Исследование совместимости активных красителей в процессах крашения материалов из целлюлозных волокон

Во введении обоснована актуальность темы данной работы, сформулированы ее цель и задачи, а также определена научная новизна работы и ее практическая значимость.

В литературном обзоре рассмотрено понятие совместимости красителей, определяющие ее факторы, а также достижения в области исследования совместимости активных красителей.

В методической части представлены объекты и методы исследования.

Экспериментальная часть состоит из трех глав. В первой главе изучены свойства большинства активных красителей, выпускаемых в Российской Федерации. Вторая глава посвящена определению рациональных условий крашения отдельными марками активных красителей по периодическому (при малом модуле), плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофиксационному способам. В третьей главе изучено взаимное влияние активных красителей на их выбираемость и фиксацию в различных процессах крашения.

В приложении представлен список авторских публикаций, документы, подтверждающие внедрение научных разработок в производство, а также частично — экспериментальный материал.

Работа изложена на 176 страницах, содержит 24 рисунка, 46 таблиц и приложение.

Актуальность работы.

В 2004 году в научном мире широко отмечалось 50-летие выпуска первых активных красителей, которых в настоящее время производится несколько сотен различных марок в Европе, Америке и Азии. В Советском Союзе на шести заводах выпускалось до 60-ти марок активных красителей.

На рубеже двух веков отечественные производители химической и текстильной продукции оказались включенными в международный рынок без достаточной подготовки к конкурентной борьбе.

В настоящее время в Российской Федерации осталось два предприятия, которые выпускают стабильный ассортимент активных красителей с характеристиками на уровне мировых стандартов. Задача заключается в том, чтобы уберечь и развить ассортимент отечественных активных красителей, расширить сферу их применения.

Совместимость красителей в процессах крашения является важнейшим условием получения качественных и воспроизводимых окрасок. Таким образом, определение совместимости красителей на основе всестороннего изучения их свойств — одна из основ их успешной конкурентоспособности на рынке текстильных красителей.

Цель и задачи работы.

Основной целью настоящей работы является предоставление потребителям активных красителей научно-практического материала, позволяющего выбирать марки совместимых красителей и рациональные рецептуры крашения ими тканей и трикотажа из целлюлозных волокон.

Для этого изучались физико-химические, химические и технологические свойства отдельных активных красителей и особенности их поведения при крашении многокомпонентными растворами.

Научная новизна.

На количественном уровне охарактеризованы свойства большинства отечественных активных красителей: сродство к целлюлозному волокну, коэффициенты диффузии и коэффициенты выбираемости в различных условиях крашения, константы скорости реакции красителей с целлюлозой, их устойчивость к действию высоких температур и химических реагентовРазработан комплексный метод анализа совместимости красителей в процессах крашения, учитывающий их физико-химические, химические и технологические свойства;

Впервые показаны случаи химического взаимодействия отдельных марок активных красителей между собой в процессах крашения, приводящие к деструкции хромофора химически неустойчивого красителяОбоснована возможность использования в одной красильной ванне красителей, относящихся к различным группам по реакционной способности;

Разработаны критерии совместимости активных красителей в процессах крашения по периодическому и непрерывным способам.

Практическая значимость и реализация результатов.

Всесторонне исследованы свойства отечественных активных красителей, позволяющие аргументировано выбрать технологию их использования в крашении;

Разработаны рациональные технологические условия крашения тканей из целлюлозных волокон по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофиксационному способам, как индивидуальными марками красителей, так и их смесями;

Определены группы совместимых и несовместимых красителей в различных способах крашения, предложены пути преодоления частичной несовместимости некоторых пар красителей.

Результаты исследований и рациональные технологии использования активных красителей внедрены в красильно-отделочном производстве ОАО «Трехгорная Мануфактура».

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на:

— 3-ем Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов, г. Москва, 2000 г.;

— Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП, г. Москва, 2000 г.;

— Научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые.

— развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск — 2003)", Ивановская государственная текстильная академия, г. Иваново, 2002 г.;

— 4-ом Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов, г. Москва, 2002 г.;

— Конференции «Прорывные технологии в производстве текстиля: волокна, красители, ТВВ, оборудование», г. Москва, 2003 г.;

— Семинаре «Активные красители. 50-летие производства», РСХТК, г. Москва, 2004 г.

Общая характеристика объектов и методов исследования.

Исследования проводились в лабораторных условиях с последующей проверкой полученных результатов в производстве.

В работе использованы ткани из целлюлозных волокон: главным образом, хлопчатобумажные и, в некоторых опытах, вискозно-штапельные. Объектами изучения являлись технические порошки и пасты активных красителей, выпускаемых на заводах Российской Федерации: АО «Пигмент» — фирма «Крата», АО «Колорос», ЗАО «Катион», Заволжский химический завод.

Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического анализа, спектрофотометрии, программного обеспечения расчетов цветовых характеристик и рецептур крашения. Работа выполнялась в соответствии с ГОСТ и с использованием стандартных методик оценки свойств красителей и показателей качества окрасок.

Автор защищает:

1. Последовательность решения вопросов совместимости красителей с трех точек зрения: физико-химической, технологической и химической;

2. Рациональные технологии крашения материалов из целлюлозных волокон, как индивидуальными марками красителей, так и их смесями по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофикса-ционному способам. Предложения о способах применения в крашении смесей красителей с ограниченной совместимостью;

3. Критерии совместимости активных красителей в процессах крашения по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофикса-ционному способам.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ВЫВОДЫ.

1. Определены величины сродства активных красителей к хлопковому волокну. Показано, что большими значениями сродства могут обладать не только дихлортриазиновые, но также отдельные марки монохлортриазиновых и винилсульфоновых красителей;

2. Определены коэффициенты диффузии активных красителей в хлопковое волокно в различных условиях крашения;

3. Определены коэффициенты выбираемости красителей из красильных ванн, которые на первом этапе могут являться основанием для выбора красителей совместимых по показанию скорости сорбции;

4. Измерены константы скорости взаимодействия активных красителей с целлюлозным волокном. Показано, что при плюсовочно-запарном способе различие в реакционной способности у отдельных марок активных красителей выше, чем при плюсовочно-термофиксационном. Выявленный факт теоретически обосновывает возможность одновременного использования при плюсовочно-термофиксационном способе марок красителей относящихся к различным группам;

5. Исследована устойчивость активных красителей в процессах крашения. Выявлены марки красителей неустойчивые к действию щелочей при высоких температурах. Для них рекомендуется более низкие значения рН в процессах колорирования;

6. Исследовано взаимное влияние красителей на их химическую устойчивость в процессах крашения. Показано, что металлокомплексные азокрасители могут ускорять деструкцию хромофора некоторых химически неустойчивых красителей. Эти явления особенно сильно проявляются в процессах периодического и плюсовочно-запарного крашения. Выявлены пары красителей, не рекомендуемых для совместного использования по химическому признаку;

7. Изучены рациональные условия крашения тканей по периодическому способу при малых модулях. Определены концентрации щелочных агентов и электролита, позволяющие получать наивысшие показатели окрасок. Для красителей несовместимых по технологическому признаку, разработаны новые двухстадийные технологии крашения;

8. Исследованы рациональные условия крашения тканей из целлюлозных волокон по плюсовочно-запарному способу. Показано, что едкий натр можно использовать только при крашении двумя-тремя марками винилсульфоновых красителей. Для остальных красителей с индексом «Т» рекомендуется карбонат натрия. Мочевина, лудигол и хлорид натрия рекомендуется использовать только в единичных случаях;

9. Изучены рациональные условия крашения ткани по плюсовочно-термофиксационному способу. Определены концентрации щелочных агентов и мочевины, при которых наблюдаются самые высокие показатели интенсивности окрасок. Показана возможность использования винилсульфоновых и монохлортриазиновых красителей в одном красильном растворе;

10. Изучено взаимное влияние активных красителей на результаты крашения их бинарными смесями по периодическому способу. Получено, что критерием совместимости активных красителей в этом случае можно считать произведение C (npD-eR^ - аналогичный критерию Мегги. При АС (П) < 60 см2/с активные красители можно считать совместимыми, а при AC > 95 см2/с — они проявляют очевидные признаки несовместимости;

11. При крашении по плюсовочно-запарному способу в качестве критерия совместимости было принято произведение С (з> = K (3)BV К (3)цЕлл. Красители совместимы при крашении их смесями, если ДС (з> < 0,12 мин½ и несовместимы, если ДС (3) >0,17 мин ~½;

12. Было получено, что при крашении активными красителями по плюсовочно-термофиксационному способу критерием их совместимости в смесях является произведение С (тф> = КВ (ТФ) К (тф)целлЕсли величина ДС (тф), определенная для пары красителей менее 0,07 мин" 1, то их можно считать совместимыми, а при АС (ТФ) >0,1 мин" 1 красители несовместимы.. Для ассортимента отечественных активных красителей разработаны таблицы их совместимости в периодическом, плюсовочно-запарном и плюсовочно-темофиксационном способах крашения, исходя из полученных значений критериев совместимости, оптимальных технологических условий крашения и возможности химического взаимодействия их в смесях.