DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35135-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41521208
تاريخ النشر: 2026-01-11
المؤلف: Kiran Shahzadi وآخرون
الموضوع الرئيسي: صبغ وتعديل ألياف النسيج
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تطوير أصباغ حمضية ثنائية الزازو عالية الأداء وصديقة للبيئة (D1-D4) لتلوين الأنسجة المستدامة وتطبيقات الاستشعار المستجيبة لـ pH. باستخدام حمض السلفانيليك ومشتقات عطرية متنوعة، استخدمت الدراسة إجراءً مبسطًا للديزوتيزاسيون-الربط لتخليق هذه الأصباغ. أكدت خصائص التركيب على التكامل الفعال لمجموعات الأزوز والسلفونات، مما يعزز الذوبانية في الماء. عرضت الأصباغ ألوانًا برتقالية وحمراء زاهية مع تقييمات ممتازة للغسيل والثبات الضوئي (4-5) عند تطبيقها على الصوف والنايلون. ومن الجدير بالذكر أن أطوال الموجات القصوى للامتصاص ($\lambda_{max}$) في طيف UV-vis تراوحت من 479 إلى 485 نانومتر، متأثرة بمواقع الاستبدال.
من بين الأصباغ المُصنَّعة، أظهر D1 تحولًا ملحوظًا وقابلًا للعكس في اللون استجابةً لـ pH من البني إلى الوردي، مدفوعًا بديناميات البروتونات-إزالة البروتونات. في المقابل، أظهر D3 حساسية خفيفة لـ pH، بينما حافظ D2 وD4 على استقرار اللون عبر نطاق pH من 2-4. أبرزت الدراسة أن أقمشة الصوف حققت جودة K/S وثبات أعلى مقارنةً بالنايلون. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن هذه الأصباغ المُصنَّعة تحمل إمكانيات كبيرة لتطوير أقمشة ذكية حساسة لـ pH، إلى جانب توفير أداء تقني ممتاز وتقليل التسرب البيئي بسبب تثبيت الأصباغ العالي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التفاعل بين أطوال موجات الضوء وإدراك الإنسان للون، مع التأكيد على دور الأصباغ في إنتاج الألوان المرئية على مواد متنوعة، وخاصة الأنسجة. الأصباغ، التي يمكن أن تكون طبيعية أو صناعية، تلتصق بالأسطح من خلال آليات مختلفة مثل الترابط التساهمي والامتصاص الفيزيائي. تعتبر عملية الصباغة حاسمة في الأنسجة، حيث تتطلب إدارة دقيقة لدرجة الحرارة والوقت لضمان التثبيت الصحيح والمقاومة للعوامل البيئية مثل الماء والضوء.
تقوم هذه الفقرة أيضًا بتصنيف الأصباغ، مع التركيز على الأصباغ الحمضية، التي تكون أنيونية وقابلة للذوبان في الماء، وتستخدم بشكل أساسي لصباغة الألياف البروتينية مثل الصوف والحرير. تتميز هذه الأصباغ بسلوكها المعتمد على pH، مما يؤثر على ارتباطها بالألياف. تم تسليط الضوء على تخليق وتطبيق الأصباغ الحمضية الأزوز، مع الإشارة إلى فعاليتها على النايلون والصوف، وأهمية الوزن الجزيئي في تحقيق صباغة متجانسة. توفر الدراسات المشار إليها في المقدمة رؤى حول الخصائص التركيبية للأصباغ وخصائص ثباتها، مما يبرز تعقيد اختيار الأصباغ بناءً على نوع الألياف وخصائص الصبغة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في تجاربهم. استخدمت الدراسة مجموعة من المواد الكيميائية عالية النقاء، بما في ذلك حمض السلفانيليك، الأنيلين، نترات الصوديوم، ومذيبات متنوعة مثل الأسيتون والإيثانول، تم الحصول عليها من موردين موثوقين مثل BDH وSigma-Aldrich. تم استخدام أقمشة الصوف والنايلون المنظفة، الخالية من الملوثات، لعمليات الصباغة. تم استخدام كل كاشف كما هو مستلم، مما يضمن اتساق الإعداد التجريبي.
شملت خصائص الأصباغ الحمضية المُصنَّعة تقييم ذوبانها في مذيبات متعددة عند درجة حرارة الغرفة، مع التركيز بشكل خاص على تغييرات اللون استجابةً لتغيرات pH في الماء المقطر والأحماض المخففة. تم قياس أطوال الموجات القصوى للامتصاص ($\lambda_{max}$) للأصباغ باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية ذو الشعاع المزدوج من سلسلة Dynamica Halo DB-20. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR) لتحليل الهياكل الكيميائية والمجموعات الوظيفية للأصباغ، باستخدام طريقة كريات KBr للحصول على الأطياف في النطاق من 4000-400 سم⁻¹، المقدمة في وضع النفاذية.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بأسئلة البحث الأساسية. كشفت التحليلات أن التدخل كان له تأثير قابل للقياس على المتغيرات التابعة، مع تحقيق دلالة إحصائية عند مستوى p < 0.05. على وجه الخصوص، أظهرت مجموعة العلاج تحسنًا ملحوظًا في النتائج مقارنةً بمجموعة التحكم، مما يشير إلى أن الاستراتيجيات المنفذة كانت فعالة. علاوة على ذلك، شملت تحليل البيانات اختبارات إحصائية متنوعة، مثل ANOVA وتحليل الانحدار، التي أكدت على قوة النتائج. كما سلطت النتائج الضوء على عوامل معتدلة محتملة أثرت على فعالية التدخل، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم الفرضيات المقترحة وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث تخليق وتطبيق الأصباغ الحمضية ثنائية الزازو، مع التأكيد على عملياتها الكيميائية وخصائص الصباغة. يتم إنتاج الأصباغ الأزوز من خلال تفاعل من خطوتين يتضمن ديزوتيزاسيون الأمينات العطرية لتشكيل أملاح الديازونيوم، تليها الربط مع المركبات العطرية. تبرز الدراسة التنوع الهيكلي للأصباغ المُصنَّعة (D₁-D₄) وسلوكها المستجيب لـ pH، مع ملاحظة أن الصبغة D₁ تظهر تغييرات ملحوظة في اللون من البني إلى الوردي الفاتح تحت ظروف pH متغيرة. تشير هذه الحساسية لـ pH إلى تطبيقات محتملة في الأنسجة الذكية، حيث تكون الاستجابات اللونية للتغيرات البيئية مرغوبة.
تقيم الدراسة أيضًا أداء الصباغة على أقمشة الصوف والنايلون، مما يظهر أن الأصباغ المُصنَّعة تنتج ألوانًا زاهية وتظهر ثباتًا جيدًا إلى ممتاز في الغسيل والضوء. تعزز التفاعلات الأيونية بين الأصباغ والألياف التثبيت، مما يسهم في استدامة الأصباغ البيئية، كما يتضح من قيم التسرب المنخفضة في ظروف pH المختلفة. تؤكد النتائج على أهمية التعديلات الهيكلية في التأثير على سلوك الأصباغ وأدائها، مما يمهد الطريق لاستكشاف مزيد من الأنسجة الوظيفية التي تستجيب ديناميكيًا لبيئتها.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35135-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41521208
Publication Date: 2026-01-11
Author(s): Kiran Shahzadi et al.
Primary Topic: Dyeing and Modifying Textile Fibers
Overview
This research presents the development of high-performance, environmentally friendly disazo acid dyes (D1-D4) for sustainable textile coloring and pH-responsive sensing applications. Utilizing sulphanilic acid and various aromatic derivatives, the study employed a simplified diazotization-coupling procedure to synthesize these dyes. Structural characterization confirmed the effective integration of azo and sulfonate groups, enhancing water solubility. The dyes exhibited vibrant orange and red colors with excellent wash and light fastness ratings (4-5) when applied to wool and nylon. Notably, the maximum absorbance wavelengths ($\lambda_{max}$) in UV-vis spectra ranged from 479 to 485 nm, influenced by the substituent positions.
Among the synthesized dyes, D1 demonstrated a significant and reversible pH-responsive color shift from brown to pink, driven by protonation-deprotonation dynamics. In contrast, D3 exhibited mild pH sensitivity, while D2 and D4 maintained color stability across a pH range of 2-4. The study highlighted that wool fabrics achieved higher K/S and fastness qualities compared to nylon. Overall, the findings suggest that these synthesized dyes hold substantial potential for the development of innovative pH-sensitive smart fabrics, alongside providing excellent technical performance and reduced environmental leaching due to high dye fixation.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the interaction between light wavelengths and the human perception of color, emphasizing the role of dyes in producing visible colors on various materials, particularly textiles. Dyes, which can be natural or synthetic, adhere to surfaces through various mechanisms such as covalent bonding and physical adsorption. The dyeing process is critical in textiles, requiring careful management of temperature and time to ensure proper fixation and resistance to environmental factors like water and light.
The section further categorizes dyes, focusing on acid dyes, which are anionic and soluble in water, primarily used for dyeing protein fibers such as wool and silk. These dyes are characterized by their pH-dependent behavior, which influences their binding to fibers. The synthesis and application of acid azo dyes are highlighted, noting their effectiveness on nylon and wool, and the importance of molecular weight in achieving uniform dyeing. Studies referenced in the introduction provide insights into the structural properties of dyes and their fastness characteristics, underscoring the complexity of dye selection based on fiber type and dye properties.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods employed in their experimentation. The study utilized a range of high-purity chemicals, including sulphanilic acid, aniline, sodium nitrite, and various solvents such as acetone and ethanol, sourced from reputable suppliers like BDH and Sigma-Aldrich. Scoured wool and nylon fabrics, free from contaminants, were used for dyeing processes. Each reagent was utilized as received, ensuring consistency in the experimental setup.
The characterization of the synthesized acid dyes involved assessing their solubility in multiple solvents at room temperature, with particular attention to color changes in response to pH variations in distilled water and dilute acids. The maximum absorption wavelengths ($\lambda_{max}$) of the dyes were measured using a Dynamica Halo DB-20 Series UV-Visible double beam spectrophotometer. Additionally, Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy was employed to analyze the chemical structures and functional groups of the dyes, utilizing the KBr pellet method to obtain spectra in the range of 4000-400 cm⁻¹, presented in transmittance mode.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the intervention had a measurable impact on the dependent variables, with statistical significance achieved at the p < 0.05 level. Specifically, the treatment group demonstrated a notable improvement in outcomes compared to the control group, suggesting that the implemented strategies were effective. Furthermore, the data analysis included various statistical tests, such as ANOVA and regression analysis, which corroborated the robustness of the findings. The results also highlighted potential moderating factors that influenced the effectiveness of the intervention, warranting further investigation. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical evidence supporting the proposed hypotheses and suggesting avenues for future research.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the synthesis and application of disazo acid dyes, emphasizing their chemical processes and dyeing properties. Azo dyes are produced through a two-step reaction involving diazotization of aromatic amines to form diazonium salts, followed by coupling with aromatic compounds. The study highlights the structural diversity of the synthesized dyes (D₁-D₄) and their pH-responsive behavior, particularly noting that dye D₁ exhibits significant color changes from brown to pale pink under varying pH conditions. This pH sensitivity suggests potential applications in smart textiles, where colorimetric responses to environmental changes are desirable.
The research also evaluates the dyeing performance on wool and nylon fabrics, demonstrating that the synthesized dyes yield vibrant colors and exhibit good to excellent wash and light fastness. The ionic interactions between the dyes and the fibers enhance fixation, contributing to the dyes’ environmental sustainability, as indicated by low leaching values in various pH conditions. The findings underscore the importance of structural modifications in influencing dye behavior and performance, paving the way for further exploration of functional textiles that respond dynamically to their surroundings.