Обоснование выбора красителей при крашении технической ткани из арамидных волокон

Т. к. индивидуальные зеленые, коричневые, серые и черные Д. к. отсутствуют, для получения окрасок указанных цветов готовят смесовые композиции. Наиб. практич. значение имеют Д.

к. для полиэфирного волокна. Поскольку в процессах крашения и отделки это волокно подвергается высокотемпературным обработкам, к окраскам Д. к. предъявляется требование высокой устойчивости не только к свету, но и к сублимации. Светостойкость окрасок повышается при введении в молекулу Д. к. электроноакцепторных заместителей, снижающих основность атома N в аминогруппе, а устойчивость к сублимации — при увеличении размера и полярности молекулы. В случае моноазокрасителей повышение устойчивости окрасок достигается введением в остаток диазосоставляющей в орто-положение к азогруппе Cl, Br, CN, в пара-положение — NO2, в пара-положение остатка азосоставляющей — N, N-диацетоксиэтиламино-, N-этил-N-цианоэтиламино-, N-цианоэтил-N-ацетоксиэтиламиногрупп; в ряду антрахиноновых красителей вводят, напр., атомы галогена.

Светостойкость окрасок зависит также от хим. природы и физ. свойств волокна. Окраски многих дисперсных красителей на полиамидном волокне менее светостойки, чем на ацетатном и полиэфирном. В особые группы выделяют металлсодержащие и активные дисперсные красители, предназначенные для прочного окрашивания полиамидных волокон. Металлсодержащие Д. к. — металлкомплeксные соединения, содержащие один атом Сr или Со на две молекулы моноазокрасителя, напр., дисперсный красный СМП (ф-ла VII, М — металлсодержащий, П — для полиамидных волокон).

Они превосходят обычные дисперсные красители по устойчивости окрасок к свету и мокрым обработкам, уступают по яркости и ровняющей способности. Используются преим. для получения темных тонов. Дисперсные активные красители (азокрасители и антрахиноновые красители, имеющие активные группы) сочетают хорошие ровняющие св-ва Д. к. с высокой устойчивостью окрасок к мокрым обработкам (см. также Активные красители).

Кислотные красители, содержат в молекуле группы SO3H, реже СООН и поэтому хорошо раств. в воде. Производятся в виде Na-солей, диссоциирующих в воде с образованием окрашенных анионов: KpSO3Na·KpSO3+Na+, где Кр остаток молекулы красителя. В водных растворах, даже при комнатной температуре, и в присутствии нейтрального электролита (напр., Na2SO4) мало ассоциированы. По хим. классификации, кислотные красители, преимущественно азокрасители, в т. ч. металлсодержащие (хромовые и кобальтовые комплексы o, o' - дигидроксиазокрасителей состава 1:1 и 1:2), антрахиноновые и трифенилметановые красители. Предназначены главным образом для окрашивания белковых (шерсти, натурального шелка) и полиамидных волокон. В кислой среде подавляется диссоциация групп СООН и анионы красителя могут сорбироваться на положительно заряженных аминогруппах волокна с образованием ионных связей:

(В — макромолекула волокна).

Чем выше кислотность среды, тем выше положит, заряд волокна, и, следовательно, большее кол-во красителя сорбируется волокном. По способности выравнивания окрасок в условиях крашения К. к. разделены на три группы (см. табл.).

Уникальность крашения

Крашение волокон, проводят с целью придания им одного определенного цвета (в отличие от печатания тканей). Различают след, стадии: 1) диффузию красителя в водном растворе к поверхности волокна. Диффузия существенно ускоряется перемешиванием красильного раствора, а также созданием на поверхности волокна заряда, противоположного заряду красителя, или снижением величины одноименного заряда, что достигается изменением рН красильного раствора введением электролита. Например, поскольку белковые волокна обладают амфотерными свойствами, создают кислую среду, в которой протоны подавляют ионизацию карбоксильных групп волокна. В результате волокно приобретает положит, заряд Н2N—Бел—СООН+Н+:H3N+—Бел—СООН, что благоприятствует взаимодействию его с анионом красителя с образованием соли На диффузию дисперсных красителей в растворе (в результате и на скорость крашения в целом) влияет скорость перехода дисперсного красителя из твердой тонкодисперсной фазы в р-р, при этом решающее значение имеет степень дисперсности красителя. 2) Сорбцию красителя активными центрами поверхности волокна, зависящей от диаметра и длины волокна, а также образуемой порами. Сорбция обусловлена сродством, т. е. разностью хим. потенциалов, красителя в волокне и растворе.

Диффузию сорбированного красителя внутрь волокна; обусловлена выравниванием концентраций на поверхности и внутри волокна. Чем выше сродство, тем ниже скорость диффузии и, следовательно, крашения. Это самая медленная стадия, лимитирующая длительность крашения. Скорость диффузии зависит от величины пор волокна и строения красителя.

Обычно на практике ускорения диффузии добиваются повышением температуры крашения, а также изменением рН красильного раствора и использованием текстильно-вспомогательных веществ. При повышении температуры крашения увеличивается растворимость красителя, уменьшается степень ассоциации его молекул, а также возрастает и ускоряется степень набухания волокон, разрыхляется их структура, снижается взаимодействие красителя с активными центрами волокон; все это способствует быстрому прониканию красителя внутрь волокна. 4) Фиксацию (закрепление) красителей на активных центрах волокна. Стадия протекает быстро, практически мгновенно. Характер образуемой связи краситель-волокно зависит от вида волокна и природы красителя и определяет гл.

обр. устойчивость окраски к стирке и др. «мокрым» обработкам. Например, активные красители на целлюлозных волокнах удерживаются в результате образования прочной ковалентной связи (энергия связи 110−630 кДж/моль), на белковых волокнах — ковалентных, ионных (41−82 кДж/моль) и водородных (21−42 кДж/моль) связей, кислотные красители на белковых волокнах — в результате образования ионных, водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил (энергия до 8,5 кДж/моль), прямые и кубовые красители на целлюлозных волокнах — водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил. При наличии в молекуле иона тяжелого металла (см., напр., Протравные красители) краситель с белковыми волокнами образует координац. связи (до 100 кДж/моль), а также ионные и водородные. На хим. (синтетич.) волокнах краситель удерживается благодаря ван-дер-ваальсовым силам и водородным связям (дисперсные красители), ионным связям (кислотные и катионные красители на полиамидном и полиакрилонитрильном волокнах соотв.), ковалентным связям (активные красители на полиамидном волокне), ионным и координац. связям (кислотные металлсодержащие красители на полиамидном волокне).

О механизмах и особенностях К. в. разл. классами красителей см. также Активные красители, Дисперсные красители, Катионные красители, Кислотные красители. Кубовые красители, Прямые красители и др. Чем прочнее связь красителя с волокном, тем более устойчивы окраски к мокрым обработкам, однако тем сильнее ограничена подвижность молекул красителя в волокнах и, следовательно, тем ниже способность его к выравниванию окрасок.

Поэтому выбор красителя для К. в. определенного хим. состава определяется требованиями, предъявляемыми к качеству окраски. Способ крашения зависит от хим. природы волокон, их качества, требований к устойчивости окрасок и хим. природы красителя. Технология крашения определяется также составом и формой волокнистого материала (волокно, пряжа, ткань, трикотаж).

Крашение химических волокон. Гидратцеллюлозные волокна окрашивают теми же красителями, что и хлопковые. Для крашения ацетатных, триацетатных и полиэфирных волокон применяют в основном дисперсные красители. Полиамидные волокна легко окрашиваются многими классами красителей; наиболее широко используют дисперсные и кислотные, в том числе металлсодержащие, красители обоих этих классов, реже — некоторые прямые и активные. Полиакрилонитрильные волокна окрашивают преим. катионными красителями; для окраски в светлые тона м. б. использованы дисперсные красители. Крашение поливинилхлоридных волокон в светлые тона осуществляют дисперсными красителями при температурах не выше 60 °C (термостабилизированных — не выше 90°С), т.к. при более высоких температурах волокна усаживаются; причем для получения более интенсивных окрасок процесс проводят в присутствии переносчиков. Полипропиленовое волокно, ввиду высокой кристалличности и отсутствия активных групп, способных взаимодействовать с красителем, окрашивают главным образом в процессе получения (в массе).

Способность красителя к выравниванию окрасок весьма важна при крашении синтетических материалов, особенно текстурированных, которые могут быть структурно неоднородны. Поэтому при крашении определенного типа волокна из всех применяемых для него красителей предпочитают те, которые удовлетворяют конкретным требованиям, предъявляемым к ровноте и устойчивости окраски. Например, полиамидное волокно красят дисперсными красителями в тех случаях, когда требуется высокая ровнота окраски или ровные и устойчивые к мокрым обработкам окраски светлых тонов. Кислотные красители применяют для получения на этих волокнах окрасок преимущественно средней и высокой интенсивности, т.к. в светлых тонах неровнота окраски наиболее заметна. Металлсодержащие дисперсные и кислотные красители, уступающие по ровноте окрасок другим классам красителей, используют, когда необходимы особо прочные окраски главным образом темных тонов.

Более ровных окрасок при крашении этими классами красителей добиваются введением в красильную ванну выравнивателей (см. Текстильно-вспомогательные вещества). Для повышения качества окрасок хим. волокна перед крашением подвергают отварке.

Триацетатные ткани часто обрабатывают в щелочном растворе для создания на пов-сти слоя гидратцеллюлозы толщиной 1−2 мкм, понижающего электризуемостъ. Ткани из синтетич. волокон обычно термофиксируют (в расправленном виде подвергают действию высоких т-р), что снимает внутренние напряжения и повышает равномерность окрашивания. Ткани, окрашиваемые в светлые и яркие тона, подвергают белению. После крашения текстильные материалы промывают водой, если необходимо, обрабатывают в щелочно-гидросульфитном р-ре для удаления сорбированного на поверхности нефиксированного красителя, а в случае кислотных красителей — спец. закрепителем, после чего следует отделка (аппретирование, термостабилизация и др.).

Хим. волокна можно также окрашивать в процессе их получения на предприятиях хим. волокон (крашение в массе); при этом красящие вещества вводят на стадии синтеза полимеров или формования из них волокон. Достоинства способа: совмещение производства волокна с его крашением, исключение трудоемких операций крашения готового волокна, отсутствие сточных вод, равномерность и высокая прочность окрасок, которые в большинстве случаев не могут быть достигнуты при крашении сформованных волокон. Однако метод экономически выгодно применять для крашения больших партий волокон (обычно в т. наз. массовые цвета — черный, синий, коричневый), т.к. замена красителей одного цвета на другой связана с трудоемкими операциями, напр. с отмывкой оборудования. Выбор красящего вещества определяется свойствами полимера, условиями его получения и формования.

Для крашения в массе используют красители, хорошо растворимые в растворах или расплавах полимеров, либо высокодисперсные пигменты, способные равномерно распределяться в полимерах и давать устойчивые дисперсии в условиях получения волокон.

При крашении волокон, формуемых из расплавов (полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых), красящие вещества вводят на стадии синтеза полимера или в готовый полимер перед формованием из него волокна. В последнем случае красящие вещества наносят на гранулы полимеров, напр. «опудриванием», окрашивают гранулы из водных ванн обычными методами крашения сформованных волокон или вводят в расплав концентраты красящих в-в в полимерах (тех же, что предназначены для крашения, или совместимых с ними). Крашение концентратами наиб. перспективно, т. к. их можно вводить непрерывно непосредственно перед формованием волокон. Красящие в-ва должны иметь высокую термостабильность (получение и формование волокон проводят при высоких температурах, достигающих 300 °С) и быть устойчивыми в полиэфирной и особенно полиамидной средах, химически агрессивных при высоких температурах.

Для крашения полиамидных и полиэфирных волокон разработаны специальные термостойкие полимерорастворимые красители. Из пигментов используют гл. обр. производные фталоцианина, хинакридоны, сажу, а также кадмиевые и железооксидные.

В каждом классе красителей технология оптимизируется (рецептура, режимы, оборудование) с позиций экономики и экологии: - расширяется многократное использование красильных ванн;

старые и разрабатываются новые технологии крашения природными красителями.

Таким образом, можно сказать, что происходит эволюционное развитие технологии крашения.

Крашение кислотными красителями со средним сродством к волокну осуществляют в присутствии СН3СООН. Волокно быстрее сорбирует подвижные быстро диффундирующие анионы электролита, которые вытесняются затем анионами красителя вследствие их большего сродства к волокну. Это приводит к замедлению сорбции анионов красителя волокном, что способствует равномерному распределению красителя в волокне и достижению хорошей ровноты окраски. С этой же целью используют и выравниватели катионного типа.

Выравниватели взаимодействуют с красителем, анионного типа с волокном, замедляя тем самым сорбцию. Выравниватели неионогенного характера образуют сольватную оболочку вокруг анионов красителя, в результате чего снижается сродство их к волокну. В основном волокна окрашивают по периодическому способу, реже — по непрерывному. Сначала его обрабатывают в растворе, содержащем Na2SO4 и H2SO4, CH3COOH или (NH4)2SO4 (либо CH3COONH4). Затем в него вливают раствор красителя, концентрация которого определяется требуемой интенсивностью окраски (для хорошо-, среднеи плохоровняющих кислотных красителей рН красильного раствора 2,5 3,5, 3,5 4,5 и 4,5 6,5 соотв.). Нагревают до кипения и красят, после чего охлаждают и окрашенный материал промывают водой. При крашении среднеи плохоровняющими кислотными красителями для достижения хорошего качества окраски целесообразно в начале крашения использовать только часть необходимого кол-ва СН3СООН или (NH4)2SO4, а остаток добавлять после 35−40 мин крашения. Металлсодержащими комплексами азокрасителей состава 1:1 шерсть окрашивают в присутствии H2SO4 при рН 2,0 2,5, комплексами состава 1.2 в присутствии СН3СООН при рН 5,5 6,0. При 100 °C кислотные красители полностью выбираются из красильного раствора волокном, т.к. их содержание в растворе намного меньше кислотной емкости волокна, определяемой числом свободных аминогрупп.

Крашение диазотирующимися дисперсными красителями проводят вначале обычным периодическим способом, после чего осуществляют диазотирование красителя на ткани при ~ 15 °C в растворе, содержащем NaNO2 и НСl, а затем — азосочетание, напр., с 2-гидроксинафтойной кислотой. По непрерывной схеме окрашивают ткани из полиэфирного волокна и его смесей с хлопковым или вискозным, используя термозольный способ: сначала ткань «плюсуют» (пропитывают и отжимают) в ванне, содержащей, кроме красителя и ПАВ, загуститель, напр., алъгинат Na, затем сушат при 120−140 °С и нагревают (термозолируют) ~ 1 мин при 190−210°С. Крашение металлсодержащими дисперсными красителями осуществляют в присутствии неионогенного ПАВ, например, полиоксиэтилированного алкилфенола, при рН 8,0−8,5 ок. 100 °C; в конце крашения вводят сульфат или ацетат аммония. Процесс можно проводить под давлением, использовать красители для печатания по тканям из полиамидных волокон, иногда — из триацетатных. Активные дисперсные красители применяют также для печатания по полиамидным тканям. Различия в условиях крашения разными способами настолько значительны, что краситель, пригодный для одного из способов крашения, м. б. неприемлем для другого. При крашении в присутствии переносчика дисперсные красители с повышенной светостойкостью, т. к. переносчики могут ее понизить, при крашении изделий из текстурированных нитей — красители с хорошими миграционными свойствами и способностью скрывать структурную неоднородность волокна.

Технология крашения. Процесс проводят в присут. 1 — 2 г/л анионоактивного ПАВ, обычно диспергатора НФ [метилен-бис-(нафталинсульфоната)

динатрия]. По периодической схеме процесс осуществляют при повышении температуры: ацетатное волокно не выше 85 °C, полиамидное, триацетатное и полиакрилонитрильное при 98−100°С, полиэфирное при 130 °C под давлением и рН 4,5−5,5 (т. наз. высокотемпературный способ). Триацетатное и полиамидное волокна можно также окрашивать под давлением при 115−120°С. Реже полиэфирное волокно окрашивают при 98−100°С в присут. переносчика, в качестве к-рого используют, напр., ои п-фенилфенолы, дифенил, эфиры бензойной и салициловой к-т, производные нафталина; переносчик, изменяя состояние волокна и красителя, способствует увеличению скорости диффузии и сорбции дисперсного красителя с волокном.

Обоснование выбора красителей для ткани из арамидных волокон

Применяемые для крашения тканей, пряжи и других материалов краски (красители) могут быть разделены на 2 группы: естественные, получаемые из продуктов растительного и животного происхождения, и искусственные (химические), которые иногда называются также «анилиновыми» ввиду того, что анилин является одним из главнейших исходных материалов для их изготовления. Существующее мнение о непрочности искусственных красок совершенно не обосновано; в настоящее время имеется очень много искусственно приготовленных красителей, которые значительно лучше противостоят действию воды, мыла, трения и света, чем естественные. Именно поэтому искусственные красители во многих случаях вытесняют из практики естественные, тем более, что первые изготовляются всевозможных цветов и оттенков и в этом отношении дают возможность большого выбора.

Имеющиеся в продаже краски (1927 г.) могут путем смешивания разных красителей, принадлежащих к одной группе, давать новые цвета и оттенки. Например оранжевый получается при смешивании красного с желтым, зеленый — синего с желтым, и т. д. Изменяя вводимые количества основных цветов, можно получать составной краситель самых разнообразных оттенков.

Ввиду огромного разнообразия красителей и способов крашения рамки книги не позволяют развить этот отдел с достаточной полнотой, поэтому, в нем помещены лишь наиболее употребительные способы крашения, легко выполнимые в самой простой обстановке.

На основании анализа литературных данных и механизмов крашения полиамидных волокон дисперсными, активными и кислотными красителями, а также получения данных об интенсивности и прочности окрасок сделан вывод о максимальной эффективности использования кислотных красителей (при крашении арамидного волокна). Наиболее часто арамидные волокна применяются в содействии с полиуретановым волокном, которое окрашивается не интенсивно. Кислотные красители практически не закрашивают полиуретановую составляющую. В связи с этим, несмотря на ее низкое процентное содержание в волокнистой смеси (до 15%), необходим обоснованный подбор интенсифицирующего агента, обладающего комплексным действием в направлении повышения интенсивности, яркости и прочности окрасок (в условиях однованного крашения).

Вывод

Арамидные ткани всегда находят широкое применение для изготовления различных технических изделий. Но свойства нитей, получаемых из арамидных волокон не позволяют эффективно проводить процесс изготовления тканей на современном оборудовании.

В данной работе приведено исследование структуры и свойств арамидных волокон для технических тканей. Показано их широкое применение: от одежды до авиастроения. Предложено обоснование выбора красителей для арамидных волокон. Для этого исследовали классификацию красителей и выбраны наиболее оптимальные, предназначенные для таких волокон. Такими красителями оказались в основном дисперсные и кислотные. Были изучены способы крашения арамидных волокон: как в общем, так и отдельными красителями.

Таким образом в ходе работы был проведен полный анализ тканей из арамидных волокон. Выбрана оптимальная группа красителей, которая может окрасить арамидное волокно в любой цвет.

Библиографический список

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Будницкий Г. А., Мачалаба Н.Н.// Химические волокна, 2001, № 2, с 7.

Виккерстафф Т. Физическая химия крашения, пер. с англ./ Т. Виккерстаф, М.: Химия, 1956.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Кудрявцев Г. И., Варшавский В. Я. Армирующие химические волокна для композиции материалов./Г.И. Кудрявцев, М.: Химия, 1992. С.

30.

Мельников Б.Н., Морыганов П. В. Применение красителей./ Б. Н. Мельников, М., 1971.

Мельников Б.Н., Блиничева И. Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов/ Б. Н. Мельников, М., 1978.

Степанов Б.И.

Введение

в химию и технологию органических красителей. М., 1984.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Будницкий Г. А., Мачалаба Н.Н.// Химические волокна, 2001, № 2, с 7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Будницкий Г. А., Мачалаба Н.Н.// Химические волокна, 2001, № 2, с 7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности/ Л. И. Беленький М., 1979.

Будницкий Г. А., Мачалаба Н.Н.// Химические волокна, 2001, № 2, с 7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

Волохина А.В., Щетинин А.М.// Химические волокна, 1998, № 2, с.

7.

См. Там же.

Кудрявцев Г. И., Варшавский В. Я. Армирующие химические волокна для композиции материалов./Г.И. Кудрявцев, М.: Химия, 1992. С.

30.

Кудрявцев Г. И., Варшавский В. Я. Армирующие химические волокна для композиции материалов./Г.И. Кудрявцев, М.: Химия, 1992. С.

30.

Мельников Б.Н., Морыганов П. В. Применение красителей./ Б. Н. Мельников, М., 1971.

Степанов Б.И.

Введение

в химию и технологию органических красителей. М., 1984.

Степанов Б.И.

Введение

в химию и технологию органических красителей. М., 1984.

Степанов Б.И.

Введение

в химию и технологию органических красителей. М., 1984.

Мельников Б.Н., Морыганов П. В. Применение красителей./ Б. Н. Мельников, М., 1971.

Мельников Б.Н., Морыганов П. В. Применение красителей./ Б. Н. Мельников, М., 1971.

Мельников Б.Н., Блиничева И. Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов/ Б. Н. Мельников, М., 1978.

Мельников Б.Н., Блиничева И. Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов/ Б. Н. Мельников, М., 1978.

Мельников Б.Н., Блиничева И. Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов/ Б. Н. Мельников, М., 1978.

Степанов Б.И.

Введение

в химию и технологию органических красителей. М., 1984.

Виккерстафф Т. Физическая химия крашения, пер. с англ./ Т. Виккерстаф, М.: Химия, 1956.

Виккерстафф Т. Физическая химия крашения, пер. с англ./ Т. Виккерстаф, М.: Химия, 1956.

Виккерстафф Т. Физическая химия крашения, пер. с англ./ Т. Виккерстаф, М.: Химия, 1956.