Г — високотемпературного безперервного запарювання 4 страница

2. Барвники, яким надається тимчасова розчинність на стадії їхнього використання. До них відносяться кубові і сірчисті барвники. Тимчасова розчинність забезпечується утворенням іоногенних груп: С-ОNа (кубові) і -SNa (сірчисті). Розчинність цих барвників в умовах використан­ня досягає 30-50 г/л.

3. Барвники, малорозчинні у воді (до 50-350 мг/л при температурі 80 °С). До них відносяться дисперсні барвники. Обмежена розчинність цих барвників у воді обумовлена наявністю полярних груп: —NН₂, —NHR, -ОН, —SO₂NН₂, —NO₂.

4. Барвники, нерозчинні у воді. До них відносяться піг­ментні барвники. Барвники цього класу через нерозчин­ність у воді і значні розміри часток нездатні проникати в структуру елементарних волокон і зв'язуватися з ними специфічними міжмолекулярними зв'язками. Тому технологія застосування принципово відрізняється від технології за­стосування барвників перших трьох груп. Вона полягає в адгезійному приклеюванні барвників до поверхні волокон спеціальним полімерним сполучним.

Приведена вище класифікація барвників за розчинністю застосована до водної технології використання і зміниться у випадку переходу до неводної технології, тобто при викорис­танні органічних неполярних розчинників, наприклад, хлоро­ваних вуглеводнів. Так, водорозчинні барвники практично в них нерозчинні, а дисперсні барвники, малорозчинні у воді, мають порівняно високу розчинність у пер- і трихлоретилені (0,3-150 г/л при температурі кипіння цих розчинників). Фіксація волокном барвників перших трьох груп як одну з основних стадій включає дифузію барвників у воло­кно. При цьому дуже важливими є геометричні розміри і форма молекули чи іона барвника, оскільки вони значною мірою визначають швидкість його дифузії у волокні. Роз­міри молекул барвника не повинні перевищувати розмірів пор волокна. В іншому разі барвник не буде мати можли­вості дифундувати у волокні, яку б високу спорідненість він до нього не мав. Як було зазначено раніше, текстильні волокна, маючи досить розвинуту внутрішню поверхню, характеризуються відносно малим середнім розміром пор для гідрофільних волокон, що і визначає вимоги до геомет­рії молекул барвників. Вибір барвників для текстильних волокон за молекулярними розмірами протягом тривалого часу розвитку технології колорування здійснювався емпі­рично. У результаті цього вибору барвники, використовува­ні у фарбуванні і друкуванні виробів із природних волокон, мають більш широкий діапазон змін молекулярних розмірів, ніж барвники, використовувані для синтетичних волокон.

Оскільки молекули барвників і пори волокон мають близь­кі розміри (порівнянні), то для виникнення умов проникно­сті волокна стосовно до молекул барвника необхідна їхня стерична сумісність подібна тій, яка виникає при суміщенні ключа з замковою шпарою. При відсутності такого стеричного суміщення виникають істотні складності у фіксації барвників волокном.

Практично у всіх способах фарбування і друкування пред'являються вимоги до розчинності барвників. Чим бі­льша розчинність барвника, тим зручніше його використо­вувати в технології фарбування і друкування. Розчинність водорозчинних барвників визначає інтенсивність забарвлен­ня, яка досягається в плюсовочних способах фарбування. У випадку дисперсних барвників розчинність їх у воді деякою мірою визначає кінетику фарбування з водних дисперсій. Проте висока розчинність барвників призводить до знижен­ня стійкості забарвлення при експлуатації виробів (за виня­тком активних барвників). Необхідно підкреслити, що не слід прагнути до дуже високої розчинності барвників, оскі­льки це може призвести не тільки до зниження стійкості забарвлення до мокрих обробок, але і до низького коефіцієн­та розподілу барвника між волокном і зовнішнім середови­щем, тобто до низької ефективності використання барвника. У випадку водорозчинних барвників число солюбілізованих груп, які визначають розчинність, повинно бути оптималь­ним, що забезпечує необхідну розчинність барвника, але не призводить до значного зниження його спорідненості до во­локна.

Розчини барвників у воді звичайно являють собою полідисперсні системи, де в стані рухомої рівноваги одночасно знаходяться молекули, іони і їх змішані асоціати різного складу. Стан рухомої рівноваги в таких системах залежить, перш за все, від природи барвника, здатності молекул до електролітичної дисоціації на іони, від наявності або відсутно­сті в складі молекул груп, що визначають тенденцію дисоційованих або недисоційованих забарвлених часток до асоціації.

Зміщення рухомої рівноваги в розподілі забарвлених ча­сточок у розчині за їх дисперсністю можливе і при дії зов­нішніх факторів, таких, як: 1) температура, 2) концентрація барв­ника і електроліту в розчині, 3) наявності або відсутності в ньому текстильно-допоміжних речовин (ТДР), розчинників та інших реагентів, використовуваних при фарбуванні.

На стан рухомої рівноваги в розчині суттєвий вплив має текстильний матеріал, що забарвлюється. Занурене в розчин барвника волокно діє як молекулярне сито, вибірково поглинаючи тільки іони і молекули барвника, так як обмежений розмір субмікроскопічних пор у волокні не дає можливості для проникнення в нього великих асоціатів барвника. Змен­шення концентрації іонів і молекул барвника в розчині порушує стан рівноваги в статистичному розподілі забарвле­них часточок за їх розмірами і призводить до розпаду вели­ких асоціатів барвника на більш мілкі, майже до молекул або іонів.

Сили, що викликають асоціацію барвника, багато в чому аналогічні тим силам, які діють між волокном і барвником, обумовлюючи вибіркову адсорбцію барвника із розчину во­локнистими матеріалами в процесах фарбування. Це сили Ван-дер-Ваальса, водневі зв'язки.

При збільшенні концентрації барвника в розчині і особ­ливо при введенні в нього стороннього електроліту (NаСІ), зростають розміри асоціатів і зменшується вміст іонів і окремих молекул, так як при цьому різко подавляється ди­соціація полярних груп, найчастіше сульфогруп у молекулі барвника. В результаті знижується однойменний заряд іо­нів барвника і слабшають сили їх взаємного відштовхуван­ня. Підвищення температури виявляє протилежну дію. При високих температурах відбувається розрив зв'язків між окремими молекулами або іонами барвника, які входять в асоціат.

Наявність в водних розчинах барвників текстильно-до­поміжних речовин і деяких гідрофільних органічних роз­чинників гальмує процеси утворення асоційованих часточок барвника навіть при високих концентраціях їх у розчині і при введенні в нього нейтрального електроліту.

Введення в водний розчин барвника гідрофільних роз­чинників або ТДР змінює природу асоційованих часточок. Високосольватовані іони і молекули барвників втрачають здатність до утворення великих асоціатів. Це, в свою чергу, впливає на дифузійну рухомість барвника в розчині і на його здатність взаємодіяти з волокнистими матеріалами. Спочатку під впливом гідрофільних розчинників дифузій­на рухомість барвників зростає, досягнувши максимума, по­вільно знижується. Це пояснюється тим, що вже невеликі добавки розчинників руйнують великі асоціати барвників.

Збільшення вмісту розчинників у розчині призводить до зростання ступеня сольвації молекул або іонів барвника, вилучених із складу асоціатів, і до сповільнення внаслідок цього дифузії сольватованих часточок.

Стадії процесу фарбування

Мета: вивчити стадії процесу фарбування, основні терміни.

План:

1. Стадії процесу фарбування.

При занурюванні волокнистого матеріалу у фарбуваль­ний розчин концентрація його внаслідок поглинання барв­ника волокном буде зменшуватися спочатку швидко, а по­тім дедалі повільніше і повільніше, поки не наступить стан рівноваги. Як показують дослідження, на ранній стадії фар­бування барвник поглинається зовнішньою поверхнею во­локна. Потім він дедалі більше проникає в товщу волокна доти, поки не буде досягнутий рівномірний розподіл барв­ника по всьому поперечному перерізі волокна. Таким чи­ном, умовно можна вважати, що процес фарбування в найпростішому випадку складається з чотирьох стадій:

1) дифузія (конвективне перенесення) часток барвника з рідкої фарбувальної ванни до поверхні волокна;

2) адсорбція (поглинання) барвника зовнішньою поверх­нею волокна;

3) дифузія барвника з поверхневого шару в товщу волок­на в напрямку до центра;

4) фіксація барвника на внутрішній поверхні волокна (закріплення).

Усі зазначені стадії процесу фарбування проходять одно­часно, але з неоднаковими швидкостями. По суті, явища со­рбції і дифузії барвників у реальному процесі фарбування розділити неможливо. Сорбційна активність барвників впливає на їхню здатність переміщуватися усередині воло­кна. В зв'язку з цим, загальноприйнятим, вважається поло­ження про те, що стадією, яка визначає швидкість процесу фарбування в цілому, є активована дифузія барвника усере­дині волокна з адсорбцією його на поверхні волокна. Це, у свою чергу, вказує на те, що всі кінетичні явища у фарбуван­ні можуть бути виражені через коефіцієнти дифузії барвни­ків усередині волокна.

Інші стадії процесу фарбування також є важливими і впливають на весь процес у цілому, у тому числі і на дифу­зію барвника у волокні.

Дифузія барвника в розчині (перша стадія процесу фар­бування) забезпечує безперервне вирівнювання концент­раційного градієнта на поверхні волокна. Якщо розчин у фарбувальній ванні перемішується, то рівновага між барв­ником, що знаходиться на зовнішній поверхні волокна, і ба­рвником, що знаходиться у ванні, установлюється майже миттєво, а в міру зниження концентрації барвника у ванні зменшується і концентрація барвника на поверхні волокна.

При безперервно-потокових методах фарбування дифузія барвника в розчині, як і адсорбція його на поверхні волок­на, може виявитися фактором, що визначає якість фарбуван­ня в цілому, тому що при цьому контакт волокнистого ма­теріалу з ванною є короткочасним і може складати кілька секунд і навіть частки секунди. Тому швидкість процесу фарбування помітно залежить від ефективності, з якою фар­бувальний розчин циркулює через матеріал, що забарвлюєть­ся, з якою матеріал переміщується у фарбувальній ванні.

Адсорбція барвника поверхнею волокна (друга стадія процесу фарбування) значною мірою залежить від стану ба­рвника в розчині, складу фарбувальної ванни, спорідненості барвника до волокна, електрокінетичного потенціалу волок­на, гідрофобності чи гідрофільності поверхні волокна, наявності, характеру і стану функціональних груп, здатних актив­но взаємодіяти з функціональними групами барвника, і інших факторів.

Докладний опис впливу зазначених факторів на адсорб­цію барвника і процес фарбування в цілому викладені у ві­домих монографіях і книгах Б. Н. Мельникова, Л. Й. Біле­нького, Г. Е. Кричевского, і тут немає потреби їх докладно висвітлювати. Варто лише зазначити, що призначення різ­них компонентів фарбувальної ванни тісно пов'язані з за­дачею забезпечення зміни стану барвника у ванні (диспер­гування, розчинення, сольватування, зниження величини спорідненості до волокна), зміни стану поверхні і структу­ри волокна (набрякання, іонізація функціональних груп і ін.), що в кінцевому результаті сприяє швидкій і рівномір­ній адсорбції барвника волокном.

Це вказує на необхідність обов'язкового і ретельного об­ліку функції всіх компонентів фарбувальної ванни на про­цес фарбування.

На кінетику процесу фарбування значний вплив має ве­личина спорідненості барвника до волокна.

Дифузія барвника у волокнистий матеріал (третя стадія процесу фарбування) викликана тим, що на другій стадії процесу на поверхні волокна утворюється шар барвника підвищеної концентрації. Наявність перепаду (градієнта) концентрації між зовнішнім і внутрішнім шарами приму­шує барвник дифундувати від периферії до центра волокна зі швидкістю, пропорційною градієнту. Дифузія барвника у волокні характеризується величинами коефіцієнтів дифузії (Д) у межах 10^-8-10^-10 см²/с. Така занижена швидкість ди­фузії у волокні в порівнянні з дифузією в рідких середови­щах (10¹⁵-10^-6 см²/с) зумовлена головним чином двома при­чинами:

1) щільністю структури волокон, що спричинює стеричне гальмування просуванню барвників, розміри молекул яких порівняні з розмірами пустот і пор, наявних у волокні чи виникаючих в умовах фіксації;

2) сорбційною взаємодією барвника з активними центра­ми волокна, у результаті чого з дифузійного потоку постій­но зворотно вилучається і зв'язується визначена частка ба­рвника, пропорційна спорідненості барвника до волокна.

Схематичний прояв стеричного й енергетичного (сорбційного) факторів, що гальмують дифузію барвника у волок­ні, показаний на рисунку 2.3. Ця схема дає загальну кар­тину дифузії барвників у внутрішній структурі волокна. Зниження спорідненості барвника до волокна можна здійс­нювати тільки на стадії дифузії барвника у волокні. Після закінчення цієї стадії барвнику необхідно повернути його початкову спорідненість, забезпечуючи тим самим сорбційну взаємодію з волокном і необхідну стійкість фарбування.

Рис. 2.3. Схема активованої (загальмованої) дифузії барвника в порах чи міжсегментальному вільному об'ємі волокна:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: