ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Фарбування водорозчинними барвниками
Прямі барвники
Мета: вивчити прямі барвники; фарбування целюлозних волокнистих матеріалів; основні терміни.
План: 1. Прямі барвники. 2. Фарбування целюлозних волокнистих матеріалів.
Аніонні барвники, які забарвлюють целюлозні волокна безпосередньо із нейтральних або слаболужних ванн у присутності електролітів (хлориду або сульфату натрію), називають прямими або субстантивними. Прямі барвники замінили синтетичні основні барвники, яким для фіксації на волокнах необхідна була спеціальна операція — протравлення солями металів. Прямі барвники не мали такого недоліку, забарвлюючи целюлозні волокна без попередніх обробок, за що і отримали назву прямих. Більшість прямих барвників відносяться до класу азобарвників і є натрієвими солями сульфо- або карбонових кислот. Кольорова гама прямих барвників досить широка і охоплює кольори від жовтого до чорного; вони добре комбінуються один з одним, мають гарну рівняючу здатність. Однак яскравість цих кольорів тільки задовільна і за цим показником прямі барвники поступаються барвникам інших класів, крім сірчистих. Завдяки простій технології отримання, невисокій вартості, легкості, простоті і універсальності використання прямі барвники знаходять широке застосування для фарбування целюлозних волокнистих матеріалів, а також натурального шовку, поліамідного волокна, тканин із суміші шерсті і целюлозних волокон. Недоліком цих барвників є низька стійкість отриманого забарвлення до мокрих обробок, а у барвників деяких марок — до світла. Наявність у молекулах прямих барвників сульфогруп забезпечує їх розчинність у воді. Загальну формулу прямих барвників можна записати в такому вигляді: БрSO3Nа, де Бр — частина молекули барвника, що визначає колір. У водних розчинах прямі барвники дисоціюють з утворенням забарвлених аніонів БрSO3-, здатних до асоціації:
БрSO3Nа ↔ БрSО3- + Nа+
Присутність в розчині іонів барвників та їх асоціатів різного складу залежить від температури розчину, концентрації барвника і нейтрального електроліту. Величина часток барвника в водному розчині різна, так як різні барвники мають різний ступінь асоціації (частіше 10-100 молекул), радіус часточок досягає 1-5 нм, у той час як розмір набухлої у воді целюлози за радіусом складає 3-4 нм., тобто якщо в розчині є частинки барвника з радіусом більшим, ніж розмір пор волокна, то адсорбція їх целюлозою сповільнюється. Здатність прямих барвників довільно переходити із водного розчину на целюлозне волокно, утворюючи забарвлення різної стійкості до фізико-хімічних дій, обумовлена специфікою їх будови. Прояву спорідненості барвника до целюлози сприяють: 1) збільшення молекулярної маси, 2) лінійність і планарність його молекули, 3) наявність довгого ланцюга спряжених подвійних зв'язків, а також 4) присутність в молекулі групувань, здатних утворювати водневі зв'язки з гідроксильними групами целюлози. Спорідненість барвника з целюлозою тим вища, чим довший ланцюг спряження в його молекулі. Спорідненість прямих барвників з целюлозою зменшується при порушенні площинної конфігурації молекули барвника, а також при накопиченні в ній сульфогруп, які сприяють підвищенню розчинності барвника і зниженню його адсорбції волокном унаслідок прояву ефекту відштовхування однойменних зарядів цих груп у барвнику і на поверхні волокна. Взаємодія прямих барвників з целюлозним волокном здійснюється за рахунок водневих зв'язків і сил Ван-дер-Ваальса. В утворенні водневих зв'язків можуть брати участь всі три гідроксильні групи кожної елементарної ланки целюлози (переважно гідроксильна група біля С) і гідроксиаміно, ациламіно і азогрупи барвників. Прояву міжмолекулярних сил Ван-дер-Ваальса сприяють великі розміри молекул барвника, їх лінійність і площинна будова. Унаслідок різноманітності хімічної будови прямі барвники можуть значно відрізнятись один від одного за поглинанням їх целюлозними волокнами. За цим показником вони поділяються на три підгрупи: 1) барвники з низькою поглинаючою здатністю (за 12 год. із розчину вибирається до 50 % барвника), 2) з середнім поглинанням (50-80 %), 3) із високим поглинанням (понад 80 %). Регулювати процес фарбування текстильних матеріалів прямими барвниками можна шляхом варіювання концентрації барвника і нейтрального електроліту в фарбувальній ванні, а також шляхом зміни температурного режиму, модуля фарбувальної ванни і введення в розчин різних ТДР та гідрофільних органічних розчинників. При короткочасному перебуванні волокнистого матеріалу в фарбувальній ванні поглинання барвника волокном тим вище, чим вища температура фарбування. Якщо ж час перебування волокна в фарбувальному розчині досить тривалий і достатній для досягнення стану, близького до насичення волокнистого полімеру барвником, то доцільніше здійснювати процес фарбування при більш низькій температурі. Це обумовлено неоднаковим впливом температурного фактора на дифузійні і сорбційні явища, які визначають процес фарбування: швидкість дифузії барвника в волокні при підвищенні температури різко зростає, тоді як його сорбційна активність падає. Отже, при короткочасних (5-60 с) безперервних процесах фарбування, коли переважний вплив на кількість барвника, проникаючого у волокно, мають дифузійні процеси, температуру фарбування слід підтримувати на найвищому рівні. При тривалих (1—1,5 год.) періодичних способах фарбування, коли процес наближається до стану рівноваги і роль сорбційних факторів підсилюється, температуру фарбувальної ванни не рекомендується піднімати вище 100 °С, так як це призводить до різкого зниження інтенсивності забарвлення. В цьому випадку не можна повністю виключати і дифузійні явища, які визначають перехід молекул барвника всередину волокна, тому температура фарбування не повинна бути досить низькою. Конкретні значення оптимальних температур для окремих барвників залежать від їх будови, складу фарбувальної ванни і звичайно приводяться в колористичних довідниках. Фарбування целюлозних волокнистих матеріалів прямими барвниками проводять в слаболужному середовищі при рН 8—10, іноді в нейтральному середовищі при рН 6-8. Для створення слаболужного середовища використовують карбонат натрію. У кислих розчинах різко підвищується фактор асоціації молекул барвника і знижується розчинність у зв'язку із сповільненням дисоціації молекул барвника і усуненням фактора електронегативності частинок барвника. Зниження модуля ванни при фарбуванні підвищує економічність процесу (зменшується об'єм ванни, знижуються витрати електроенергії, підвищується швидкість фарбування). При однаковій кількості барвника в розчині отримане забарвлення тим світліше, чим вищий модуль ванни. Суттєвий вплив на перехід прямих барвників із розчину в целюлозне волокно має введення в фарбувальну ванну нейтрального електроліту, що сприяє екрануванню сил електростатичного відштовхування і зниженню потенційного бар'єру між барвником і волокном. Кількість електроліту в ванні необхідно ретельно контролювати, так як при його надлишку, позбавлені від'ємного заряду, частинки барвника легко асоціюють у великі агрегати, які нездатні безпосередньо брати участь в процесі фарбування. Це призводить до зниження вмісту барвника у волокні. Оптимальна концентрація електроліту в фарбувальній ванні залежить від: 1) температури фарбування, 2) природи електроліту, 3) наявності в ванні гідрофільних органічних розчинників або ТДР. При безперервному способі фарбування оптимальні концентрації електроліту менші, ніж при періодичному. Підвищення температури фарбування, введення в фарбувальний розчин органічних розчинників або ТДР протидіють асоціації іонів барвника; в цих випадках оптимальне значення концентрації нейтрального електроліту підвищується. Введення в ванну гідрофільних органічних розчинників (моно-, ди- і триетаноламінів) приводить до сольватації барвника і волокна. Утворення сольватних оболонок сприяє зниженню ступеня асоціації барвника, підвищенню його розчинності і в той же час перешкоджає виникненню міжмолекулярних зв'язків між молекулами барвника і макромолекулами волокноутворюючих полімерів, знижуючи спорідненість із волокном. Результатом цього є прискорення дифузійних процесів, досягнення повноти профарбовування і рівномірності забарвлення. Таким чином, гідрофільні органічні розчинники доцільно використовувати при фарбуванні волокнистих матеріалів безперервним способом, коли загальний вміст барвника у волокні визначається процесами дифузії. Фарбування целюлозних волокнистих матеріалів прямими барвниками можна здійснювати періодичним і безперервним способами. При фарбуванні періодичним способом до складу фарбувальної ванни входять (у % від маси волокна): Барвник 1-4; карбонат натрію 1-2; хлорид натрію або 5-20; сульфат натрію 10-40.
Фарбування починають при 30—40 °С, далі фарбувальний розчин нагрівають до оптимальної для даного барвника температури (70—90 °С) і фарбують при цій температурі 45—60 хв. Модуль ванни залежить від типу вибраного обладнання і складає 10-50. При безперервному способі фарбування тканину просочують протягом 4-6 сек. при 80-90 °С в розчині барвника (5-20 г/л), з додаванням змочувача (2 г/л) і кальцинованої соди (1-2 г/л). Далі тканину віджимають і запарюють насиченою парою при температурі 101—103 °С протягом 1 хв. і промивають. Недоліком прямих барвників є низька стійкість отриманого забарвлення до мокрих обробок і світла. В зв'язку з цим на стадії промивання проводять спеціальну обробку текстильного матеріалу з метою зміцнення отриманого забарвлення. Із існуючих способів зміцнення (закріплення) забарвлення прямими барвниками найбільш широке використання знайшли такі: обробка забарвлених виробів препаратами ДЦУ, ДЦМ і "Устойчивый-2", обробка солями металів (міді, хрому, алюмінію, нікелю). Найбільш цікавим є перший спосіб, так як він нескладний і найбільш універсальний. Як препарати використовують сполуки на основі діціандіаміда (ДЦУ, ДЦМ). Ці препарати являють собою передконденсати діціандіаміда з формальдегідом; ДЦМ-комплексна мідна сіль закріплювача ДЦУ. В основі дії цих препаратів лежить утворення на забарвлених виробах сполук з барвниками, малорозчинних у воді. При цьому аніон барвника займає у відповідному препараті місце аніона оцтової кислоти. Крім того, закріплювач утворює на поверхні забарвленого волокна плівку високомолекулярної сполуки, яка виконує функцію захисного екрана. Всі три препарати підвищують стійкість забарвлення до мокрих обробок і тертя, а препарат ДЦМ, до складу якого входить атом міді, — і до дії світла. При безперервному способі фарбування зміцнення забарвлення здійснюється шляхом просочування тканини в розчині із вмістом 20-40 г/л закріплювача і 0,5 г/л 60 %-ної оцтової кислоти при 60—70 °С. Далі тканину без промивання піддають висушуванню. Зміцнення забарвлення обробкою солями дво- і тривалентних металів можливо в тому випадку, коли в молекулі барвника є гідрокси- і карбоксигрупи, розташовані в ортоположенні одна до одної або до азогрупи. Такі барвники можуть утворювати з металами на волокні комплексні сполуки, стійкі до дії світла і мокрих обробок. Крім того, при обробці барвників, вміщуючих сульфогрупи, солями міді або нікеля можливо утворення важкорозчинних сульфонатів цих металів, що сприяє підвищенню стійкості забарвлення до мокрих обробок. Для зміцнення забарвлення використовують сульфат міді, біхромати натрію і калію, сульфат і ацетат нікелю і алюмінію. Найбільш ефективне зміцнення дають солі нікелю і міді; при їх використанні стійкість забарвлення до світла зростає на 1—2 бали. Недоліком такого способу є погіршення чистоти тону, а іноді і різка зміна кольору. Прямі барвники широко використовуються для фарбування натурального шовку, так як дозволяють отримувати на цьому волокні достатньо стійке забарвлення, здатне витравлятись. При фарбуванні натурального шовку барвник закріплюється на волокні не тільки за допомогою сил Ван-дер-Ваа-льса і водневих зв'язків, але й іонними зв'язками: -ООС—Ф—N+Н3 + БрSО3- + Н+ ↔ НООС—Ф—N+Н3O3-S Бр
(Ф — фіброїн натурального шовку). Цим і пояснюється більш висока стійкість забарвлення прямими барвниками на шовкових тканинах порівняно з целюлозними. Використовують чотири варіанти фарбування натурального шовку: 1) в слаболужному середовищі; 2) в нейтральному середовищі з додаванням нейтрального електроліту або без нього; 3) в слабо кислому середовищі. Для фарбування виробів із чистої вовни прямі барвники використовуються дуже рідко. В основному їх використовують для фарбування целюлозних компонентів тканин із суміші вовни і целюлозного волокна. Поліамідні волокна, як і білкові, можна забарвлювати прямими барвниками в нейтральній або слабо кислій ванні. Режим фарбування аналогічний режиму фарбування натурального шовку, однак, більш гідрофобне поліамідне волокно повільно забарвлюється прямими барвниками, в зв'язку з чим тривалість фарбування збільшується. Отримане забарвлення має високу стійкість до мокрих обробок, хоча внаслідок сповільненої дифузії барвник майже не проникає в волокно і локалізується в зовнішньому шарі. Використання активних барвників Мета: вивчити використання активних барвників, основні терміни.
План: 1. Використання активних барвників. 2. Групи активних барвників. 3. Забарвлення текстильних матеріалів.
Одним із досягнень науково-технічної революції в галузі синтезу і використання барвників можна вважати появу в середині 60-х років XX століття барвників нового класу, які отримали назву — активні. Нині активні барвники, практичне використання яких почалося в 1956 р., знаходять широке використання при фарбуванні целюлозних, білкових і поліамідних волокон, а також сумішей цих волокон з іншими хімічними волокнами. Асортимент активних барвників налічує понад 1000 торгових марок з широкою гамою кольорів і відтінків, починаючи з жовтих і закінчуючи чорними. Активними називаються барвники, в молекулах яких містяться групи атомів, що утворюють в процесі фарбування ковалентний зв'язок з функціональними групами макромолекул волокнистих матеріалів. Цим активні барвники відрізняються від усіх інших класів барвників, що закріплюються на волокні іонними або водневими зв'язками, зв'язками за рахунок сил Ван-дер-Ваальса. Основним достоїнством активних барвників, що вигідно відрізняє їх від барвників інших класів, є яскравість і висока стійкість забарвлення при одночасній порівняльній простоті їх використання. За кольоровим охватом вони перевершують не тільки прямі, але й кубові барвники. Вартість активних барвників значно нижча ніж кубових і дещо вища вартості прямих барвників. Для всіх активних барвників характерна наявність рухомих, реакційно-здатних атомів або групувань, за рахунок яких вони здатні взаємодіяти з функціональними групами волокнистих полімерів з утворенням ковалентних зв'язків (за рахунок реакцій нуклеофільного заміщення або приєднання). В спрощеному вигляді будову активного барвника можна виразити схемою:
S-Бр-Т-Х, де
S — групи, що надають молекулам барвника розчинність у воді; Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|