Крашение дисперсными красителями
По химическому строению дисперсные красители относятся к полярным органическим соединениям, малорастворимым в воде. Поскольку их молекулы не содержат сульфо- и карбоксильных групп, в водных растворах они не диссоциируют на ионы, поэтому не несут на себе заряда. Ограниченная растворимость (0,1 – 150мг/л) обусловлена наличием в малых по размерам молекулах сильнополярных групп (–NH2, –N(C2H4OH)2, –OH, –OCH3 и др.). Растворимость красителей увеличивается при температуре выше 80оС и в присутствии поверхностно-активных веществ. Красители имеют высокую температуру плавления и склонны к сублимации, то есть обладают способностью при нагревании переходить в газообразное
состояние.
Растворы красителей данного типа представляют собой высокодисперсные системы, в которых частицы красителя находятся как в мономолекулярной (растворимой), так и в твёрдой фазах. Таким образом, крашение всегда проводят в насыщенных при заданной температуре растворах. Чем выше степень дисперсности красителей в выпускной форме, тем устойчивее суспензия и тем более насыщенную и ровную окраску можно получить. По мере поглощения волокном молекул красителя, в раствор переходит дополнительное количество красящего вещества. Красители удерживаются на волокне за счёт межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей.
С целью повышения скорости диффузии дисперсных красителей в высококристаллические синтетические полимеры крашение проводят при высоких температурах, оптимальных для каждого материала в зависимости от его химической природы, или в присутствии специальных веществ, вызывающих набухание волокна или снижающих степень его кристалличности.
Дисперсные красители находят широкое применение в крашении и печатании текстильных материалов из ацетатных, полиамидных и полиэфирных волокон, проявляющих свойства термопластичности. В связи с этим температура крашения должна превышать температуру стеклования указанных волокон.
Крашение тканей проводят как периодическим, так и непрерывным способами, при этом возможны следующие варианты организации процессов: окрашивание из водных дисперсий, из растворов органических растворителей, с использованием термического способа фиксации красителя, а также с применением в качестве рабочей среды паров органических растворителей. Наибольшее применение получили способы крашения из водных дисперсий.
Крашение из водных дисперсий периодическим способом проводят следующим образом. Перед крашением ткань обрабатывают в растворе ПАВ при температуре 40 – 45оС в течение 10 минут. Затем в эту же ванну вводят суспензию красителя и обрабатывают материал при оптимальной температуре, зависящей от природы волокна. При крашении ацетатных волокон она не должна превышать 85оС, чтобы не допустить поверхностного омыления волокна. Полиамидные волокна окрашивают при кипении, а полиэфирные – при
120 – 130оС в специальных автоклавах, работающих под давлением. Повысить восприимчивость синтетических и ацетатных волокон к дисперсным красителям можно за счёт использования интенсификаторов. Их введение в раствор позволяет проводить процесс крашения полиэфирных волокон на традиционном оборудовании при температурах кипения красильного раствора. В качестве интенсификаторов используют органические вещества: фенолы, хлорбензол, бензойную и салициловую кислоты. Интенсификатор способствует растворению красителя, образует с ним комплекс, который легче проникает в структуру материала, выполняя функции переносчика красителя из раствора на волокно. Кроме того, интенсификатор вызывает набухание волокна, разрыхляет и пластифицирует его, увеличивая количество доступных активных групп, на которых может фиксироваться краситель. Однако следует иметь в виду, что интенсификаторы, как правило, являются токсичными веществами и снижают светостойкость окрасок. После крашения ткань промывают тёплой и холодной водой. При промывке окрашенных полиэфирных волокон производят их обработку щелочным раствором восстановителя с целью удаления поверхностно-фиксированного красителя и повышения прочности окрасок.
Из непрерывных способов наибольшее распространение получило термозольное крашение, включающее следующие стадии: плюсование ткани водной суспензией красителя при температуре 80оС, промежуточную сушку до 30%-ной остаточной влажности, окончательную сушку и термическую обработку при
200–210оС в течение 30 – 90 секунд.
Для крашения тканей из полиамидных волокон, кроме дисперсных красителей, можно использовать прямые, кислотные и активные красители. Колорирование проводят по механизму и технологии, применяемой для крашения белковых волокон. Кроме того, для полиамидов созданы специальные дисперсные активные красители, которые не имеют групп, придающих им растворимость, но содержат активные атомы, обеспечивающие образование ковалентной связи с волокном.
3.6.2. Крашение полиакрилонитрильных волокон
катионными красителями
Дисперсные красители образуют на ПАН-волокнах малоинтересную в колористическом отношении окраску. В результате, для их крашения были созданы специальные красители, которые получили название катионных. В отличие от ранее рассмотренных анионных красителей, окрашенные частицы которых заряжены отрицательно, катионные красители в водных растворах диссоциируют с образованием катиона – положительно заряженной частицы:
R º N+Cl– ® R º N+ + Cl– .
В результате красители выбираются из раствора отрицательно заряженными карбоксильными группами ПАН-волокна за счёт сил электростатического притяжения и фиксируются на материале с образованием ионной химической связи:
ПАН – СОО–Н+ + R º N+Cl– ® ПАН – СОО–N+ º R + HCl.
Катионные красители для ПАН-волокон образуют на них яркие окраски практически полной цветовой гаммы, устойчивые к физико-химическим воздействиям. Крашение материала проводят в присутствии кислоты и нейтрального электролита. Они необходимы для получения равномерных окрасок. Кислота подавляет диссоциацию карбоксильных групп волокна, замедляя переход красителя из раствора. Чтобы не допустить полной нейтрализации отрицательных зарядов и прекращения за счёт этого процесса крашения, часть кислоты заменяется нейтральным электролитом. Положительно заряженные ионы электролита конкурируют с катионами красителя за возможность взаимодействия с диссоциированными карбоксильными группами. Это замедляет процесс перехода красителя на волокно и делает окраски более равномерными. Ввиду того, что сродство катионных красителей к ПАН-волокнам очень велико, а скорость диффузии замедлена по причине высокой кристалличности и гидрофобности волокна, для получения прочных и равномерных окрасок необходимо:
- хорошо растворить краситель (этому способствует введение в раствор кислоты);
- создать условия, соизмеряющие скорость процессов сорбции и диффузии;
- выдержать оптимальный температурный режим крашения.
Крашению катионными красителями в основном подвергают волокно, из которого вырабатывают камвольные ткани, окрашенную пряжу или трикотажные полотна.
При крашении по периодическому способу в состав красильного раствора вводят краситель, уксусную кислоту до рН = 4,5 и электролит (Na2SO4). Крашение ведут по ступенчатой температурно-временной программе: начинают при 60оС и красят в течение 10 минут, затем в течение 20 минут раствор нагревают до 80оС. При этой температуре ПАН-волокно по причине термопластичности способно переходить в расстеклованное высокоэластическое состояние и поглощать краситель. Далее раствор медленно (70 – 80 минут) нагревают до кипения и окрашивают материал ещё 45 – 60 минут. После крашения раствор медленно охлаждают до 70оС с целью сохранения упругоэластичных свойств волокна и проводят промывку холодной водой.
Для повышения равномерности окраски помимо электролитов можно использовать специальные высокомолекулярные выравниватели катион- или анионактивного характера. Для интенсификации процессов крашения и печатания используют ускорители (резорцин, этиленкарбонат и др.), которые снижают температуру стеклования волокна.