Разработка и теоретическое обоснование технологии крашения гидратцеллюлозных волокон прямыми красителями

Актуальность темы

В условиях рыночной экономики и высокой конкуренции на рынке сбыта особые требования предъявляются к качеству выпускаемой продукции. Окрашенные текстильные материалы должны обладать высокими колористическими свойствами и устойчивостью окраски к внешним воздействиям.

Широкое распространение при крашении текстильных материалов из целлюлозных и гидратцеллюлозных волокон получили прямые светопрочные красители. Эти красители имеют широкую гамму цветов и просты в применении. Они хорошо совместимы друг с другом и легко вытравляются. Однако следует подчеркнуть, что степень выбирания этих красителей из красильной ванны в условиях обычно применяемой в отделочном производстве технологии не превышает 50−70%, что приводит не только к перерасходу дорогостоящих красителей, но и значительному повышению стоимости очистки сточных вод.

Известно, что степень выбирания красителя из красильного раствора и, как следствие этого, интенсивность получаемой окраски можно изменять вводя в красильный раствор различные электролиты, ПАВ, изменяя рН раствора, способствующих увеличению степени накрашиваемости текстильного материала за счет снижения сил отталкивания между анионами красителя и поверхностью волокна. С другой стороны, введение в красильный раствор электролитов с различными катионами и анионами может привести к уменьшению растворимости красителя и даже выпадению его в осадок, что приведет к снижению интенсивности получаемой окраски и ее устойчивости к мокрым обработкам.

В связи с этим актуальным является выявление влияния химического строения электролитов, отличающихся природой катионов и анионов на на-крашиваемость текстильных материалов из целлюлозных волокон и обоснование состава красильного раствора и технологии крашения текстильных материалов, обеспечивающих получение колористически ценной, устойчивой к внешним воздействиям окраски при одновременном снижении расхода красителей, теплоносителей и экологической жесткости красильно-отделочного производства.

Целью работы является разработка и теоретическое обоснование технологии крашения целлюлозных волокон прямыми светопрочными красителями, обеспечивающей получение колористически ценной окраски при одновременном сокращении расхода красителей, ТВВ и теплоносителей.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

— изучено влияние неорганических солей различного химического строения на изменение электрокинетического потенциала хлопчатобумажных и гид-ратцеллюлозных волокон и их накрашиваемость;

— изучено влияние электролитов различного химического строения на изменение рН красильных растворов при различной температуре во времени;

— изучено влияние химического строения электролитов на изменение ионной силы растворов и адсорбционной способности хлопчатобумажных и гидратцеллюлозных волокон при их крашении прямыми красителями;

— изучено влияние исследуемых электролитов на агрегацию прямых светопрочных красителей в красильных растворах различной концентрации;

— разработана технология крашения целлюлозных волокон прямыми светопрочными красителями, обеспечивающая получение устойчивой к внешним воздействиям колористически ценной окраски при условии снижения расхода красителей, химических материалов и теплоносителей;

— обоснован выбор триады совместимых в условиях предлагаемой технологии прямых светопрочных красителей и произведен расчет соотношения и концентрации красителей в красильном растворе при воспроизведении окраски, соответствующей заданному эталону.

Научная новизна:

Установлено влияние электролитов различного химического строения на изменение электрокинетических и физико-химических свойств поверхности целлюлозных волокон и растворов прямых красителей. Показано, что:

— в области разбавленных растворов электролитов интенсивность получаемой окраски линейно зависит от потенциала поверхности волокна и ионной силы красильного раствора, что связано с электростатическим механизмом сжатия двойного электрического слоя, зависящего от концентрации катиона в отсутствии каких-либо специфических взаимодействий ионов электролитов с поверхностью волокнав области реальных концентраций электролита, вводимого в состав красильного раствора, линейная зависимость интенсивности получаемой окраски от потенциала поверхности волокна и ионной силы раствора не соблюдается вследствие специфического дисперсионного взаимодействия катионов с поверхностью волокна, в результате которого имеет место сверхэквивалентная адсорбция катионов на поверхности волокна, приводящая к резкому снижению отрицательного заряда вплоть до перезарядки поверхности волокназамена NaCl на (NH^SC^ в красильном растворе (в области исследованных концентраций), приводящая к увеличению степени агрегации ионов красителя в растворе не вызывает изменения скорости адсорбции красителя волокном.

Практическая значимость.

На основании результатов исследования влияния электролитов различного химического строения на изменение электрохимических свойств поверхности целлюлозных волокон и физико-химических свойств растворов красителей, разработана технология крашения хлопчатобумажных и вискозных текстильных материалов, позволяющая получить окраску, соответствующую заданному эталону при одновременном снижении расхода красителей, ТВВ и теплоносителей.

Для получения сложных композиционных цветов выбраны триады прямых светопрочных красителей, совместимость которых сохраняется в условиях разработанной технологии крашения, создана база данных цветовых характеристик выбранных красителей и проведен расчет рецептур красильного раствора для воспроизведения цвета под заданный образец.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации.

Научные положения, выводы, а также рекомендации, сформулированные в работе, опираются на большой экспериментальный материал, выполненный на достаточно высоком уровне, с использованием современных стандартных физико-химических методов исследования. Обоснованность и достоверность выводов и результатов работы подтверждены использованием обширного материала, соответствием с современными представлениями о процессах крашения текстильных материалов.

Методы исследования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на хлопчатобумажной бязи арт.275/150 и ткани из вискозного штапельного волокна арт. 8 172 110. В качестве неорганических электролитов использовали соединения Na, NH4, Са, Zn, А1, Си, Со с различными анионами. Крашение исследуемых образцов ткани проводилось с использованием прямых светопрочных красителей, входящих в известные триады.

Экспериментальные исследования проводились с применением физико-химических и электрохимических методов исследования: спектрофотометрии, рН-метрии, метода потенциала протекания и др. Математическая модель процесса крашения получена с использованием программы «ONTSY». Оценка колористических характеристик окраски ткани и расчет рецептуры красильного раствора для воспроизведения цвета заданного эталона проводили на приборе «Texflash» фирмы Datacolor.

Прочие экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик и в соответствии с требованиями ГОСТ. Все расчеты в работе проведены с использованием ЭВМ.

Автор защищает:

— теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования электролитов различного химического строения при крашении хлопчатобумажных тканей и тканей из гидратцеллюлозных волокон прямыми светопрочными красителями;

— разработанную технологию крашения и состав красильного раствора для колорирования хлопчатобумажных тканей и тканей из гидратцеллюлозных волокон прямыми светопрочными красителями.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку:

— на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль.

2001), (27 — 28 ноября 2001 г., МГТУ им. А. Н. Косыгина, г. Москва);

— на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2002), (22−24 апреля 2002 г., ИГТА, Иваново);

— на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс — 2002), (27 -30 мая 2002 г., ИГТА, г. Иваново);

— на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль.

2002), (26 — 27 ноября 2002 г., МГТУ им. А. Н. Косыгина, г. Москва).

Структура и объем работы.

Работа содержит введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением полученных результатов, выводы, список литературы и приложения.

Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка и 23 таблицы, 67 наименований библиографических ссылок, 4 приложения.

1 .ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ВЫВОДЫ:

1. Изучено влияние неорганических солей, содержащих различные сочетания катионов Na, NH4, Са", Zn, А1, Си и Со с анионами СГ, S04, NO3″, СН3СОО", на изменение интенсивности окраски при крашении целлюлозных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями. Установлено, что сформулированная цель работы может быть достигнута только при введении в красильный раствор солей Na или NH4. При этом наибольшее влияние на увеличение интенсивности окраски оказывают соли NH4.

2. Исследованные анионы в солях Na и NH4, по их влиянию на изменение интенсивности получаемой окраски можно расположить в следующий ряд: S042″ > СН3СОО" > СГ > N03″ .

3. Установлено, что в процессе крашения рН красильных растворов при введении в них солей Na в интервале концентраций 0,017−0,17 моль/л практически не изменяется, в то время как при увеличении концентрации солей NH4, рН растворов заметно снижается, что является одной из причин увеличения интенсивности получаемой окраски.

4. Установлено влияние электролитов различного химического строения на изменение электрокинетических и физико-химических свойств поверхности целлюлозных волокон и растворов прямых красителей. Показано, что:

— в области разбавленных растворов электролитов интенсивность получаемой окраски линейно зависит от потенциала поверхности волокна и ионной силы красильного раствора, что связано с электростатическим механизмом сжатия двойного электрического слоя, зависящего от концентрации катиона в отсутствии каких-либо специфических взаимодействий ионов электролитов с поверхностью волокна;

— в области реальных концентраций электролита, вводимого в состав красильного раствора, линейная зависимость интенсивности получаемой окраски от потенциала поверхности волокна и ионной силы раствора не соблюдается вследствие специфического дисперсионного взаимодействия катионов с поверхностью волокна, в результате которого имеет место сверхэквивалентная адсорбция катионов на поверхности волокна, приводящая к резкому снижению отрицательного заряда вплоть до перезарядки поверхности волокназамена NaCl на (NH4)2S04 в красильном растворе (в области исследованных концентраций), приводящая к увеличению степени агрегации ионов красителя в растворе не вызывает изменения скорости адсорбции красителя волокном.

5. Разработана технология крашения целлюлозных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями и состав красильного раствора, обеспечивающие повышение интенсивности получаемой окраски на 1060%, при одновременном снижении температуры крашения на 15−20°С.

6. Показано, что в условиях разработанной технологии сохраняется совместимость известных триад прямых светопрочных красителей.

7. Произведен расчет соотношения и концентраций красителей в красильном растворе при воспроизведении 220 окрасок соответствующих заданному эталону.

8. Показана целесообразность применения электролизеров с растворимыми железными электродами для обесцвечивания сточных вод, содержащих прямые красители с применением в качестве интенсификатора процесса (NH4)2S04.