МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Документ СМК 3 уровня

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня
УМКД
УМКД 042-18-7.1.42/03-2014
УМКД
Учебно-методические
материалы по дисциплине
«Физико-химические
основы процессов отделки
текстильных материалов»
Редакция №1
от 11.09. 2014
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Физико-химические основы процессов отделки текстильных материалов»
для специальности 5В072600 – «Технология и конструирование
изделий легкой промышленности»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей 2014
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Содержание
1
Глоссарий
2
Лекции
3
Практические и лабораторные занятия
4
Самостоятельная работа студента
Страница 2 из 141
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 3 из 141
ГЛОССАРИЙ
Абака – натуральное волокно растительного происхождения, получаемое из листьев растения абака (текстильный банан).
Альпака – шерсть ламы из семейства верблюдовых – тонкое, проч-ное,
блестящее волокно
Алюнит – мононить в виде ленточек из алюминиевой фольги с
цветным покрытием (часто под золото и серебро) полиэтиленовой плен-кой.
Ангора – пух ангорского кролика – мягкое, тонкое, водостойкое и
молеустойчивое волокно.
Анид – синтетическое полиамидное волокно, получаемое из полигексаметиленадипамида, или нейлона 6.6.
Армированная нить – текстильная комбинированная нить, состоящая
из сердечника и оплетки (наружного слоя).
Асбестовое волокно – натуральное неорганическое (минеральное)
волокно, обладающее очень высокой термостойкостью и негорючестью, что
определяет его применение.
Ацетатное волокно – искусственное химическое волокно из группы
эфирцеллюлозных волокон, получаемое на основе диацетилцеллюлозы.
Белан – текстурированная полиэфирная комплексная нить повышенной
растяжимости.
Беление – технологическая операция отделки текстильных материалов,
целью которой является повышение степени их белизны (обработка
текстильного материала различными отбеливателями: хлорсодержащими,
перекисью водорода, оптическими).
Бикомпонентное волокно – волокно, состоящее из двух видов полимеров, соединенных между собой по поверхности раздела.
Велюровая нить – комбинированная нить, состоящая из сердцевинной
однокруточной нити, в которой перпендикулярно продольной оси закреплено
множество коротких волокон, создающих бархатистую поверхность нити.
Верблюжья шерсть – пуховые волокна длиной 60–70 мм и средней тониной
20,6 мкм.
Винол – синтетическое волокно из группы поливинилспиртовых
волокон, выпускаемое в виде водорастворимых и водонерастворимых
фракций. Вискоза – гидратцеллюлозное искусственное химическое волокно,
первое из коммерчески производимых химических волокон.
Высокомолекулярное соединение (ВМС) – химическое соединение,
молекула которого образована определенным числом (несколько десятков,
сотен и даже тысяч) повторяющихся групп атомов и имеет значительную
молекулярную массу.
Гетероцепный полимер – полимер, в основную цепь макромолекулы
которого кроме атомов углерода входят атомы и других химических
элементов, например кислорода, азота и др.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 4 из 141
Гигроскопичность – влажность волокна (нити) при относительной
влажности воздуха, близкой к 100%, и температуре воздуха (202)оС.
Гофрон – текстурированная комплексная нить повышенной растяжимости,
имеющая плоскую извитость, достигаемую способом гофрирования в
термокамере.
Деформация (удлинение) волокна/нити – приращение длины волокна или
нити при приложении определенной нагрузки (усилия), вы-204
раженное в абсолютных (абсолютная) или относительных (относительная)
единицах.
Джут – натуральное волокно растительного происхождения, получаемое из
стеблей растения с одноименным названием. Дюйм – английская мера
длины, равная 2,54 см.
Капрон – синтетическое полиамидное волокно, получаемое на основе
поликапролактама, или нейлона-6.
Кератин – белковое вещество, являющееся волокнообразующим полимером
шерстяного волокна
Койр – натуральное волокно растительного происхождения, получаемое из
кожуры кокосового ореха. Комбинированная нить – нить, содержащая в
структуре нити двух и более видов, строения и волокнистого состава
Комплексное волокно – волокно, состоящее из нескольких элементарных
волокон, соединенных между собой склеиванием.
Комплексная нить (мультифиламент) – текстильная нить, состоящая из двух
и более элементарных нитей, длина которых равна или несколько больше
длины комплексной нити.
Креп – крученая комплексная нить высокой крутки (1500–2500 кр./м).
Лавсан – синтетическое полиэфирное волокно, получаемое на основе
полиэтилентерефталата.
Лайкра (Lycra) – синтетическое полиуретановое высокоэластичное волокно,
разработанное фирмой Du Pont, США.
Лайоцель или лиоцель (Lyocell) – группа гидратцеллюлозных искусственных
волокон, получаемых непосредственно из раствора α – целлюлозы,
отличающихся повышенной прочностью.
Лен – натуральное волокно растительного происхождения, получаемое из
стеблей растения льна-долгунца.
Мерсеризация – кратковременная обработка хлопкового волокна,
хлопчатобумажной пряжи или ткани 25-процентным раствором едкого натра
при температуре 15–18оС.
Мертвый волос – тип волокна в составе овечьей шерсти, основной объем
которого заполнен сердцевинным слоем, вследствие чего оно имеет
значительную толщину и жесткость, высокую ломкость и низкую удельную
прочность.
Метрический номер – косвенная характеристика толщины волокон и нитей,
обратная линейной плотности и измеряемая в м/г.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 5 из 141
Микроволокна (микрофибра) – сверхтонкие волокна, толщина которых
может составлять 0,01–0,0001 текс. Микрофибриллы – надмолекулярные
образования в структуре по-лимера волокна, удерживаемые друг около друга
за счет сил межмоле-кулярного взаимодействия или за счет перехода
макромолекул полиме-ра из одной микрофибриллы в другую.
Модификация текстильных волокон – направленное изменение
надмолекулярной или морфологической структуры (физическая или
структурная модификация), а также химического состава макромолекулы
полимера волокна (химическая модификация).
Морфологическая структура волокна или микроструктура –
определенный структурный уровень, включающий в себя внешнюю (длина,
толщина, форма поперечного сечения и т.п.) и внутреннюю структуры
(слоистость, пористость, наличие каналов и т.п.) волокна.
Мохер (могер, тифтин) – шерсть ангорской козы – тонкое, длинное (150–200
мм), малоизвитое и блестящее волокно.
Муслин – крученая комплексная нить повышенной крутки (230–900 кр/м)
Отделка текстильных материалов – совокупность технологиче-ских
операций и процессов, направленных на придание суровому мате-риалу
товарного вида и определенных свойств
Мэлан и мэрон – комплексные текстурированные полиэфирные и
полиамидные соответственно нити повышенной растяжимости, полученные
методом ложной крутки с последующей термостабилизацией.
Нитрон – синтетическое полиакрилонитрильное волокно, получаемое из
полиакрилонитрила или его сополимеров.
Ньюцель (Newcell) – волокно из группы лайоцель, выпускаемое в виде
филаментных (комплексных) нитей.
Ость – толстое, довольно грубое и колючее шерстяное волокно, входящее в
состав неоднородной овечьей шерсти.
Пенька – натуральное волокно растительного происхождения, получаемое из
стеблей конопли. Переходный волос – тип шерстяного волокна, входящего в
состав овечьей шерсти, отличительной чертой структуры которого является
наличие, но недоразвитость (прерывистость) сердцевинного слоя
Полинозное волокно – структурно модифицированное вискозное волокно, по
свойствам близкое к хлопку. Полипропиленовое и полиэтиленовое волокна
– синтетические карбоцепные волокна из группы полиолефиновых,
полученные на основе полипропилена или полиэтилена соответственно
Печатание – нанесение и закрепление красителя на отдельных
участках материала.
Рами – натуральное волокно растительного происхождения, по
свойствам аналогичное льну, используемое в странах Азии для производства
тканей бытового назначения. Раппорт ткацкого переплетения –
минимальное число нитей ос-новы или утка, создающее законченный
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 6 из 141
рисунок переплетения. Расчетный диаметр нити/волокна – диаметр
поперечного сече-ния нити или волокна, определенный с учетом их средней
плотности (объемной массы).
Серицин – белковое вещество, являющееся природным клеем, соединяющим шелковины коконной нити натурального шелка. Сиблон –
высокомодульное структурно модифицированное вискозное волокно, по
структуре и свойствам близкое к хлопку. Сизаль – натуральное волокно
растительного происхождения, относящееся к листьевым. Синель – см.
велюровая нить
Плотность ткани или трикотажного полотна – число структурных элементов (для ткани – нитей основы и утка; для трикотажа –
петельных рядов или петельных столбиков), приходящихся на 100 мм длины
или ширины материала
Ткань – текстильное полотно, образованное двумя или более системами взаимно перпендикулярных нитей, соединенных между собой путем
их переплетения в процессе ткачества
Трикотажное переплетение – порядок, определяющий число и виды
элементарных звеньев трикотажа и их взаимосвязь.
Трикоткань – то же, что вязанотканое полотно.
Трощеная пряжа – пряжа, образованная сложением одиночных пряж
без их скручивания между собой.
Упругая деформация – составная часть (компонента) полной
деформации, мгновенно исчезающая (со скоростью звука) после снятия
нагрузки.
Условный диаметр волокна – диаметр поперечного сечения волокна,
рассчитанный с учетом плотности его вещества. Уток – поперечная система
нитей в ткани.
Хлопок – натуральное волокно растительного происхождения,
получаемое из семян растения хлопчатника.
Хлорин – модифицированное поливинилхлоридное синтетическое
волокно, получаемое на основе перхлорвинила.
Холстопрошивное полотно – нетканый материал вязальнопрошивного способа производства, основой которого служит волокнистый
слой (ватка).
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 7 из 141
Лекция №1 ПОДГОТОВКА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель – очистка текстильных материалов от примесей, как
естественных (природные волокна), так и искусственно нанесенных при
механической переработке (прядении, ткачестве, вязании), для обеспечения
взаимодействия красителей с
макромолекулами волокнообразующих
полимеров в процессах крашения и печатания, а также для
придания,
если необходимо, высокой и устойчивой белизны.
Технология процессов подготовки определяется:
1.
наличием и характером примесей на волокнах. Чтобы
эффективно очистить ТМ от примесей, необходимо знать их свойства, чтобы
подобрать условия для их удаления.
2.
химическими свойствами волокон. Процессы подготовки
необходимо вести в условиях, не допускающих ухудшение прочностных
характеристик волокон. Необходимо учитывать отношение волокон к
действию различных веществ, используемых в процессах подготовки.
Для удаления примесей используются вещества:





кислоты серная H2SO4 и уксусная CH3COOH;
щелочные реагенты NaOH, Na2CO3, NaHCO3;
окислители Н2О2, NaClO2 (отбеливатели), NaNO2, K2Cr2O7;
восстановители гидросульфит Na2S2O4 , ронгалит;
поверхностно-активные вещества (ПАВ) - смачиватели
кислая среда Н щелочная среда
Шкала рН 0____________7____________14
1.1. Поверхностно-активные вещества ПАВ
ПАВ – снижают поверхностное натяжение на границе раздела вода –
волокно и облегчается смачивание волокон и проникновение отделочных
материалов в поры волокон. ПАВ способствуют удалению жировых веществ
путем эмульгирования. Молекулы ПАВ имеют дифильное строение:
Гидрофильная часть
Гидрофобная
часть
-(СН2)n-CH3
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 8 из 141
В зависимости от строения гидрофильной части ПАВ делятся на:
1. ионогенные – анионактивные (R-SO3Na) и катионактивные;
2. неионогенные R-O-(CH2-CH2-O)n-H
Механизм моющего действия ПАВ
Основные операции подготовки ТМ
Волокни
стый
материал
Примеси
Операция
Приобретаемые текстильным
на волокнах
подготовки
материалом свойства
Шлихта
Расшлихтовка
Мягкость
Азотистые
Щелочная
Высокая смачиваемость
Пектиновые
отварка
Воскообразные
Хлопок
Минеральные
Естественные
Беление
Белизна
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 9 из 141
красители
-
Мерсеризация
Высокая смачиваемость,
накрашиваемость, блеск
Шлихта
Жиропот
Промывка
Высокая смачиваемость, мягкость
Замасливатели
Растительные
целлюлозные
Шерсть
Карбонизация
примеси
Естественные
красители
Чистота материала, отсутствие
примесей
Беление
Белизна
Отварка
Мягкость, чистота
Беление
Белизна
Термостабилизац
ия
Равномерность и стабильность
Шлихта
Замасливатели
Химичес
кие
волокна
Антистатики
Маркировочны
е красители
-
структуры
1.2. Операции подготовки х/б тканей и трикотажных полотен
Естественные примеси хлопкового волокна (5 – 6 %): воскообразные,
азотистые, пектиновые, минеральные, естественные красители.
На тканях – шлихта 3 -4,5 %.
Свойства целлюлозы – неустойчивость к кислотам и окислителям.
Основные технологические операции:
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 10 из 141
1. Механические операции: опаливание, стрижка.
2. Расшлихтовка – удаление шлихты путем перевода крахмала и
крахмалоподобных продуктов в растворимое состояние.
- Расшлихтовка кислотами. Пропитка ткани растором H2SO4 2-3 г/л
при 30 – 400С с последующим вылеживанием в ящиках в течение 2 – 24 час.
и промывкой.
[С6Н7О2(ОН)3]n + n H2O → [С6Н7О2(ОН)3]m, n >> m
Крахмал
декстрин
Недостаток – возможное разрушение целлюлозы
кислотного гидролиза: целлюлоза → гидроцеллюлоза.
в результате
- Расшлихтовка ферментами (энзимами).
Ферменты – биологически активные вещества животного или
растительного происхождения: панкреатин, биолаза, супербиолаза,
амилосубтилин.
Обработка: пропитка ткани раствором, содержащим 2 г/л фермента, рН
= 5.8- 6.0 при 60 -700С в течение 10-20 мин. с последующей промывкой.
3. Щелочная отварка. Цель – удаление нерастворимых воскообразных
примесей и придание высокой смачиваемости.
Состав варочной жидкости и режим обработки:
Назначение препаратов
ТВВ
Концентрация, г/л
Периодич. Непрерыв.
Омыление части воскообразных примесей,
NaOH
азотистых и пектиновых
10 – 15
25 – 30
Эмульгирование
воскообразных примесей
0,5 – 1
1–2
2–4
3–5
Предотвращение
эмульгированных примесей
неомыляемых
адсорбции
ПАВ
Na2SiO3
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 11 из 141
Предотвращение окисления целлюлозы О2
NaHSO3
воздуха
t,0С
Условия обработки
τ, час
1–2
2–3
100 – 130
100
2 – 12
1
После обработки следует тщательная промывка горячей, затем холодной
водой.
4. Беление
перекисью водорода – дешевый, доступный и
нетоксичный отбеливатель, высокое качество отбеливания.
H2O2 ↔ Н+ + НО2- (пергидроксил-ион)
Для увеличения концентрации пергидроксилиона в раствор вводят
щелочь:
H2O2 + ОН- → H2O + НО2-
рН = 10 – 11
Под действием ионов металлов Fe2+
или
Mg 2+ протекает
каталитическое разложение перекиси водорода с выделением кислорода,
окисляющего целлюлозу. Для предотвращения этого в раствор вводят
стабилизатор – силикат натрия.
Состав растворов и условия обработки:
Беление непрерывным
способом
ТВВ
Конц., г/л
Беление одностадийным
способом с
щел.отваркой
ТВВ
Щелочная отварка
непрерывным способом
Конц., г/л
Н2О2
5 – 10
Н2О2
20 – 25
NaOH
3–5
NaOH
5–7
ТВВ
NaOH
Конц., г/л
25 – 30
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
ПАВ
1–2
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
ПАВ
2–3
Страница 12 из 141
ПАВ
1–2
Na2SiO3
10 – 12
Na2SiO3
15 – 20
Na2SiO3
3–5
NaHSO3
-
NaHSO3
-
NaHSO3
2–3
t,0С
100
t,0С
τ, час
100
1
t,0С
τ, час
100
1
τ, час
1
5.
Мерсеризация – проводится для облагораживания х/б тканей,
придания блеска волокну и повышенной гигроскопичности.
Технологическая схема мерсеризации: пропитка в расправленном и
натянутом состоянии ткани раствором NaOH – 225 – 300 г/л, 16 – 18 0С, 1
мин., затем следует промывка горячей водой, раствором кислоты для
нейтрализации остатков щелочи, холодной водой.
При пропитке образуется щелочная целлюлоза, которая легко
гидролизется при последующей промывке с образованием гидратцеллюлозы
(ГЦ) – структурного изомера природной целлюлозы. При этом разрывается
часть межмолекулярных водородных связей и разрыхляется структура
волокна. Если обработку проводить без натяжения, волокно сильно
усаживается.
Натяжение препятствует усадке, приводит к распрямлению набухшего
волокна, поверхность которого лучше отражает свет, у волокна появляется
блеск.
1.3. Подготовка ТМ из шерсти
Основные примеси шерстяного волокна: остатки жиропота,
замасливатели, шлиха, целлюлозные растительные примеси, естественные
красители.
Основные операции подготовки: промывка, беление, карбонизация,
заварка и декатировка.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 13 из 141
1. Промывка проводится для удаления жиропота, замасливателей и
шлихты с целью придания повышенной и равномерной смачиваемости.
Учитывая неустойчивость шерстяного волокна к действию щелочей
промывка ведется в мягких условиях (рН 8) и при низкой температуре (35 –
400С).
Состав раствора:
Назначение
Эмульгирование жировых
примесей
Омыление жировых
примесей
Концентрация,
Вещество
% от массы ТМ
ПАВ
0,5 – 3,0
Кальцинированная
сода Na2CO3
1-4
Промывка производится в течение 35 – 40 мин. 2 – 3 раза свежим
раствором. Общая продолжительность обработки 2 – 3 часа. Затем
промывают ТМ теплой и холодной водой.
2. Беление. Отбеливают только светлоокрашенную шерсть перекисью
водорода Н2О2 в мягких условиях: рН = 8 – 9, температура 45 – 500С.
Состав раствора (г/л):
Н2О2 (25 %)
- до 20;
Стабилизатор тетрапирофосфат натрия Na4P2O7 - 1,5;
Щелочной реагент NH4OH (25%)
ПАВ
- 1,5;
- 1,0
Продолжительность обработки 1 час, затем ТМ оставляют в
остывающей ванне не 10 – 12 часов и промывают теплой и холодной водой.
3. Карбонизация. Целью обработки является удаление целлюлозных
растительных примесей (семена растений, колючки, остатки листьев и др.),
которые прочно удерживаются в массе шерстяного волокна и не могут быть
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 14 из 141
полностью удалены при механической очистке шерсти. Процесс основан на
различной устойчивости к действию кислот шерсти и целлюлозы.
Карбонизация проводится в несколько стадий:
1. пропитка шерсти в виде волокна или ткани 3 – 6 %-ным раствором
серной кислоты при 20 – 250С;
2. отжим 70 – 100 %;
3. высушивание при 800С;
4. термообработка при 105 – 1100С в течение 3 – 5 минут.
В процессе сушки происходит кислотный гидролиз целлюлозы с
образованием
гидроцеллюлозы,
характеризующейся
низкой
термостойкостью и прочностью.
+ Н2О, кислота
[C6H7O2(OH)3]n
[C6H7O2(OH)3]m
целлюлоза
гидроцеллюлоза, n >> m
Полученная гидроцеллюлоза легко обугливается при термообработке.
5.
механическое
гидроцеллюлозы;
удаление
хрупких
обугленных
остатков
6. промывка карбонизованной шерсти холодной водой, а далее 2%-ным
раствором соды или аммиака для нейтрализации оставшейся на волокне
кислоты.
Если шерсть далее подвергается крашению в кислой среде, то
промывку можно не проводить.
4. Заварка и декатировка. Цель – придание тканям стабильных
линейных размеров. Заварка проводится в горячей воде 100 – 110 0С,
декатировка – обработка паром при 1000С в течение 25 – 60 с., затем следует
«шоковое» охлаждение водой.
В этих условиях при растяжении волокна кератин шерсти переходит из
α– в
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 15 из 141
β – модификацию (рис. 1). Распрямление извитых цепей α – кератина
сопровождается гидролитическим разрывом поперечных связей в
макромолекуле кератина. При длительном влажно-тепловом воздействии на
волокно под натяжением образуются новые поперечные связи, фиксирующие
растянутую структуру β – кератина. При последующем охлаждении волокна
сохраняют эту структуру и без натяжения. Растянутые волокна имеют
легкую волнистость и приобретают блеск. Однако, при повторном
воздействии пара или горячей воды без натяжения волокна вновь
сокращаются, переходя в α – модификацию.
1.4. Подготовка ТМ из химических волокон
Химические волокна выпускаются в белом виде и не содержат
природных примесей. Основная задача при их подготовке – удаление
веществ, нанесенных на волокна при их изготовлении и переработке:
жировых эмульсий, подцветочных красителей, шлихты, антистатиков.
1. Отварка проводится для удаления жировых эмульсий, шлихты,
антистатиков. Обработка проводится в растворе, содержащем (г\л):
ПАВ
Кальцинированная сода Na2CO3
- 1 – 2;
- 1,0
Температура 80 – 85 0С. Продолжительность отварки 1 час.
Для волокон, неустойчивых к действию щелочей (вискозные,
ацетатные, полиакрилонитрильные), отварка может проводится
в
нейтральной среде без добавления соды.
2. Беление.
Беление ТМ из химических волокон может проводиться перекисью
водорода, но в отличие от х/б тканей, в более мягких условиях в
слабощелочной среде.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 16 из 141
Для беления химических волокон, неустойчивых к действию щелочей
рекомендуется использовать отбеливатель хлорит натрия.
Хлорит натрия NaClO 2 проявляет отбеливающую способность в
кислой среде и особенно при рН=3,5 – 4,5. В данных условиях хлорит
натрия гидролизуется с образованием хлористой кислоты:
NaClO 2 + Н2О → НClO 2 + NaOH
Хлористая кислота служит источником активного кислорода:
НClO 2 → НС1+2О
Активный кислород окисляет и обесцвечивает окрашенные
примеси волокна. В избытке кислоты выделяется токсичный диоксид
хлора ClO 2 .
Чтобы обеспечить протекание реакции с выделением кислорода в
раствор для беления вводят специальные вещества - активаторы,
которые сначала ускоряют гидролиз хлорита натрия, а затем
гидролизуются с выделением кислоты и поддерживают рН среды на
оптимальном уровне.
Хлорит натрия - мягкодействующий окислитель и при оптимальных значениях рН практически не вызывает деструкцию волокна.
Беление ТМ из химических волокон отбеливают хлоритом натрия
периодическим способом.
Раствор для беления содержит:
Хлорит натрия
- 1 – 2 % от массы ТМ;
Уксусная кислота
- до рН = 4;
Активатор моноаммонийфосфат - 5 – 10 г/л;
ПАВ
- 1 -2 г/л
ТМ обрабатывают при температуре 80 – 90 0 С в течение 2 часов,
после чего следует промывка горячей и холодной водой.
Несмотря на преимущества хлоритного способа беления, он
находит ограниченное применение из-за коррозирующего действия
выделяющейся двуокиси хлора. Аппаратура для хлоритного беления
должна изготавливаться из сплава, содержащего титан.
Оптические отбеливающие вещества (ООВ).
Для получения повышенного эффекта белизны тканей применяют
оптически отбеливающие вещества, которые представляют собой
флюоресцирующие белые красители. Их применяют для получения
повышенного эффекта белизны изделий, выпускаемых в белом виде. Эти
вещества способны поглощать невидимые ультрафиолетовые лучи и
преобразовывать их в видимые сине-фиолетовые лучи, которые вместе с
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 17 из 141
желтыми лучами, отражаемыми отбеливаемым ТМ, воздействуют на глаз
человека, создавая восприятие чисто-белого цвета.
Чаще всего ООВ служит не для замены окислительного беления, а как
дополнение к нему. Для сокращения числа технологических операций часто
объединяют обработку ООВ с основным окислительным белением.
Обработка производится в растворе ООВ 0,2 – 0,5 % от массы ТМ при
температуре 80 – 90 0С в течение 1 – 1.5 часов.
3. Термостабилизация.
В процессе влажно-тепловых обработок ткани из термопластичных
волокон способны образовывать необратимые деформации (неравномерную
усадку, фиксирование на поверхности ткани складок, заломов), что
объясняется их неравновесным состоянием и большими внутренними
напряжениями. Устранение внутренних напряжений и перевод волокон в
равновесное состояние осуществляют в процессе термостабилизации.
Термостабилизация — процесс специальной тепловой обработки ткани,
находящейся под натяжением, для придания ей мягкости,
стабильности линейных размеров, безусадочности и устойчивости
к смятию, препятствуют образов анию заломов и складок на ее
поверхности.
Процесс термостабилизации состоит из двух стадий:
1.нагревание ткани до определенной для каждого волокна
температуры,
обеспечивающей
разрыв
неустойчивых
межмолекулярных связей и выравнивание вну тренних напряжений
в цепях макромолекул;
2.быстрое
охлаждение,
приводящее
к
образованию
межмолекулярных связей при новом состоянии волокна,
свободном от внутренних напряжений.
Верхний предел температуры стабилизации определяется
температурой размягчения волокна. Чем ниже температура
стабилизации, тем больше длительность обработки.
Условия термостабилизации синтетических волокон
Насыщенный пар
Горячий воздух
Волокно
Температу
ра,0С
Длительно Температу
сть, мин.
ра,0С
Длительнос
ть, с.
капроновое
130
5 – 15
185 – 190
30 – 45
анидное
130
5 –15
215
30 – 45
лавсановое
140
10 – 30
210 – 220
30 – 40
160 – 185
30 – 40
лавсановое
текстурированное
–
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 18 из 141
нитроновое
130
10
140 – 160
30
триацетатное
125
20 – 30
190 – 205
20 – 40
ацетатное
–
–
180 – 190
35 – 40
Отклонения
технологических
параметров
при
термостабилизации приводят к появлению неровноты волокон по
структуре, неравномерной окраски при посл едующем крашении.
Термостабилизацию обычно проводят после отварки перед
крашением, так как имеющиеся на суровых тканях примеси в
процессе стабилизации настолько прочно фиксируются на тканях,
что затрудняется их удаление при отварке.
2. КРАШЕНИЕ
2.1. Теоретические основы процесса крашения
Крашение – сложный физико-химический гетерогенный процесс.
Твердая фаза (волокно) / жидкая фаза (раствор красителя)
На процесс крашения влияют:
- химическая и надмолекулярная структура волокон;
- химическое строение, свойства и поведение в растворах красителей;
- концентрация красителей;
- среда раствора (рН);
- текстильно-вспомогательные вещества и их концентрация;
- температура крашения;
- модуль ванны;
- способ крашения и конструкция оборудования и др.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 19 из 141
2.2.
Красители для текстильной промышленности
В настоящее время во всем мире для крашения текстильных
материалов выпускается более 10 тыс. марок синтетических красителей
различных классов и цветов.
До середины 19 в. для крашения тканей использовались природные
красители, извлекаемые из различного рода продуктов: пурпур – из
моллюсков, кармин – из насекомых (кошениль), из растений - индиго, хна и
др.
В 1842 г. русским ученым Зининым был синтезирован анилин, на
основе которого в дальнейшем был осуществлен синтез разнообразных
красителей.
Первый синтетический краситель - фуксин был произведен в 1855 г.
польским химиком Натансоном.
Красители – органические интенсивно окрашенные соединения,
обладающие ярко выраженной способностью поглощать электромагнитное
излучение в видимой области спектра. Совокупность отраженных излучений
обуславливает цвет красителя и окрашенных им материалов.
Видимый спектр
λ
400
Ф
450
С
500
Г
550
Ж
З
Отраженный
600
О
спектр
650
700
Красный
(дополнительный,
750
цвет
красителя)
λ, нм
400
Ж
450
О
500
К
550
П
600
Ф
650
С
700
750
Г
Каждый краситель характеризуется определенной полосой
поглощения излучения в видимой области спектра.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 20 из 141
Изменение цвета, вызванное поглощением молекулой красителя
более длинных волн, называется углублением цвета (батохромный эффект).
Изменение цвета в результате сдвига полосы поглощения красителя в
сторону коротких волн называется повышением цвета (гипсохромный
эффект).
100%
Спектр поглощения идеального и
реального пурпурного красителя
λ, нм,
480
560
Оптические свойства красителей и их цвет зависят от
химического строения органической молекулы и меняются при изменении ее
строения.
Молекулы красителей поглощают кванты света определенной энергии
в интервале от 158 до 300 кДж/моль, что соответствует энергии излучения в
видимой части спектра.
Соотношение между цветом поглощенного излучения и цветом
красителя.
волны,
нм
Цвет поглощенного
Цвет
красителя
излучения
Изменение
(дополнительный
цвета красителя
(спектральный цвет) цвет)
400-435
Фиолетовый
Зеленовато-желтый
435-480
Синий
Желтый
480-490
Зеленовато-синий
Оранжевый
Углубление
цвета
Длина
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 21 из 141
490-500
Синевато-зеленый
Красный
500-560
Зеленый
Пурпурный
560-580
Желтовато-зеленый
Фиолетовый
580-595
Желтый
Синий
595-605
Оранжевый
Зеленовато-синий
605-730
Красный
Синевато-зеленый
730-760
Пурпурный
Зеленый
Количество поглощенной энергии называется энергией возбуждения
ΔЕ:
ΔΕ=Е* – Е0
где Е0 - энергия молекулы в основном состоянии;
Е*- энергия молекулы в возбужденном состоянии.
Энергия возбуждения связана с длиной волны поглощенного
излучения:
ΔΕ=
где h-постоянная Планка,
hc

,
с-скорость света,
λ -длина волны.
Чем меньше энергия возбуждения, тем больше длина волны поглощаемого красителем излучения, тем глубже цвет.
В ультрафиолетовой и видимой областях спектра (от 100 до 800 нм)
поглощение квантов света обусловлено их взаимодействием с внешней
электронной оболочкой атомов (валентными электронами) молекулы
красителя. Возбужденные в результате поглощения энергии электроны
переходят из одного стационарного положения в другое. Энергетические
затраты, необходимые для перехода электронов на более высокие уровни,
зависят от прочности связи. Особенно подвижны делокализованные πэлектроны кратных связей, участвующие в образовании сопряженных
систем. Этим и объясняется их роль в формировании цвета красителей,
имеющих в молекуле длинные цепи сопряженных связей.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
По мере увеличения
углубление цвета:
–(СН=СН)n–
длины
цепи
Страница 22 из 141
сопряжения
наблюдается
n = 2 бесцветный
n = 4 желтый
n = 5 оранжевый
n = 8 пурпурный
Таким образом, красители должны иметь:
1. длинную открытую или закрытую цепочку сопряженных связей.
Удлинение цепи приводит к углублению цвета (хромирование),
укорочение цепи – к повышению цвета (беление, вытравка).
2. электронакцепторные хромофорные (несущие цвет) заместители:
-N=N-, -COOH, -NO2, -SO3H;
электрондонорные ауксохромные (усиливающие цвет) заместители:
-NH2, -OH, -Cl, -Br
Введение в сопряженную структуру молекулы электрондонорных
или электронакцепторных заместителей приводит к резкому изменению
распределение электронных плотностей в молекуле, а, следовательно, к
изменению цвета красителя.
Прямой ярко-оранжевый
Красители, применяемые для окрашивания текстильных материалов,
должны обеспечивать не только придание определенного цвета, но и прочно
удерживаться на волокне. Взаимодействие красителей с волокнами
обеспечивают гидроксильные
– ОН, амино – NH2 , сульфогруппы –
SO3Na, атомы галогенов – Cl, – Br, входящие в состав их молекул.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 23 из 141
Растворимость в воде красителям придают сульфо- и карбоксильные
группы.
Водорастворимые красители характеризуются растворимостью 30 –
100 г/л.
2.3.
Техническая классификация красителей
По химической классификации красители подразделяются на классы в
зависимости от особенностей их химического строения: азокрасители,
антрахиноновые, триарилметановые и др. Использование химической
классификации в производстве затруднительно.
В 1896 г. русским ученым Шапошниковым была предложена
техническая классификация красителей, учитывающая растворимость
красителей в воде и особенности их применения для крашения.
Водорастворимые красители: прямые, кислотные, кислотные
хромовые, кислотные металлокомплексные, активные, катионные, кубозоли.
Нерастворимые в воде:
- малорастворимые – дисперсные;
- красители, которым придается временная растворимость в процессе
крашения – кубовые и сернистые;
- нерастворимые красители, синтезируемые на волокне – азоидные и
азиновые;
- пигменты.
Класс
красителя
Окрашиваемы
е волокна
Условия крашения
среда Вспомог.
Назначени
Межмоле Прочн
ость
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Прямые
х/б,
вискоза
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
лён,
шерсть,
Кислотные
капрон
К
вещества
е
электролит
↑
Водород.
адсорбции
-
↑
ионные
адсорбции
+
↑
Координ
прочности
ац
окраски
++
H2SO4,
CH3COOH
Кислотные
шерсть
хромовые
х/б,
вискоза
Н
с. К
H2SO4,
K2Cr2O7
лён,
Н→Щ
Na2CO3,
NaHCO3
Активные
шерсть,
капрон
К→Щ
х/б,
вискоза
лён,
Дисперсны ацетат,
е
синтетич
х/б,
вискоза
лён,
х/б,
азокрасите вискоза
ли
лён,
Кубовые
Нераствор.
Пигменты
любые
CH3COOH
кулярные окраск
и
связи
Водород.
Образован → ковал.
ие
ковалентн Ионные
ых связей →
NH4OH
Катионные нитрон
Кубозоли
Страница 24 из 141
++
ковалент.
К
CH3COOH
↑ ровноты ионные
+
К
окислител
ь
Нераств.
Водород.
+
Н
интенсифи Набух.вол
Водород.
катор
ок.
+
Щ
восстанови Растворим
тель,
ое
Водород.
состояние
NaOH
+
Образован
ие
Водород.
красителя
+
Щ
сл.К
азотолы +
диазоли
связующие
Фиксация
,
красителя
пленкообр
-
+
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 25 из 141
азующие
2.4. Поведение красителей в водных растворах
Водорастворимые красители в водных растворах находятся в виде
молекул, ионов или агрегатов (ассоциатов):
(КР-SO3Na)n ↔ n КР-SO3Na ↔ n КР-SO3 - + n Na+
Ассоциаты
←
ассоциация
молекулы
→
ионы
диссоциация
Образование ассоциатов затрудняет проникновение крупных частиц в
поры волокон, а также может привести к выпадению красителя в осадок.
Вес частицы находятся в растворе в динамическом равновесии.
Сместить равновесие вправо и уменьшить ассоциацию красителя можно:
1. уменьшив концентрацию красителя в растворе;
2. повысив температуру;
3. снизив концентрацию электролита. Электролиты вводят в
красильный раствор для облегчения процесса адсорбции красителей на
волокнах.
2.5. Физико-химические стадии крашения
Процесс крашения представляет из себя самопроизвольный переход
молекул или ионов красителя из раствора в волокно.
Теоретически процесс крашения разделяют на 4 физико-химические
стадии:
I стадия. Диффузия красителя из раствора к поверхности волокна.
Диффузия – процесс самопроизвольный, происходящий в результате
теплового движения молекул.
Движущей силой диффузии является разность концентраций красителя
в растворе. На данной стадии – у поверхности волокна (в результате
поглощения красителя волокном концентрация его вблизи волокна
уменьшается) и в более удаленных точках объема раствора. Скорость
диффузии в растворе высока. Увеличить ее можно перемешиванием, тем
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 26 из 141
самым достичь равномерного окрашивания текстильного материала. Данная
стадия определяет конструкцию красильного оборудования.
II стадия. Адсорбция молекул красителя на внешней поверхности
волокна
Осаждение молекул красителя на поверхности волокна происходит в
результате образования между красителем и функциональными группами
макромолекулы волокна различного рода межмолекулярных связей: сил Вандер-Ваальса, водородных, ионных или ковалентных связей. Адсорбция
может быть обратимой и необратимой (в случае образования ковалентных
связей).
Краситель адсорбируется мгновенно, если находится на расстоянии
действия межмолекулярных сил.
Характеризуют адсорбцию сродством красителя к волокну.
Сродство красителя к волокну Δμ – разность термодинамических
потенциалов красителя, адсорбированного на волокне, и красителя в
растворе:
   RT ln CВ  RT ln CР  RT ln СВ СР ,
кДж/моль
Адсорбция является экзотермическим процессом и протекает с
выделением тепла. При повышении температуры Δμ понижается.
Δμ является очень важной величиной, характеризующей отношение
каждого отдельного красителя к конкретному волокну. Чем больше Δμ, тем
прочнее связь красителя с волокном. Но в периодических способах крашения
ткани жгутом возрастает опасность получения неравномерных окрасок.
Затрудняет адсорбцию красителей на волокне возникновение сил
отталкивания между анионом красителя и отрицательно заряженной
поверхностью волокна.
Диссоциация молекул красителя: Кр-SO3Na ↔ Кр-SO3- + Na+
Отрицательный заряд
функциональных групп:
волокна
обусловлен
диссоциацией
Волокно–СООН ↔ Волокно–СОО ̄ + Н+
его
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Величина этого
потенциалом (мВ):
заряда
оценивается
Страница 27 из 141
электрокинетическим
Волокно
ξ-потенциал,
мВ
Волокно
ξ-потенциал,
мВ
Вискозное
12
Полиамидное
60
Ацетатное
36
Полиэфирное
65
Хлопковое
38
Полиакрилонитрильное 80
Шерсть
48
ξ-
Уменьшить силы отталкивания можно введением в красильный
раствор нейтральных электролитов NaCl, Na2SO4. Катионы электролитов,
адсорбируясь на отрицательно заряженной поверхности волокна, уменьшают
заряд, и, кроме того, уменьшают диссоциацию молекул красителя, что в
итоге приводит к увеличению сорбции красителя. Однако, большие
количества электролитов могут усилить агрегацию красителей.
III стадия. Диффузия красителя внутрь волокна
Самая медленная стадия крашения, определяющая продолжительность
процесса. Скорость диффузии молекул красителя в твердом волокнистом
субстрате ≈ в 1000 – 10000 раз медленнее, чем в растворе. Краситель
проникает в волокно через поры, дефекты структуры и межмолекулярные
пространства. Причинами этого являются:
1. большая плотность упаковки макромолекул волокна и, в результате
этого, небольшие размеры пор волокон, через которые краситель проникает в
волокно. Размеры пор сухих гидрофильных волокон составляют 0,2 – 3 нм,
гидрофобных – менее 0,2 нм. Размеры молекул некоторых прямых или
кубовых красителей могут достигать 1 – 4 нм.
2. адсорбция молекул красителя на внутренней поверхности пор
волокон.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 28 из 141
Рисунок 2. Схема диффузии частицы красителя в поре волокна
1 – активный центр волокна; 2 – мобильная молекула красителя;
3 – сорбированная молекула красителя.
Повысить скорость
следующими способами:
диффузии
красителя
в
волокне
возможно
1. создать условия для набухания волокон в водных растворах.
Гидрофильные волокна самопроизвольно набухают в воде. Набухание
усиливается при повышении температуры и щелочности (для целлюлозных
волокон). Для набухания гидрофобных волокон в красильный раствор вводят
интенсификаторы: полярные органические жидкости о- и п-фенилфенолы,
бензойная и салициловая кислоты, их эфиры, хлортолуол и др.
2. повысить температуру. При этом повышается кинетическая энергия
молекул красителя, снижается сродство красителя к волокну, что приводит к
снижению адсорбции красителя на внутренней поверхности пор волокон.
Для
термопластичных гидрофобных волокон особенно эффективно
повышение t выше Тст., которая составляет:
Волокно
Температура стеклования, 0С
Триацетатное
175
Полиамидное
50
Полиакрилонитрильное
85 – 105
Полиэфирное
70 – 100
При этом возрастает амплитуда колебаний звеньев макромолекул
волокон, и диффузия красителя происходит через межмолекулярные
пространства во всем объеме волокна.
Поэтому при крашении синтетических волокон часто используют
высокотемпературные способы крашения (крашение под давлением
периодическим способом или непрерывные термозольные способы).
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 29 из 141
3. ввести в красильный раствор ТВВ, связывающие активные
функциональные группы макромолекул волокна и препятствующие
адсорбции на них молекул красителей.
IV стадия. Адсорбция красителя на внутренней поверхности пор
волокон.
Происходит при понижении температуры
(возрастает сродство красителя к волокну).
в
конце
крашения
2.6. Способы крашения
- Периодический;
- Непрерывный.
В периодических процессах все четыре физико-химических стадии
протекают практически одновременно и не разделяются пространственно.
Деление на стадии условно. Интенсификация процесса осуществляется за
счет повышения температуры, давления (повышение температуры выше
1000С – 130 – 1400С), ТВВ,
механических воздействий.
Скр
τ опт
τ , мин
Общая
продолжительность процесса
крашения
определяется
опытным
путем
по
кинетическим кривым (рис.2):
Рис. 2. Зависимость концентрации красителя
на волокне от продолжительности крашения
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 30 из 141
а
б
в
Рисунок 3. Оборудование для периодического высокотемпературного
крашения:
а – аппарат для крашения пряжи в паковках; б – схема аппарата для
крашения пряжи в паковках; в – эжекторная машина для крашения тканей и
трикотажных полотен.
В аппарат периодического действия загружается определённая партия
текстильного материала (ТМ) и обрабатывается при определенной
температуре заданное технологическим режимом время. В этом же аппарате
ТМ промывается от незафиксированного красителя. Сушка и последующие
операции осуществляются на других машинах.
В непрерывных процессах крашения отдельные физико-химические
стадии протекают на специальном оборудовании, где создаются
определенные условия для их осуществления. Текстильный материал,
обычно – ткань, непрерывным потоком проходит через ряд машин, на
каждой из которых осуществляется определенная операция. Все эти машины
связаны движущейся тканью в одну непрерывную линию (агрегат).
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 31 из 141
Плюсование – пропитка ткани в расправленном состоянии красильным
раствором (1 мин, низкая температура) с последующим отжимом.
Протекают только I и II физико-химические стадии крашения.
Для диффузии красителя в волокно(III стадия) проводится запаривание
или термообработка.
Технологическая схема одностадийного непрерывного крашения
I, II стадии
III, IV стадии
Плюсование
Запаривание,
раствором
Сушка
Промывка
1000С
Термофиксация
красителя
Сушка
горячим воздухом
150 – 220 0С
А
б
Рисунок 4. а – схемы плюсовок; б – внешний вид непрерывного
красильного агрегата
(красильной линии)
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 32 из 141
Рисунок 5. Схема красильной линии:
1- заправочное устройство; 2 – плюсовка; 3 – запарная камера;
4,6,9 – воздушные зрельники; 5 – ванна для пропитки окислительным раствором;
7,8 – роликовые промывные машины; 10 – сушильная барабанная машина
Промывка – для удаления незафиксированного красителя.
Если после плюсования красильным раствором производится
плюсование вспомогательным раствором (ТВВ), то технология крашения двухстадийная.
2.7.
Крашение прямыми красителями
Прямые красители являются производными моно-, дис- или
полиазосоединений и имеют плоскую, вытянутую форму молекулы (см.
формулу красителя на с.14).
Применяются прямые красители для крашения природных
целлюлозных и искусственных гидратцеллюлозных волокон: хлопка, льна,
вискозных волокон. Ограниченно используются для крашения полиамидных
и белковых волокон.
В молекулах красителей содержатся:
сульфогруппы –SO3Na, придающие им растворимость,
аминогруппы (–NH2) и гидроксильные группы (– OH),
благодаря которым красители фиксируются на волокнах водородными
связями:
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 33 из 141
Целллюлоза–ОН + NH2-Краситель-SO3Na →
→
Целлюлоза–ОН ··· NH2-Краситель-
SO3Na
водородная связь
В связи с высокой растворимостью прямых красителей в воде и
невысокой прочностью водородных связей, они дают окраски с низкой
устойчивостью к мокрым обработкам.
Из-за невысокой стоимости, широкой гаммы цветов и яркости окрасок
красители широко используются в текстильной промышленности.
Крашение периодическим способом
Красильный раствор содержит (% от массы ТМ):
Прямого красителя
- 1–4
Модуль ванны
электролита NaCl
- 10 – 20
МВ = Vраствора / mТМ
кальцинированной соды Na2CO3
зависимости
- 1 -3
МВ = 6 – 35 в
(Сода вводится для умягчения воды )
применяемого оборудования
от
Крашение начинается при 300С, затем нагревают раствор до 60-800С и
красят 40-60 минут и промывают тёплой и холодной водой.
Для тёмных и средних тонов проводят закрепляющую обработку,
повышающую устойчивость окраски.
Крашение непрерывным плюсовочно-запарным способом
Красильный раствор содержит ( г/л):
прямого красителя
- 20 – 40
кальцинированной соды
- 1–2
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 34 из 141
Ткань плюсуют красильным раствором при 700С, запаривают 2-3 мин,
плюсуют раствором электролита NaCl концентрации 5–10 г/л и промывают
тёплой и холодной водой.
Закрепляющая обработка
Окрашенную ткань обрабатывают раствором препаратов ДЦУ
(дициандиамидная смола), ДЦМ (ДЦУ с добавлением солей меди) или
«Устойчивый-2» концентрации 3–30 г/л при 60–700С 10–30 мин.
Химическое взаимодействие с препаратами приводит к снижению
растворимости прямых красителей, а также на поверхности волокон
образуется полимерная плёнка, препятствующая десорбции красителей.
Крашение кислотными красителями
2.8.
В отличие от прямых, кислотные красители более разнообразны по
химическому строению и не имеют плоской и вытянутой формы молекулы.
Кислотные красители применяются для крашения
белковых и полиамидных волокон, которые обладают
амфотерными свойствами:
+
/ NH2
/ NH3
Белковое волокно
↔ Белковое волокно
\ COOH
\ COO
В кислой среде кислотные красители взаимодействуют с белковыми
волокнами с образованием ионной связи:
/ NH3
+
+-
+
-
/ NH3 O3S-Красител
ионная связь
Белк. волокно
+ H + O3S-Краситель → Белк.волокно
- кислота
\ COO
\ СООН
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 35 из 141
Кислота подавляет ионизацию карбоксильных групп волокон и
облегчает взаимодействие красителя с волокном.
Химическое строение красителя и его свойства влияют на качество
окраски и условия крашения. По ровноте получаемой окраски кислотные
красители делятся на хорошо-, средне- и плоховыравнивающиеся.
Свойства кислотных красителей и условия крашения
Краситель
хорошовыравнивающий
ся
Диффузионн Сродств
Условия
ая
о
крашения
способность
красител р
красителя
як
Н
Кислота
волокну
Высокая
Низкое
2
–
4
H2SO4
плохая
Среднее
4
–
6
CH3COOH
хорошая
Высокое
6
–
7
CH3COON
H4
хорошая
средневыравнивающий
ся
плоховыравнивающий
ся
Средняя
Низкая
Устойчивос
ть окраски
Крашение периодическим способом
Красильный раствор содержит (% от массы ТМ):
кислотного красителя
- 0,5 – 5
кислоты или кислой соли
- 2–5
выравнивателя
- 0,5 – 1
Крашение начинают при 40-600С, медленно нагревают красильный
раствор до кипения и красят при кипении 1-1,5 часа, промывают тёплой и
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 36 из 141
холодной водой. Для ровноты крашения кислоту вводят в 2 приёма: в начале
и середине крашения.
Крашение кислотными хромовыми красителями
2.9.
Кислотные хромовые красители близки к кислотным и применяются
для крашения, в основном, шерсти.
По химическому строению отличаются от кислотных красителей
наличием и определённым расположением в молекуле –ОН, –СООН и –NH2
групп, благодаря которым при хромировании между волокном и красителем
образуется дополнительная, помимо ионной, координационная связь. Таким
образом красители более прочно фиксируются на волокне. При этом
существенно
повышается
светостойкость
окрашенных
тканей.
Взаимодействие сопровождается углублением цвета красителя.
Схема комплексообразования:
Полипептидная цепь белкового волокна
|
|координационные | связи
COO ̄
NH2 OH
O
Cr
NH2
O
NH3+
ионная связь
R–
–N = N –
краситель
k – SO3̄
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 37 из 141
Крашение проводится в две стадии:
1.
Крашение ТМ
кислотными хромовыми красителями в
сильнокислой среде (Н2SO4) при кипении в течение 45-60 мин. Фиксация
красителей на белковых волокнах осуществляется ионными связями.
2.
Хромирование – обработка раствором бихромата калия в кислой
среде. Происходит образование координационных связей между красителем
и волокном.
Обычно при крашении с последующим хромированием в охлажденный
до 700С красильный раствор вводят 0,5-1,5% бихромата калия, нагревают до
кипения и продолжают крашение 30 мин, затем промывают.
2.10. Крашение кислотными металлокомплексными красителями
Кислотные металлокомплексные (металлсодержащие) красители
содержат атом металла (Cr, Ni) в составе молекулы и при крашении операции
хромирования не требуется. Красители дают окраски высокой
светостойкости и применяются для крашения ТМ из белковых и
полиамидных волокон.
По химическому строению кислотные металлокомплексные красители
подразделяются на 2 группы:
1.
Комплекс 1:1. В молекуле красителя атом Cr связан с 1
молекулой красителя. В названии красителей присутствует индекс М.
Красители обладают не очень высоким сродством к белковому волокну,
поэтому красят в сильнокислой среде. Фиксируются красители ионными и
координационными связями.
2.
Комплекс 1:2. В молекуле красителя атом Cr связан с 2
молекулами красителя. В названии красителей присутствует индекс НМ.
Крашение проводится в нейтральной или слабокислой среде. Фиксируются
красители водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса.
2.11. Крашение катионными красителями
Катионные красители по химическому строению представляют собой
производные аммониевых солей и в растворе находятся в виде окрашенных
катионов:
Kp≡N+ Cl ̄ ↔ Kp≡N+ + Cl ̄
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 38 из 141
Катионные красители применяются для крашения ТМ из
полиакрилонитрильных волокон. Катионные красители обладают очень
высоким сродством к ПА волокнам, которые в водных растворах имеют
высокий поверхностный отрицательный заряд, и фиксируются на них
ионными связями на карбоксильных группах:
- СН2 – СН – СН2 – СН –
\CN
\COO ̄ + N≡Kp
ионная связь
Недостаток – неровнота окраски. Для снижения сродства красителей к
волокну и получения равномерных окрасок в красильный раствор вводят
кислоту для подавления диссоциации карбоксильных групп волокон и
снижения отрицательного заряда ПА волокна.
Крашение производится в растворе, содержащем катионный краситель,
уксусную кислоту (рН 5), электролит Na2SO4, катионактивный
выравниватель. В раствор, нагретый до 80-850С вводят ТМ, медленно
нагревают до кипения и красят 1-1,5 часа, затем охлаждают до начальной
температуры и промывают.
2.12. Крашение активными красителями
Активные красители (АКр) применяются для крашения ТМ из
целлюлозных, белковых и полиамидных волокон. АКр – наиболее ценный
класс красителей, позволяющий получить разнообразные, яркие и очень
устойчивые окраски. Особенностью химического строения красителей
является наличие в их молекуле реакционноспособной группы А, способной
взаимодействовать с амино –NH2 или гидроксильными –ОН группами
волокон с образованием прочной ковалентной связи:
Целлюлоза-ОН + А-Кр-SO3Na → Целлюлоза-О-Кр-SO3Na + HА
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 39 из 141
НООС-Кератин-NH2 + А-Кр-SO3Na → НООС-Кератин-NH-Кр-SO3Na
+ НА
Реакции взаимодействия АКр с волокнами протекают в щелочной
среде, так как:
1.
гидроксильная группа целлюлозы наиболее ионизирована –Оδ←Нδ+ в щелочной среде и замещение протекает легче;
2.
аминогруппа в белковых и полиамидных волокнах способна
участвовать в реакции замещения только в неионизированном состоянии –
NH2, то есть в щелочной среде;
3.
в щелочной среде нейтрализуется выделяющаяся в реакции
кислота НА и равновесие реакции смещается вправо, в сторону окрашенного
продукта.
По реакционной способности в зависимости от особенности
химического строения АКр разделяются на три группы:
1.
красители с высокой реакционной способностью. Активной
группой в таких красителях является атом хлора Cl (дихлортриазиновые
красители). В названии красителей есть индекс Х (для холодного крашения).
Высокую активность красители проявляют даже при низких температурах;
2.
красители
со
средней
реакционной
способностью
(монохлортриазиновые). В названии красителей – индекс Т (для теплого
крашения);
3.
красители
с
низкой
реакционной
способностью
(винилсульфоновые).
Недостатком АКр является их взаимодействие с водой (гидролиз),
приводящее к дезактивации красителя:
Н-ОН + А-Кр-SO3Na → Н-О-Кр-SO3Na + HА
Гидролизованный краситель Н-О-Кр-SO3Na не способен ковалентно
фиксироваться на волокнах, что существенно снижает устойчивость окраски
к мокрым обработкам. С повышением реакционной способности красителя и
щелочности раствора гидролиз усиливается.
Для уменьшения гидролиза крашение активными красителями
ведут по двухстадийной технологии:
1 стадия:
а) крашение целлюлозных волокон начинается в нейтральной среде.
Красители фиксируются на волокнах водородными связями;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 40 из 141
б) крашение белковых и ПА волокон производится в кислой среде.
Гидролиз красителей практически не протекает. Красители фиксируются на
волокнах ионными связями (по типу кислотных красителей).
2 стадия:
Крашение в щелочной среде. Красители фиксируются на волокнах
ковалентными связями.
Способы крашения х/б тканей и трикотажных полотен.
1. Периодический способ.
ТМ окрашивают в растворе, содержащем (в % от массы ТМ):
активный краситель………0,5 – 4
электролит NaCl…………...5 – 15 при оптимальной температуре в
течение 30 минут, затем добавляют соответствующий щелочной реагент (1 –
10 %) и красят еще 1 час. В зависимости от реакционной способности
красителя условия крашения в таблице:
Группа
рН
Щелочной
реагент
Концентрация
электролита,
г/л
30 – 40
8,8 – 9,5
NaHCO3
30 – 60
40 – 60
9,5 –10,5
Na2CO3
40 – 70
Выше 70
10 – 11
Na2CO3+NaOH
90 – 100
АКр
t крашения ,
0
C
Активный Х
Активный Т
Активный
После крашения ТМ тщательно промывают раствором ПАВ при 90 –
950С и горячей и теплой водой для полного удаления гидролизованного
красителя.
2. Непрерывный двухстадийный способ с промежуточной сушкой
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 41 из 141
Используется для АКр различных групп. Получают окраски любой
интенсивности.
Плюсование ткани
нейтральным
раствором
сушка
АКр - 20 – 40 г/л
Плюсование раствором
Запаривание
NaOH (5 г/л) и
103-1050С
электролита (20-100 г/л)
15 – 60 с.
Промывка
раствором
при 90 – 95
водой.
3. Непрерывный одностадийный способ.
Используется преимущественно
реакционной способностью (с индексом Х).
для
красителей
Плюсование ткани раствором:
Запаривание 15 – 30 с.
АКр - 20 – 40 г/л;
Происходит разложение
щелочной реагент бикарбонат натрия
NaHCO3 - 10 – 20 г/л
NaHCO3 → NaOH + CO2 ↑
с
высокой
Промывка
раствором ПАВ
при 90 – 950С и
водой.
рН повышается до 10 – 11,
краситель
ковалентно
взаимодействует с волокном
рН = 7,5 – 8, гидролиз красителя
незначителен
4. Непрерывный термозольный способ.
Используется преимущественно для красителей со средней и
низкой реакционной способностью.
Плюсование ткани раствором:
АКр - 20 – 60 г/л;
Na2CO3 - 25 – 30 г/л;
Термообработка
сушка
160 – 200 0С
30 – 180 с.
Промывка
раствором ПАВ
при 90 – 950С и
водой.
Мочевина 50 – 100 г/л
Термообработка.Чем
выше
температура,
тем
меньше
продолжительность обработки. В этих условиях мочевина плавится и
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 42 из 141
растворяет краситель. Расплав мочевины заполняет поры волокна и создает
условия для диффузии красителя в волокно.
Крашение ТМ из белковых и ПА волокон периодическим способом.
Используются красители с индексом Ш (для шерсти). Крашение
ведется по однованной двухстадийной технологии:
I стадия – крашение в кислой среде при рН 4,5 – 6 в присутствии
уксусной кислоты при 400С в течение 15 – 20 минут;
II стадия – введение в красильный раствор щелочного реагента
(Na2CO3 или NH4OH) до рН 8 – 8,5 и крашение при 800С 20 – 30 минут ,
затем промывка теплой и холодной водой.
2.13. Крашение дисперсными красителями
Применяются для крашения ацетатных и синтетических волокон с
фиксацией на них водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса.
Относятся к малорастворимым красителям (растворимость в воде при
60-90 С составляет 0,01-0,03 г/л). Небольшую растворимость придают
содержащиеся в молекулах красителей группы –OH, -NH2 и их производные.
Молекулы разнообразного химического строения небольших размеров.
0
Периодический способ крашения.
Красильный раствор содержит:
Дисперсный краситель – 1-5 % от массы ТМ (для ПЭ волокон до 10%);
диспергатор – 1-2 г/л.
Продолжительность крашения 1-2 часа при определенной для каждого
волокна температуре: ацетатные волокна – 70-800С, ПА – 90-1000С, ТАЦ и
ПЭ – 120-1400С (под давлением). Температура крашения определяется
плотностью структуры волокон, их гидрофобностью (отсутствием
набухания) и температурой стеклования волокон.
ПЭ волокна при обычном давлении (t крашения 1000С) окрашивают в
присутствии интенсификаторов (3-5 г/л). Интенсификаторы - ароматические
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 43 из 141
соединения – производные бензола (фенолы, амины, кислоты). Имея
молекулы меньшего, чем краситель, размеров, интенсификаторы легко
проникают в волокно, разрывают межмолекулярные связи в полимере,
разрыхляя структуру волокна и облегчают диффузию в волокно дисперсных
красителей.
Непрерывный термозольный способ.
Ткань или трикотажное основовязаное полотно из ТАЦ или ПЭ
волокон плюсуют суспензией дисперсного красителя (до 50 г/л) и
диспергатора (2-5 г/л), высушивают и подвергают термообработке сухим
горячим воздухом (190-2000С) в течение 60-90 секунд. Затем промывают для
удаления незафиксированного красителя с поверхности волокон. Для этого
способа нельзя использовать сублимирующиеся красители.
2.14. Крашение кубовыми красителями
Кубовые красители содержат в составе молекулы две карбонильные
группы, поэтому общую формулу красителей записывают обычно в виде
Кр=С=О.
Применяются для крашения ТМ из целлюлозных волокон. Кубовые
красители относятся к красителям, которым придается временная
растворимость в процессе крашения. Перевод в растворимое состояние
осуществляется путем их восстановления в щелочной среде:
+[H]
+ NaOH
Кр=С=О → Кр≡С-ОН
нерастворимый
→
Кр≡С-ОNa
нераств. лейко-
растворимая соль
лейкокубовый краситель
красителя
кислота красителя
↑
│
окисление + [O], H+
кислоты кубового
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 44 из 141
Применяемые восстановители:
ронгалит NaHSO2•CH2O•2H2O,
гидросульфит (дитионит натрия) Na2S2O4:
Na2S2O4 + 2H2O = 2NaHSO3 + 2H
Выделяющийся в этой реакции атомарный водород восстанавливает
кубовый краситель.
Водорастворимая соль лейкокислоты кубового красителя обладает
сродством к целлюлозным волокнам и фиксируется на них с образованием
водородной связи. При восстановлении красителей происходит изменение их
цвета.
После фиксации на волокне соль лейкокислоты переводят в исходное
нерастворимое состояние путем окисления в кислой среде. Происходит
возвращение первоначального цвета красителя.
Условия окисления:
1. промывка раствором
кислоты (3 г/л);
перекиси водорода (2-3 г/л) и уксусной
2. промывка раствором K2Cr2O7 (1 г/л) и уксусной кислоты (3 г/л);
3. промывка холодной водой (окислитель - кислород)
4. окисление кислородом воздуха;
1. Щелочно-восстановительный способ.
Кубовый краситель восстанавливают до нанесения на ТМ в растворе:
Кубовый краситель – 30 г/л
Температура восстановления
Гидросульфит
- 5 – 10 г/л
индивидуальна для каждого
NaOH
- 4 – 10 г/л
красителя (30 – 600С)
NaCl
- 10 – 60 г/л
Приготовленным раствором окрашивают ТМ периодическим или
непрерывным способом.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 45 из 141
Пример: непрерывный способ.
Ткань плюсуют приготовленным раствором соли лейкокислоты,
запаривают 1 – 2 мин., плюсуют окислительным раствором, промывают
мыльно-щелочным раствором для удаления незафиксированного красителя и
повышения яркости окраски, затем теплой и холодной водой.
Недостаток: получение
светлых
растворимости соли лейкокислоты в воде.
окрасок
из-за
невысокой
2. Суспензионный способ. Предварительного восстановления не
требуется (красители с индексом Д). Особенность – нанесение на ткань
красителя в нерастворимой форме. Все химические реакции проводятся на
волокне. Достоинство – насыщенные и равномерные окраски, глубокое
прокрашивание волокна.
Ткань плюсуют суспензией кубового красителя 50 г/л, высушивают,
плюсуют проявительным раствором (гидросульфит 60 г/л, NaOH 25 г/л),
запаривают 1 мин., обрабатывают раствором окислителя, промывают
мыльно-щелочным раствором, затем водой.
2.15. Крашение кубозолями
Кубозоли –
водорастворимые
формы кубовых красителей.
Применяются для крашения целлюлозных, белковых и полиэфирных
волокон. Перевод в исходную нерастворимую форму кубового красителя
осуществляется на волокне при окислении в кислой среде:
[O], H+
Kр≡С-О-SO3Na
Кубозоль
→
Кр=С=О
кубовый краситель
Реакция сопровождается проявлением исходного цвета кубового
красителя.
Способы крашения (в зависимости от используемого окислителя):
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
нитритный,
(NaClO3).
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
бихроматный,
железокупоросный
Страница 46 из 141
(FeSO4),
запарной
Нитритный способ. Достоинство: окраски высокой чистоты.
Х/б ткань пропитывают раствором при 50-700С:
Кубозоль –
до 20 г/л
Сода создает щелочную среду
Нитрит натрия – 5-10 г/л
и окисления кубозоля не проис-
Кальцинированная сода – 0,5-1 г/л
ходит.
Смачиватель – 0,5-1 г/л
Затем ткань высушивают и пропитывают раствором H2SO4 20-40 г/л
при 50-700С в течение 5-10 секунд для окисления кубозоля и проявления
окраски и промывают теплой и холодной водой.
2.16. Крашение образуемыемыми на волокне нерастворимыми
азокрасителями (азоидными)
Применяются для крашения целлюлозных волокон. Достоинство:
яркие, прочные окраски. Недостаток: ограниченная гамма цветов.
Синтез красителей осуществляется непосредственно на волокне
реакцией азосочетания из водорастворимых продуктов:
[R- N ≡ N]+Cl- +
диазосоставляющая
азокраситель
H –Ar - ONa
→
R- N=N – Ar- OH
азосоставляющая
+ NaCl
нерастворимый
Реакция азосочетания протекает при 5 – 10 0С и pH = 6 – 11.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 47 из 141
Азосоставляющие. Азотолы- производные β-нафтола:
– ОН
Азотол А
– CONH-R
R: - C6H5
Азотол МНА R: - C6H4-NO2
Азотолы растворяются в щелочной среде с образование азотолятов,
обладающих сродством к целлюлозным волокнам и фиксирующихся на
волокнах водородными связями:
– ОН
+
NaOH →
– ОNa
– CONH-R
+ H2O
– CONH-R
нерастворимый азотол
растворимый азотолят
Диазосоставляющие. Наибольшее применение находят диазоли устойчивые формы солей диазония, стабилизированные солями металлов:
Диазоль красный Ж {[O2N-C6H4-N≡N]+Cl-}∙ZnCl2
Для перевода диазоля в активное состояние его растворяют в воде,
нейтрализуя избыточную кислотность раствора.
Непрерывный способ крашения. Х/б ткань плюсуют приготовленным
раствором азотола (азотол 20 г/л, NaOH 5-10 г/л), высушивают, плюсуют
раствором диазоля и промывают теплой и холодной водой.
Схема реакции азосочетания диазоля красного Ж с азотолом А:
H
[О2N-
- N ≡ N]Cl
+
– ONa
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 48 из 141
– CONH-
диазоль красный Ж
азотол А
О2N-
-N = N
+
NaCl
|
– OH
– CONH–
нерастворимый азокраситель
3 ПЕЧАТАНИЕ
Печатание - технологический процесс получения рисунков (одно- или
многоцветных) на тканях, трикотажных полотнах или изделиях. Отличается
от крашения а) способом нанесения красителя на ТМ; б) составом печатных
красок, которые, в отличие от красильного раствора, содержат загустки.
3.1. Загустки
Загустки придают печатной краске вязкость и клейкость для
обеспечения высокого качества печати: ровноты печати, интенсивности
окраски рисунка, глубины проникновения краски в ткань, четких контуров
рисунка. Загустка не должна взаимодействовать с красителем и другими
компонентами печатной краски, должна легко удаляться с ткани при
промывке (загустка придает ткани в местах рисунка жесткость, содержит
много незафиксированного красителя), должна быть дешевой и
недефицитной.
Классификация загусток.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
1.
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 49 из 141
Вязкие водные растворы высокомолекулярных загустителей
Концентрация загустителей в составе печатных красок,%
природные
Крахмал
Альгинат
натрия
Трагант
Камедь
искусственные
10-20 Карбоксиметил5-8
6
целлюлоза (КМЦ)
Карбоксиметил-
30-50 крахмал (КМК)
синтетические
6–
12
8–
10
Поливиниловый
спирт
Акрилатные
загустки
30 –
40
1–3
2. Коллоидные двухфазные загустки:
а) эмульсионные
б) пенные
Представляют собой двухфазные гетерогенные системы, состоящие из
дисперсионной среды (водный раствор эмульгатора или пенообразователя) и
диспергированной фазы в виде мельчайших капелек другой жидкости
(эмульсия) или пузырьков воздуха (пена). В качестве диспергированной фазы
в эмульсионных загустках используют уайт-спирит, велоситовое, машинное
или веретенное масла, которые при получении эмульсии путем
механического перемешивания разбиваются на мельчайшие капельки
диаметром до 0,75 мкм. Загущающая способность эмульсии зависит от
концентрации диспергированной фазы и повышается при ее увеличении. В
качестве эмульгаторов и пенообразователей используются ПАВ.
Недостатком эмульсионных загусток является горючесть и неустойчивость
при хранении.
3.2. Способы печатания
1. Печатание на машинах с гравированными валами. Применяется для
х/б, вискозных и смешанных тканей. V=80 м/мин.
2.
Печатание на машинах с плоскими сетчатыми шаблонами
(фотофильмпечать).
Применяется для шелковых тканей и трикотажных полотен. Получают
рисунки любой сложности. Недостаток - низкая производительность.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 50 из 141
3.
Печатание на машинах с цилиндрическими (ротационными)
сетчатыми шаблонами. Применяется для любых тканей и тр. полотен.
Современные высокопроизводительные машины (V = 100-150 м/мин).
4. Печатание на термопрессах или термокаландрах (переводная печать).
3.3. Виды печати
Различают следующие виды печати: прямую, вытравную и резервную.
Прямая печать.
При прямой печати на белую или светлоокрашенную ткань наносят
методом печати темный рисунок (накладная печать). Цвет ткани не должен
искажать цвета рисунка.
Для прямой печати используют красители, дающие окраски высокой
прочности: активные, кубовые, нерастворимые азокрасители, пигменты,
дисперсные красители.
Технология способов печатания в большинстве аналогична технологии
непрерывных способов крашения.
Технологическая схема прямой печати:
Печатание по белой или светлоокрашенной ткани и сушка на печатной
машине → запаривание или термообработка для диффузии красителя в
волокно
→
→ промывка для удаления загустки и незафиксированного красителя →
сушка.
Вытравная печать.
Цель - получение мелкого светлого рисунка на предварительно
окрашенной в темный цвет ткани. Достигается путем нанесения
на
окрашенную ткань печатной краски, содержащей вещества, разрушающие и
обесцвечивающие краситель.
Технологическая схема вытравной печати:
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 51 из 141
Крашение ткани в темный цвет → промывка → сушка → печатание
вытравной печатной краской → запаривание для разрушения красителя (8-10
минут) → промывка → сушка
Наиболее широко используется восстановительная вытравка, при
которой в состав краски входит восстановитель ронгалит. Содержание
ронгалита в печатной краске 30 - 300 г/кг. При запаривании происходит
разложение ронгалита с выделение водорода и восстановление красителя,
которым была окрашена ткань. Восстановлению и в результате этого
обесцвечиванию легко подвергаются красители, содержащие азогруппу —
N=N—:
R1 – N = N – R2 + 4Н → R1 – NH2 + H2N – R2
азокраситель
смесь неокрашенных продуктов
Под восстановительную вытравку ткани окрашивают обычно прямыми
или образуемыми на волокне нерастворимыми азокрасителями.
Для получения светлого цветного рисунка на темном фоне в состав
краски вводят кубовые красители, ронгалит и гидроксид натрия. При
запаривании кроме разрушения красителя фона происходит восстановление и
растворение кубового красителя и диффузия в волокно соли лейкокислоты
кубового красителя. Далее следует окислительная обработка для перевода
кубового красителя в исходное нерастворимое состояние и промывка, сушка.
Резервная печать.
Цель - получение мелкого светлого рисунка на темном фоне путем
нанесения на ткань резервной печатной краски, препятствующей фиксации
красителя в местах рисунка при последующем крашении.
Технологическая схема резервной печати:
Печатание резервной печатной краской и сушка → термообработка для
фиксации компонентов краски → плюсование раствором красителя →
запаривание для
диффузии красителя в волокно → промывка → сушка.
В местах нанесения печатной краски ткань не окрашивается.
Резервирование осуществляется несколькими методами:
1.образование в местах рисунка нерастворимой полимерной пленки,
препятствующей адсорбции и диффузии красителя в волокно при крашении;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 52 из 141
2.создание на поверхности ткани в местах рисунка условий, в которых
фиксация красителя невозможна.
Пример: резервная печать с использованием нерастворимых
азокрасителей.
а) печатание краской,
содержащей
плюсование ткани
соли
А1 или Zn
плюсование
ткани
щелочным раствором
раствором диазоля,
азотола и сушка
промывка и сушка
б) печатание краской, содержащей
кислоту или восстановитель
а) соли Al или Zn в щелочной среде образуют на ткани нерастворимые
осадки Al(OH)3 или Zn(OH)2 , препятствующие реакции диазоля с азотолом.
б) кислота препятствует протеканию реакции
восстановитель разрушает образующийся азокраситель.
азосочетания,
В результате в местах нанесения печатной краски азокраситель не
образуется и ткань остается белой.
3.4. Печатание активными красителями.
Активные красители не должны взаимодействовать с загустителями.
Загуститель не должен содержать свободных –ОН групп. Используются:
альгинат Na, КМЦ.
Одностадийный способ
Печатание краской:
А Кр
промывка 950С
NaHCO3
раствором ПАВ,
5 – 10 г/кг
10 – 20
→ сушка →
запаривание 1-5 мин
или
→
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
мочевина
водой→сушка
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
50 – 100
Страница 53 из 141
ТО 140 0С 5 мин
Загустка
альгинатная до 1000 кг
При запаривании или термообработке:
- происходит диффузия АКр в волокно;
- повышается щелочность на ткани в результате разложения NaHCO3 и
происходит ковалентная фиксация АКр на волокне.
3.5. Печатание кубовыми красителями
Используются загустители, устойчивые к восстановителям: альгинат
Na, КМЦ, крахмально-трагантная, крахмально-формальдегидная загустки.
1.
Щелочно-восстановительный
(щелочно-гидросульфитный)
способ
Кубовый
краситель
восстанавливают
гидросульфитом
при
приготовлении печатной краски в щелочной среде. В остывшую краску
вводят ронгалит.
Печатание → сушка → зреление (запаривание) 5-7 мин. → промывка
окислительным раствором → промывка раствором ПАВ → промывка водой.
Ронгалит восстанавливает кубовый краситель, окислившийся в
процессе сушки после печати. Недостаток – двойной расход восстановителя.
2.
Поташно-ронгалитный способ
Используют красители в высокодисперсной форме (индекс Д) или
пасты красителей. Предварительного восстановления красителя не
производится.
Печатание краской, содержащей:
Куб. краситель
(паста)
- 120 г/кг
Поташ
- 100
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 54 из 141
Ронгалит - 80
Загустка - до 1000
Технологическая схема процесса:
Печатание → сушка → запаривание 10-12 мин. → промывка
окислительным раствором → промывка раствором ПАВ → промывка водой
При запаривании протекает реакция К2СО3 + НОН→ 2КОН + СО2↑, в
результате чего повышается щелочность и:
- происходит восстановление и растворение кубового красителя;
- идёт диффузия растворимой соли кубового красителя в волокно и
адсорбция на внутренней поверхности волокна.
3.
Двухфазный способ
Используют кубовые красители Д. Аналог суспензионного способа
крашения. Печатная краска содержит кубовый краситель Д и загустку.
Печатание → сушка → плюсование щелочно-восстановительным
раствором→ →запаривание 110 – 1200С 25 – 45 с. → промывка
окислительным раствором →
→промывка ПАВ → промывка водой → сушка
3.6. Печатание дисперсными красителями
Используются загустители: альгинат Na, КМЦ, КМК, камедь, трагант.
1.
Традиционный способ.
Используются дисперсные красители, устойчивые к сублимации.
Печатают краской, содержащей:
Дисперсный краситель,
Интенсификатор
(резорцин, мочевина)
Загустка
Технологическая схема процесса:
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 55 из 141
Печатание → сушка → запаривание 15 – 20 мин или термообработка
150 – 1800С, 4 – 5 мин → промывка
2.
Термопереводной способ «Сублистатик»
Используются красители, способные сублимироваться (возгоняться,
т.е. переходить при нагревании из твёрдого сразу в газообразное состояние)
при 150 – 2200С (31 марка).
Красители наносят на бумагу на машинах с сетчатыми шаблонами или
полиграфическим способом. Последний позволяет получить очень высокое
качество рисунка. Бумага для переводной печати должна быть прочной в
сухом и мокром состоянии, не усаживаться, не поглощать краситель, быть
термостойкой.
1стадия – нанесение красителя на бумагу;
2 стадия – перевод красителя с бумаги на ткань.
Ткань и бумагу накладывают лицевыми сторонами друг на друга и на
специальных переводных термокаландрах подвергают термообработке при
180 – 2200С в течение 10 – 40 с. Краситель сублимируется, его пары
проникают в поры волокон и конденсируются там. Затем ткань охлаждают.
Достоинства: не требуется запаривание, промывка, тем самым
сокращается расход воды и количество сточных вод.
3.7. Печатание пигментами
Пигменты – нерастворимые в воде красители (органические
окрашенные соединения, минеральные пигменты, оксиды Zn, Ti, Al и
бронзовая пудры, сажа). Не имеют сродства к волокнам. Наносят на ТМ в
дисперсии веществ, образующих на волокнах прозрачную, гибкую,
нерастворимую и прочно сцепленную с волокном плёнку.
Достоинства: 1. печать по тканям из любых волокон;
промывки.
2. нет
Пигменты фиксируют на волокнах с помощью:
пленкообразующих веществ: латексы синтетических каучуков,
производные акриловой кислоты;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 56 из 141
- связующих веществ: предконденсаты термореактивных смол карбамол, метазин, гликазин и др.
N(CH2OH)2
HN – CH2 - OH
|
(HOCH2)2N
N(CH2OH)2
C=O
|
HN – CH2 - OH
Карбамол
Метазин
При ТО 130 – 1400C в присутствии кислого катализатора (NH4Cl,
MgCl2) конденсируются с образованием нерастворимого полимера,
удерживающего частицы пигмента, и фиксирующиеся на волокнах
ковалентными связями:
Загустки – двухфазные коллоидные или на основе сополимеров
акриловой кислоты (акрилатные), образующие на поверхности волокон
гибкие и нерастворимые пленки.
Состав печатной краски:
краской,
Технология: печатание
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Пигмент (паста)
Связующее карбамол
Латекс СК
– 150 С
Страница 57 из 141
70 г/кг
сушка
100
↓
130
термообработка 140
Катализатор NH4Cl
10
2 – 3 мин.
Загустка акрилатная
до 1000
0
4 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ОТДЕЛКА
Цель – улучшение качества ТМ после процессов крашения и печатания
и придание специальных свойств.
Механические процессы заключительной отделки: разглаживание ТМ,
исправление перекосов утка тканей или петельной структуры трикотажных
полотен, придание стандартной ширины, ворсование, стрижка и др.
Химические процессы: аппретирование для придания специальных
свойств: жесткости или мягкости, малосминаемости, малоусадочности, водо-,
масло- или грязеотталкивающих свойств, блеска, тиснение, плиссирования и
др. в зависимости от назначения и дальнейшего использования текстильного
изделия.
Химические вещества, используемые для придания специальных
свойств ТМ называются аппретами, а процесс обработки – аппретированием.
Технологическая схема аппретирования:
Плюсование аппретом → сушка → термообработка → промывка
(редко)
Аппреты по устойчивости получаемого эффекта делятся на:
1.
смываемые – эффект исчезает после 1 стирки: крахмал,
декстрин, антистатики;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 58 из 141
2.
малосмываемые – эффект сохраняется в течение 4 – 5 стирок:
латексы или эмульсии термопластичных полимеров (полиэтиленовая,
поливинилацетатная, на основе акриловых сополимеров, синтетических
каучуков);
3.
несмываемые – выдерживают многократные стирки и другие
обработки: предконденсаты термореактивных смол – карбамолы, метазин,
гликазин.
4.1.
Придание жесткости, наполненности, добротности
Обычно применяется для х/б и смешанных тканей для удобства
раскроя.
Ткани аппретируют смываемыми или малосмываемыми аппретами
концентрации 20 – 50 г/л и высушивают на барабанных сушильных машинах.
В процессе сушки полимерная плёнка равномерно распределяется на
поверхности волокон. Прочность тканей на разрыв повышается на 20 – 52 %,
а устойчивость к истиранию возрастает в 2 – 10 раз.
4.2. Малосминаемая и малоусадочная отделка.
ТМ
аппретируют
несмываемыми
аппретами,
содержащими
предконденсаты термореактивных смол – карбамолы или метазин:
HN – CH2 - OH
СН2 – N – CH2 – OH
|
|
C=O
C=O
|
|
HN – CH2 - OH
N(CH2OH)2
(HOCH2)2N
N(CH2OH)2
CH2– N – CH2 – OH
Карбамол
Метазин
Аппрет содержит (в г/л):
Карбамол ЦЭМ
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
карбамол или метазин
Страница 59 из 141
– 100 – 200;
катализатор NH4Cl или MgСl2 – 10;
эмульсию термопластичного полимера или латекс – 5 – 20;
мягчители: стеарокс, алкамон – 5 – 10;
гигроскопическое вещество: мочевина – 10;
оптический отбеливатель – 1.
Ткань плюсуют при 20 – 300С → сушка 110 – 1400С → термообработка
при
140 – 150 0С
в течение 4 – 5 минут.
При термообработке протекает реакция поликонденсации с
образованием нерастворимой поперечносшитой эластичной смолы,
заполняющей поры и пустоты в волокнах, что приводит к повышению их
эластичности.
Кроме
того, предконденсаты взаимодействуют с функциональными группами
волокон, образуя между их макромолекулами поперечные сшивки. Это
приводит к фиксации взаимного расположения макромолекул в аморфных
областях волокон, предотвращая их смещение при внешних деформирующих
нагрузках или набухании. Снижение набухаемости волокон приводит к
снижению усадки ТМ в процессах мокрых обработок и сушки.
При проведении термообработки на специальном оборудовании можно
получить на тканях блеск, лощение, эффекты плиссирования, гофрирования,
тиснения или придать любую нужную форму.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 60 из 141
4.3. Водоотталкивающая отделка
Цель – придание ТМ способности не смачиваться и не впитывать воду.
Два основных вида отделки:
1.
водонепроницаемая, при которой на поверхность ткани
наносится сплошной слой гидрофобного вещества, закрывающего поры,
межволоконные и межнитяные пространства. Но при этом ткань полностью
теряет воздухопроницаемость. Пример: искусственная кожа, кирза – ткани,
покрытые слоем ПВХ или резины.
2.
водоотталкивающая, при которой изменяется характер
поверхности каждого отдельного волокна. При этом ткань не смачивается
водой, но хорошо пропускает воздух.
Молекулы гидрофобизаторов имеют:
- длинный гидрофобный радикал
– (СН2)n-СН3, где n = 15 – 16;
- реакционноспособную группу, благодаря которой они фиксируются
на волокне.
← гидрофобный радикал,
образующий гидрофобный слой
← реакционноспособная группа
волокно
Основные гидрофобизаторы:
1.
Препарат 246 – велан:
Cl-
С18Н37-О-СН2-N+C5Н5 + НО-Целл-за → С18Н37-О-СН2-О-Целл-за + NC5H5 +
HCl
пиридин
Велан ковалентно фиксируется на волокне.
Технологическая схема:
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 61 из 141
Плюсование эмульсией препарата → сушка → термообработка (1400С,
4 мин) → промывка для удаления пиридина → сушка.
Хромолан
Для гидрофобной отделки шерстяных материалов часто
используют Хромолан (хромстеарилхлорид), который полимеризуется на
волокне и ковалентно фиксируется на нём:
2.
Волокно
Хромолан
Ткань пропитывают эмульсией хромолана 90 г/л и уротропина 9
г/л и высушивают при температуре 95 – 1050С. Уротропин вводят для
нейтрализации выделяющейся кислоты НСl.
Кремнийорганические соединения (силиконы)
Для гидрофобной отделки используются силиконы различного
химического
строения,
но
наиболее
часто
используются
полиалкилгидросилоксаны:
3.
Н
/
[– Si – O – ]n , где n =10 – 12;
ГКЖ-94).
R: – CH3; –C2H5 (ГКЖ-94М или
\R
Ткань плюсуют 5 – 6 % эмульсией силиконов, высушивают при
80 С и подвергают термообработке при 1500С в течение 5 минут. На волокне
происходит образование гидрофобной гибкой плёнки. Помимо высокого и
устойчивого гидрофобного эффекта ткань приобретает повышенную
устойчивость к истиранию.
0
4.
Фторорганические препараты
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 62 из 141
Фторорганические препараты придают тканям не только
высокую гидрофобность, но и олеофобность, т.е. способность не смачиваться
маслами.
4.4. Антистатическая отделка текстильных материалов
При трении гидрофобных волокон возникает статический
электрический заряд, который накапливается на текстильном материале изза отсутствия пленки электропроводной влаги.
Удельное поверхностное сопротивление гидрофильных материалов
обычно составляет 107–1012 Ом, гидрофобных - 1011–1015Ом.
Антистатические обработки могут либо препятствовать возникновению
зарядов, либо способствовать рассеянию уже возникших зарядов в
результате:
1. уменьшения коэффициента трения между волокнами;
2. увеличения электропроводности волокон;
3. увеличения диэлектрической
трущимися волокнами.
проницаемости
среды
между
К химическим методам снижения электризуемости волокнистых
материалов относятся:
- введение антистатиков в полимерную массу на стадии формования;
- нанесение
электризуемость;
на
поверхность
волокна
веществ,
снижающих
- модификация поверхности волокна.
Наибольшее применение в качестве антистатиков нашли:
- катионактивные ПАВ: алкамон Д, тетрамон С, марвелан;
- неионогенные ПАВ: стеарокс-6, стеарокс-920, препарат ОС-20.
Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности
волокна, образуют хорошо ориентированный гидрофильный слой,
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 63 из 141
сорбирующий влагу из воздуха, что способствует стеканию электрического
заряда:
Воздух, пары воды
гидрофильный слой молекул ПАВ
Волокно
Применяют антистатики в виде растворов концентрации 5—20 г/л,
нанося путем плюсования или добавляя в последнюю промывную ванну на
линиях непрерывного действия или в аппараты периодического действия.
Недостатком такой обработки является неустойчивость приданного эффекта
к стирке.
Для придания антистатических свойств, устойчивых к стиркам,
применяют специальные препараты, представляющие собой химические
соединения,
способные
образовывать
на
поверхности
волокна
нерастворимые
гидрофильные
полимеры,
обладающие
высокой
проводимостью.
К таким препаратам относятся препараты эпамин-06 и эпамин-15.
Текстильные материалы обрабатывают в плюсовке при 20—25 °С водной
композицией, содержащей:
эпамина-06…………………..60—80 л/г,
карбоната натрия ………….…5—6 г/л;
мягчителя стеарокса-6………5—6 г/л.
Далее ткани или трикотажные полотна обрабатывают в сушильноширильно-стабилизационной машине, где сначала сушат при температуре
100—120°С, а затем подвергают термообработке при 170—180°С.
Лекция № 5
КРАШЕНИЕ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 64 из 141
Под крашением текстильных материалов понимают процесс перехода
красящих веществ из внешней среды (раствор, паровая фаза и т. п.) в
волокно с последующим прочным закреплением их внутри, полимера, что
придает окраске устойчивость к различным воздействиям при эксплуатации.
Красящими
веществами-красителями
—
являются
органические
соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать энергию
электромагнитных излучений в видимой части солнечного спектра.
Напомним, что солнечный белый свет является совокупностью электромагнитных монохроматических (одноцветных) излучений в области волн
длиной от 400 до 800 нм (1 нанометр = 10-9 м=10-7 см) и энергии 150—300
кДж/моль. В области до 400 нм располагается ультрафиолетовая (УФ),
после 800 нм — инфракрасная. (ПК) часть спектра (рис. 28).
В видимой части спектра человеческий глаз различает отдельные
области, характеризующиеся определенным цветом: красным (самая
длинноволновая
часть
видимого спектра), оранжевым, желтым,
зеленым, голубым, синим, фиолетовым (самая коротковолновая часть
видимого спектра). При одновременном воздействии на человеческий глаз
всех участков видимого спектра создается ощущение белого неокрашенного
света. Если при взаимодействии с белым светом вещество может
избирательно
поглощать
(или
пропускать)
отдельные
участки
монохроматических излучений, оно воспринимается цветным, окрашенным
в цвет, который определяется результатом, получаемым при смешивании
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 65 из 141
монохроматических излучений, отраженных от поверхности тела (или
прошедших через тело).
Способность красящих веществ поглощать определенные участки
видимой части спектра является строго индивидуальной характеристикой
данного вещества и зависит от строения молекул. Измеряя на специальном
приборе (спектрофотометре) соотношение поглощенных и пропущенных
(или отраженных) лучей с разной длиной волны, получают график (спектр
поглощения или отражения вещества), который можно использовать для
идентификации красителей, изучения их строения или взаимодействия с
другими красителями или неокрашенными веществами.
Совокупность структурных элементов, определяющих особенность
строения молекул красящих веществ, обусловливающих появление у них
цвета, принято называть хромофорной системой. В молекуле красителей
содержатся функциональные группы, определяющие технологические
свойства (например растворимость) и способность взаимодействовать с
волокном.
Классификация и основные свойства красителей. Номенклатура
В настоящее время в мире производится около 1000 химически
индивидуальных окрашенных органических соединений, на базе которых
создано более 35000 торговых марок красителей.
В СССР анилинокрасочная промышленность производит свыше 500
марок красителей, ассортимент которых ежегодно расширяется.
Для удобства работы с красителями необходима классификация этих
веществ. Работники текстильной промышленности пользуются технической
классификацией, учитывающей технологические свойства красителей, их
отношение к волокнам различной природы. Существует несколько
подходов к созданию технической классификации красителей. Наиболее
удобным можно считать следующий принцип: весь ассортимент делят на
группы по технологическим свойствам, а внутри каждой группы разделяют
красители на классы в зависимости от отношения к различным волокнам
или условий применения, характера связи красителя с волокном и т. д.
Ввиду того, что до настоящего времени крашение проводится в водной
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 66 из 141
среде, Способность красителей растворяться или не растворяться в воде
является одним из основных технологических свойств этих продуктов.
Поэтому разделение красителей на группы произведено в первую очередь
по этому признаку.
Ниже приведена техническая
текстильной промышленности.
классификация
красителей
для
1.
Растворимые в воде — прямые, кислотные, хромовые,
кислотные металлкомплексные, катионные, активные.
2.
Нерастворимые в воде — кубовые, сернистые, дисперсные,
дисперсные активные, пигменты.
3.
Образующиеся на волокне — азоидные, азиновые.
4.
Растворимые производные нерастворимых
красителей —
кубозоли, алцианы.
5.
Красители для смеси волокон.
Растворимые в воде красители.
Эта группа красителей наиболее распространена.
Прямые красители применяют для крашения в основном
целлюлозных волокон. Хромофорная система их представлена
азосоединениями с длинной цепочкой двойных сопряженных связей.
Растворимость красителям придают сульфо- или реже карбоксильные
группы. Выпускная форма — натриевые соли сульфокислот, например
прямой чисто-голубой.
Наличие четырех сульфогрупп обеспечивает высокую растворимость
красителя. Так как поведение прямых красителей при крашении зависит
практически от имеющихся полярных сульфогрупп, то в дальнейшем
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 67 из 141
условную формулу любого прямого красителя в общем виде можно
представить как
Кр — SO3Na.
Кислотные красители используют для крашения белковых и
полиамидных волокон. Молекулы кислотных красителей компактны, их
относительная молекулярная масса заметно меньше, чем у прямых
красителей. Растворимость в воде придают чаще всего сульфогруппы (в
виде натриевых солей), например кислотный алый.
У приведенного красителя, хромофорная система представлена
азосоеди-нением. Цепь сопряжения короче, чем у прямых красителей.
Ввиду того что для объяснения поведения кислотных красителей в условиях
крашения достаточно в их структуре выделить сульфогруппы, в общем виде
формулу красителей изображают так: Кр — SО3Na.
Хромовые красители применяют главным образом при крашении
шерсти. В целом хромофорная система хромовых красителей повторяет
строение кислотных, но в их молекуле обязательно должны содержаться
группы, способные взаимодействовать с солями хрома для повышения
устойчивости окраски. Это гидроксильные —ОН и карбоксильные —
СООН-группы, расположенные в ароматическом кольце рядом (в ортоположении), например хромовый желтый К.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 68 из 141
В общем виде формулу хромового красителя можно записать, выделив
группы, придающие растворимость и обеспечивающие взаимодействие с
солями хрома
Кислотные металлкомплексные красители (КМК) применяют для
крашения белковых и полиамидных волокон.
Известны две группы КМК, которые отличаются соотношением числа
молекул красителей и атомов металла в комплексе: комплекс 1:1, где на одну
молекулу красителя приходится один атом металла (КМК 1:1), и комплекс
2:1, где на две молекулы красителя приходится один атом металла (КМК
2:1).
Катионные
красители
применяют
для
крашения
полиакрилонитрильных волокон, содержащих карбоксильную группу, т. е.
являющихся сополимерами.
Особенностью строения молекул катионных красителей является то,
что красящими свойствами обладает катион, например катионный желтый
43.
Подчеркивая основную особенность строения молекул катионных
красителей, в общем виде их можно написать как
Активные красители применяют для окрашивания волокон, содержащих гидроксильную или аминогруппу, с которыми молекулы красящих
веществ вступают в химическую реакцию, что приводит к образованию
окраски, устойчивой к мокрым обработкам и трению. К таким волокнам
относятся целлюлозные, белковые и полиамидные.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 69 из 141
Растворимость в воде активных красителей обусловливает
сульфогруппа в виде натриевой соли, способность к химическому
взаимодействию с волокном придают различные реакционноспособные
группы, например активный ярко-голубой КХ
В молекуле указанного красителя роль реакционноспособных групп
играют два атома хлора, но эти группировки могут иметь и другое строение.
Обозначив реакционноспособную группу символом Сl, общую формулу
активного красителя можно изобразить как
Нерастворимые в воде красители. Это вторая большая группа
красителей, широко применяемых в текстильной промышленности.
Кубовые красители применяют преимущественно для крашения
целлюлозных волокнистых материалов. Известны успешные результаты
использования их для колорирования синтетических полиэфирных волокон,
особенно в смеси с целлюлозными.
Кубовые красители относятся к числу неионогенных, т. е. не
диссоциирующих в воде на ионы. Этим и объясняется их нерастворимость в
воде.
Эти красители содержат, по крайней мере, две карбонильные группы
=С=О, которые обеспечивают возможность применения их для окрашивания
волокнистых материалов, поэтому в общем виде формулу кубовых красителей изображают как Кр = С = О.
Сернистые красители находят применение при крашении целлюлозных волокнистых материалов. Их получают как производные органических
продуктов с серосодержащими минеральными соединениями. Формулы
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 70 из 141
большинства сернистых красителей не установлены, но известно, что они
включают разнообразные серосодержащие группы, например дисульфидные
—S—S—, которые к тому же определяют технологические свойства красителей. Поэтому в общем виде формула сернистого красителя выглядит так:
В ассортименте класса отсутствуют чистые красные и фиолетовые
цвета. Ввиду вредных условий производства, невысокого качества окраски
ассортимент сернистых красителей не развивается.
Дисперсные красители предназначены для крашения синтетических и
ацетилцеллюлозных волокон. В связи с тем что красители неионогенные,
нерастворимые в воде, их применяют в виде водной дисперсии, например
дисперсный красный 2С
Дисперсные активные красители также нерастворимы в воде, но
содержат реакционноспособные группы, обеспечивающие химическое
взаимодействие с NН2-группами полиамидных волокон.
Пигменты применяют для расцвечивания текстильных изделий из
любых волокон и их смесей и получения яркой, устойчивой окраски.
Пигменты имеют разнообразное химическое строение, практически все
хромофорные системы представлены в ассортименте этого класса.
Красители, образующиеся на волокне. Эта группа включает
красители двух видов.
Азоидные красители образуются на целлюлозных волокнах из
промежуточных водорастворимых продуктов. В качестве азосоставляющей
используют оксипроизводные ароматических соединений — азотолы Аr—
ОН; в качестве диазосоставляющих — водорастворимые производные
первичных ароматических аминов — азоамины R—NH2.
Азиновые красители образуются на целлюлозном волокне как
нерастворимый пигмент путем окисления водорастворимого солянокислого
анилина.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 71 из 141
Это краситель черного цвета, непревзойденного по колористическим
показателям и устойчивости окраски. Начало разработки крашения черным
анилином относят к 1860 году, после чего технология многократно
совершенствовалась, упрощалась, становилась менее токсичной и
агрессивной для волокна. В настоящее время в связи с расширением
производства кубовых и активных красителей крашение черным анилином
потеряло свое значение, но применяется в печатании для получения ярких и
устойчивых отпечатков черного цвета.
Растворимые производные нерастворимых красителей.
четвертая группа красителей по приведенной выше классификации.
Это
Кубозоли — растворимые производные кубовых красителей —
применяют при крашении практически всех волокон.
Алцианы — растворимые производные ряда пигментов — образуют на
целлюлозных волокнах окраску зелено-голубых цветов.
Красители для изделий из смеси волокон. В настоящее время для
крашения тканей из смеси волокон выпускают композиции на базе
различных классов красителей, однотонно закрашивающих компоненты
волокнистой смеси в яркие и устойчивые цвета. При составлении таких
композиций учитывают колористические характеристики (цвет, оттенок,
яркость), показатели устойчивости окрасок и условия крашения каждым
классом красителей соответствующих волокон. Важно, чтобы при крашении
смешанных тканей волокна не повреждались.
Красители для полушерстяных тканей рекомендуются для
крашения тканей из смеси волокон шерстяных, вискозных и капрона в
соотношении 4:5:1. В этом случае они являются смесями кислотных и прямых красителей.
Красители для тканей из смеси шерсти и лавсана являются смесью
кислотных (или КМК 1 : 2) и дисперсных красителей.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 72 из 141
Красители для тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных
волокон под названием полицеллы освоила отечественная анилинокрасочная
промышленность. Это смесь кубовых и дисперсных красителей.
Принятая в нашей стране номенклатура красителей основана на их
технической классификации. В связи с этим в название красителей включают
слова, обозначающие принадлежность к определенному классу, цвет и оттенок окраски, уточнение качества окраски, химическое строение, область применения и т. д. Кроме указанных слов, в название красителя часто вводят
буквенные и цифровые обозначения — марку для указания оттенка, его интенсивности, выпускной формы, условий крашения и т. п.
Полное название красителя помогает технологам определить область и
условия его применения, указывает на качество окраски по цвету, яркости и
устойчивости.
В качестве исключения за некоторыми немногочисленными
красителями сохранены те названия, под которыми они впервые начали
применяться (индиго, родамин, хризофенин, зозин, фуксин, конго красный и
др.).
Расширение международных экономических связей позволило на
советских текстильных предприятиях использовать красители, производимые
зарубежными фирмами.
Современные представления о теории крашения волокон
Теоретические представления о процессе самопроизвольного перехода
красителей из красильных ванн на волокно начали складываться параллельно
с развитием и совершенствованием технологии крашения. Особое внимание
уделялось движущей силе процесса и проблеме связывания красителей
волокнами-полимерами.
Первоначально считали, что краситель, переходя из раствора в
набухшее волокно, задерживается внутри полимера механически, так как при
высушивании волокна поры уменьшаются в диаметре и препятствуют
движению молекул красителя. В настоящее время причину перехода
красителя из красильного раствора в волокно объясняют двумя явлениями.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 73 из 141
Во-первых, свободная энергия молекулы красителя (термодинамический потенциал) в растворе после фиксации ее активными
центрами полимера существенно больше, чем в волокне. По законам
термодинамики самопроизвольные процессы, к которым относится крашение
текстильных волокон, всегда направлены в сторону уменьшения свободной
энергии (снижения термодинамического потенциала). Поэтому крашение
сопровождается накоплением красителя в волокне и уменьшением его
содержания в красильном растворе. Процесс идет до выравнивания
потенциалов красителя в волокне и растворе (равновесие).
Разность стандартных термодинамических потенциалов красителя в
волокне и растворе называют сродством красителя к волокну (—∆μо).
Стандартными термодинамическими потенциалами называют потенциалы
при концентрациях красителя в растворе и волокне, равных 1 г∙моль/кг
соответственно.
Сродство рассчитывают по уравнению:
где R —газовая постоянная, кДж/(моль∙градус); Т — абсолютная
температура, К; СВ — концентрация красителя в волокне при равновесии,
г∙моль/кг; Ср — концентрация красителя в растворе при равновесии, г∙моль/л;
знак «—» указывает, что потенциал красителя в растворе выше, чем в
волокне (измеряется в кДж/моль).
Чем выше сродство данного красителя к волокну, тем быстрее
протекает процесс перехода красителя в волокно и тем выше, как правило,
устойчивость связи краситель — волокно. Сродство — удобная
сравнительная характеристика различных красителей по отношению к
конкретному волокну или одного красителя по отношению к различным
волокнам или условиям крашения.
Во-вторых, причина перехода красителя из ванны на волокно
заключена в существовании разности концентрации красителя между
волокном и раствором. В первоначальный период эта разница (градиент
концентрации) велика, так как СВ = 0, а Ср максимальна. Стремясь к
выравниванию концентраций в двух фазах — волокне и растворе, краситель
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 74 из 141
переходит границу раздела двух фаз и заполняет волокно вплоть до
равновесия.
Молекула красителя, попадая в волокно, не остается в поверхностном
слое, а стремится проникнуть вглубь — диффундирует внутрь субстрата.
Красители диффундируют, либо двигаясь в порах волокна, заполненных
раствором, либо за счет сегментной подвижности макромолекул
термопластичных полимеров.
Градиент концентрации красителя вызывает ускорение диффузии, а
сродство — торможение процесса, так как молекулы красителя,
взаимодействуя с активными центрами волокна, замедляют диффузию.
Чтобы преодолеть торможение за счет сродства, диффузию красителей
следует активировать. Этого добиваются изменением условий крашения:
температуры, рН красильной ванны, введением различных текстильных
вспомогательных веществ (ТВВ).
Скорость диффузии красителя в волокне измеряют коэффициентом
диффузии, т. е. количеством красителя, прошедшего через площадь
поперечного сечения волокна в 1 см2 за 1 с (Д). Она изменяется в
зависимости от концентрации красителя в растворе и волокне (градиента
концентрации), температуры процесса, доступности волокна для движения в
нем красителя (строение волокон, в частности величина внутренней
поверхности, система пор, степень набухания).
С величиной сродства коэффициент диффузии связан обычно обратной
зависимостью: чем выше средство красителя к волокну, тем меньше
коэффициент диффузии.
Процесс перераспределения красителя между раствором и
волокном и закрепление его в волокне проходит по стадиям, которые
протекают практически одновременно:
1. Диффузия красителя в растворе к поверхности погруженного в
раствор
волокна.
Стадия
протекает
достаточно
быстро.
Ускоряется в случае создания на поверхности волокон зарядов,
противоположных заряду красителя или при снижении величины
одноименного с красителем заряда. Существенно ускоряет перенос красителя
в растворе перемешивание красильного раствора или движение
окрашиваемого текстильного изделия.
2.
Поглощение (адсорбция) красителя активными центрами
поверхности волокна. Под поверхностью волокна понимают
не только
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 75 из 141
геометрическую «наружную» поверхность, зависящую от диаметра и длины
волокна, но и «внутреннюю» поверхность, образованную крупными порами
волокна, которые быстро заполняются красильным раствором и поверхность
которых участвует в первичном акте поглощения красителей. Адсорбция
красителя поверхностью волокна протекает достаточно быстро, а при
наличии на поверхности волокна
активных
центров
разноименно
заряженных с красителем — мгновенно. Эта стадия процесса в значительной
степени определяет равномерность получаемой в готовом изделии окраски.
3.
Диффузия красителя внутрь
волокна.
Самая
медленная
стадия, лимитирующая длительность процесса крашения в целом, зависит в
первую очередь от активности молекул красителя, степени проницаемости
волокна. Самым действенным фактором ускорения этой стадии является
температура крашения. При более высокой температуре растет
растворимость красителей, увеличивается их активность. Одновременно
ускоряется степень набухания волокна, разрыхляется его структура,
уменьшается интенсивность взаимодействия красителя с активными
центрами волокна, снижается сродство. Для ускорения диффузии в волокно
полезным оказывается введение ряда ТВВ: растворителей или диспергаторов
для красителя, пластификаторов для волокна и т. п.
4.
Фиксация красителя на активных центрах волокна завершает
процесс крашения. Эта стадия протекает быстро. После фиксации краситель
перестает продвигаться в волокне и более или менее прочно удерживается
активным центром в течение всего периода эксплуатации текстильного
изделия. От вида связи краситель — волокно, следовательно, зависит
устойчивость окраски.
Возможно образование следующих связей красителя с волокном.
1.
Химическая ковалентная связь, самая прочная, обеспечивающая
наиболее устойчивую окраску
текстильного
волокна. Энергия связи
соответствует 113—630 кДж/моль. За счет образования ковалентной связи на
текстильных волокнах фиксируются активные красители.
2.
Химическая ионная связь характеризуется
более
низким
уровнем, энергии (41—82 кДж/моль). Ионная связь возникает при крашении
кислотными красителями белковых волокон, катионными — ПАН-волокон.
3.
Координационная связь возникает при наличии в молекуле
красителя иона тяжелого металла и электронодонорных
заместителей в
полимере. Уровень энергии такой связи высок и характеризуется величиной
до 100 кДж/моль и выше. Возникает подобная связь при крашении белковых
волокон хромовыми и КМ К 1:1.
4.
Водородная связь обеспечивает еще менее прочное связывание
красителей волокном, так как ее энергия равна 21 — 42 кДж/моль.
Обычно при взаимодействии молекулы красителя с волокном возникает не
менее двух водородных связей; таким образом, общая энергия
взаимодействия уже достаточна для образования устойчивой окраски.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 76 из 141
Водородная связь возникает при фиксации на целлюлозных волокнах
прямых, кубовых и некоторых других классов красителей.
5.
Межмолекулярное взаимодействие, или силы Ван-дер-Ваальса,
характеризуется
низкой энергией
связи,
всего до 8,5 кДж/моль.
Однако этот характер взаимодействия не является самостоятельным,
а
дополняет
перечисленные
выше
виды связей, обеспечивая более
устойчивую окраску.
Как правило, красители при фиксации на волокне образуют не один
тип, а набор связей. Например, при фиксации кислотных и катионных
красителей на соответствующих волокнах, помимо ионных связей, возникает
межмолекулярное взаимодействие всей хромофорной системы с
макромолекулой текстильного полимера. В результате этого резко снижается
способность ионной связи диссоциировать в воде и повышается
устойчивость окраски этими классами красителей ко всем водным
обработкам. При фиксации хромовых красителей на шерсти, помимо ионного
и межмолекулярного взаимодействия, возникает координационная связь, в
итоге устойчивость окраски хромовыми красителями существенно выше, чем
кислотными.
Оценка качества окраски
Качество окраски текстильного материала, которое контролируется в
красильно-отделочном производстве, характеризуется равномерностью и
устойчивостью.
Равномерность окраски при крашении текстильных материалов
является непременным условием для передачи продукции потребителю, так
как неравномерно окрашенные изделия предприятием не выпускаются.
Поэтому при разработке технологии крашения большое внимание уделяют
выбору таких условий, при которых окраска получается равномерной.
Управлять равномерностью окраски можно, изменяя условия крашения,
которые влияют на интенсивность окраски. При этом часто возникают
противоречия, так как условия, обеспечивающие интенсивную и
равномерную окраску, находятся в обратной зависимости: ускорение
процесса вызывает повышение интенсивности окраски и способствует менее
ровному окрашиванию. Следовательно, выбор условий крашения является
обычно компромиссным решением. Если же не удается найти условий,
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 77 из 141
оптимальных для обоих показателей качества окраски, то предпочтение
отдают тем, при которых окраска получается более равномерной.
Устойчивость окраски как потребительское свойство текстильных
изделий во многом определяет сроки их использования. Различают
устойчивость к физико-химическим воздействиям (вода, растворы различных
веществ, органические растворители, трение в сухом и мокром состоянии,
некоторые технологические процессы и т. д.) и действию света
(светостойкость).
Устойчивость окраски к физико-химическим воздействиям в основном
определяется характером связи краситель — волокно и растворимостью
красителей в воде. Светостойкость в первую очередь зависит от
устойчивости хромофорной системы красителя к инсоляции.
При определении устойчивости окраски к физико-химическим
воздействиям проводят обработку окрашенного материала совместно с
неокрашенными образцами по ГОСТ 9733—61 и оценивают степень
посветления первоначальной окраски и степень закрашивания белых
неокрашенных образцов. Чем больше контраст по интенсивности окраски
между образцами до и после обработки, тем менее устойчива окраска, к
данному испытанию. Для количественного определения устойчивости в
баллах по пятибалльной системе используют две стандартные Шкалы: темную — для оценки степени посветления первоначальной окраски и светлую
— для степени закрашивания белого материала.
Каждая шкала состоит из пяти двойных образцов. Один образец пары
одинаков для всех пяти и имитирует исходную окраску. Второй образец пары
подобран так, чтобы контраст по интенсивности постепенно возрастал — от
пяти до одного балла.
Сравнивая исследуемые образцы со стандартными шкалами,
подбирают такую пару на шкале, которая имеет контраст, равный
возникшему после испытания, и оценивают эту окраску баллом,
соответствующим паре стандартной шкалы. Оценка выставляется в виде
дробного числа, учитывающего все эффекты, возникшие при обработке.
Например, 4/3/2 — степень посветления первоначальной окраски
соответствует 4 баллам, степень закрашивания белых материалов,
прошедших испытание вместе с окрашенным — 3 и 2 баллам соответственно.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 78 из 141
Светостойкость окраски оценивают по восьмибалльной шкале. Это
набор из восьми шерстяных образцов синего цвега, окрашенных красителями
различной светостойкости. Красители подобраны таким образом, что при
облучении они выцветают, образуя равномерную шкалу контрастов по
сравнению с исходной окраской: от максимального отличия (эталон № 1—1
балл) до отсутствия изменения (эталон № 8—8 баллов). Обычно при проведении испытания на светостойкость окраски облучению подвергают
совместно как исследуемые образцы, так и синие стандартные эталоны.
Затем после облучения сравнивают испытуемые и эталонные образцы с
исходными. Оценка светостойкости окраски в баллах для исследуемых
образцов равна номеру того эталона шкалы, на котором образовался такой же
контраст по интенсивности окраски до и после облучения. Инсоляция может
проводиться как в природных условиях солнечным светом, так и на
специальных установках (прибор конструкции ЦНИИШелка, Ксенотест и т.
д.). На установках для искусственной инсоляции спектр излучения лампы
должен по возможности соответствовать спектру солнечной радиации.
Способы крашения. Оборудование для крашения текстильных
материалов
Крашение текстильных материалов в настоящее время проводят из
водных растворов или суспензий. Разработка технологии крашения в
органических растворителях, несмотря на эффективное решение ряда
экологических проблем, практически приостановлена по ряду причин:
необходимость рекуперации органических растворителей из отработанных
красильных ванн и возвращение их в технологический процесс; сложность
установок и технологии рекуперации растворителей и неизбежная потеря
дорогостоящего и часто токсичного препарата; высокая стоимость
растворителей
и
необходимость
создания
дорогостоящего
герметизированного оборудования для крашения в среде органических
растворителей; необходимость разработки специальных выпускных форм
красителей и ТВВ, так как существующий ассортимент указанных продуктов
приспособлен для крашения из водной среды. Этот далеко не полный
перечень причин незначительного применения органических растворителей в
красильно-отделочном производстве указывает на необходимость создания
эффективных процессов крашения с использованием воды как растворителя:
безотходной технологии или технологии с малым использованием воды,
применение биологически мягких препаратов в малой концентрации и т. д.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 79 из 141
Машины и аппараты для крашения текстильных материалов
существенно различаются между собой в зависимости от способа крашения,
вида волокна и полуфабриката, подвергаемого окрашиванию (ткань, пряжа,
штучные трикотажные изделия, гребенная лента, волокно). Однако
существует тенденция к созданию универсального оборудования, пригодного
для крашения разнообразных текстильных материалов в разных условиях.
Удалось найти удачное конструктивное решение аппаратов периодического и
непрерывного действия, в которых можно проводить процесс крашения
изделий из различных волокон красителями практически любого класса в
широком диапазоне температуры, под давлением и без избыточного
давления. В настоящей главе рассмотрено типовое оборудование для
крашения текстильных материалов.
Крашение текстильного волокна обычно производят на крупных
комбинатах, выпускающих большой объем продукции ограниченной гаммы
цветов, и шерстяных предприятиях, выпускающих суконные ткани или
ковровые изделия. Крашение волокна обычно протекает быстрее, чем
крашение других полуфабрикатов, так как субстрат в красильном
оборудовании размещен свободно, доступ красильного раствора к
поверхности волокна облегчен, требования к равномерности окраски менее
жестки, так как даже неравномерно окрашенное волокно в процессе
последующих операций смешивания и чесания дает возможность получить
равномерно окрашенную пряжу. Для крупных предприятий наиболее
целесообразно применять линию для непрерывного крашения, в суконном
производстве часто используют аппараты периодического действия.
Линия для непрерывного крашения волокна (рис. 29) позволяет
провести крашение по пропиточно-запарному способу. Разрыхленный
равномерный слой волокна пропитывается красильным раствором 1 и
подается в запарную камеру 2, где под действием влаги и тепла, создаваемых
при поступлении в камеру влажного насыщенного пара, волокно набухает,
краситель диффундирует внутрь и под влиянием вспомогательных веществ,
входящих в состав красильного раствора, фиксируется на активных центрах.
После запарной камеры слой волокна вновь разрыхляется рыхлителем 3 и
поступает на промывку. Промывные коробки 4 содержат перфорированные
барабаны, погруженные в промывной раствор. Внутри барабана создают
вакуум, промываемое волокно прижимается к перфорированной поверхности
и проходящий через слой волокна промывной раствор освобождает волокно
от незафиксированного красителя и ТВВ. Для промывки применяют
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 80 из 141
слабокислые или слабощелочные растворы ПАВ в зависимости от вида
волокна и класса красителей или воду. Температура промывки также
выбирается в зависимости от вида окрашиваемого полимера и применяемых
красителей. Завершает линию барабанная сушилка 5, в которой волокно
высушивают до кондиционной влажности.
На линии производят крашение больших партий волокна, так как
частая смена цвета требует тщательной и сложной чистки машин. Производительность линии до 600 кг окрашенного волокна в час.
Следует отметить, что применение указанной линии дает наилучшие
результаты при крашении в светлые и средние тона, так как именно такую
интенсивность окраски обеспечивает количество красителя, унесенное
волокном из красильной ванны. Содержание красителя на волокне
определяется малым временем пребывания субстрата в красильном растворе
(от 1—2 до 10—15 с), степенью отжима, которая не превышает 100—120 %, а
для синтетических волокон 40—50 %. При указанной степени отжима и
ограниченной растворимости красителя в ванне (не выше 50—70 г/л, а у ряда
красильных систем, представляющих дисперсии красителя в воде,
существенно ниже) на волокне при запаривании содержится красящего
вещества столько, что получение темных окрасок невозможно. Окраски
интенсивных тонов получают при периодическом крашении.
В настоящее время для этой цели выпускают оборудование
циркуляционного типа для высокотемпературного крашения. Серия машин
имеет название АКД — аппарат для крашения под давлением. Однако в
случае необходимости крашение можно производить и при температуре до
100 °С. В этом случае статическое давление поддерживается гидравлическим
способом с помощью подпиточного центробежного насоса,
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 81 из 141
включенного в систему циркуляции. Аппарат выпускают в комплекте с
набивочной машиной и центрифугой, он снабжен системой автоматического
регулирования температурно-временного режима крашения.
Аппарат АКД (рис. 30) состоит из красильного бака-автоклава 5, в
котором устанавливают перфорированную корзину 4 с окрашиваемым
волокном. В центре корзины проходит перфорированный цилиндр-стояк,
необходимый для обеспечения циркуляции красильного раствора через
слой волокна.
Во время работы красильный аппарат закрывают крышкой. На дне
автоклава расположен змеевик, в который в зависимости от стадии
процесса [Подают пар для разогрева красильного раствора или холодную
воду для снижения его температуры. Красильный аппарат системой
трубопроводов соединен с циркуляционным 1 и подпиточным 2 насосами,
резервным баком 6, в котором готовят красильный раствор для крашения,
расширительным
бачком
3,
обеспечивающим
поддержание
гидравлического давления и введение Необходимых химикатов в
красильный бак во время крашения.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 82 из 141
Перед началом работы в корзину аппарата на набивочной машине
заправляют от 350 до 600 кг волокна в зависимости от его вида
(шерстяные, хлопковые, химические), устанавливают корзину в
красильный аппарат, закрывают Крышкой и заполняют красильным
раствором. Сигналом о заполнении аппарата раствором считают
появление струи раствора из трубопровода, связывающего красильный
аппарат с расширительным бачком. После заполнения аппарата
раствором подачу его прекращают, включают циркуляционную систему,
обеспечивающую перемещение красильного раствора через центральный
стояк корзины, слой волокна, в пространство между перфорированной
стенкой корзины и стенкой красильного аппарата, откуда красильный
раствор центробежным насосом вновь подается в перфорированный стояк.
Направление циркуляции может быть изменено на противоположное.
Двусторонняя циркуляция обеспечивает более равномерное прокрашивание
слоя волокна. Для крашения при температуре выше 100 °С (до 130 °С)
красильный бак изолируют от рабочего помещения отключением
расширительного бачка из системы циркуляции. По окончании крашения
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 83 из 141
остаточную ванну сливают в канализацию, а в аппарате производят
промывку волокна теплой и холодной водой. Освобождают волокно от
избытка влаги перед сушкой на центрифуге. Установка корзины в аппарат и
перенос волокна в центрифугу осуществляют электротельфером. Изменяя
конструкцию корзины-носителя (рис. 31), в аппаратах АКД можно
окрашивать волокно и штучные трикотажные изделия (а), гребенную ленту в
клубках (б) и пряжу в паковках (в). Модуль крашения в аппаратах АКД равен
10—15.
Пряжу можно окрашивать в виде мотков, бобин или навоев.
Оборудование в зависимости от вида окрашиваемого полуфабриката
существенно отличается по конструкции.
В простейшем случае мотки пряжи навешивают на стержни из
нержавеющей стали или керамические и погружают на три четверти в
красильный раствор. Модуль крашения 20. Для равномерного
прокрашивания всего мотка ролики вращаются и передвигают пряжу.
Более совершенными являются аппараты каскадного типа (рис. 32), где
стержни имеют перфорацию 1 в верхней части для орошения пряжи красильным раствором. Изменение положения мотков пряжи производится с помощью специальных перекидок 2. За одно движение перекидок моток переме-
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 84 из 141
щается на 20 см. В машине имеется десять перфорированных стержней 3, на
каждый загружают 4—5 кг пряжи. Модуль крашения равен 10. Машины для
крашения мотков не применяют для шерстяной пряжи, так как она при
движении свойлачивается.
При работе на пряжекрасильных аппаратах для мотков затрачивается
много ручного труда (заправка, выгрузка), они малопроизводительны,
отдельные операции процесса трудно поддаются автоматизации и
механизации.
В значительной степени эти трудности устраняются при использовании
аппаратов паковочной системы для крашения в бобинах или навоях. В этом
случае пряжа фиксирована и меньше деформируется при крашении, однако
возникает опасность неравномерного прокрашивания паковки по слоям
ввиду плотной намотки.
Пряжу наматывают на перфорированные
бобины
или
перфорированные навои, которые устанавливают затем в красильном
аппарате, соединяя с циркуляционной системой. В нашей стране для этой
цели используют универсальный аппарат типа АКД (см. рис. 30), применяя
специальные носители (см. рис. 31).
Готовую ткань можно окрашивать как периодическим, так и
непрерывным способом, жгутом или врасправку.
Оборудование для периодического крашения ткани жгутом при
температуре до 100 °С представлено красильно-промывной машиной (рис.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 85 из 141
33). Партию ткани массой около 300 кг заправляют в машину в виде
отдельных 8—10 петель или спирально в 8—10 витков через
жгуторазделительную
решетку
5,
направляющий
ролик
6
и
транспортирующий барабанчик 9 эллиптического или круглого сечения.
Машина изолирована от рабочего помещения остекленным шатром 8 и
снабжена отсасывающей вентиляцией 7, которая включается при открывании
дверцы шатра во время работы машины. Это предупреждает выброс в
рабочее помещение пара и летучих химических материалов, образующихся
при нагревании красильного раствора.
Красильная ванна разделена перфорированной перегородкой 2 на две
части: большую, где происходит крашение ткани, и меньшую 3 — для залива
красильного раствора, введения в красильный раствор во время работы
необходимых химических материалов, холодной воды 4. Здесь же
расположен паровой змеевик для подогрева красильного раствора и сливное
отверстие 1 для удаления технологического раствора по окончании процесса.
Разделение ванны предупреждает образование пятен на ткани от
соприкосновения с концентрированным раствором красителя, химических
материалов, холодной водой, нагретой поверхностью паровой трубы.
Красильно-промывная машина — оборудование универсальное, она
пригодна для крашения при температуре до 100 °С красителями различных
классов тканей практически из любых видов волокон и любых структур, за
исключением тех, которые склонны к образованию заломов при жгутовых
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 86 из 141
обработках. Машина пригодна и для других жидкостных обработок
текстильных и трикотажных полотен — промывки, отварки, крепирования и
т. д.
Существует другой тип жгутовых машин для высокотемпературного
крашения, так называемые эжекторные. В них движение ткани
осуществляется током жидкости, что исключает деформацию окрашиваемого
материала. Эжекторные машины герметизированы, крашение в них
возможно при температуре до 140 °С. Особенно широко это оборудование
применяют при крашении тканей и трикотажного полотна из синтетических
волокон.
Различают эжекторные машины с вертикальным и горизонтальным
накопителями. Последний тип удобнее в эксплуатации,. обеспечивает более
полное погружение текстильного материала в красильный раствор, имеет
малый модуль крашения (6—10).
Машина (рис. 34) состоит из нескольких секций (1—8), в каждую из
которых загружают один жгут. Секция состоит из автоклава 7, снабженного
циркуляционной системой 1, 4, теплообменником 3, люком 6 для загрузки и
выгрузки полотна, резервным баком 2 для введения химических материалов.
В циркуляционную систему помещено эжекторное сопло 5, движение жидкости через которое обеспечивает необходимое усилие для перемещения
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 87 из 141
ткани со скоростью 90—130 м/мин. Машины снабжены современными
средствами автоматизации химико-технологических процессов.
Для периодического крашения ткани расправленным полотном
применяют красильно-роликовые машины (рис. 35). Машина включает
красильную ванну 2, над которой помещены два вала 3, имеющих
реверсивное вращение. Полотно накатывают на вал, а затем перезаправляют
на другой, проводя через красильную ванну по тканенаправляющим роликам
1. В процессе работы ткань последовательно перекатывают с вала на вал,
обязательно четное число раз для обеспечения равномерного воздействия
красильного раствора на оба конца партии ткани. При прохождении через
красильную ванну волокно уносит часть раствора. Поглощение красителя
волокном осуществляется в период нахождения ткани на валах. Для
ускорения процесса валы изготавливают полыми металлическими и подают в
них пар для обогрева. Крашение при температуре выше 100 °С осуществляют
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 88 из 141
на красильно-роликовых машинах, герметически изолированных 4 от
рабочего помещения.
Машина снабжена автоматическим устройством для переключения направления вращения валов, останова машины после заданного числа проходов, поддержания температурного режима крашения. Красильно-роликовая
машина помимо крашения пригодна для любых жидкостных обработок (промывка, отварка, заварка и т. д.) ткани, склонной к образованию заломов.
Модуль обработки 4—8.
Непрерывное крашение готового полотна — процесс, труднее всего
поддающийся унификации. В зависимости от вида текстильного материала,
класса применяемых красителей и даже способа крашения для получения
наибольшего эффекта часто требуется совершенно уникальное аппаратурное
оформление. Попытка создания универсальных красильных линий не оправдала себя, так как установки получались громоздкими, трудно управляемыми, не обеспечивающими высококачественного крашения. Однако
независимо от особенностей отдельных красильных линий все они состоят из
машин, обеспечивающих нанесение красильного раствора, чаще всего плюсовок (рис. 36), аппаратов, обеспечивающих обработку при повышенной
температуре текстильного материала, содержащего краситель, и промывной
части.
При непрерывном крашении ткань в течение нескольких секунд (1—
10с) находится в красильном растворе и отжимается между валами. При этом
на полотне остается раствор в количестве 100—120 % от массы волокна
(модуль 1— 1,2).
Диффузия и сорбция красителей при непрерывных
происходит при последующей высокотемпературной обработке.
способах
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 89 из 141
Для высокотемпературной обработки в зависимости от вида ткани и
способа крашения могут использоваться запарные аппараты различных
конструкций, ИК-подогреватели, камеры с нагретым воздухом или ванны с
кипящей водой.
Схема плюсовочно-запарной линии представлена на рис. 37. Полотно
пропитывают красильным раствором два раза в плюсовках 1, запаривают в
запарной камере 2, промывают в проходном аппарате 3, состоящем из девяти
промывных ванн, и высушивают в барабанной сушилке 4.
Своеобразно оформляется полунепрерывный способ крашения
текстильных материалов, когда обработка ткани при высокой температуре
после плюсования красильным раствором заменяется длительным
выдерживанием (4—48 ч) ее при температуре рабочего помещения или
слабом нагревании. В этом случае начало (нанесение красильного раствора)
и конец (промывка) процесса осуществляются так же, как на линиях
непрерывного крашения, а диффузия и фиксация красителя — при
выдерживании ткани в специальных камерах. Такой способ крашения требует малых энергетических и материальных затрат, наиболее благоприятен в
экологическом аспекте (нет тепловых и вредных выделений),
характеризуется малым водопотреблением, но требует дополнительной
производственной площади для длительного хранения ткани, пропитанной
красильным раствором.
Крашение текстильных изделий из природных целлюлозных и
гидратцеллюлозных волокон
Целлюлозные волокна — природные и искусственные — имеют много
общего в химическом строении, поэтому окрашиваются красителями одних
классов. Однако различия в коэффициентах полимеризации этих волокон и
надмолекулярной
структуре
определяют
разницу в
проведении
технологических процессов.
Ассортимент красителей, применяющихся для окрашивания
целлюлозных текстильных изделий, и технологические приемы продолжают
совершенствоваться в направлении дальнейшего развития непрерывных,
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 90 из 141
малоэнергоемких, простых в управлении способов крашения, положительно
решающих экологические проблемы.
Свойства красителей и общие закономерности процесса крашения.
Для крашения целлюлозных волокон применяют красители следующих
классов: растворимые в воде (прямые, активные, кубозоли), нерастворимые в
воде (кубовые, сернистые), образующиеся на волокне (азоидные, азиновые).
Свойства красителей или продуктов для их образования на
целлюлозном волокне различны. Общим для них является растворенное
состояние в момент адсорбции волокном и диффузии красителей в порах
волокнистого материала, заполненных технологическим раствором. Отсюда
и общие принципы управления процессом перехода красителей из ванны в
волокнистый материал: устранение препятствий для адсорбции красителя
поверхностью текстильного волокна и диффузии в порах субстрата, создание
условий для фиксации красителя на активных центрах волокна.
Растворимые в воде красители — прямые и активные — имеют
сульфогруппы, придающие им растворимость в воде за счет диссоциации.
Окрашивающим ионом прямых красителей является активных
Очевидно, для поглощения анионов прямых и активных красителей
требуются одинаковые условия.
Нерастворимые в исходной форме кубовые красители для крашения
гидрофильных целлюлозных волокон переводят в растворимое состояние, а
затем по окончании процесса вновь возвращают в нерастворимую форму
(пигмент). Используют для этой цели способность карбонильных групп = С =
О кубовых красителей восстанавливаться в щелочной среде с образованием
растворимого в воде соединения. Восстановленную форму кубового
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 91 из 141
красителя называют лейкокислотой, а растворимую форму — солью
лейкокислоты или лейкосоединением
Лейкосоединение, являющееся солью, диссоциирует в растворе
Ион, способствующий окрашиванию целлюлозного материала, имеет
отрицательный заряд Кр ≡ С—Оˉ, поэтому процесс перехода этих ионов на
волокно управляется теми же параметрами, что и рассмотренных ранее
растворимых в воде прямых и активных красителей.
Лейкосоединение кубовых красителей неустойчиво, легко окисляется
до исходного пигмента любым окислителем, даже кислородом воздуха
Этим пользуются при завершении процесса крашения кубовыми
красителями целлюлозных волокон. Но неустойчивость лейкосоединения к
окислению кислородом воздуха затрудняет приготовление и хранение
растворов. В настоящее время разработана растворимая стойкая форма
восстановленных кубовых красителей под названием кубозолей, которые
получают
путем
обработки
лейкокислоты
кубовых
красителей
концентрированной серной кислотой в среде органических растворителей.
Сернокислый эфир лейкокислоты кубового красителя устойчив к окислению
и практически неокрашен. Осторожная нейтрализация эфира едким натром
приводит к получению растворимой натриевой соли — кубозоля
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 92 из 141
В воде кубозоль диссоциирует
Анион кубозоля поглощается целлюлозным волокном по тем же
законам, что и рассмотренные выше анионы других красителей.
Для получения окраски кубозоли, поглощенные волокном, подвергают
специальной обработке, называемой проявлением. При этом вначале
гидролизуют сложноэфирную связь (в кислой среде), а затем лейкокислоту
окисляют до исходного пигмента кубового красителя
Нерастворимые в воде сернистые красители подобно кубовым для
крашения целлюлозных материалов переводят в растворимое состояние,
пользуясь способностью дисульфидных связей в молекуле этих красителей
восстанавливаться в щелочной среде с образованием растворимых
лейкосоединений
Поглощение целлюлозным волокнистым материалом аниона
восстановленного
сернистого
красителя
происходит
аналогично
рассмотренным ранее. Для завершения процесса крашения сернистыми
красителями, так же как и при использовании кубовых, лейкосоединение
окисляют на волокне до нерастворимого пигмента
на
Для образования на волокне нерастворимых азокрасителей (азоидных)
целлюлозный материал последовательно наносят азотол и
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 93 из 141
диазосоставляющую. Азотолы содержат оксигруппу, которая в щелочной
среде образует соль — азотолят, диссоциирующий в воде
т. е. при нанесении на целлюлозный материал щелочного раствора
азотола возникают те же задачи управления процессом, что и для ранее
рассмотренных случаев.
Единственным исключением из правила является исходный продукт
анилин в виде солянокислой соли, который применяется для получения на
целлюлозном волокне черного анилина.
Он диссоциирует в растворе с образованием положительного иона, из
которого образуется краситель
Естественно, положительно заряженный ион исходного продукта для
синтеза черного анилина поглощается целлюлозным волокном по другому
закону, чем анионные красители.
Подводя итоги, следует отметить, что, несмотря на различия в
химическом строении и технологических свойствах различных классов
красителей, применяющихся для крашения целлюлозных волокон,
поглощение красителя чаще всего происходит в виде отрицательно
заряженной частицы — аниона. Общим для всех растворов анионных форм
красителей является склонность их к агрегации. Фактически красильный
раствор является полидисперсной системой, в которой присутствуют в
различных
соотношениях
отдельные
молекулы
красителей
в
диссоциированной или недиссоциированной форме и агрегаты из ионов,
молекул или агрегаты смешанного типа. Соотношение между различными
формами окрашенных полидисперсных систем зависит в первую очередь от
строения и свойств красителей: чем больше молекулярная масса красителя,
чем выше его сродство к волокну, тем больше степень агрегации красителя.
Немаловажную роль играют также условия крашения: повышение
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 94 из 141
температуры, введение в красильный раствор ряда ТВВ (растворители,
диспергаторы) сдвигает равновесие в сторону мономолекулярной формы.
Нейтральные соли, напротив, способствуют образованию агрегатов.
Превращения эти обратимы и соответствуют приведенной схеме.
Ввиду того что поглощение красителей возможно только в виде
отдельных ионов или молекул, задача диспергирования красителей до
мономолекулярного состояния для всех анионных красителей является
общей.
Основным параметром технологического процесса, от которого зависят
экономические показатели и потребительские свойства окраски
(интенсивность, равномерность, устойчивость), является скорость перехода
красителя из раствора на волокно, поэтому главная задача управления —
изменение скорости крашения.
Целлюлозные волокна при погружении в воду или технологические
растворы приобретают избыточный отрицательный заряд за счет
диссоциации карбоксильных групп—СООН
СООˉ+Н+, в небольшом
количестве имеющихся в целлюлозе, так как при подготовке под влиянием
окислителей неизбежно происходит ее частичное окисление.
Следовательно, задача преодоления сил отталкивания между
отрицательно заряженной поверхностью волокна и анионом красителя
является общей задачей для всех применяемых при крашении целлюлозных
волокон анионных красителей.
Для снижения или полного устранения сил отталкивания в
технологический раствор при крашении анионными красителями вводят
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 95 из 141
хорошо диссоциирующие соли — нейтральные электролиты. Чаще всего для
этой цели используют хлористый натрий NaCl или сульфат натрия Na2SO4
В технологическом растворе в этом случае присутствуют ионы
красителя и электролита; Кр—SO3ˉ+Na++Na++Clˉ.
К отрицательной поверхности волокна в первую очередь ориентируются противоионы — катионы, которые снижают заряд волокна,
облегчают приближение анионов красителя на такое расстояние, при
котором начинают проявляться силы специфического взаимодействия
(сродства) красителя с волокном (рис.38).
Катионы Na+ в первую очередь подходят к поверхности волокна и
образуют слой положительно заряженных ионов (этап I), а затем в
направлении к волокну перемещаются анионы красителя и сорбируются
волокном (этапы II—IV). Одновременно поглощается равное количество
катионов Na+. Постепенно краситель поглощается волокном и накапливается
в субстрате (этап V), красильная ванна истощается. Анионы электролита,
ввиду отсутствия сродства к волокну, остаются в растворе.
Повышение концентрации электролита в ванне ускоряет переход
красителя в волокно, но параллельно приводит к увеличению степени
агрегации красителя, так как катионы электролита, экранируя отрицательный
заряд аниона красителя, облегчают их сближение, приводящее к
образованию агрегатов за счет возникновения сил межмолекулярного
взаимодействия, вплоть до выпадения красителя в осадок (рис. 39).
С ростом концентрации электролита увеличивается скорость крашения,
но одновременно возникает опасность получения неровной и неустойчивой
окраски, поэтому в ванну вводят оптимальное количество электролита,
которое зависит от свойств красителя (сродства) и способа крашения. Чем
лучше растворимы красители в воде, чем меньше они склонны к агрегации,
чем меньше их сродство к волокну, тем больше электролита вводят в
красильную ванну. Например, для прямых красителей содержание
хлористого натрия в красильном растворе не превышает 10—20 г/л, а для
активных нередко достигает 100 г/л. Известно, что прямые красители имеют
большее сродство к целлюлозе и склонны к агрегации в большей степени.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 96 из 141
Для непрерывных способов крашения содержание электролита в растворе
снижается, так как эти растворы более концентрированы, чем при периодическом крашении. Следовательно, агрегативная устойчивость растворов
снижена и даже небольшие добавки электролита могут вызвать выпадение
красителя в осадок. В некоторых случаях, например, при крашении
кубовыми красителями, в красиль ной ванне поддерживается достаточно
высокая концентрация ионов (краситель, едкий натр, соли —
восстановители) и нейтральный электролит не вводится вовсе.
Другим важным фактором, управляющим переходом красителя из
ванны на волокно, является изменение температуры. Известно, что при
повышении температуры красильной ванны в условиях периодического
крашения содержание красителя в волокне вначале увеличивается
практически пропорционально росту температуры, проходит через
максимум, а затем снижается (рис. 40). Температура, при которой наблюдается максимальное поглощение красителя, называется оптимальной (Т0ПТ).
Для каждого красителя она индивидуальна, ее значения внесены в
справочники. Наличие оптимальной температуры крашения объясняется
следующим: вначале с ростом температуры увеличивается растворимость
красителей, растет доля мономолекулярной фракции, активность красителя в
растворе возрастает. Параллельно увеличивается скорость набухания волокна, растет доступность субстрата для диффузии красителя в волокне,
увеличивается количество поглощенного красителя. Ввиду того что на этой
стадии между красителем и волокном возникают непрочные силы
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 97 из 141
межмолекулярного взаимодействия, по мере роста температуры и
кинетической энергии молекул красителя связь эта разрывается и краситель
покидает волокно. Так, на графике зависимости поглощения красителя от
температуры возникают ветви: сорбционная (при Т<ТОПТ) и десорбционная
(при T>TOПТ). Естественно, для наиболее эффективного использования
взятого для крашения красителя процесс следует вести при оптимальной
температуре.
Как видно на графике (см. рис. 40), при оптимальной температуре
крашения при периодическом способе между красителем на волокне и в
растворе устанавливается динамическое равновесие. Процесс крашения
никогда не идет до полного перехода красителя на волокно, часть его
остается в растворе. Это вызывает ряд трудностей, так как
непроизводительно расходуется дорогостоящий краситель (причем чем
больше модуль крашения, тем выше этот расход), загрязняются сточные
воды красильно-отделочного производства. Выходом из создавшегося
положения может быть либо повторное использование остаточной ванны
после добавления в нее красителя и необходимых химических материалов,
что, впрочем, не всегда удобно или эффективно, либо переход на
непрерывные способы крашения. Оптимальная температура пропитывания
текстильного изделия более концентрированным красильным раствором в
этом случае сдвигается в сторону более высоких значений, при которых в полидисперсной красильной системе увеличивается доля мономолекулярной
фракции и снижается доля агрегатов (см. с. 92).
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 98 из 141
ТВВ, вводимые в состав красильной ванны, также способствуют
изменению скорости крашения. Помимо уже рассмотренных ранее
нейтральных электролитов, в состав красильных ванн вводят вещества,
понижающие поверхностное натяжение технологических растворов (ПАВ),
которые облегчают смачивание волокна. Они могут взаимодействовать с
красителем, вызывая его диспергирование. Это повышает равномерность
окраски. При крашении хорошо растворимыми красителями (прямые, активные) по периодическому способу введение диспергаторов неэффективно, так
как в их присутствии резко снижается сродство красителя к волокну, и
поглощение красителей уменьшается. Введение в красильную ванну веществ,
повышающих набухание полимера или растворимость красителей, ускоряет
переход красителя в волокно. Полезным бывает присутствие в ванне щелочных реагентов, так как растворимость анионных красителей в щелочной
среде возрастает.
Различные классы красителей фиксируются на целлюлозных волокнах
за счет проявления различных сил взаимодействия. Такие красители, как
прямые, кубовые, сернистые, синтезирующиеся на волокне, образуют с
целлюлозой связи различных видов: водородные, за счет сил Ван-дерВаальса. Водородные связи возникают между амино —NH2, окиси —ОН,
карбонильными =С = О, азогруппами —N = N— красителя и гидроксилами
целлюлозы. Для получения устойчивой окраски необходимо образование не
менее двух водородных связей, суммарная энергия которых находится в
пределах 40—80 кДж/моль. Дополнительно к водородной связи между
хромофорной системой красителя и макромолекулой линейного полимера
возникает межмолекулярное взаимодействие, способствующее дальнейшей
стабилизации связи краситель — волокно и обеспечивающее повышение
устойчивости окраски.
Из практики известно, что прямые красители дают на целлюлозных
волокнах менее устойчивую к мокрым обработкам окраску, чем
нерастворимые красители (кубовые, сернистые, азоидные, черный анилин),
несмотря на то что характер связи красителей с целлюлозой у всех
перечисленных классов одинаков. Это убедительно доказывает, что
устойчивость окраски определяется не только прочностью связи красителя с
волокном, но и свойствами самих красителей: растворимые в воде прямые
красители имеют большее сродство к воде, чем нерастворимые, и при водных
обработках, особенно при повышенной температуре, когда разрываются
непрочные связи с волокном, переходят в раствор, окраска осветляется.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 99 из 141
Нерастворимые красители при водных обработках в раствор не переходят.
Активные красители, несмотря на хорошую растворимость в воде, образуют
на целлюлозных волокнах устойчивую окраску, так как фиксируются на
волокне за счет химической ковалентной связи. Образование ковалентной
связи происходит в щелочной среде, поэтому в состав ванны вносят
щелочные соединения: NaOH, Na2CO3
Щелочные вещества в составе красильной ванны связывают кислоту
НСl и сдвигают реакцию в сторону образования продукта взаимодействия
красителя с волокном.
Крашение водорастворимыми красителями. В зависимости от класса
красителей применяют различные способы крашения.
Прямые красители. Для гладкого крашения хлопчатобумажных тканей
и нитей в основном применяют прямые красители. При крашении хлопкаволокна, льняных тканей их практически не применяют, так как окраска ими
на данных видах текстильных изделий недостаточно устойчива.
Помимо красителей отечественного производства используются
продукты, выпускаемые рядом социалистических стран: сатурны (ЧССР),
соламины (ГДР). В ассортименте прямых красителей есть группа
светопрочных, дающих на целлюлозных волокнах светостойкую окраску.
Крашение прямыми красителями чаще проводят по периодическому
способу, используя для этого аппараты АКД при крашении пряжи и ниток,
красильно-промывные, эжекторные или красильно-роликовые машины для
крашения ткани. Разработан также непрерывный плюсовочно-запарный
способ крашения.
При крашении периодическим способом процесс начинают с
тщательного растворения красителя, для чего используют умягченную воду,
либо вводят в красильный раствор вещества для умягчения воды:
кальцинированную соду или, что предпочтительнее, гсксаметафосфат натрия
Na2[Na4(PO3)]6. Сода, создавая щелочную среду, способствует также
лучшему растворению красителя. В раствор вводят необходимое количество
хлористого натрия для ускорения процесса и подают раствор в тех-
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
нологическое оборудование, куда
окрашиваемого материала.
предварительно
Страница 100 из 141
заправлена партия
Красильный раствор содержит следующие компоненты, % от массы
волокна:
краситель
0,5—5;
хлористый
натрий
10—25;
сода
кальцинированная 1—3.
Модуль крашения зависит от выбранного для крашения оборудования
и колеблется в пределах 6—35. Начинают процесс при температуре 30—40
°С, медленно повышают температуру до оптимальной (для большинства
прямых красителей 60—80 °С), красят при оптимальной температуре 0,5—2
ч, затем промывают и выгружают изделие из оборудования.
Устойчивость окраски прямыми красителями к мокрым обработкам
характеризуется в среднем баллами 3—4, к свету 3—5, но есть отдельные
марки, имеющие более высокие значения. Этот показатель можно повысить
специальными обработками. Существует универсальный способ повышения
устойчивости окрасок на 1—2 балла для большинства марок прямых красителей. Это обработка специальным веществом — раствором дициандиамидной
смолы в уксусной кислоте (препаратом ДЦУ), который при растворении в
воде диссоциирует на катион смолы (условно ДЦ+) и анион уксусной
кислоты (условно Уˉ). Если ткань, окрашенную прямым красителем,
обработать раствором ДЦУ, то между анионом красителя и катионом
препарата произойдет взаимодействие, приводящее к образованию
нерастворимого соединения, в результате чего повысится устойчивость окраски к мокрым обработкам
Если к ДЦУ добавить соль меди, то обработка таким препаратом,
называемым ДЦМ, повышает устойчивость окраски не только к мокрым
обработкам, но и свету.
Технология обработки окрашенных изделий препаратами ДЦУ и ДЦМ
проста и аналогична: обрабатывают раствором препаратов концентрации
10—30 г/л при температуре 70—80 °С и высушивают.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 101 из 141
При крашении непрерывным способом чаще всего применяют
плюсовочно-запарный способ. При этом ткань в течение 4—6 с пропитывают
раствором красителя концентрации 2— 20 г/л, отжимают до привеса 100 %,
запаривают при температуре 100 ˚С в среде влажного пара в течение 1—2
мин или при 130 °С в течение 10—30 с, промывают, обрабатывают раствором
ДЦУ 15—20 г/л при температуре 50—60 °С, отжимают и высушивают. Для
аппаратурного оформления процесса служит красильная плюсовочнозапарная линия (см. рис. 37).
Для увеличения количества красителя, унесенного из ванны, и,
следовательно, для повышения интенсивности окраски пропитывание ткани
красильным раствором следует проводить при максимально высокой
температуре, интенсивной циркуляции красильного раствора в плюсовочной
ванне. В красильный раствор полезно вводить нейтральный электролит,
органические растворители, пропитку ткани раствором красителей производить с применением вакуумирования.
Активные красители. Для гладкого крашения практически любых
текстильных изделий как из хлопка, так и льна могут использоваться
активные красители. Яркая и устойчивая окраска этими красителями
позволяет применять их достаточно широко. В практике отечественных
предприятий наряду с отечественными применяются красители,
производимые за рубежом: проционы (Великобритания), цибакроны
(Швейцария), ремазоли (ФРГ), остазины (ЧССР) и некоторые другие.
Общим свойством активных красителей практически всех групп
является их способность химически взаимодействовать не только с
гидроксильными группами целлюлозного волокна, образуя прочную
ковалентную связь (см. с. 96), но и с гидроксилами воды, что превращает их в
неактивную, неспособную к ковалентной фиксации гидролизованную форму:
Гидролизованный краситель обладает сродством к целлюлозе,
сорбируется целлюлозным волокном, образуя с ним неустойчивую
межмолекулярную связь, что приводит к ухудшению устойчивости окраски
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 102 из 141
активными красителями в целом. Степень гидролиза активного красителя
возрастает с повышением температуры, щелочности среды. Устойчивость
активных красителей к гидролизу меняется в зависимости от строения:
существуют более и менее реакционноспособные красители. Крашение
активными красителями с высокой реакционной способностью следует
проводить при меньшем содержании щелочи и более низкой температуре.
Эти красители маркируются буквой X (холодное крашение), например
активный ярко-красный 5СХ. Крашение менее реакционноспособными
красителями проводят при более высоком содержании щелочи и при более
высокой температуре. Такие красители маркируют буквой Т (теплое
крашение), или не вносят в марку специальных индексов. Красят этими
красителями при температуре 60—80 °С и выше. К таким красителям
относятся красители активный ярко-желтый 43, активный ярко-голубой 2КТ.
Ввиду того, что невозможно полностью избежать гидролиза активных
красителей в условиях хранения (под влиянием кондиционной влаги), при
приготовлении красильных растворов и в начальный период крашения, когда
краситель преимущественно находится в растворе, а температура
красильного раствора повышается, необходимо так организовать процесс
крашения, чтобы реакция гидролиза была сведена к минимуму. Для этого
необходимо соблюдать следующие условия.
1.
Крашение проводить при минимальном модуле, при
максимально высокой концентрации красителя в растворе; таким образом,
крашение по непрерывному способу предпочтительнее.
2.
Красильный раствор в начальный период крашения должен
иметь
нейтральную
реакцию;
при
периодических
способах
в этих целях щелочь вводят в красильную ванну после завершения процесса
перераспределения красителя между ванной и волокном, при непрерывных
—вводят такие щелочные агенты, которые в обычных условиях имеют
слабощелочную реакцию, а выделяют щелочь лишь с течением времени
(Nа2СО3) или при повышенной температуре (NаНСОз):
3.
Температуру крашения выбирают с учетом реакционной
способности красителя, руководствуясь его маркировкой.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 103 из 141
Однако даже полное соблюдение всех рекомендаций не может
гарантировать от образования некоторой доли гидролизованного красителя.
А как известно, присутствие его на волокне ухудшает устойчивость окраски.
Поэтому процесс крашения активными красителями завершают интенсивной
промывкой, которую проводят, во-первых, при высокой температуре (100°С),
когда разрушается непрочная межмолекулярная связь гидролизованного
красителя с волокном и краситель десорбируется с волокна; во-вторых, в
щелочной среде, где усиливается отрицательный заряд целлюлозы за счет
полной диссоциации карбоксильных групп и повышается растворимость
анионного активного красителя, содержащего сульфогруппу (одноименно
заряженное волокно и краситель отталкиваются одно от другого, удаление
гидролизованного красителя из волокна облегчается); в-третьих, в присутствии ПАВ, которые облегчают смачивание текстильного изделия, образуют
с молекулой гидролизованного красителя комплекс и обеспечивают удаление
его из волокна; в-четвертых, при интенсивном гидродинамическом режиме
обработки, который достигается специальной конструкцией промывных
аппаратов (заправка ткани «петля в петле», ребристые ролики в промывных
ваннах и т. д.), а так же с помощью физических методов интенсификации
жидкостной
обработки
текстильных
материалов
(ультразвук,
промежуточный отжим и т. д.). Обычно степень ковалентной фиксации
активных красителей на целлюлозных материалах составляет 70—90 %.
Устойчивость окраски текстильных материалов, полученной ковалентно
фиксированным красителем, к мокрым обработкам характеризуется высшим
баллом.
В настоящее время разработано много разнообразных способов
крашения целлюлозных текстильных материалов активными красителями.
Относительно редко в основном для хлопчатобумажного полотна
применяется периодический способ. Процесс ведут на любом оборудовании
для крашения ткани жгутом и врасправку по стадиям:
I
стадия — поглощение красителей волокном из нейтрально
го раствора в присутствии электролита при температуре, завися
щей от реакционной способности
красителей: с индексом X — при
температуре 25—30 °С в присутствии NaCl 10—60 г/л; с индексом Т или без
индекса в марке — при температуре до 75 °С исодержании электролита до 80
г/л. Ткань обрабатывают при оптимальной температуре в течение 30—60
мин;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 104 из 141
II
стадия — после завершения перехода красителей в волокно в
ванну вносят щелочной агент (NaOH, Nа2СО3) в количестве 1—10 г/л для
проведения реакции ковалентной фиксации. Температуру поддерживают
на том же уровне, что и при I стадии;
III стадия — промывка окрашенной ткани кипящим щелочным
раствором ПАВ для удаления ковалентно незафиксированного красителя.
Ввиду того что периодическое крашение протекает при высоком
модуле и длительное время, степень гидролиза красителей (особенно с
индексом X) достигает заметных размеров. Поэтому более целесообразны
плюсовочные способы.
При крашении полунепрерывным плюсовочно-роликовым способом
ткань пропитывают раствором, содержащим активный краситель в
количестве 10—20 г/л, кальцинированную соду и смачиватель, отжимают,
накатывают в ролик и выдерживают при температуре помещения или при
слабом нагревании в течение 1—24 ч, после чего промывают. Чтобы раствор
красителя не стекал к нижней части паковки, ролик во время хранения
вращается с малой скоростью. При этом способе крашения снижается
степень гидролиза красителя в сравнении с периодическим, так как процесс
идет без нагревания до высокой температуры. Для создания щелочной среды
используют кальцинированную соду. Соотношение краситель : вода в
плюсовочной ванне благоприятнее, чем при периодическом способе. Способ
особенно эффективен для красителей с индексом X.
Применяемые непрерывные способы крашения целлюлозных
волокнистых материалов активными красителями можно разделить на однои двухстадийные. При одностадийных способах ткань пропитывают
раствором, в состав которого входит, помимо красителя, щелочной агент.
После этого следует кратковременная тепловая обработка, обеспечивающая
быструю диффузию красителя в волокно и наиболее полную его фиксацию.
При двухстадийных способах на ткань наносят нейтральный раствор
красителя, высушивают и обрабатывают щелочным раствором, затем
подвергают
термообработке.
Используя
специальные
приемы
последовательного нанесения раствора красителя и щелочи на ткань,
промежуточное высушивание можно исключить. При двухстадийном
способе снижается гидролиз активного красителя в растворе, повышается
степень ковалентной фиксации, лучше используется дорогостоящий
краситель, повышается качество окраски.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 105 из 141
Одним из вариантов непрерывного способа крашения является
плюсовочно-запарный. При одностадийном процессе в красильную ванну
вводят (г/л): красителя (практически любой реакционной способности) 0,5—
40; щелочного агента (кальцинированную соду) 10—20; для повышения
растворимости красителя мочевины 50—100; смачивателя 1—5.
Пропитанную раствором ткань подвергают запариванию в среде
насыщенного пара при температуре около 100 °С в течение 15—30 с, в
зависимости от реакционной способности красителя; затем промывают.
Процесс выполняют на красильно-запарной линии. При двухстадий-ном
выполнении процесса в линии используют две трехвальные плюсовки: в
первой обрабатывают раствором красителя, во второй — раствором
щелочного агента. Для исключения промежуточной сушки степень отжима
ткани в первой плюсовке устанавливается более высокой (60—70%), чем во
второй (110— 120 %). В этом случае не наблюдается десорбция красителя в
щелочной раствор. Этому же способствует введение в щелочной раствор
нейтрального электролита. Дальнейшая обработка ткани аналогична
обработке при одностадийном крашении.
Способ
плюсование-сушка
(так
называемый
плюсовочнотермофиксационный) также является непрерывным. В этом случае
высушивание ткани в среде горячего воздуха при 120—130˚С совмещается с
фиксацией активного красителя. Для этого способа пригодны красители с
малым сродством к волокну и высокой реакционной способностью, так как
диффузия и фиксация активного красителя должна произойти в короткий
промежуток времени (за 1,5—3 мин), пока происходит обезвоживание ткани.
Для повышения степени фиксации красителей в среде горячего воздуха в
плюсовочный раствор полезно ввести вещество, которое не улетучивается
при сушке, а плавится при повышении температуры. Чаще всего для этой
цели применяют мочевину (карбамид) в количестве 30—100 г/л, которая
при температуре 135°С расплавляется, заполняет поры волокна и
обеспечивает диффузию красителя в волокно. Роль мочевины не
ограничивается созданием среды для диффузии красителя в волокно. Она
способствует повышению растворимости (дезагрегации) красителей в
концентрированных плюсовочных растворах, увеличивает набухание
волокна. Температура тепловой обработки ткани горячим воздухом в этом
случае повышается до 160—200 °С.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 106 из 141
Крашение по способу плюсование-сушка приводит к меньшей потере
красителя за счет гидролиза, поэтому целесообразно. Аппараты,
применяемые для этого способа, устроены проще, чем красильно-запарные
линии, так как камера для запаривания в линию не включается. Габаритные
размеры установки меньше, а технико-экономические показатели, в
частности съем продукции с 1 м2 выше
Кубозоли. Ассортимент их состоит из 17 марок. Кубозоль, полученный
из соответствующего кубового красителя, сохраняет название его цвета и
марку. Производство кубозолей в нашей стране ограничено, поэтому их
применяют для получения светлых светостойких окрасок на целлюлозных
тканях.
В основном крашение проводят по непрерывному способу, используя
для этой цели специальную красильную линию. Процесс складывается из
нанесения кубозоля на ткань и проявления окраски, Ткань на плюсовке
пропитывают раствором, содержащим кубозоль и окислитель, отжимают,
обрабатывают несколько секунд в растворе кислоты, содержащей
нейтральный электролит, и промывают. Под действием кислоты
проявительного раствора кубозоль гидролизуется, а окислитель, содержащийся в плюсовочном растворе, окисляет лейкокислоту в пигмент кубового
красителя (см. с. 91). На ткани получается устойчивая к мокрым обработкам
окраска.
В качестве окислителей применяют либо нитрит натрия NaNO2, либо
бихромат калия К2Сr2О7. В первом случае процесс проявления называют
нитритным, во втором — хроматным. Хроматный способ проявления
окраски кубозолей приводит к получению более тусклых окрасок, чем
нитритный, но при использовании кислых растворов NaNO2 происходит
выделение токсичных окислов азота, что ухудшает санитарно-гигиенические
условия работы в цехах. В настоящее время разрабатывают проявительные
составы, свободные от указанных недостатков (например, на основе перекиси
водорода).
К недостаткам окраски, полученной с помощью кубозолей, относится
невысокая устойчивость к трению. Причины этого явления и способы их
устранения общие для кубозолей и кубовых красителей и будут рассмотрены
далее.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 107 из 141
Крашение нерастворимыми в воде красителями. Использование
нерастворимых в воде красителей для крашения гидрофильных целлюлозных
волокон возможно только в том случае, если на стадии диффузии в волокне
они находятся в растворимом состоянии. Технологические приемы
получения растворимых форм для различных классов красителей
существенно различаются и зависят от способа крашения.
Кубовые красители. Кубовые красители применяют для крашения
целлюлозных волокнистых материалов в виде различных изделий: пряжа,
готовое полотно. Различают три группы красителей: кубовые, индигоидные и
тиоиндигоидные, например, кубовый темно-синий О, броминдиго, тиоиндиго
красный 2С.
Для получения красильного раствора кубовые красители восстанавливают в щелочной среде, а затем окисляют на волокне (см. с. 90). В
качестве восстановителя обычно используют гидросульфит натрия Na2S2O4
Существует другая точка зрения, в соответствии с которой
восстановление происходит при непосредственном взаимодействии
гидросульфита натрия или продуктов его распада с кубовым красителем.
Для создания щелочной среды применяют едкий натр. Окислителями
могут быть кислород воздуха, растворенный в холодной воде, бихромат
калия в кислой среде К2Сr2О7+Н+ или перекись водорода Н2О2.
Существует три способа крашения кубовыми красителями
целлюлозных волокон:
периодический щелочно-восстановительный;
непрерывный
двухстадийный,
или
суспензионный;
непрерывный
лейкокислотный, являющийся вариантом суспензионного.
При периодическом щелочно-восстановительном способе процесс
начинают с приготовления красильной ванны. Для этого пигмент кубового
красителя смешивают с каким-либо гигроскопичным веществом для
облегчения смачивания (глицерином), едким натром, водой и
гидросульфитом натрия. При температуре 30—60°С в зависимости от марки
красителя проводят растворение. Контроль за процессом восстановления
ведут визуально, так как при переходе красителя в растворимое состояние
происходит изменение его цвета. После окончания растворения красителя
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 108 из 141
концентрированный раствор разбавляют до нужной концентрации и
окрашивают волокнистый материал при оптимальной температуре, которая
внесена в справочники, в течение 1 —1,5 ч. Завершают процесс окислением
окраски на воздухе, обработкой холодной водой или раствором окислителя.
Для повышения яркости и устойчивости окраски крашение
заканчивают обработкой кипящими растворами ПАВ в присутствии
кальцинированной соды (мыловка). При мыловке с поверхности волокна
удаляется образовавшийся там краситель, который ухудшает устойчивость
окраски к трению, а краситель, продиффундировавший в глубь волокна,
кристаллизуется в порах, что повышает устойчивость окраски к свету и ее
яркость.
В настоящее время периодический способ применяют только для
крашения волокна и пряжи в аппаратах циркуляционного типа АКД. При
крашении по щелочно-восстановительному способу большую трудность
представляет получение равномерной окраски, так как поглощение
красителей волокном происходит очень быстро вследствие высокой
концентрации электролитов в красильной ванне и высокого сродства
лейкосоединения к волокну.
При крашении по суспензионному способу используют специальную
выпускную форму красителя — тонкодиспергированный порошок для
крашения. Такую форму маркируют буквой Д, например кубовый золотистожелтый ЖХД. Для приготовления красильной суспензии порошок красителя
смешивают с водой до концентрации 5—50 г/л в присутствии диспергатора
НФ 1—2 г/л. Ткань в плюсовке пропитывают красильной суспензией,
подсушивают, обрабатывают во второй плюсовке проявительным раствором
содержащим восстановитель (гидросульфит натрия) 60 г/л и щелочь NaOH 32
%-ный 70 г/л, после чего запаривают в запарной камере. При запаривании
краситель под действием восстановителя и щелочи переходит в растворимую
форму и диффундирует в набухшее волокно. После запаривания ткань
подвергают окислительной обработке и мыловке.
Для крашения по суспензионному способу отечественная
промышленность выпускает специальные
красильные линии. При
крашении суспензионным способом, если обеспечить равномерный отжим в
плюсовке хорошо подготовленной ткани, окраска получается равномерной,
так как пигмент кубового красителя не имеет сродства к целлюлозе. Не-
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 109 из 141
достатком способа является необходимость применения специальной
выпускной формы красителя, производство которой трудоемко.
При крашении по лейкокислотному способу используют обычный
грубодисперсный
порошок
кубового
красителя,
применяя
для
диспергирования химический метод. При таком крашении вначале готовят
обычный раствор восстановленной формы кубового красителя, как для
щелочно-восстановительного способа, затем осторожным подкислением
переводят соль лейкосоединения в лейкокислоту, при этом получают
кубовый краситель высокодиспергированной формы в виде лейкокислоты
(рис. 41). Для предупреждения агрегирования молекул лейкокислоты процесс
ведут в присутствии диспергаторов. Рецепт красильного раствора, г/л:
диспергатора НФ 0,25—0,5; уксусной кислоты 0,35—2; едкого натра 0,5—3;
гидросульфита натрия 0,33—2. Тонкодиспергированной суспензией
лейкокислоты пропитывают ткань в плюсовке при температуре 50—55 °С, а
затем обрабатывают щелочным раствором с добавлением гидросульфита
натрия и поваренной соли, после чего направляют в воздушный зрельник, где
лейкокислота растворяется под действием щелочи и диффундирует в
набухшее волокно. Дальнейшие заключительные операции такие же, что и
при суспензионном способе: окислительная обработка, промывка, мыловка.
Крашение по лейкокислотному способу выполняют на красильной
линии.
Сернистые красители. Сернистые красители используют для
крашения целлюлозных изделий как в виде волокна, так и в виде ткани.
Технология крашения сернистыми красителями сходна с технологией
крашения кубовыми: нерастворимые в воде сернистые красители переводят в
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 110 из 141
растворимую форму восстановлением в щелочной среде, а затем на волокне
окислением переводят в исходную нерастворимую форму (см. с. 91).
Для растворения сернистых красителей при крашении используют
сернистый натр Na2S, который в воде выделяет едкий натр и восстановитель
— сероводород
Технологический процесс проводят на специальном оборудовании
следующим образом: ткань пропитывают восстановленным щелочным
раствором сернистого красителя, содержащим красителя до 100 г/л,
запаривают, окисляют и промывают. Крашение волокна, ниток и пряжи
выполняют в аппаратах АКД периодическим способом.
Окраски сернистыми красителями неярки, умеренны по устойчивости.
Сернистые красители применяют в большом количестве при крашении
массовых тканей для спортивной и рабочей одежды.
Большим недостатком окраски сернистыми красителями является то,
что с течением времени красители на волокне разрушаются, выделяющаяся
сера окисляется до серного ангидрида, образующего серную кислоту,
которая гидролизует целлюлозные волокна, прочность их падает. Этот
процесс особенно заметен на швейных нитках.
После крашения сернистыми красителями в сточные воды попадают
серосодержащие продукты, являющиеся биологическими ядами и
затрудняющие очистку промышленных стоков. Поэтому планами народного
хозяйства предусмотрена разработка безотходной технологии крашения
сернистыми красителями, а в ряде случаев сокращение их применения в
текстильной промышленности.
Крашение путем образования красителей на волокне. Крашение
путем образования красителей на волокне сочетает достоинства ранее
рассмотренных классов красителей: подобно растворимым красителям они
не осложняют процесса крашения специальными приемами приготовления
красильных ванн и подобно нерастворимым красителям образуют окраски,
устойчивые к мокрым обработкам.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 111 из 141
Азоидные красители. Для получения красителя ткань последовательно
обрабатывают растворами двух составляющих, которые, соединяясь на
волокне, образуют нерастворимый краситель.
В общем виде схему образования нерастворимого азоидного красителя
можно изобразить следующим образом:
Азосоставляющие (азотолы) легко растворяются в щелочах, образуя
растворы, пригодные для обработки ткани (см. с. 91). Диазосоставляющая
используется в двух видах:
1)
азоамины — первичные ароматические амины R—NH2, например анилин
Азоамины пассивны и в реакцию с азотолом не вступают. Для
образования красителя азоамин необходимо перевести в активную форму,
провести реакцию диазотирования, т. е. обработку нитритом натрия в кислой
среде.
Полученная соль диазония способна реагировать с азотолом, образуя
нерастворимый краситель по реакции азосочетания
Соль диазония крайне неустойчива и разлагается при повышении
температуры и даже хранении в растворе. Обработку ткани производят при
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 112 из 141
температуре 0—5 °С свежеприготовленным раствором, поэтому азоидные
красители называют холодными и даже ледяными;
2)
диазоли
—
соли
диазония,
стабилизированные
органическими или минеральными соединениями, например диазоль желтый
О
стабилизирован хлористым цинком ZnCl2. Для использования диазоля в
крашении его достаточно растворить в воде, как он приобретает способность
реагировать с азотолом. При пользовании диазолем отпадает необходимость
производить трудоемкую операцию диазотирования в условиях отделочного
производства.
Завершают крашение мыловкой ткани при температуре 85— 90 °С для
удаления с поверхности волокна непрочно фиксированного красителя и
повышения устойчивости окраски к трению.
Азотолы обладают различным строением и сродством к целлюлозе. По
названию отличаются маркой, например азотол А, ПА, МНА. Азотол может
вступать в реакцию с различными диазосоставляющими, при этом
получаются красители разного цвета. В название азоамина или
соответствующего ему диазоля вводят название цвета той комбинации с
азотолом, которая отличается наилучшими колористическими или
прочностными показателями.
Для образования нерастворимого азокрасителя на ткани Можно
использовать линии, состоящие из двух плюсовок для Последовательного
нанесения азо- и диазосоставляющей, воздушного зрельника и промывных
ванн. Концентрация азотолов в растворах 10 г/л, диазолей — 4—30 г/л в
зависимости от маржей азотола и требуемой интенсивности окраски.
В воздушном зрельнике происходит продолжение взаимодействия
составляющих, нанесенных на волокно, и образование нерастворимого
красителя.
Азиновые красители — черный анилин. Краситель применяют для
крашения хлопчатобумажных тканей в черный цвет, высокой устойчивости и
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 113 из 141
глубины. Получают черный краситель из анилина путем окислительной
конденсации в кислой среде
При крашении ткань пропитывают раствором следующего состава, г/л:
анилин 50—70; кислота (смесь соляной и молочной в соотношении 2,5 : 1)
90; окислитель (хлорат калия) 20—35; катализатор (соли меди, железа) 10—
15; гигроскопическое вещество (хлористый аммоний) 10—15.
Оплюсованную ткань подвергают тепловой обработке, при которой на
ткани образуется черный краситель с зеленоватым оттенком. Для завершения
химического процесса окисления после тепловых воздействий ткань
обрабатывают окислительным раствором, обычно бихроматом калия в
кислой среде.
Существуют два технологических способа крашения черным
анилином, отличающихся условиями тепловой обработки и катализаторами:
окислительный и запарный. При окислительном способе крашения в качестве
катализатора используют соль меди, а тепловую обработку проводят путем
высушивания при температуре 80 °С. Для запарного способа применяют соли
железа и запаривают при температуре 102 °С.
Окислительный способ выполняют на специальной линии черноанилинового крашения. Запарный способ в основном применяют при
печатании по хлопчатобумажным тканям.
Крашение черным анилином применяют редко, так как способ
получения красителя трудоемок, при крашении выделяются токсичные
вещества, под действием окислителей и кислоты частично разрушается
целлюлоза.
Особенности крашения гидратцеллюлозных волокон. Ввиду того
что обычные гидратцеллюлозные волокна обладают пониженной прочностью
в сравнении с природными целлюлозными волокнами, особенно в мокром
состоянии, и неоднородны по структуре, крашение этих волокон имеет ряд
особенностей.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 114 из 141
Не все рассмотренные классы красителей можно использовать для
окрашивания гидратцеллюлозных волокон. Исключение необходимо сделать
для черного анилина, так как образование красителя происходит в жестких
условиях (кислая реакция среды, присутствие окислителя, высокая
температура). При этом образуются продукты кислотного гидролиза и
окислительной деструкции целлюлозы, непрочное гидратцеллюлозное
волокно-еще более ослабляется.
Быстрое набухание гидратцеллюлозы при крашении также является
препятствием для окрашивания волокна в аппаратах большой емкости:
набухшие наружные слои паковки препятствуют проникновению раствора
красителя в толщу волокна, возни кает порок — непрокрашивание середины
паковки. Аналогичная трудность возникает при крашении нитей и пряжи,
намотанных на бобину или навой.
Для крашения тканей из гидратцеллюлозных волокон необходимо
подбирать оборудование, работающее с минимальным натяжением полотна,
в противном случае ткань деформируется, вытягивается, качество ее
ухудшается.
Вискозное волокно неоднородно по длине и диаметру, поэтому
равномерную окраску получают с трудом. Для выравнивания окраски,
например прямыми красителями, процесс крашения вискозного волокна
необходимо замедлить, для чего крашение ведут в присутствии нейтрального
электролита, взятого в меньшем количестве, чем при крашении природных
целлюлозных волокон, а также при температуре, выше оптимальной для
хлопка, а затем оставляют ткань в остывающей ванне. В присутствии
меньшего количества электролита и при более высокой температуре, чем
оптимальная, переход красителя на волокно замедляется, волокно полнее
набухает, структура его выравнивается, окраска получается более
равномерной.
Вискозные высокомодульные и полинозные волокна окрашиваются по
технологии крашения хлопчатобумажных тканей, как правило, более
интенсивно, чем хлопковые.
Крашение текстильных изделий из белковых волокон
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 115 из 141
Белковые волокна — шерсть и шелк — имеют много общего в
химическом составе и строении полимерных макромолекул, но
принципиально различаются структурой: кератин шерсти относится к
редко сшитым полимерам, макромолекула имеет α-конфигурацию. Шелк —
линейный полимер, обладающий β-конфигурацией макромолекулы.
Очевидно, химическая природа и пространственное строение различных
белковых волокон определяют сходство и различие в выборе красителей для
крашения шерсти и шелка. Шерстяные волокна окрашиваются кислотными,
хромовыми, КМК 1:1 и 1 : 2 и активными красителями. Для крашения
натурального шелка кислотные красители применяют в меньшей степени,
так как они дают неустойчивую окраску. Значительно лучшие результаты по
качеству окраски получают при использовании некоторых прямых
красителей, особенно из числа светопрочных. Хромовые красители для крашения шелка не применяют по двум причинам: в условиях крашения сильно
повреждается волокно и окраска этим классом не обладает яркостью, что
особенно важно для изделий из шелка. КМК 1:2 и активные красители
играют большую роль при крашении и особенно печатании шелковых
тканей.
В
небольшом количестве для крашения шелковых волокон
применяют кубозоли.
Шерсть в значительном объеме окрашивают в виде волокна или
гребенной ленты, используя для этой цели красители, дающие наиболее
устойчивую окраску. В полотне окрашивают в основном легкие платьевые
ткани.
Натуральный шелк практически всегда подвергают крашению в виде
готового полотна.
Свойства красителей и общие закономерности процесса крашения.
Практически все перечисленные классы красителей, применяемые для
белковых волокон, относятся к числу растворимых в воде, содержат
сульфогруппы в виде натриевых солей, диссоциирующие с образованием
окрашенного аниона
Кислотные, хромовые и активные
агрегированы, чем прямые.
красители
в растворе
менее
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Известно,
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
что белковые
волокна
обладают
Страница 116 из 141
амфотерными
свойствами за счет свободных амино- и карбоксильных групп
Аминогруппа волокна способна взаимодействовать с кислотами,
приобретая положительный заряд
Следовательно, в кислой среде у белковых волокон появляются
положительно заряженные группы, способные за счет электростатического
(ионного) взаимодействия образовать соединения типа солей с анионами
красителей
В присутствии кислоты ускоряется поглощение анионных красителей
белковыми волокнами.
К красителям, обладающим малым сродством к белковым волокнам, в
красильную ванну добавляют сильную серную кислоту H2SO4. Крашение
красителями с высоким сродством к белковым волокнам проводят в
присутствии кислых солей, которые постепенно разлагаются в условиях
крашения и обеспечивают слабокислую реакцию среды. К таким солям
относятся сульфат и ацетат аммония
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 117 из 141
Красители со средним значением сродства окрашивают белковые
волокна в присутствии органической уксусной кислоты.
Управляют скоростью перехода красителей на волокно, регулируя
кислотность реакции среды и вводя в красильную ванну нейтральный
электролит, чаще всего сульфат натрия Na2SO4, который диссоциирует на
ионы.
Анион минеральной кислоты SO4 -2 в составе красильной ванны
является своеобразным конкурентом аниону красителя в процессе
присоединения к положительно заряженной группе волокна
В первую очередь к положительно заряженной аминогруппе подойдет
анион SO4-2 как более подвижный, меньшего размера (І), но так как анион
SO4-2 нe обладает сродством к волокну, то постепенно он будет вытесняться
более крупным анионом красителя (ІІ). В целом процесс крашения
замедлится, окраска вследствие этого получится более равномерной.
Следовательно, сульфат натрия при крашении анионными красителями
белковых волокон играет роль своеобразного выравнивателя окраски.
Для этой же цели в состав красильных ванн вводят специальные
препараты — выравниватели. Обычно это вещества с поверхностноактивными свойствами: катионные, анионные или не-ионогенного характера.
Выравнивающее действие препаратов складывается из способности
растворов, содержащих ПАВ, равномернее смачивать текстильный материал
и из способности выравнивателей взаимодействовать с красителем или
волокном, что замедляет поглощение красителя. Катионоактивные
выравниватели
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 118 из 141
(ВыравнХ Выравн+ + Хˉ) образуют с анионом красителя неустойчивое
соединение: Bыравн+∙O3ˉS—Кр, медленно поглощаемое волокном. С
течением времени соединение разрушается, анион красителя восстанавливает
способность взаимодействовать с волокном. Анионоактивные выравниватели
(ВыравнХ
Выравнˉ + Х+) взаимодействуют с положительными
центрами волокна, конкурируя с анионом красителя и замедляя переход красителя в волокно. Неионогенные выравниватели, взаимодействуя с
красителем (рис. 42), обычно образуют оболочку вокруг аниона красителя
(сольватируют).
Такая частица красителя имеет пониженное сродство к волокну, что
также замедляет процесс крашения. Со временем под влиянием температуры
крашения сольватная оболочка аниона красителя разрушается, у красителя
возникает возможность взаимодействовать с волокном.
Регулятором скорости крашения является также температура. Белковые
волокна обычно окрашивают при температуре кипения, так как на
поверхности шерстяного волокна имеется чешуйчатый слой, охраняющий
внутренний корковый слой от проникновения в него химических материалов
при температуре до 60 °С, а шелковая нить имеет плотную структуру.
Обычно анионные красители полностью переходят из красильной
ванны на волокно, так как их содержание в растворе существенно меньше
кислотной емкости белковых волокон, определяемой числом свободных
аминогрупп.
Помимо ионной связи, образующейся на стадии адсорбции всех
анионных красителей белковыми волокнами, при их фиксации возникают
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 119 из 141
дополнительные силы. Иногда ионное взаимодействие полностью заменяется
взаимодействием иного характера, как это происходит при крашении
активными красителями, кубозолями.
При фиксации кислотных и прямых красителей на шерсти и шелке
соответственно
кроме
ионных
сил
развивается
дополнительно
межмолекулярное взаимодействие хромофорной системы красителя с
текстильным полимером. Принципиальное отличие кислотных красителей от
прямых заключено в пространственном строении хромофорной системы:
прямые красители имеют вытянутую молекулу, в то время как кислотные —
более компактную. В остальном — по химическому строению хромофорной
системы, характеру групп, придающих красителям растворимость, — они
очень близки (см. с. 72). Пространственная структура полимера диктует
выбор красителей для различных волокон. Более рыхлая структура кератина
шерсти, относительно большое расстояние между полипептидными цепями,
связанными дисульфидными связями, обеспечивает более интенсивное
взаимодействие волокон с компактными, приближающимися к сферическим,
молекулами кислотных красителей:
Линейные макромолекулы фиброина шелка создают условия для более
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 120 из 141
прочного закрепления молекул прямых красителей:
к
При фиксации хромовых красителей кератином шерсти дополнительно
ионному
и
межмолекулярному
взаимодействию
возникают
координационные связи между красителем, волокном и ионом
трехвалентного хрома Сг+. Трехвалентный ион хрома способен
взаимодействовать с тремя молекулами красителя, образуя ионную связь с
гидроксилами. Дополнительно с волокном или красителем образуется
координационная связь с карбонильным кислородом, имеющим
неподеленные пары электронов
Таким образом, краситель дополнительно связывается с волокном
через атом хрома. Устойчивость окраски повышается.
Ковалентная фиксация активных красителей на белковых волокнах
происходит во второй стадии, после поглощения за счет ионного
взаимодействия. Для этого температуру ванны понижают до 50—60 °С,
вводят кальцинированную соду до слабощелочной реакции. Это приводит к
диссоциации малоустойчивой солевой связи активного красителя с белковым
волокном, в результате чего аминогруппа нейтрализуется и создаются
условия: для ковалентной фиксации активного красителя на неионизированной аминогруппе волокна
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 121 из 141
Степень ковалентной фиксации обычных активных красителей на
белковых волокнах ниже, чем на хлопке, и составляет 30—70 %, так как
нельзя создавать высокую щелочность среды при образовании ковалентной
связи ввиду малой устойчивости белковых волокон к щелочным обработкам.
В связи с этим созданы специальные группы активных красителей,
способных ковалентно фиксироваться на белковых волокнах в слабокислой
среде, и разработаны новые способы крашения белковых волокон,
обеспечивающие высокую степень ковалентной фиксации активных
красителей.
При крашении кубозолями первоначально возникает ионная связь,
которая при образовании пигмента заменяется водородными связями и
межмолекулярным взаимодействием.
Крашение шерстяных материалов. Для крашения шерстяных
волокон и изделий из них используют различные классы красителей.
Кислотные красители. Эти красители дают на шерсти полную гамму
цветов высокой яркости, умеренной устойчивости. Отечественная
промышленность использует для крашения платьевых тканей, реже ленты, в
основном красители, производимые в нашей стране.
В зависимости от величины сродства кислотного красителя к волокну
требуется различная степень кислотности ванны. Различают несколько видов
красителей:
сильнокислые, или хорошо выравнивающие, красители, обладающие
невысоким сродством к волокну, окрашивающие в присутствии сильной
минеральной серной кислоты, дающие невысокую устойчивость окраски;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 122 из 141
среднекислые красители, окрашивающие в присутствии уксусной
кислоты, характеризующиеся умеренным сродством и устойчивостью
окраски;
слабокислые, или плохо выравнивающие, красители, крашение
которыми происходит в присутствии слабокислых солей — сернокислого
или уксуснокислого аммония. Сродство этой группы красителей к волокну и
устойчивость окраски самые высокие, но выравнивание окраски затруднено.
Это наиболее ценная в техническом отношении группа кислотных
красителей.
В основном кислотными красителями окрашивают шерсть по
периодическому способу, непрерывные процессы начали применять недавно.
В состав красильных ванн для периодического крашения вводят, % от
массы волокна: красителя 0,5—5; кислоты 2—5 или кислой соли 2—4;
выравнивателя 0,5—1. Пропитку материалов при непрерывном плюсовочнозапарном способе производят растворами, содержащими краситель до 40 г/л.
При крашении по непрерывному способу полезно использовать специальные
вещества, способствующие диспергированию красителя и набуханию
волокна (мочевина); ПАВ, обладающие сродством к красителю и волокну и
способные в определенных условиях создавать двухфазные капельные
системы, например, отечественный препарат диэтаноламид (ДЭА)
синтетических жирных кислот.
Этот препарат растворим в воде, но под влиянием электролитов,
кислоты, ионов красителя утрачивает растворимость и существует в
красильном растворе в виде микрокапель. В силу высокого сродства к ДЭА
практически весь краситель, находящийся в плюсовочной ванне,
сосредоточен в каплях ДЭА. При нанесении такой двухфазной системы на
волокно капли сосредоточиваются у поверхности волокна, так как ДЭА
обладает также повышенным сродством к кератину шерсти. При запаривании
капли сливаются в общий слой, пленкой обволакивающий Волокно.
Диффузия красителя идет из очень концентрированного слоя красильного
раствора быстро, окраска получается более высокой интенсивности, чем без
подобного препарата. Одновременно за счет разрыхления наружного
эпикутикулярного слоя волокна под влиянием ДЭА устраняется порок
«седоватость» окраски, который практически всегда сопровождает
непрерывное крашение шерсти из-за плохого прокрашивания плотного
наружного слоя волокна.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 123 из 141
Хромовые красители. Хромовые красители используют в основном
для крашения шерстяного волокна и гребенной ленты, идущих на
изготовление тканей для верхней одежды, так как окраска хромовыми
красителями обладает высокой устойчивостью в эксплуатации.
Крашение хромовыми красителями происходит в две стадии:
нанесение красителя в кислой среде в присутствии электролита при
температуре кипения (аналогично крашению кислотными красителями);
хромирование окраски, т.е. обработка солями хрома для повышения ее
устойчивости.
В первой стадии крашения хромовые красители фиксируются на
волокне за счет ионного взаимодействия, во второй стадии происходит
дополнительное взаимодействие красителя с волокном через ион
трехвалентного хрома (см. с. 113).
В качестве хромирующего агента используют бихромат калия
(хромпик) в кислой среде. В этих условиях хром из шестивалентного
состояния переходит в трехвалентное и взаимодействует с волокном и
красителем
В зависимости от очередности
хромовыми красителями различают:
проведения
стадий
крашения
крашение с последующим хромированием. При таком способе
крашения трудно воспроизвести заданный цвет, так как при хромировании
часто изменяется не только оттенок, но и цвет окраски;
крашение с предварительным хромированием. При этом способе
крашения наблюдается заметное разрушение неокрашенного волокна
хромпиком в кислой среде;
крашение с одновременным хромированием. Способ экономически
самый выгодный, так как в отличие от двух предшествующих является
однованным. Пригоден только для красителей, скорость взаимодействия
которых с волокном выше, чем с хромом. В противном случае краситель,
взаимодействуя с хромом в растворе, выпадает в осадок; окраска получается
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 124 из 141
неровной и непрочной. Красители, пригодные для такого способа крашения,
называют однохромовыми, например однохромовый оливковый Ж.
Применяют хромовые красители преимущественно для периодического
способа крашения по следующему рецепту, % от массы волокна: краситель
до 6; сульфат натрия 5—10; уксусная кислота 1—4; бихромат калия 0,5—1,5.
Крашение хромовыми красителями заметно ослабляет шерстяное
волокно, так как бихромат калия в кислой среде является сильным
окислителем и разрушает волокно. Кроме того, в остаточной ванне после
крашения хромовыми красителями присутствуют ионы хрома: Сг+3 и
особенно токсичный и осложняющий очистку сточных вод Сг+6. Поэтому
ассортимент хромовых красителей в настоящее время не развивается.
Кислотные металлкомплексные красители (КМК). Свойства КМК
различных групп и условия их применения существенно различаются: КМК 1
: 1 обладают малым сродством к кератину, окрашивают шерстяное волокно в
сильнокислой среде; КМК 1 : 2 обладают высоким сродством к кератину,
окрашивают шерсть в слабокислой среде в присутствии сульфата или ацетата
аммония.
По качеству окраски КМК приближаются к хромовым красителям. В
марку КМК 1 : 1 вводят букву М, КМК 1 : 2— буквы НиМ. Например,
кислотный розовый М, кислотный серый НСМ. На предприятиях страны в
основном используются КМК, производимые в странах СЭВ: КМК 1 : 1 под
названием хромоланы (ЧССР): КМК 1 :2 под названием осталаны (ЧССР),
вофаланы (ГДР) и польфаланы (ПНР).
Крашение КМК 1 : 1 проводят в две стадии: I стадия — крашение в
присутствии большого количества серной кислоты (5—10 % от массы
волокна) при температуре кипения в течение 1,5 ч. В этих условиях все
аминогруппы кератина шерсти заряжены положительно, между красителем и
волокном возможно только ионное взаимодействие; II стадия — обработка в
нейтральной или слабощелочной среде. В этих условиях аминогруппы, не
связанные с анионом красителя, утрачивают положительный заряд и
образуют с атомом металла в молекуле красителя дополнительную
координационную связь за счет неподеленной пары электронов у азота
В первой стадии добиваются равномерного распределения красителя
в волокне, во второй обеспечивают его прочную фиксацию.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 125 из 141
Ввиду высокого сродства КМК 1 : 2 к кератину шерсти крашение ими
проводят в слабокислой среде в присутствии 6 % сульфата или ацетата
аммония при температуре кипения. Высокая устойчивость окраски КМК 1 : 2
к мокрым обработкам объясняется образованием ионной связи красителя с
волокном
и
возниковением
большого
набора
водородных
и
межмолекулярных сил между хромофорной системой красителя и
текстильным полимером.
Активные красители. Активные красители для шерстяной подотрасли
промышленности маркируются индексом Ш, например активный яркокрасный 2СШ.
Эти
красители
характеризуются
пониженной
реакционной
способностью и более устойчивы к гидролизу (см. с. 99), чем большинство
применяемых для крашения целлюлозных волокон. Этого требуют более
жесткие условия крашения шерсти: температура кипения на стадии
поглощения красителя волокном и образования ионной связи. Пригодны для
крашения шерсти и некоторые красители, типичные для целлюлозных
волокон, из числа устойчивых к гидролизу при повышенной температуре.
Крашение шерсти, помимо красителей советского производства, выполняют
красителями зарубежных фирм: ланазолями, хосталанами и ремазолями
(ФРГ), ксиронами (ГДР).
При формировании современного ассортимента активных красителей
для шерсти в основном исходили из следующих принципов: реакционная
способность активных красителей по отношению к шерсти должна
проявляться в кислой среде, а не в щелочной, при этом повышается степень
ковалентной фиксации активных красителей и снижается опасность
повреждения шерсти; не должно быть существенной разницы между
условиями адсорбции и фиксации активных красителей; реакционная
способность должна обеспечивать ковалентную фиксацию не менее 90 % от
красителя, внесенного в ванну; краситель должен иметь высокое сродство к
волокну, чтобы незафиксированный ковалентно краситель не снижал
устойчивость окраски.
Периодический способ крашения активными красителями проводится
аналогично кислотным красителям при рН 4,5—5 и отличается только
слабощелочной обработкой (NH4OH при рН 8—8,5) в конце процесса.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 126 из 141
Для шерсти разработан специальный холодный плюсовочно-накатный
способ крашения активными красителями, при котором достигается высокая
(90—95%) степень фиксации. Этот способ относится к полунепрерывным и
выполняется по следующей схеме: пропитывание ткани красильным
раствором при 100—120%-ном отжиме, накатывание в ролик, выдерживание
ролика в течение 24—48 ч без нагревания, промывка. Для предупреждения
обсыхания ткани при выдерживании ролик покры- вают полимерной
пленкой. Ввиду того, что переход красителя из раствора в волокно протекает
при низкой температуре, в состав плюсовочной ванны вводят вещества,
ускоряющие набухание полимера: мочевину и слабый восстановитель
бисульфит натрия NaHSO3. Известно, что мочевино-бисульфитные растворы
используют для растворения шерсти при определении степени ее
повреждения в технологических операциях. В рассматриваемом случае эти
препараты разрушающе действуют только на поверхностный слой волокна,
повышая его проницаемость для красителя. Действие бисульфита натрия
связывают с восстановлением дисульфидных связей, преимущественно в
чешуйчатом слое, а мочевина дополняет эффект, вызывая набухание волокна
в целом. При этом в волокне возникают новые группы, способные вступать в
реакцию с волокном, и степень ковалентной фиксации активных красителей
повышается.
Роль мочевины не ограничивается указанным действием: она
способствует дезагрегации красителей в плюсовочном растворе,
способствует их лучшему растворению. Растворы мочевины обладают
щелочной реакцией, что благоприятно для ковалентной фиксации
красителей. В состав плюсовочного раствора кроме бисульфита натрия и
мочевины вводят ПАВ (например диэтано-ламид жирных кислот), которые,
помимо улучшения смачивания волокна, обладают сродством к шерсти и
способны создавать микрогетерогенные двухфазные системы (см. с. 115).
Для предупреждения миграции красильного раствора на ткани при
вылеживании в него вводят загустители, которые также принимают участие в
образовании и стабилизации микрогетерогенной двухфазной системы в
плюсовочной ванне.
Состав красильного раствора, г/л: краситель 10—30; мочевина 250—
300; бисульфит натрия 10; загуститель 2—5.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 127 из 141
Завершают процесс тщательной промывкой на любом промывном
оборудовании для удаления незафиксированного красителя и всех остальных
компонентов красильного раствора.
Описанный способ применяется также для крашения гребенной ленты.
Вылеживание ленты, пропитанной красильным раствором, осуществляют
при этом в тележках, промывку — на сушильно-гладильных линиях.
Крашение натурального шелка. Изделия из натурального шелка
окрашиваются красителями различных классов.
Кислотные красители. Шелк могут окрашивать красители всех групп,
но большинство из них дает неустойчивую окраску и уступает в этом
отношении другим классам. Наилучшие результаты получаются при
использовании КМК 1 : 2 и отдельных марок кислотных. Крашение ведут в
присутствии уксусной кислоты (2% от массы материала) при температуре 95
°С. Для слабокислых красителей рекомендуют снижать температуру до 70—
80 °С и проводить процесс в присутствии ацетата аммония.
Крашение проводят в красильно-промывных или эжекторных машинах.
Прямые красители. Эти красители, особенно прямые светопрочные,
образуют на тканях из натурального шелка достаточно яркие и устойчивые
окраски. Процесс проводят в красильно-промывной машине в нейтральной
или слабощелочной среде при температуре 90°С, применяя умягченную воду.
После крашения полезна обработка препаратом ДЦУ для повышения
устойчивости окраски. Для крашения изделий из натурального шелка пригодно около 30 марок обычных и светопрочных прямых красителей.
Активные красители. Они наиболее равномерно окрашивают
натуральный шелк в красильно-промывных или эжекторных машинах. В
состав красильной ванны вводят помимо красителя нейтральный электролит
(Na2SO4) и слабощелочной реагент (Nа2СО3). Температура крашения
красителями с индексом X не превышает 50 °С, с индексом Т—70 °С.
Начинают крашение в нейтральной среде и только в конце вводят раствор
соды. Завершают процесс мыловкой горячим (80°С) раствором моющих
средств для удаления ковалентно незафиксированного красителя.
Кубозоли. Большой интерес для крашения натурального шелка
представляют кубозоли. Крашение проводят в кислой среде (2—4%
СН3СООН 30%-ной). Во избежание разложения кубозолей в ванну вводят
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 128 из 141
небольшое количество восстановителя. Максимальная температура — 90 °С.
Проявление окраски проводят по хроматному способу. Завершают обработку
операцией оживки для восстановления блеска волокна. Наилучшие
результаты получают при крашении в красильно-роликовой машине.
Крашение тканей из синтетических и ацетилцеллюлозных волокон
Синтетические и ацетилцеллюлозные волокна, несмотря на различный
химический состав, характеризуются рядом общих свойств, которые и
определяют выбор классов красителей и условий крашения. Этими
свойствами являются: высокая плотность волокон, сильно развитое
межмолекулярное взаимодействие между полимерными цепями, низкая
способность взаимодействовать с полярными молекулами воды, малая склонность к набуханию в водных растворах, т.е. гидрофобные свойства, малое
содержание групп, способных взаимодействовать с красителями.
Конечно, эти свойства у волокон различной природы проявляются в
разной степени: ацетатное волокно менее гидрофобно, чем триацетатное, так
как содержит определенное количество полярных гидроксильных групп;
полиамидное и модифицированное полиакрилонитрильное волокна содержат
функциональные группы, обеспечивающие химическое взаимодействие с
некоторыми классами красителей; полиэфирное волокно обладает
наивысшей плотностью структуры. Эти различия в свойствах волокон определяют специфические условия крашения и дифференцированный подход к
выбору классов красителей.
Свойства красителей и общие закономерности процесса крашения.
Свойства химических волокон обусловливают специфические требования,
предъявляемые к красителям: они должны обладать сродством к
гидрофобным полимерам, т.е. быть нерастворимыми в воде; должны иметь
малые размеры молекул для обеспечения достаточной скорости диффузии в
плотную структуру волокна. Этим требованиям отвечают дисперсные
красители: они практически нерастворимы в воде, молекулярная масса большинства красителей находится в пределах 200—600, в то время как другие
классы красителей характеризуются значениями этой величины на уровне
800—1000 и более. Окраски дисперсными красителями, как правило,
достаточно ярки и устойчивы к большинству условий эксплуатации, за
исключением устойчивости окраски к дымовым газам, которые содержатся в
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 129 из 141
городском воздухе, и высокой температуре. Последнее обстоятельство
ограничивает возможность использования большого числа дисперсных
красителей для крашения изделий из химических волокон, которые в
процессе крашения и отделки подвергаются высокотемпературным
обработкам. Под действием высокой температуры дисперсные красители
возгоняются (сублимируют), окраска изделия при этом осветляется,
загрязняются рабочие органы оборудования сконденсировавшимися парами
дисперсных красителей. Характеристика технологических свойств
дисперсных красителей содержит показатель «устойчивость к сублимации»,
которым следует руководствоваться при выборе красителей для конкретных
тканей и условий крашения.
Дисперсные красители закрепляются на волокне за счет водородных
связей и межмолекулярного взаимодействия.
В случае крашения полиамидных волокон, имеющих свободные
аминогруппы, возможно применение активных красителей, способных
ковалентно фиксироваться волокном. Причем наибольший эффект дают
активные красители, не имеющие групп, придающих им растворимость, так
называемые дисперсные активные красители Кр—Cl (Кр — хромофорная
система; С1 — ре-акционноспособная группировка). Ассортимент
отечественных дисперсных активных красителей только начинает складываться. В основном текстильщики пользуются красителями под названием
процинайлы фирмы «Ай-Си-Ай» (Великобритания).
Присутствие в полиамидном волокне аминогрупп создает предпосылки
для использования анионных красителей в кислой среде: прямых, кислотных
и особенно металлкомплексных типа 1 : 2. Хромовые красители
практического значения не имеют, так как полиамидное волокно
неустойчиво к окислению и обра-ботка его окислителем — бихроматом
калия — при хромировании нежелательна.
Особенного подхода к выбору класса красителей требует
полиакрилонитрильное (ПАН) волокно. Дисперсные красители образуют на
нитроне малоинтересную в колористическом отношении окраску. В
настоящее время ПАН-волокно для текстильной промышленности
выпускается в виде тройного сополимера, содержащего помимо
акрилонитрила метилметакрилат и итаконовую кислоту. В готовом волокне
содержится карбоксильная группа ПАН — СООН. Это создает возможность
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 130 из 141
получить менее плотное волокно и придает ему способность окрашиваться
катионными красителями, растворимыми в воде
Ввиду того что условия крашения катионными красителями проще,
качество окраски по яркости и устойчивости очень высокое, дисперсные
красители для нитрона потеряли свое значение.
Итак, основной ассортимент красителей для химических волокон:
ацетилцеллюлозных и полиэфирных — дисперсные; полиамидных—
дисперсные, дисперсные активные, прямые, кислотные КМК. 1 : 2,
полиакрилнонитрильных — катионные.
Дисперсные красители практически нерастворимы в воде — всего
около 10—40 мг красителя в 1 л красильной ванны находится в растворимом
состоянии. Растворение происходит благодаря малому размеру красителей и
наличию в их молекуле небольшого числа полярных групп (—ОН, —NH2),
способных взаимодействовать с водой. Синтетические и ацетилцеллюлозные
Волокна, для крашения которых применяются дисперсные красители,
представляют собой труднопроницаемую для химических соединений
систему. Поэтому основные усилия при крашении указанных полимеров
направлены на повышение диффузионной способности красителей и
диффузионной проницаемости Волокна.
Красильная ванна при крашении дисперсными красителями является
сложной системой, содержащей небольшую долю мономолекулярной
фракции (часть растворимого красителя), агрегированную форму красителя
(другая часть растворимой фракции), нерастворимую часть (осадок), которая
является резервом для пополнения растворимой фракции красителя по мере
ее расходования. Все формы красителя находятся в равновесии и могут
переходить одна в другую. В плотные химические волокна способны
проникать только отдельные молекулы красителя. Ввиду того что
концентрация мономолекулярной фракции мала, процесс перехода красителя
в волокно протекает медленно. Для увеличения концентрации
мономолекулярной формы дисперсных Красителей в воде в красильную
дисперсию вводят диспергаторы, например диспергатор НФ. При этом
ускоряется переход красителя в волокно. Для облегчения использования
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 131 из 141
дисперсных красителей их выпускают в виде порошков или паст, содержащих тонкодиспергированный краситель (размер частиц 0,5— 2 мкм) и
диспергаторы в достаточно большом количестве — до 50—80 % от общей
массы.
Для ускорения диффузии красителя в волокне помимо воздействия на
краситель
используют
технологические
приемы,
повышающие
проницаемость волокна. Для этой цели применяют температурную
активацию процесса, когда крашение проводят при температуре существенно
выше 100˚С. При этом разрыхляется структура волокна и облегчается
проникновение красителей внутрь полимера. Объясняют это частичным
нарушением взаимодействия между полимерными цепями, увеличением подвижности отдельных участков полимерной цепи, что способствует более
свободному продвижению красителя внутрь волокна. Для реализации
высокотемпературного крашения требуется специальное оборудование.
Кроме того, на ускорение диффузии красителя в волокне влияет введение в
красильную ванну специальных веществ, называемых интенсификаторами
процесса или ускорителями. Это обычно нерастворимые в воде соединения—
производные бензола, с меньшими размерами молекул, чем дисперсные
красители. Обладая сродством к гидрофобному полимеру, эти вещества
поглощаются волокном, разрывают межмолекулярные связи внутри
полимера, разрыхляют структуру волокна, облегчают диффузию в волокно
дисперсных красителей. По механизму воздействия на волокно
интенсификаторы аналогичны действию температуры: они повышают
диффузионную проницаемость субстрата. Достоинством крашения с интенсификаторами является возможность проведения процесса при температуре
до 100°С, что существенно улучшает технико-экономические показатели.
Однако большинство используемых препаратов токсичны или обладают
неприятным запахом. Это затрудняет их использование. Кроме того, они
трудно удаляются из волокна при промывке и понижают устойчивость
окраски готовых изделий к мокрым обработкам, а иногда и свету. Имея в
виду высокую экономическую целесообразность крашения в присутствии
ускорителей, расширяются исследования по созданию интенсификаторов,
свободных от отмеченных недостатков.
Переход активных дисперсных красителей на полиамидное волокно
подчиняется закономерностям, свойственным обычным дисперсным. После
распределения красителей в полимере происходит химическая реакция с
аминогруппами аналогично обычным активным красителям
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 132 из 141
Устойчивость окраски выше, чем у обычных дисперсных красителей.
Полиамидные волокна можно окрашивать водорастворимыми
красителями анионного типа, используя наличие NН2-группы. Управление
крашением полиамидных волокон анионными красителями осуществляется
аналогично процессу крашения этой группой красителей белковых волокон:
кислотными и прямыми красителями окрашивают в присутствии уксусной
кислоты, КМК 1:2 — в присутствии кислых солей (NH4)2SO4 или
CH3COONH4. В кислой среде аминогруппы полиамидных волокон
заряжаются положительно и обеспечивают ионное взаимодействие с рассматриваемыми красителями
Существует закономерность: сродство хорошо растворимых кислотных
красителей, содержащих ионизирующиеся сульфо-группы в виде натриевых
солей, к полиамидным волокнам ниже, чем к шерсти. Прямые красители,
обладающие вытянутой конфигурацией молекулы, что обеспечивает ей
энергетически выгодное размещение вдоль линейной цепи полиамида и
образование достаточно сильного межмолекулярного взаимодействия
хромофорной системы с полимером, имеют более высокое сродство к
полиамидам, чем к шерсти, примерно на уровне сродства к натуральному
шелку. В сравнении с кислотными и даже прямыми красителями КМК 1 : 2,
являющиеся солями комплексных кислот и обладающие пониженной
растворимостью, имеют самое высокое сродство к полиамидам из всех
анионных красителей. Устойчивость окраски также возрастает в этом же
ряду. Это доказывает, что при фиксации анионных красителей на полиамидном
волокне
существенную
роль
играет
межмолекулярное
взаимодействие. Для обеспечения более быстрого проникновения анионных
красителей внутрь волокна применяют те же приемы активации процесса,
что и при крашении дисперсными красителями: высокотемпературное
крашение и интенсификаторы.
ПАН-волокно (нитрон) окрашивают катионными красителями.
Управляют скоростью перехода красителей в полимер, варьируя рН
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 133 из 141
красильной ванны и температуру. Причем в отличие от большинства
рассмотренных ранее случаев основные усилия технологов направлены на
замедление процесса крашения для обеспечения более равномерной окраски.
Катионные красители фиксируются на нитроне за счет электростатического взаимодействия, т. е. ионными связями. Так как
карбоксильная группа волокна в красильном растворе диссоциирована ПАН
—СООН
ПАН —СООˉ+Н+, то между разноименными группами волокна и
красителя взаимодействие протекает очень быстро:
Для замедления процесса и получения более равномерной окраски в
красильную ванну вводят кислоту, которая подавляет диссоциацию
карбоксильной группы. Под действием кислоты диссоциация карбоксильных
групп может быть подавлена полностью, процесс крашения может
прекратиться. Для исключения этой возможности часть кислоты заменяется
нейтральным электролитом, обычно сульфатом натрия. При диссоциации
соли образуется катион натрия (I), который конкурирует с катионом
красителя (ІІ) за место у диссоциированных карбоксильных групп, процесс
крашения замедляется, окраска получается более ровной
После фиксации катионного красителя на нитроне за счет ионных сил
между хромофорной системой и полимером развивается межмолекулярное
взаимодействие, повышающее устойчивость окраски в целом.
Основной переход катионных красителей на волокно происходит в
узком интервале температуры (80—100°С), что также осложняет получение
равномерной окраски, так как разница температуры отдельных участков
красильной системы даже в 1°С изменяет скорость диффузии красителя в
несколько раз.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 134 из 141
Для обеспечения высококачественных результатов предложено два
варианта температурного режима крашения нитрона катионными
красителями: во-первых, быстрый нагрев красильной ванны до
максимальной температуры (100°С) и крашение в этих условиях. График
процесса изображен на рис. 43 пунктиром. При таком режиме исключается
нежелательное воздействие неравномерного разогрева красильной системы,
возникающего при медленном повышении температуры; во-вторых,
ступенчатый разогрев красильной ванны, предполагающий прекращение повышения температуры на 15—30 мин при определенном уровне и быстрое
повышение
температуры
между этими областями (сплошная линия на
рис. 43).
Крашение
тканей из полиэфирных материалов дисперсными
красителями.
Дисперсные красители — основной класс, применяемый для крашения
полиэфирных волокон, на которых они образуют достаточно яркую и устойчивую окраску. Наилучший результат дают красители, специально выпускаемые для этих волокон и отмеченные индексом «полиэфирный», например
дисперсный желтый 23 полиэфирный, синий полиэфирный. В небольшом количестве отечественная промышленность применяет импортные дисперсные
красители: синтены Р (ПНР), остацеты (ЧССР).
Крашение дисперсными красителями полиэфирных волокон или тканей
производят периодическим способом в водной среде при температуре
кипения в присутствии интенсификаторов или при избыточном давлении и
температуре до 140°С в аппаратах под давлением. Ткани можно окрашивать,
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 135 из 141
используя в качестве теплоносителя сухой нагретый воздух при температуре
190— 200 °С — непрерывный термозольный способ. Волокно в виде
комплексных нитей в жгуте окрашивают в среде перегретого пара при
температуре до 140°С на непрерывнодействующем оборудовании.
Красильная ванна для крашения по периодическому способу в водной
среде содержит: красителя до 10%, диспергатора 1— 2 г/л и при
необходимости интенсификатора 3—5 г/л. Длительность процесса при
температуре 100°С около 1—2 ч. При крашении под давлением (аппараты
АКД, эжекторные красильные машины) скорость возрастает в 1,5—2 раза.
Термозольный способ крашения осуществляют только для тканей или
трикотажных полотен (рис. 44). При этом изделия в плюсовке 1 обрабатывают водной суспензией, содержащей, г/л: красителя до 50, диспергатора 2—
5; подсушивают с помощью ИК-подогревателя 2 и подвергают их термообработке 3 в течение 60—120 с при температуре на 30—40 °С более низкой,
чем температура плавления волокна (190—200 °С). Полиэфирное волокно в
этих
условиях
размягчается,
увеличивается
его
диффузионная
проницаемость и краситель легко диффундирует в волокно. После
термообработки ткань охлаждают в специальной зоне 4. Завершают
крашение обработкой ткани щелочно-восстановительным раствором, при
которой с поверхности ткани удаляется краситель, ухудшающий
устойчивость окраски.
Крашение химических волокон жгутом в аппарате для плюсовочнозапарного способа крашения в среде перегретого пара проводится
аналогично, но длительность обработки в среде перегретого пара составляет
30—60 мин за счет более низкой температуры теплоносителя (140°С).
Крашение изделий из полиамидных волокон. Для этих целей
используют дисперсные и растворимые в воде красители.
Дисперсные красители. Ассортимент отечественных дисперсных
красителей для полиамидных волокон весьма разнообразен и помимо
обычных дисперсных содержит: металлкомплексные красители типа 1 : 2,
маркируемые буквами МП (металлсодержащие для полиамида), например
дисперсный коричневый МП; дисперсные активные красители.
Окрашивают полиамидные материалы в виде волокна, трикотажных
штучных изделий или полотен и тканей в основном по периодическому
способу в водной среде при температуре кипения или при повышенной
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 136 из 141
температуре до 140°С. В красильную ванну вводят помимо красителя
диспергаторы, иногда интенсификаторы. Термозольный способ крашения
применяют редко, так как большинство устойчивых к сублимации
дисперсных красителей на полиамидах дают малоинтересные в колористическом отношении окраски. При крашении дисперсными активными
красителями процесс завершают слабощелочной обработкой для обеспечения
более полной ковалентной фиксации красителя.
Растворимые в воде красители. При крашении полиамидных
материалов существенное значение имеют некоторые классы растворимых в
воде красителей: прямых, кислотных, КМК 1 : 2, обычных активных.
Технология крашения этими классами красителей аналогична технологии
крашения изделия из белковых волокон.
Ионное и дополнительное межмолекулярное взаимодействие
хромофорной системы с полимером обеспечивает высокий уровень
устойчивости окрасок. При использовании обычных активных красителей
после щелочной обработки возникает ковалентная связь красителя с
волокном.
Общим недостатком использования водорастворимых красителей при
крашении полиамидных материалов является то, что эти красители
подчеркивают неоднородность структуры химических волокон, что
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 137 из 141
проявляется в виде неравномерной, полосатой «зебристой» окраски. Поэтому
эти классы красителей применяют в основном при крашении штучных
трикотажных изделий, где указанный дефект проявляется в меньшей
степени.
Крашение изделий из ацетилцеллюлозных волокон. Для крашения
изделий из ацетилцеллюлозных волокон применяют практически только
дисперсные красители, но ввиду существенной разницы в химическом
строении и надмолекулярной структуре ацетатные и триацетатные волокна
требуют различных условий крашения.
Ацетатные волокна, имеющие недостаточно плотную структуру
обладают высокой диффузионной проницаемостью уже при температуре
70—80°С. При более высокой температуре возможны необратимые
изменения волокна, поэтому крашение проводят при температуре не выше 80
°С.
Крашение триацетатного волокна проводят при более высокой
температуре. По периодическому способу более эффективным является
крашение под давлением при температуре до 140°С. Используют
термозольный способ крашения при температуре 190—200°С. При
необходимости для крашения триацетатного волокна применяют
интенсификаторы.
В составе красильных дисперсий при крашении ацетилцеллюлозных
волокон не должны содержаться щелочные агенты, так как волокна, являясь
сложными эфирами целлюлозы и уксусной кислоты, легко омыляются в
щелочной среде (см. с. 14).
Крашение ПАН-волокон катионными красителями. Катионные
красители для волокна нитрон создают яркую и устойчивую окраску полной
гаммы цветов. Отечественная анилинокрасочная промышленность
полностью удовлетворяет потребность текстильщиков в этих красителях.
Крашению в основном подвергают волокно или трикотажные изделия.
Для облегчения приготовления красильного раствора растворение
катионных красителей производят в кислой среде, для чего используют часть
кислоты, необходимой по рецепту для крашения. Крашение проводят при рН
4,5—5,5 в присутствии нейтрального электролита.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 138 из 141
В зависимости от скорости взаимодействия катионных красителей с
волокном их разделяют на две группы: быстровыбирающиеся, для которых
содержание кислоты и электролита в ванне высоко; медленновыбирающиеся,
содержание замедляющих процесс добавок заметно меньше.
Максимальная температура крашения катионными красителями не
превышает 100°С, так как большинство красителей этого класса неустойчиво
к высокой температуре.
Ввиду того что сродство катионных красителей к ПАН-волокну очень
велико, для получения равномерной окраски необходимо хорошо растворить
краситель, с учетом скорости перехода красителя на волокно составить
красильную ванну, точно выдержать оптимальный температурный режим
крашения.
Перекрашивание
изделия,
окрашенного
неравномерно,
представляет большую трудность и не всегда эффективно, так как число —
СООН-групп в волокне ограниченно и предельное количество химически
чистого красителя, способного присоединиться к волокну, составляет не
более 3 %. Если учесть, что технические красители обычно содержат около
50 % красящего вещества, то при первом крашении даже в темные цвета
предел насыщения редко достигается, но активных центров на волокне для
повторного перекрашивания остается мало.
Особое внимание следует уделять подбору катионных красителей в
красильную ванну для крашения смесями красителей в целях обеспечения
модной гаммы цветов и оттенков: они обязательно должны входить в одну
группу по скорости крашения, в противном случае разнооттеночности
окраски избежать не удается.
Крашение текстильных изделий из смеси волокон
Главную и основную роль в расширении ассортимента играет выпуск
новых тканей и других текстильных изделий из смеси волокон. Для создания
таких изделий используют комбинации из двух-трех видов природных и
химических волокон, дополняющих друг друга по свойствам. В итоге
получают изделие комфортное и удобное в эксплуатации, с высокими показателями формоустойчивости. Однако крашение таких готовых изделий
нередко либо вообще невозможно, либо требует специальных условий.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 139 из 141
Если невозможно получить высококачественную окраску на готовом
изделии из смеси волокон, когда для крашения отдельных волокон требуются
условия, неприемлемые для других компонентов смеси (высокая
температура, реакция среды, введение ТВВ, разрушающих другие волокна),
крашение волокон смеси проводят раздельно, выбирая для этого наиболее
пригодные классы красителей и условия крашения (описано в предыдущих
разделах). Затем вырабатывают пряжу и ткань из окрашенных волокон.
Помимо снижения опасности повреждения компонентов смеси раздельное
крашение волокон позволяет разнообразить оформление готовых изделий:
таким образом получают Пестротканые материалы с геометрическим
рисунком из пряжи разного цвета или меланжевые, пряжа для которых
вырабатывается из смеси разноцветных волокон. Раздельное крашение волокон применяется также при выработке плотных тканей, крашение которых
в готовом виде требует больших затрат времени и не всегда позволяет
получить равномерную окраску.
Химические волокна, используемые в смеси с природными или для
создания однокомпонентных изделий, можно вырабатывать уже
окрашенными. Такой способ называют «крашение в массе». При этом
красители добавляют в прядильный раствор или расплав, наносят на
поверхность полимерной крошки («опудривают») перед получением
прядильных систем. В этих целях применяют различные пигменты или
специально синтезированные красители, способные давать однородные
смеси с прядильными системами химических волокон. Ассортимент таких
красителей приведен в таблице.
Таблица
ВОЛОКНА
Вискозные
Ацетилцеллюлозные
КРАСИТЕЛИ
Пигменты марки В
Ацетонорастворимые
красители, пигменты марки А
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Полиэфирные
Полиамидные
Полиакрилонитрильные
Страница 140 из 141
Дисперсные
полиэфирные
красители, пигменты из числа
кубовых красителей
Капрозоли
Пигменты марки А иВ
Пигменты должны быть тонко измельчены. Величина частиц 1—2 мкм
(максимум 5—8). Крашение в массе полихлорвинильных и полиолефиновых
волокон особенно перспективно, так как эти волокна практически не
окрашиваются в готовом виде. Специальных красителей для этой цели нет,
применяют уже известные продукты.
Несмотря на большое преимущество крашения химических волокон в
массе, этот способ применяется в основном для окрашивания в наиболее
широко применяемые цвета: черный, серый, коричневый, синий, голубой,
зеленый. Это объясняется тем, что крашение в массе экономически
целесообразно лишь для больших партий (не менее 20 т), что лишает
текстильную промышленность возможности выпускать продукцию модных
цветов и оттенков, вызывает необходимость хранить большие запасы окрашенного волокна на складах.
Наряду с тканями из окрашенных волокон вырабатываются
текстильные изделия из смеси волокон, которые необходимо окрашивать в
готовом виде. Выбор пригодных для этой цели классов красителей
осуществляют с учетом следующих требований:
по возможности это должен быть один класс красителей,
обеспечивающий на волокнах смеси окраски, близкие по интенсивности,
яркости, устойчивости к физико-химическим воздействиям. Например, для
хлопковискозных тканей это могут быть прямые, кубовые или активные
красители, для смеси шерсти с полиамидным волокном — кислотные;
в случае отсутствия такого класса красителей каждое волокно должно
окрашиваться красителем наиболее пригодного для него класса в условиях,
не повреждающих остальные компоненты смеси. Например, закрашивание
целлюлозных волокон в смеси с шерстью кубовыми красителями
невозможно, так как щелочная среда, создаваемая при крашении кубовыми
красителями, разрушает кератин шерсти;
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 141 из 141
классы красителей, выбранные для крашения изделий из смеси
волокон, должны соответствовать один другому по колористическим
показателям (яркости) и устойчивости окраски. Например, нельзя получить
высококачественную окраску на ткани из смеси шерсти и вискозного волокна
хромовыми и прямыми красителями, так как устойчивость окраски ими
различна; применение смеси прямых и дисперсных красителей для крашения
хлопколавсановых тканей нежелательно, так как красители обладают
различной яркостью и устойчивостью окраски.
Крашение компонентов смеси можно производить в одной ванне
одновременно (однованный способ) или последовательно в разных
красильных системах (двухванный способ). Во втором случае получают
более яркую и устойчивую окраску.
Крашение изделий из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон.
Наибольшее распространение получили материалы из смеси льна, хлопка
или вискозного волокна с лавсаном в соотношении 33% целлюлозных и 67%
полиэфирных волокон. Льняная промышленность перерабатывает также
смесь в соотношении 1 : 1. Область применения этих материалов обширна:
платьевые, костюмные, сорочечные, плащевые, декоративные ткани и т.п.
В последние годы в нашей стране для крашения указанной смеси
волокон разработан ассортимент кубовых красителей, способных окрашивать
оба волокна с равноценными по качеству результатами. С использованием их
получают окраску светлых и средних тонов (в основном по термозольному
способу крашения). При этом ткань пропитывают суспензией кубового красителя марки Д, сушат в воздушной сушилке и пропускают через
термокамеру при температуре 200—210°С в течение 30— 60 с. При этом
кубовый краситель фиксируется на полиэфирномволокне аналогично
дисперсному. На целлюлозной составляющей краситель фиксируется после
обработки щелочно-гидросульфитным раствором и окисления. Обработка
может быть произведена на красильно-роликовой машине или на
плюсовочно-запарной линии.
Также по термозольному способу окрашивают льно- и
хлопколавсановые ткани смесью кубовых и дисперсных красителей,
устойчивых к сублимации. В этом случае отбирают такие кубовые красители,
которые не закрашивают лавсановые волокна. Описанный выше режим
существенно не меняется, но на стадии термоизолирования на лавсановой
составляющей фиксируется дисперсный краситель, а при щелочно-
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 142 из 141
восстановительной обработке кубовый краситель окрашивает целлюлозное
волокно.
В нашей стране выпускаются готовые композиции кубовых и
дисперсных красителей для крашения целлюлозно-лавсановых тканей под
названием полицеллы.
Окраску слабой интенсивности на целлюлозно-лавсановых тканях
можно получить с помощью кубозолей по термозольному способу с
проявлением по нитритному способу.
На кафедре ХТВМ Московского текстильного института им. А. Н.
Косыгина разработана технология крашения тканей из смеси целлюлозных и
полиэфирных волокон дисперсными красителями по термофиксационному
методу. В состав красильных систем вводят высококипящий растворитель
(полиэтиленгликоль) или вещество, расплавляющееся при высокой
температуре (мочевина). Эти вещества при высокой температуре заполняют
поры целлюлозного волокна и служат средой для диффузии дисперсных
красителей внутрь полимера. Диффузия в полиэфирное волокно происходит
обычным способом. Фиксация дисперсных красителей на волокнах смеси
осуществляется
водородными
связями
и
межмолекулярным
взаимодействием. В силу нерастворимости красителей в воде окраска
устойчива к мокрым обработкам.
Для крашения тканей из смеси целлюлозных и лавсановых волокон
пригодны текстильные пигменты. В этом случае в состав пропиточных ванн
вводят вещества, образующие на волокнах при термообработке пленку из
пластичной термореактивной смолы, которая фиксирует (приклеивает)
пигмент к поверхности волокон различной природы. Такое крашение можно
совмещать с заключительной отделкой, придавая тканям свойства
несминаемости или водоупорности за счет использования смолы с соответствующими свойствами.
Крашение изделий из смесей волокон, содержащих шерсть.
Шерстяная промышленность перерабатывает разнообразные смеси волокон,
технология которых существенно различается.
Крашение ткани из смеси шерсть, вискозное волокно, капрон в
соотношении 4 : 5 : 1 осуществляется специально выпускаемыми для этой
цели красителями, которые являются смесями прямых и кислотных,
однотонно окрашивающих в слабокислой ванне; КМК 1 : 2 или
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 143 из 141
однохромовых красителей с прямыми светопрочными. В состав красильной
ванны вводят вещества, резервирующие шерсть от поглощения прямых
красителей, например эфектан S-13, так как известно, что прямые красители
на шерсти образуют малоустойчивую окраску. При использовании смеси
красителей процесс ведут по однованному или двухванному способу, но
всегда сначала закрашивают шерсть и капрон в слабокислой среде при
температуре кипения, а затем вискозное волокно в остывающей нейтральной
ванне. По окончании процесса полезно провести упрочнение окраски,
используя для этого закрепители ДЦУ и ДЦМ.
Крашение ткани из смеси шерсти с лавсаном проводят периодическим
способом на красильно-промывной машине смесью дисперсных
(полиэфирное волокно) и кислотных (шерсть) красителей. Для крашения
выбирают дисперсные красители, не фиксирующиеся на шерсти, чтобы
избежать понижения устойчивости окраски изделия. Крашение проводят по
однованному (для светлых и средних тонов) или двухванному (для темных
тонов) способу. Для получения темных тонов на лавсане пользуются
интенсификаторами. Ввиду больших затруднений при получении
однотонной окраски на компонентах волокнистой смеси в готовой ткани
крашение лавсана чаще производят в волокне или массе. В этом случае в
готовом полотне крашению подвергают только шерсть по режимам крашения
чистошерстяной ткани.
Крашение смешанной ткани из шерсти и нитрона производят смесями
кислотных и катионных красителей чаще всего по однованному способу, так
как условия крашения каждым классом красителей соответствующего
волокна идентичны. Кислотные и катионные красители при совместном
присутствии могут частично взаимодействовать один с другим как
гетерополярные ионы
Такое взаимодействие играет положительную роль, так как
образующееся соединение Кр—SO2ˉ∙N ≡ Kp не вступает во взаимодействие с
волокном, концентрация активной части красителей снижена, крашение
замедляется, окраска получается более равномерной. По мере связывания
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 144 из 141
активных ионов красителей волокнами под действием высокой температуры
образовавшееся соединение диссоциирует и поглощение ионов волокном
продолжается. В случае образования прочного соединения ионов кислотных
и катионных красителей или возникновения осадков крашение ведут по
двухванному способу, закрашивая сначала нитрон катионными красителями,
затем шерсть кислотными.
Крашение тканей из смеси волокон, содержащих натуральный
шелк. Натуральный шелк в настоящее время перерабатывается в смеси с
полиэфирными, полиамидными, триацетатными и вискозными волокнами.
Наибольшую трудность представляет крашение смешанных тканей,
содержащих полиэфирные и триацетатные волокна. В этом случае для
окрашивания синтетических волокон используют дисперсные красители.
Ввиду того что они интенсивно, но непрочно закрашивают натуральный
шелк, целесообразно применять двухванный способ крашения: сначала окрашивают дисперсными красителями полиэфирное или триацетатное
волокно,
затем
проводят
щелочно-восстановительную
обработку
(Na2S2O4+NaOH) для удаления дисперсных красителей из шелкового
волокна, после чего окрашивают шелк прямыми, кислотными, активными
или КМК 1 : 2 красителями.
Ткани из смеси натурального шелка и полиамидного волокна
окрашивают по однованному способу кислотными или активными
красителями, а из шелка и вискозного волокна тоже од-нованным способом
прямыми красителями.
Ткани из смеси только синтетических волокон окрашивают
дисперсными красителями, подбирая условия, обеспечивающие однотонную
окраску с равными прочностными показателями.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 145 из 141
5. Рекомендуемая литература
1.
Краткий курс химической технологии волокнистых материалов:
учеб.пособие / Т.Д. Балашова [и др.]. – М. : Легкая и пищевая
промышленность, 1984. – 199 с.
2.
Кричевский, Г.Е. Химическая технология текстильных
материалов / Г.Е. Кричевский, М.В. Корчагин, А.В. Сенахов. – М. : Легкая и
пищевая промышленность, 1985. – 640 с.
3.
Мельников Б.Н. Применение красителей / Б.Н.Мельников ,
Виноградова Г.Л. – М. : Химия, 1986. – 262 с.
4.
Красители для текстильной промышленности: колористический
справочник / под редакцией А.Л.Бяльского, В.В.Карпова. – М. : Химия, 1971.
УМКД 042-18-7.1.42/01-2014
Редакция № 1 от 11.09.2014г.
Страница 146 из 141
– 312 с.
5.
Крашение
текстильных изделий из смеси волокон.
Методические указания к индивидуальному заданию по курсу ХТТМ для
студентов IV курса специальностей 2803, 2804, 2808, 2809./Сост.
Павутницкая С.В. – 2-е изд., дополненное и переработанное. – Димитровград:
ДИТУД УлГТУ, 2005 – 16 стр.
6.
Химическая технология текстильных материалов. Лабораторная
тетрадь. Методические указания и контрольные вопросы для студентов IV
курса специальностей 260703, 260704, 260901, 260902 / сост. С.В.
Павутницкая. – Димитровград: ДИТИ, 2012. – 60 с.
7.
Влияние ВТО и химических веществ на свойства текстильных
волокон: методические материалы к изучению курсов «Химизация
технологических процессов швейных предприятий» и «Химическая
технология текстильных материалов»
/ сост. С.В. Павутницкая, В.В.
Павутницкий. – Димитровград: ДИТУД, 2005. – 20 с.