Крашение волокон
КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН, проводят с целью придания им одного определенного цвета (в отличие от печатания тканей). Различают след, стадии: 1) диффузию красителя в водном р-ре к пов-сти волокна. Диффузия существенно ускоряется перемешиванием красильного р-ра, а также созданием на пов-сти волокна заряда, противоположного заряду красителя, или снижением величины одноименного заряда, что достигается изменением рН красильного р-ра введением электролита. Напр., поскольку белковые волокна обладают амфотерными св-вами, создают кислую среду, в к-рой протоны подавляют ионизацию карбоксильных групп волокна. В результате волокно приобретает положит, заряд Н2N—Бел—СООН+Н+:H3N+—Бел—СООН, что благоприятствует взаимод. его с анионом красителя с образованием соли
На диффузию дисперсных красителей в р-ре (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 пов-сти волокна, зависящей от диаметра и длины волокна, а также образуемой порами. Сорбция обусловлена сродством, т.е. разностью хим. потенциалов ( -Dm; в кДж/моль), красителя в волокне и р-ре:
-Dm=RTlncв/cp
здесь R - газовая постоянная [в кДж/(моль.град)]; Т - абс. т-ра; св и сp -концентрации красителя при равновесии соотв. в волокне (в моль/кг) и р-ре (в моль/л); знак минус перед Dm обозначает, что хим. потенциал красителя в р-ре выше, чем в волокне. Чем выше сродство красителя к волокну, тем быстрее и в большем кол-ве он сорбируется волокном. Сорбции способствует также повыш. концентрация красителя на границе фаз волокно - р-р. Эта стадия в значит. степени определяет равномерность получаемой окраски. 3) Диффузию сорбированного красителя внутрь волокна; обусловлена выравниванием концентраций на пов-сти 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 т-ры крашения, а также изменением рН красильного р-ра и использованием текстильно-вспомогат. в-в. При повышении т-ры крашения увеличивается р-римость красителя, уменьшается степень ассоциации его молекул, а также возрастает и ускоряется степень набухания волокон, разрыхляется их структура, снижается взаимод. 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. Напр., 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 крашения волокон 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 крашения волокон 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). Так, полиэфирное волокно красят в аппаратах периодич. действия под давлением, ткани из них - гл. обр. непрерывным термозольным способом, а трикотажные полотна и ткани из текстурированных полиэфирных нитей - периодич. способом в аппаратах эжекторного типа. Осуществляют крашение волокон, как правило, в водном р-ре красителя (красильной ванне). Перед крашением для повышения качества окрасок волокнистые материалы подвергают разл. обработкам: отварке (нагреванию в водном р-ре, содержащем текстильно-вспомогат. в-ва, соду, щелочь или др., способствующие удалению загрязнений и таких в-в, как замасливатели и шлихты, нанесенных на волокно при изготовлении и переработке), белению (обработке окислителями, напр. Н2О2, NaClO4), мерсеризации и др.
Крашение химических волокон. Гидратцеллюлозные волокна окрашивают теми же красителями, что и хлопковые. Для крашения ацетатных, триацетатных и полиэфирных волокон применяют в осн. дисперсные красители. Полиамидные волокна легко окрашиваются мн. классами красителей; наиб. широко используют дисперсные и кислотные, в т.ч. металлсодержащие, красители обоих этих классов, реже - нек-рые 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 т-рах не выше 60 °С (термостабилизированных - не выше 90°С), т.к. при более высоких т-рах волокна усаживаются; причем для получения более интенсивных окрасок процесс проводят в присут. переносчиков. Полипропиленовое волокно, ввиду высокой кристалличности и отсутствия активных групп, способных взаимод. с красителем, окрашивают гл. обр. в процессе получения (в массе). Способность красителя к выравниванию окрасок весьма важна при крашении синтетич. материалов, особенно текстурированных, к-рые м. б. структурно неоднородны. Поэтому при крашении определенного типа волокна из всех применяемых для него красителей предпочитают те, к-рые удовлетворяют конкретным требованиям, предъявляемым к ровноте и устойчивости окраски. Напр., 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 преим. средней и высокой интенсивности, т.к. в светлых тонах неровнота окраски наиб. заметна. Металлсодержащие дисперсные и кислотные красители, уступающие по ровноте окрасок др. классам красителей, используют, когда необходимы особо прочные окраски гл. обр. 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 р-ре 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 внутр. 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 пов-сти 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 в-ва вводят на стадии синтеза полимеров или формования из них волокон. Достоинства способа: совмещение произ-ва волокна с его крашением, исключение трудоемких операций крашения готового волокна, отсутствие сточных вод, равномерность и высокая прочность окрасок, к-рые в большинстве случаев не м. б. 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 в-ва определяется св-вами полимера, условиями его получения и формования. Для крашения в массе используют красители, хорошо р-римые в р-рах или расплавах полимеров, либо высокодисперсные пигменты, способные равномерно распределяться в полимерах и давать устойчивые дисперсии в условиях получения волокон. Для крашения волокон, формуемых из р-ров (вискозные, ацетатные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные), широко используют пигменты в спец. выпускных формах, к-рые вводят в прядильный р-р. Так, для крашения вискозного волокна применяют орг. пигменты (азопигменты, фталоцианиновые, кубовые, сажу), выпускаемые в виде водных паст, содержащих диспергирующие в-ва. В состав выпускных форм пигментов для крашения ацетатных, полиакрилонитрильных и поливинилхлоридных волокон входят наполнители - волокнообразующие полимеры, напр. для ацетатных волокон м. б. использована ацетилцеллюлоза, для поливинилхлоридных - ПВХ. Для крашения вискозных и ацетатных волокон применяют также красители, р-римые в прядильном р-ре. Напр., вискозные штапельные волокна красят в темные тона водорастворимыми сернистыми красителями, ацетатные волокна - ацетонорастворимыми красителями. Окрашенные в массе ацетатные волокна характеризуются высокой устойчивостью окрасок к мокрым обработкам, что почти недостижимо при крашении этих волокон обычными способами. При крашении волокон, формуемых из расплавов (полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых), красящие в-ва вводят на стадии синтеза полимера или в готовый полимер перед формованием из него волокна. В последнем случае красящие в-ва 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 т-рах, достигающих 300 °С) и быть устойчивыми в полиэфирной и особенно полиамидной средах, химически агрессивных при высоких т-рах. Для крашения полиамидных и полиэфирных волокон разработаны спец. термостойкие полимерорастворимые красители. Из пигментов используют гл. обр. производные фталоцианина, хинакридоны, сажу, а также кадмиевые и железооксидные. Лит.: Виккерстафф Т.. Физическая химия крашения, пер. с англ., М., 1956; Мельников Б. Н., Блипичева И. Б., Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов, М., 1978; Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности, М., 1979; Мельников Б. Н., Захарова Т. Д., Кириллова М.Н., Физико-химические основы процессов отделочного производства, М., 1982; Краткий курс химической технологии волокнистых материалов, М., 1984. М. Г. Романова. Г. И. Шилова.
===
Исп. литература для статьи «КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН»: нет данных
Страница «КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН» подготовлена по материалам химической энциклопедии.
Активные темы форума
21 Фляги Ti