มส่วนใหญ่ที่ผลิตและจำหน่ายในประเทศเป็นผ้าฝ้าย หรือโพลิเอสเทอร์ หรือเส้นใยผสมทั้งสองชนิด ซึ่งผ้าทั้ง 3 ชนิดเหมาะสมกับสีย้อมเฉพาะตัว ดังนั้น ผศ.ดร.วิมลรัตน์ ศรีจรัสสิน และคณะวิจัยจากภาควิชาวิทยาการและวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยศิลปากร จึงมีความสนใจพัฒนาสีย้อมที่สามารถย้อมติดผ้าทุกชนิด

ดร.วิมลรัตน์ และคณะวิจัยนำสีดิสเพอร์สที่สังเคราะห์ขึ้น มาพัฒนาเป็นสีรีแอ็กทีฟดิสเพอร์สด้วยการเพิ่มหมู่ว่องไว (active group) ลงไปในโครงสร้างของสีดิสเพอร์ส และใช้สารบีตาไซโคลเด็กซ์ตริน (beta cyclodextrin) เป็นสารช่วยย้อมติดสี เนื่องจากสารบีตาไซโคลเด็กซ์ตรินมีสมบัติดูดจับโมเลกุลสารบางประเภทไว้ในช่องว่างในโมเลกุลของสารได้โดยไม่เกิดพันธะโควาเลนต์ (หมายความว่า สารที่ถูกกักอยู่ในโครงสร้างโมเลกุลของสารบีตาไซโคลเด็กตรินจะคงมีสมบัติเช่นเดิม เช่น สารให้กลิ่นจะยังคงมีกลิ่นเหมือนเดิม) ดังนั้นจึงมีการวิจัยประยุกต์ใช้สารประเภทนี้เพื่อพัฒนาสิ่งทอต่างๆ เช่น เก็บกักและปลดปล่อยสารให้กลิ่นหอม หรือสารต้านแบคทีเรีย เป็นต้น

แม้ว่าสีรีแอ็กทีฟดิสเพอร์สที่พัฒนาขึ้นจะย้อมผ้าได้หลายชนิด แต่การย้อมผ้าให้มีสีสม่ำเสมอไม่เป็นรอยด่างเป็นปัจจัยสำคัญหนึ่งที่มีผลต่อคุณภาพของผ้าย้อมสี ดังนั้น ดร.วิมลรัตน์ และคณะจึงนำสารบีตาไซโคลเด็กซ์ตรินมาใช้เป็นสารช่วยย้อมติดสี จากการทดลอง 2 วิธีพบว่า

1.เมื่อนำสารช่วยย้อมติดสี (สารบีตาไซโคลเด็กซ์ตริน) มาผสมกับสีย้อมเป็นสารประกอบเชิงซ้อน และนำสารประกอบเชิงซ้อนที่ได้ไปย้อมผ้าตามปกติ ปรากฏว่า ผ้าทุกชนิดมีเฉดสีอ่อนลงกว่าเดิม แต่สีติดผ้าอย่างสม่ำเสมอ จึงลดปัญหาการเกิดรอยด่างได้

2.เมื่อนำผ้ามายึดติด (หรือชุบ) ด้วยสารช่วยย้อมติดสีก่อนทำการย้อม ปรากฏว่า ผ้าฝ้ายมีเฉดสีอ่อนลงกว่าเดิมเล็กน้อย ขณะที่ผ้าโพลิเอสเทอร์มีสีเข้มขึ้น สีมีความสม่ำเสมอ และดูสวยงาม

โครงสร้างสารบีตาไซโคลเด็กซ์ตริน
ภาพจาก http://www.biosite.dk/leksikon/beta-cyclodextrin.htm

สารช่วยย้อมติดสีกับสารยับยั้งแบคทีเรีย

เนื่องจากประเทศไทยมีภูมิอากาศแบบร้อนชื้น เสื้อผ้ามักมีกลิ่นเพราะเหงื่อจากผู้สวมใส่ ดร.วิมลรัตน์ และคณะได้ต่อยอดงานวิจัยออกไปด้วยการนำผ้าจากกระบวนการที่ 1 และ 2 ไปแช่ในสารยับยั้งแบคทีเรีย โดยอาศัยสมบัติการดูดจับสารโดยไม่เกิดพันธะโควาเลนต์ของสารบีตาไซโคลเด็กซ์ตริน ปรากฏผลว่า การชุบหรือยึดผ้าด้วยสารช่วยย้อมติดสีก่อนแช่ในสารยับยั้งแบคทีเรียช่วยให้ผ้ามีสมบัติต้านทานแบคทีเรียดีขึ้น เพราะสารบีตาไซโคลเด็กซ์ตรินมีช่องว่างบางส่วนเหลือจากการติดของสี ทำให้สารยับยั้งแบคทีเรียเข้าไปแทรกอยู่ได้มาก



นวัตกรรมสิ่งทอใหม่ๆ

สีย้อมผ้าที่สามารถย้อมผ้าได้ทุกชนิดเป็นหนึ่งในงานวิจัยที่มีศักยภาพสูง และควรส่งเสริมให้มีการวิจัยมากขึ้น เพราะเหมาะต่อการใช้ย้อมผ้าทอด้วยเส้นใยผสม นอกจากนี้การประยุกต์ใช้สารบีตาไซโคลเด็กซ์ตรินกับสิ่งทอก็สามารถเพิ่มมูลค่าให้กับผ้าได้โดยตรง เนื่องจากผู้ผลิตสามารถสร้างนวัตกรรมสิ่งทอใหม่ เช่น ผ้าที่มีกลิ่นหอมเฉพาะตัว ผ้าป้องกันแมลงรบกวน เป็นต้น โดยใช้ร่วมกับสารให้กลิ่น หรือสารระเหยได้บางชนิด





แหล่งข้อมูลอ้างอิง

1.วิมลรัตน์ ศรีจรัสสิน และธราพงษ์ ศรีคงแก้ว (2552) รายงานการวิจัย พัฒนา และวิศวกรรมฉบับสมบูรณ์ “ผลของบีตาไซโคลเด็กซ์ตรินที่เชื่อมติดกับสีย้อมและมิโคนาโซลไนเตรทต่อสิ่งทอ” ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ

2.อัจฉราพร ไศละสูต (2539) ความรู้เรื่องผ้า กรุงเทพ สำนักพิมพ์สร้างสรรค์-วิชาการ

3.รัชนีย์ รุกขชาติ (2553) สีย้อมและการบำบัดสีในน้ำทิ้ง ออนไลน์.//ได้จาก http://www.navy.mi.th/science/BrithDay46/Brithday_data/biology.htm



ทีมา : ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ