Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 23. Плюсовочно-роликовая линия «Пэд-ролл»

Фиксация красителя происходит, когда полотно выдерживает-

ся в ролике при постоянном вращении в течение определенного

времени. Продолжительность и условия фиксации зависят от

реакционной способности активных красителей. Различают дв^

основных способа фиксации; плюсовочно-роликовый (ролик вы-

держивается в термической камере) и плюсовочно-накатный

(ролик выдерживается при температуре цеха). Это способы чрез-

вычайно просты и со временем, возможно, найдут применение

в трикотажной промышленности, так как позволяют окраши-

вать небольшие партии полотна. Схематично линия «Пэд-ролл»

представлена на рис. 23. Основная проблема, возникающая при

использовании этих способов крашения, состоит в трудности на-

катки трикотажного полотна на ролик.

Совершенствование технологии крашения активными краси-

телями идет в двух направлениях: оптимизация самого процесса

крашения и синтез новых красителей, не обладающих недостат-

ками предыдущих. К последним относится краситель «Сумификс

супра», выпускаемый фирмой «Сумитото» (Япония). Этот краси-

тель является представителем третьего поколения активных кра-

сителей и рекомендуется для периодических способов крашения.

Его особенностью является то, что он содержит в своей струк-

туре сразу две активные группы (винилсульфоновую и монохлор-

триазиновую), благодаря чему обеспечиваются получение ров-

ных, устойчивых к различного рода воздействиям окрасок, в том

числе к пероксидным соединениям и кислотному гидролизу, и хо-

рошая воспроизводимость.

Степень фиксации у этого красителя достигает 80—90% (по

сравнению с 50—70% у обычных красителей). Хорошая совмес-

тимость позволяет, используя триаду, получить практически лю-

бой оттенок. Благодаря наличию двух различных активных

групп, которые компенсируют друг друга, краситель «Сумификс

супра» значительно менее чувствителен к колебаниям температу-

ры, концентрации электролита и щелочного реагента, чем обыч-

ные красители, что позволяет получить хорошую ровноту и вос-

производимость окраски.

В трикотажной промышленности активные красители приме-

няют главным образом для крашения полотен, й|)едназначенных

для изготовлегния изделий бельевого и спортивного ассортимен-

^ та, а также для крашения пряжи.

Крашение белковых и/полиамидных волокон!) Отечественные

активные красители, предна5н^аченные для~ крашения шерсти,

имеют в наименовании буквенное обозначение Ш, а для краше-

ния полиамидного волокна —Кроме красителей с мар-

кой Ш для шерсти могут быть использованы и некоторые краси-

тели, предназначенные для крашения хлопка. Взаимодействие

активных красителей с белковыми полиамидными волокнами про-

текает следующим образом:

НООС—Вол—NHj + С1—Т—Кр—SOaNa ^

НООС—Вол—NH—Т—Кр—SOaNa + НС1.

Крашение начинают в кислой среде в присутствии уксусной

кислоты, уксуснокислого аммония или сульфата аммония при

рН 4,5—6. Аминогруппы волокон при этом заряжаются положи-

тельно. Краситель адсорбируется волокном и фиксируется по-

средством солевой связи по типу кислотных красителей. Энергия

солевой связи активных красителей с белковыми волокнами неве-

лика, и это позволяет красителю в процессе крашения перерас-

пределяться на волокне, что дает возможность получить доста-

точно ровную окраску. Тем не менее для получения ровной окрас-

ки крашение обычно проводят в присутствии выравнивателей.

Чаще всего это катионоактивные или неионогенные препараты.

Реакция между волокном и красителем с образованием ко-

валентной связи протекает в нейтральной или слабощелочной

среде,' так как в кислой среде аминогруппы ионизированы

(—NH^), а для протекания химической реакции они должны

быть в неионизированной форме (—NHg)! Поэтому с целью соз-

. Дания условий для протекания реакции между красителем и во-

локном крашение заканчивают в нейтральной или слабощелоч-

ной среде, которую создают добавлением в ванну р конце кра-

шения (за 15—20 мин до конца) фосфата натрия, раствора наша-

тырного спирта NH4OH или соды до рН 8—8,5, при температуре

80 °С. Заканчивают процесс крашения промывкой и обработкой

волокна раствором уксусной кислоты.

В трикотажной промышленности активные красители наибо-

лее широко применяются для крашения шерстяной ленты, из ко-

торой затем изготовляется пряжа, и для крашения полотен из

полиамидных текстурированных нитей эластик. Полотна из этих

нитей используются для пошива изделий спортивного ассорти-

мента, в частности купальников, требующих яркой окраски и вы-

сокой устойчивости к мокрым обработкам. При крашении поло-

тен из полиамидного волокна активными красителями возникает

целый ряд трудностей, связанных с получением неровной окрас-

ки из-за физической и химической неоднородности структуры

волокна, так же как и в случае кислотных красителей. В связи

с этим большой интерес представляет специальная группа дис-

персных активных красителей, которые в меньшей степени под-

черкивают неоднородность структуры волокна. Это процинайло-

вые красители, выпускаемые фирмой ICI (Великобритания).

Крашение основовязаных трикотажных полотен из полиамид-

ного волокна проводят в аппаратах навойного типа, а кругловя-

заного полотна из текстурированных нитей эластик — в жгуто-

вых машинах: МКП-1 или эжекторных. Для получения ровной

окраски крашение начинают с обработки в растворах, содержа-

щих уксусную кислоту и выравниватель, при р'Н 3,5—4,5, затем

вводят раствор красителя, окрашивают при температуре 95—

98 °С в течение 15—20 мин, добавляют кальцинированную соду

до рН 10—И и обрабатывают в щелочной среде при температу-

ре 95—98 °С в течение 20—30 мин. Далее следует промывка и

обработка синтетическими моющими соединениями (CMC).'

Совершенствование процесса крашения белковых волокон ак-

тивными красителями идет в направлении синтеза новых краси-

телей, устойчивых к кислотному гидролизу, так как крашение

вначале идет в кислой среде; красителей, образующих ковалент-

ную связь в нейтральной среде и позволяющих получить ровную

и устойчивую к мокрым обработкам окраску. Большой интерес

в этом плане представляют бифункциональные активные краси-

тели (имеющие две активные группы), например ланазолевые и

металлокомплексные активные красители — проциланы.

3.5. КИСЛОТНЫЕ, КИСЛОТНО-ХРОМОВЫЕ

И МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСНЫЕ КРАСИТЕЛИ

Крашение кислотными красителями. Кислотные красители, как

и прямые, являются анионными. Они представлены широкой гам-

мой цветов и оттенков, отличаются удовлетворительной устой-

чивостью окрасок, к мокрым обработкам, к свету и светопогоде,

простотой применения и невысокой стоимостью, хорошо смешива-

ются друг с другом.

Так же как и прямые красители, они являются натриевыми

солями органических сульфокислот. В качестве примера можно

привести формулу кислотного синего 2К

NaOjS

ИЛИ в общем виде Кр—SOaNa.

в отличие от прямых красителей молекула кислотного краси-

теля -значительно меньшего размера, не имеет плоскостного

строения и длинной цепочки сопряженных двойных связей.

Поэтому кислотные красители хорошо растворимы в воде, тен-

денция к агрегированию у них очень незначительна и при высо-

ких температурах эти красители практически полностью диссо-

циируют:

Кр—SOaNa ^ Кр—SO3- + Na+.

• Кислотные красители окрашивают белковые волокна (шерсть,

натуральный шелк) и полиамид1ше волокна, т. e^^jBonoKHa, кото-

рые в своей структуре содержат на

практике кислотными красителями чаще всего бкрашивают

шерсть. На натуральном шелке окраски, полученные кислотными

красителями, уступают по устойчивости окраскам, полученным с

помощью прямых и активных красителей.

При крашении изделий из полиамидных волокон получают

яркие, устойчивые к различным воздействиям окраски (в ряде

случаев более устойчивые, чем на шерсти). Однако эти красите-

ли подчеркивают физическую и химическую неоднородность во-

локна, что очень ярко проявляется при крашении полотен из

полиамидных нитей в виде полосатости. Чувствительность к неод-

нородности структуры в значительной степени зависит от струк-

туры красителей.

Крашение кислотными красителями проводят в кислой среде.

В этой среде белковое волокно приобрётает избыточный положи-

тельный заряд, что создает условия для взаимодействия между

положительно заряженными группами волокна и отрицательно

заряженными анионами красителя с образованием между ними

ионной (солевой) связи. Это взаимодействие можно представить

в виде двух реакций —- этапов.

1. Взаимодействие белкового волокна с кислотой по реакции

-ООС—Вол—ЫНз+ -Ь HjSOi НООС—Вол—NHj: + HSOr.

В результате этого взаимодействия волокно приобретает

избыточный положительный заряд.

2. Взаимодействие аниона красителя с положительно заря-

женной аминогруппой волокна с образованием малодиссоцииру-

ющей соли:

НООС—Вол—NH3+ -f Кр—S03-Na+ НООС—Вол—NH3+

•

O3S—Кр + Na+.

Таким образом, основная роль в фиксации анионных краси-

телей на белковых волокнах принадлежит' положительно заря-

женным аминогруппам. Чем больше волокно содержит заряжен-

ных аминогрупп, тем большая степень насыщения (а следова-

тельно, тем интенсивнее окраска) может быть достигнута. Мак-

симум поглощения анионных красителей для шерсти равен 0,8—

0,9, для шелка 0,2—0,3 мг-экв./т волокна, а для полиамидного

волокна еще меньше — 0,04—0,06 мг-экв./г волокна. Кроме ион-

ной связи между красителем и волокном возникают водородные

связи и силы Ван-дер-Ваальса.

Способность красителей равномерно выбираться зависит от

степени сродства красителя к волокну. Чем меньше способность

образовавшейся связи к диссоциации и, следовательно, чем боль-

ше сродство аниона красителя к волокну, тем прочнее окрас-

ка к мокрым обработкам, но тем быстрее анион красителя вза-

имодействует с волокном и тем труднее получить ровную ок-

раску.

/"^"Т^слотные красители на основании степени сродства к волок-

\ ну делятад на три группы: хорошо, средне и плохо выравнива-

/ ющиеся.^^од выравнивающей способностью красителей понима-

ют их способность перераспределяться с интенсивно окрашенных'

участков на неокрашенные или светлоокрашенные. Хорошо вы-

равниваюш,иеся красители имеют нркое сродство, медлМш вы-

бираются из ванн волокном и образуют ровную окраску, однако

эта окраска неустойчива к MOKgbffi^ojS Поэтому для

крашения большой интерес представляют плохо выравнивающие-

ся красители как красители, имеющие большое сродство и обес-

печивающие получение высокой устойчивости окраски. Чтобы в

этом случае получить ровную окраску, скорость ^^орбции^ краси-

теля волокном необходимр рехулировать (в данном случае замед-

лить) .

Основными факторами, влияющими на скорость крашения,

т. е. факторами, с помощью которых можно управлять процессом

крашения, являются рН среды (кислотность ванны), температура

и наличие текстильно-вспомогательных веществ (электролита,

выравнивателей).

Кислота. При введении кислоты в ванну количество сорбиро-

ванного красителя и скорость сорбции возрастают тем больше,

чем больше кислоты или чем более сильная кислота была добав-

лена./В" нейтральной среде скорость сорбции красителя волокном

очень мйла. Это об'йясняется тем, что с уменьшением рН среды,

при увеличении содержания кислоты в красильном растворе,

^исло положительно заряженных центров в шерсти возрастает.

! С увеличением числа положительно заряженных центров увели-

чивается скорость сорбции красителя волокном, а с увеличением

скорости сорбции возрастает неровнота окраски. Поэтому созда-

вать требуемое рН нужно не сразу, а постепенно. Для этого всю

необходимую кислоту вводят порциями. По мере снижения рН

заряжаются все новые группы, которые взаимодействуют с новы-

ми порциями красителя. Все это позволяет красителю более рав-

номерно распределяться на волокне. Поэтому красителями плохо

выравнивающимися (имеющими большое сродство к волокну)

красят в слабокислых ваннах и в красильную ва'нну вводят не сер-

ную кислоту, а уксусную или даже уксуснокислый или сернокис-

лый аммоний, которые ,при нагревании постепенно разлагаются

HajL№maK_iiJiH£!aoTyJ

(NH4)2S04'lI.'^2NH3t + H2SO4.

Таким образом, практически крашение начинают в нейтраль-

ной среде, краситель медленно взаимодействует с волокном и хо-

рошо перераспределяется. По мере нагревания и разложения

соли аммония рН понижается и краситель взаимодействует с во-

локном с образованием солевой связи. Красителями, имеющими

низкое сродство к, волокну, красят из сильнокислых ванн в при-

сутствии серной кислоты, чтобы обеспечить полный переход кра-

сителя на волокно и истощение красильной ванны.

Температура. Большое влияние на скорость крапления и ров-

дату^э^аски оказыва^^ температура крашения. Белковые волок-

на обычно окрашивают при температуре кипения, так как чешуй-

чатый слой препятствует прониканию красителя внутрь волокна.

С повышением температуры скорость крашения быстро возрас-

тает благодаря увеличению набухания волокна и увеличению

скорости диф(}^ии красителя, но при этом возрастает и неров-

нота окраски, (поэтому процесс крашения начинают при низкой

температуре (4Q°C), а зат§м медленно доводят красильный раст-

во4)_ до кипени^ " ' .

ТВЪ. Н'1[^сильную ванну, так же как и при крашении пря-

мыми красителями, вводят электролит, однако в данном процессе

кцашения^он играет ртль выравнивател_я (вещества замедляюще-

го, а не ускоряющего процесс крашения). Мехаииам действия

элект£ощта как выравнивателя заключается в том, что анион

электролита (напр'ймер^ SOr~ riayiSe^ соли NazSQ^), обла-

дая меньшими размерами и большей подвижностью по сравне-

нию с анионом красителя, быстрее проникает внутрь волокна и

взаимодействует с его положительно заряженной группой. Но

сродство аниона красителя к волокну больше, чем аниона

поэтому анион красителя постепенно вытесняет анион SOr~.

Вследствие этой конкуренции процесс крашения замедляется и

волокно окращивается более ровноУ

BoJi-NHj • Вол-NHj-SO;'-

(Ю

•Вол- NHj'OjS-Kp

^ При необходимости в красильную ванну могут быть введены

'выравниватели. В качестве выравнивателей обычно' используют

^АВ, как ионогенные, так и неионогенные. Во всех случаях за-

медление процесса крашения объясняется образованием проме-

жуточных комплексов «краситель — выравниватель» или «волок-

но — выравниватель». Образующиеся комплексы препятствуют

образованию связи «краситель — волокно», в результате чего

скорость взаимодействия между волокном и красителем замед-

ляется, что способствует выравниванию окраски. В качестве

выравнивателей используют катионоактивный препарат «Вырав-

ниватель А», синтегал V-7, триэтаноламин, синтанол ДС-10

и др. У

' В"^трикотажной промышленности крашение полотен кислот-

ными красителями проводят редко. Чаще полотна и верхние три-

котажные изделия изготовляют из пряжи гребенного способа

прядения, полученной из окрашенной чесаной ленты. Это объяс-

няется тем, что из шерстяной пряжи, окрашенной в ленте, изде-

лия получаются с более равномерной окраской и лучше сохра-

няют необходимую рельефность структуры переплетений, в то

время как при крашении изделий из суровой пряжи они изме-

няют свой внешний вид из-за свойлачивания шерстяного во-

локна.

Крашение волокна в кипящей ванне в присутствии кислот,

солей и других текстильно-вспомогательных веществ приводит к

деструкции волокна и свойлачиванию, что вызывает большие

трудности при его переработке в процессе прядения (высокая

обрывность и большие потери). В МТИ на кафедре ХТВМ прове-

дена серия работ, направленных на совершенствование процесса

крашения. Одним из путей снижения потерь является крашение

при пониженной температуре (80—85°С). Для обеспечения сорб-

ции и диффузии красителей в волокно при низкой температуре

предложены различные пути интенсификации процесса краше-

ния: предварительное вакуумирование, применение текстильно-

вспомогательных веществ, увеличивающих набухание волокна,

применение омагниченной воды.

Крашение шерстяных и полушерстяных трикотажных полотен

проводят в жгутовых машинах (МКП-1), крашение чулочно-

носочных изделий — в аппаратах барабанного типа по периоди-

ческому способу в ваннах, содержащих краситель, кислоту,

глауберову соль и выравниватель. Крашение начинают при тем-

пературе 30—40 °С, в течение 20—30 мин доводят раствор до ки-

пения и красят при кипении 30—60 мин, а затем еще 30 мин в ос-

тывающей ванне.

В трикотажной промышленности кислотные красители приме-

няют также для крашения полотен из текстурированной полиа-

мидной нити эластик. Полотно сначала отваривают в растворе

смачивателя при температуре 90 °С в течение 30 мин. Затем ван-

ну охлаждают до 50 °С и в несколько приемов вводят глауберо-

ву соль и краситель, обрабатывают в течение 10 мин при 50 °С,

вводят ^/з необходимого количества кислоты и нагревают до

98 °С. Через 15 мин добавляют оставшуюся кислоту и окраши-

вают при температуре 98 °С в течение 25—30 мин. Затем окраши-

вают еще 20 мин в остывающей ванне, сливают раствор и про-

мывают изделие теплой и холодной водой. В заключение полотно

обрабатывают мягчителем.

Крашение кислотно-хромовыми красителями. Кислотно-хро-

мовые красители по химической структуре и свойствам близки

кислотным красителям, но отличаются от них тем, что содержат

в определенных положениях группы, способные образовывать с со-

лями тяжелых металлов, например с трехвалентным хромом,

сложные комплексные соединения — лаки. К таким лакообразу-

ющим rpynnaiM относятся группы —ОН и —СООН. В качестве

примера кислотно-хромового красителя можно привести формулу

хромового желтого

СООН

он

NaOjS

или в общем виде НО—Кр—SOsNa. Окраски, полученные кис-

лотно-хромовыми красителями, не отличаются яркостью оттен-

ков, но имеют высокую устойчивость к различного рода воздей-

ствиям. Применяют их главным образом для крашения шерсти в

темные тона..

Крашение кислотно-хромовыми красителями происходит в две

стадии. На первой стадии подобно кислотным кислотно-хромовые

красители выбираются шерстяным волокном из кислых ванн и

фиксируются благодаря солевой связи между анионом красителя

и положительно заряженной аминогруппой волокна. Затем, на

второй стадии, после обработки солями хрома происходит обра-

зование сложного комплексного соединения красителя с атомом

хрома. Одновременно хром образует координационные связи с

неионизированными аминогруппами волокна. Таким образом,

краситель фиксируется на волокне, с одной стороны, солевыми

связями, а с другой, через атом хрома, — координационными

связями, чем и объясняется высокая устойчивость окраски. Для

хромирования применяют бихромат калия К2СГ2О7. Обработку

ведут в кислой среде.

Ниже приводится схема фиксации кислотно-хромового краси-

теля белковым волокном.

SOjNa

или

Координационная связь между электронодонором и электро-

•ноакцептором показана стрелками.

Существуют три способа крашения: с предварительным,

одновременным и последующим хромированием.

1. Крашение с предварительным хромированием практически

не применяется, так как этот способ имеет достаточно большую

продолжительность, а (самое главное) при обработке солями

хрома в отсутствие красителя велика опасность разрушения ке-

ратина шерсти вследствие окисления:

2К2СГ2О7 + 2H2S04 ^ 2СГ2О3 + 2K2SO4 + 2Н2О + ЗО2.

2. При одновременном хррмировании, когда в ванну одновре-

менно вводят краситель и соль хрома, может произойти образо-

вание комплекса — лака в красильном растворе или на поверх-

ности волокна, что снизит устойчивость окраски к трению. Этот

способ крашения очень экономичен, но для крашения в этом слу-

чае может применяться только специальная группа красителей —

однохромовые. Крашение проводят только в светлые тона.

3. По способу с последующим хромированием сначала окра-

шивают волокнистый материал в красильной ванне, содержащей

краситель, кислоту и глауберову соль. Крашение проводят в те-

чение 30—45 мин при кипении до полного истощения красильной

ванны. Затем в красильную ванну вводят раствор бихромата

калия, предварительно охладив ванну до температуры 60—70 °С.

Далее красильный раствор снова нагревают до кипения и обра-

батывают изделия при кипении еще 20—30 мин.

Недостатками этого способа являются большая продолжи-

тельность процесса и сложность крашения по заданному образцу,

так как после обработки солями хрома изменяется не только

оттенок, но и цвет.

В трикотажной промышленности кислотно-хромовые красите-

ли применяют для крашения шерстяного волокна и шерстяной

ленты.

Крашение металлокомплексными красителями. Кислотно-хро-

мовые красители хотя и дают окраски с высокой устойчивостью,

но обладают рядом недостатков: окраска получается тусклой,

цвет окраски после хромирования изменяется, что затрудняет

крашение по заданному образцу, процесс крашения достаточно

продолжителен.

Эти недостатки в значительной степени устраняются в случае

применения металлокомплексных красителей.

Металлокомплексные красители содержат в своей структуре

атом металла и представляют сОбой окрашенные комплексные

соединения. По сушеству, они являются усовершенствованной

формой хромовых красителей (только у этих красителей атом

металла вводится в комплекс не в процессе крашения, а в про-

цессе производства). Металлокомплексные красители дают яркие

окраски, крашение ими производится гораздо быстрее, -цвет ок-

краски не изменяется в процессе крашения, по прочности окраски

не уступают окраскам, получением кислотно-хромовыми краси-

телями.

Наименования отечественных металлокомплексных красите-

лей такие же, как и кислотных, но в них вводится буква М (метал-

локомплексный).

Кислотные металлокомплексные красители подразделяются на

две группы: комплекса 1 : 1 и комплекса 1 : 2 в зависимости от

того, сколько молекул красителя приходится на один атом метал-

ла. У красителей комплекса 1 : 1 один атом металла приходится

на одну молекулу красителя, а у красителей комплекса 1 :2 один

атом металла приходится на две молекулы красителя. В их на-

именовании присутствует буква Н, обозначающая, что крашение

этими красителями проводят в слабокислых или нейтральных

ваннах.

Металлокомплексные красители комплекса 1:1. В этих краси-

телях атом металла не насыщен, поэтому красители этой группы

фиксируются посредством двух типов связей — солевой и коор-

динационной

Волокно

• Координационная связь очень прочная, поэтому для получе-

ния ровной окраски процесс крашения строят таким образом,

чтобы в начале крашения образовывались только солевые связи,

120