Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

которые позволят красителю относительно равномерно распреде-

литься по волокну, и только в конце крашения, когда краситель

уже находится на волокне, создают условия для образования

координационной связи. В связи с тем, что координационная

связь образуется между металлом и неионизированной амино-

группой, крашение начинают в сильнокислой среде, при рН 1,9—

2,4, когда все аминогруппы ионизированы (-f-NH^).

Затем в конце крашения и при промывке рН повышается и

ионизированные аминогруппы переходят в неионизированное сос-

тояние

—н+

—NH3+ -NH,

При этом образуется координационная связь.

Недостатком этих красителей является то, что крашение про-

водят в сильнокислых ваннах при кипении, а это вызывает час-

тичную деструкцию волокна. Иногда для снижения скорости

сорбции красителей в ванну вводят выравниватели, но они не

всегда эффективны.

В трикотажной промышленности красители комплекса 1 : 1

применяют для крашения пряжи, полотен и чулочно-носочных

изделий.

Полотно обрабатывают в ванне в течение 10 мин при темпе-

ратуре 20—30 °С в присутствии смачивателя. Затем приливают

раствор серной кислоты до концентрации 10 % массы полотна и

глауберову соль и ведут обработку в течение еще 10 мин. После

этого медленно приливают раствор красителя и обрабатывают

еще 10 мин.

Далее медленно повышают температуру, доводят раствор

до кипения и окрашивают при кипении в течение 1 ч. В заключение

полотно промывают обычным способом, иногда для лучшей ней-

трализации добавляют уксуснокислый натрий.

Металлокомплексные красители комплекса 1:2. В отличие от

красителей комплекса 1:1 эти красители не содержат сульфо-

групп. Атом металла у них полностью насыщен, поэтому краси-

тели комплекса 1 :2 фиксируются на волокне благодаря ионной

связи (если крашение ведут в слабокислой ванне, так как, хотя

краситель и не содержит сульфогруппы, но молекула в целом

имеет отрицательный заряд), межмолекулярному взаимодейст-

вию и водородным связям (если крашение ведут в нейтральной

среде).

Так как эти красители окрашивают в слабокислой или нейт-

ральной среде, обеспечивается лучшая сохранность волокна.

Красители не содержат сульфогрупп, но благодаря присутствию

в молекуле метилсульфоновых —SO2CH3 или сульфамидных

—ЗОгЫНг-групп они довольно хорошо растворимы в воде

CHjOjS,

Na^

красители комплекса 1 :2 также дают окраски с высокой ус-

тойчивостью к свету и мокрым обработкам, но обладают недоС'

таточной яркостью. Эти красители используют для крашения и

печатания шерстяных полотен и полотен из полиамидных воло- ;

кон, а также штучных изделий из шерсти и полиамидного во-'

локна^

Изделия или полотна замачивают при температуре 25 °С в

растворе смачивателя в течение 15—30 мин, добавляют серно-

кислый аммоний и краситель и медленно, в течение 1 ч, нагрева-

ют до кипения, затем окрашивают еще 30 мин при кипении, ох-

лаждают и промывают. Если краситель выбрался не полностью,

в ванну в конце крашения добавляют небольшое количество

уксусной кислоты. В кислой среде сорбция красителя повы-

шается.

3.6. КАТИОННЫЕ КРАСИТЕЛИ

После появления на мировом рынке полиакрилонитрильных во-

локон, содержащих в своей структуре кислотные группы, интерес

к основным красителям резко возрос и появилось новое поколе-

ние красителей этого класса — катионные красители, которые

были специально синтезированы для крашения ПАН волокон.

Кислотные группы в полиакрилонитриле могут появиться в

результате окислительных процессов, которые протекают при по-

лимеризации в присутствии катализаторов, обладающих окисли-

тельными свойствами, например пероксида водорода. Чаще ,их

вводят специально путем сополимеризации акрилонитрила с ита-

коновой кислотой (о чем уже говорилось в п. 1).

Окраски, полученные катионными красителями на ПАН во-

локнах, отличаются яркостью, дают насыщенные тона и устой-

чивы к различным физико-химическим воздействиям: свету, мок-

рым обработкам и т. д.

Катионные красители хорошо растворимы в воде. В растворе

они диссоциируют на окрашенный катион и анион (KpsN"'" и

С1~), обладают хорошими резервирующими свойствами по отно-

шению к другим волокнам, что облегчает крашение изделий из

смеси ПАН волокна с другими волокнами (хлопком, шерстью,

полиэфирным и. ви(;;цр.^нымА. К недостаткам катионных краси-

телей следует отнести их низкую устойчивость к термообработ-

кам и даже к запариванию. Эти воздействия приводят к частич-

ному разрушению катионных красителей и изменению получен-

ного при крашении оттенка, что несколько осложняет примене-

ние этих красителей для непрерывных способов крашения.

По своему химическому строению катионные красители яв-

ляются солями четвертичных аммониевых соединений

НС .

\ /

, I

ОН,

сГ-гпсг^

или в общем виде Kp^NCl.

В основе сорбции красителей лежит ионное взаимодействие.

В растворе карбоксильные или сульфогруппы волокна диссоции-

руют, и волокно приобретает избыточный отрицательный заряд

Вол—СООН • Вол—СОО- -f Н+.

Краситель в растворе диссоциирует на окрашенный катион

и анион С1~

Kp=NCl KpsN+ + Cr.

При взаимодействии отрицательно заряженной группы волок-

на и катиона красителя возникает солевая связь

Вол—СОО- 4- н+ -f Kp=N+ + cr-^ Вол—COa^N+ШКр -f HCI,

посредством которой и фиксируется катионный краситель.

Чем больше отрицательно заряженных центров в волокне, тем

больше и тем быстрее краситель связывается волокном. Какая-то

часть красителя адсорбируется и благодаря водородным связйм

и силам Ван-дер-Ваальса.

Основной проблемой, возникающей при крашении ПАН во-

локна катионными красителями, является сложность получения

ровных окрасок вследствие высокой скорости сорбции красителя

волокном. Скорость сорбции можно регулировать изменением

скорости нагревания красильной ванны, введением в красильный

раствор электролита и выравнивателей, изменением рН среды.

С повышением температуры скорость крашения возрастает.

При температурах ниже температуры стеклования {Т,с для ПАН

во 90

Время, мин

Рис. 24. Температурный режим

крашения ПАН волокна катион-

НЫМ1! красителями

волокна 80°С) катионный краси-1

тель волокном почти не сорбируется.^

Это связано с низкой скоростью:

диффузии красителя внутрь волок-'

на. Краситель сорбируется только'

на поверхности. Очень резко ско-

рость крашения возрастает в интер-:

вале температур 90—100°С (почти :

в 30 раз), но при этом резко воз-

растает и неровнота окраски. Во

избежание получения неровной

•

окраски температуру красильного'

раствора после достижения Т^ т. е.

выше 80 °С, повышают очень мед-

ленно и ступенчато, как показано;

на рис. 24, т. е. проводят крашение

при 85 °С, затем при 90 и при 95 °С

по 15—20 мин.

Введение в красильную ванну электролита приводит к сниже- ;

нию скорости крашения и выравниванию окраски. Это объяс- j

няется тем, что, с одной стороны, электролит снижает отрица- ;

тельный заряд волокна, а с другой — несколько уменьшает дис-

социацию красителя в растворе.

При введении в раствор кислоты скорость крашения резко |

замедляется, особенно в том случае, если волокно содержит кар-)

боксильные группы, а не сульфогруппы. Это объясняется тем, i

что в присутствии кислоты подавляется ионизация карбоксиль- J

ных групп. Уменьшение числа отрицательно заряженных центров s

волокна приводит к снижению скорости сорбции красителя и,

как следствие, к выравниванию окраски. Оптимальная величина

рН (4—4,5) создается добавлением в красильную ванну уксус-

ной кислоты.

Ассортимент отечественных красителей охватывает широкую .

гамму цветов (более 40).

Катионные красители характеризуются различной скоростью

сорбции волокном из красильной ванны. Различие в скорости

сорбции обусловлено многими факторами, прежде всего строе-

нием молекулы красителя, его основностью, полярностью моле-

кулы. По скорости сорбции отечественные красители условно

могут быть разделены на три группы: I — быстро выбираемые

красители; II — красители со средней скоростью сорбции и III —

медленно выбирающиеся красители. Это деление необходимо

учитывать при составлении рецептуры, особенно в случае исполь-

зования для крашения смеси красителей. При условии подбора

триады красителей, хорошо совмещающихся и сорбируемых с

одинаковой скоростью (смеси желтого, красного и синего), мож-

но получить широкую гамму цветов и оттенков, используя краси-

тели в различных соотношениях.

Среди отечественных красителей Научно-исследовательским

институтом полупродуктов и красителей рекомендована следу-

ющая триада: катионный синий О, катионный красный 4Ж и ка-

тионный желтый 63 или золотисто-желтый 2К.

В трикотажной промышленности катионные красители приме-

няют для крашения главным образом волокна, пряжи и иногда

полотен. Трикотажные полотна, волокно и пряжу окрашивают

периодическим способом. Трикотажные полотна красят в жгуто-

вых машинах МКП-1 или в эжекторных машинах, волокно —

в аппаратах АКД (СССР), пряжу — в мотках в пряжекрасиль-

ных аппаратах фирмы «Меццера» (Италия), а волокно в жгу-

те—на линиях фирм «Илма» (Италия), «Фляйснер» (ФРГ),

«Иточу» (Япония).

Крашение полотна проводят в ванне, содержащей краситель

(0,5—3% массы волокна), 30%-й раствор уксусной кислоты

(5% массы волокна, рН 4—4,5), 7—10% сульфата натрия

(кристаллического), 2% выравнивателя А. Сначала полотно

обрабатывают в растворе, содержащем уксусную кислоту, сульфат

натрия (глауберову соль) и выравниватель при температуре

40—50 °С в течение 10—15 мин, потом в несколько приемов вво-

дят краситель и нагревают раствор до 85 °С со cкopocтью^ 1—2 °С

в минуту, а затем скорость нагревания снижают до 0,2 °С в мину-

ту, нагревают раствор до 100 °С и красят при кипении в тече-

ние 45—60 мин. По окончании крашения раствор медленно ох-

лаждают до температуры 70 °С, чтобы предотвратить образова-

ние заломов и заминов, полотно промывают, обрабатывают в

растворе ПАВ (0,5—1 г/л) в течение 15—20 мин, снова промы-

вают и аппретируют.

При непрерывном крашении жгута на линиях плюсовочно-

запарным способом обработку жгута осуществляют по схеме

«плюсование — йтжим — запаривание — промывка — аппрети-

рование — высушивание — гофрирование». Основными" стадия-

ми, оказывающими влияние на фиксацию красителя, являются

первые две: плюсование, при которой краситель, собственно,

наносится на, поверхность волокна, и тепловая обработка, в про-

цессе которой осуществляются диффузия и фиксация красителя.

Тепловую обработку можно проводить запариванием в среде

насыщенного или перегретого пара, горячего воздуха, инфра-

красным, микроволновым или высокочастотным излучением. На

практике наиболее часто используют запаривание в среде насы-

щенного или перегретого пара, хотя с точки зрения обеспечения

сохранности волокна и его высокого качества большой интерес

представляет применение микроволн или высокочастотного излу-

чения.

Так как продолжительность запаривания не превышает 3 мин,

а чаще равна 50—60 с, в плюсовочный раствор вводят интенси-

фикаторы. Интенеификаторы должны максимально ускорять

диффузию красителя внутрь волокна и вместе с тем не изменять

оттенка и не ухудшать устойчивость окраски. В качестве интен-

сификаторов используют бензиловый спирт, резорцин, этилен или

пропиленкарбонат и др.

СОСТАВ ПЛЮСОВОЧНОГО РАСТВОРА, Г/Л

Краситель

Уксусная кислота (30 %-й раствор)

Этиловый или изобутиловый спирт

Этилен или пропиленкарбонат

Выравниватель А

Загуститель (индалка Р-90 или сольвитоза

С-5)

5—30

10—30

5—10

5-10

Спирты вводят в плюсовочный раствор для повышения раст-

воримости красителя, а загуститель — для предотвращения миг-

рации красителя в процессе запаривания. В качестве интенсифи-

катора также может быть использована мочевина концентрации

50—150 г/л. Для предотвращения разрушения красителя вслед-

ствие его восстановления в среде перегретого пара в плюсовоч-

ный раствор иногда вводят слабый окислитель — хлорат натрия

NaClOs. Температура запаривания ПО—120 °С.

Большое влияние на фиксацию красителя оказывает влаж-

ность пара. С повышением влажности пара повышается степень

фиксации красителя и улучшается гриф волокна.

3.7. ДИСПЕРСНЫЕ КРАСИТЕЛИ СШ^^ ^

Дисперсные красители согласно классификации относятся к не-

растворимым красителям, хотя они скорее занимают промежу-

точное положение между растворимыми и нерастворимыми. Они

не содержат групп, придающих растворимость, поэтому их раст-

воримость составляет всего от 2 до 150 мг/л в зависимости от

строения красителя.

Дисперсные красители представлены широкой гаммой цветов

и оттенков, имеют маленькую молекулярную массу, что позволяет

им проникать в компактную и плотную структуру синтетических

волокон.

О NH,

О NHj

Применяют их для крашения синтетических и апетатных-до-

ллшви. Особенно большое значение приобрели дисперсные краси-

126

тели в связи с развитием производства синтетических волокон.

Основным достоинством дисперсных красителей является то, что

они менее чувствительны, чем красители других классов, к физи-

ческой и химической неоднородности структуры волокна. Глав-

ным недостатком этих красителей является то, что полученные

с их помощью окраски недостаточно устойчивы к мокрым обра-

боткам (так как эти красители фиксируются водородными свя-

зями и силами Ван-дер-Ваальса), а также к свету и сублимации.

Красители обладают способностью возгоняться (сублимировать)

при нагревании, т. е. переходить из твердого состояния в газо-

образное, что имеет большое значение в связи с расширением

применения высокотемпературных способов крашения. С ростом

молекулярной массы и сложности строения молекул красителя

устойчивость к мокрым обработкам и к сублимации возрастает,

однако при этом снижается диффузионная способность.

Краситель в красильной ванне находится в полидисперсном

состоянии, т. е. в ней одновременно присутствуют молекулярно

растворенный краситель и твердые частицы с различной степенью

дисперсности (размером частиц) — от 2 до 4 мкм. Адсорбиро-

ваться и диффундировать внутрь волокна может только краси-

тель, находящийся в мономолекулярном состоянии, т.е. в виде

отдельных молекул. Однако вследствие низкой растворимости

красителя в воде доля мономолекулярно диспергированного кра-

сителя относительно мала. Чтобы увеличить растворимость, в

красдльный раствор добавляют ПАВ-солюбилизаторы.

/Условия крашения в значительной степени зависят от приро-

^ы и структуры волокна. имеет

волокно, тем труднее его окрасить (из-за чрёзвычатао низк

скорости диффузии внутри"'^ Скорость диффузии умень-

п триа'цетатное > по-

лиэфщ)нре. Но вместе с тем в этом ряду повышается устойчи-

BocTjt^OKpacKH к мокрым обработкам.

/''~Ацётатноё~в6лЬкно х'орюМб'Шр'ашйвается уже при температу-

ре 70 °С. С повышением температуры CKOpoctb крашения возрас-

тает, но при этом возрастает и гидролиз эфирных групп волокна.

Поэтому оптимальными условиями крашения ацетатного волокна

- является температура 80—85 °С и нейтральная среда. Кра-

сильный раствор содержит красителя 0,2—2 % массы волокна в

зависимости от требуемой интенсивности окраски и

—1,5 г/л

неионогенного поверхностно-активного вещества. Крашение поло-

тен рекомендуется проводить в аппаратах навойного типа в рас-

правленном состоянии, так как ацетатные волокна чрезвычайно

чувствительны к образованию заломов и заминов. Сначала по-

лотно подвергают отвариванию для удаления замасливателя, за-

тем в красильную ванну вводят дисперсию красителя, смешан-

ную с диспергатором, медленно нагревают до температуры 80—

85 °С и окрашивают при этой температуре в течение 45—60 мин,

далее раствор медленно охлаждают до 50 сливают и полотно

промывают сначала в теплой, а затем в холодной воде.

Полиамидное волокно имеет более плотную структуру, чем

ацетатное, поэтому крашение изделий из полиамидных волокон

проводят при более высокой температуре — 95—98 °С. Состав

красильного раствора и режим крашения такие же, как и при

краддении полотен из ацетатного волощг^

йрУ|у4-/Большой интерес для крашения полотен и изделий из полиа-

J'!^/миднoгo волокна представляют дисперсные активные красители.

/ Эти красители малорастворимы в воде и по свойствам похожи на

обычные дисперсные красители. Особенностью дисперсных актив-

ных красителей является наличие в их структуре активного ато-

ма, способного вступать в химическую ковалентную связь с ами-

ногруппой полиамидного волокна. Но широкого распростране-

ния эти красители не получили.

Полиэфирное волокно отличается очень большой гидрофоб-

ностью и имеет очень плотную структуру. Температура стеклова-

ния этого волокна около 100 °С, поэтому для обеспечения прием-

лемой скорости крашения его необходимо или проводить при

температуре выше 100 °С, или ускорять процесс, используя ин-

тенсификаторы.

В качестве последних применяют сильно полярные органиче-

ские соединения различного строения: ароматические углеводо-

роды, фенолы и нафтолы, ароматические эфиры карбоновых кис-

лот и т. д. Так как большинство из них нерастворимо в воде, вы-

пускные формы интенсификаторов, как правило, кроме смеси

двух или нескольких интенсификаторов содержат эмульгаторы,

обеспечивающие получение устойчивой эмульсии или суспен-

зии интенсификаторов и способствующие их растворению в

воде.

Интенсификаторы, проникая внутрь волокна, разрывают меж-

молекулярные связи, разрыхляют структуру волокна, ускоряют

его набухание и тем самым облегчают диффузию красителя

внутрь волокна. Применение интенсификаторов позволяет полу-

чить насыщенные тона при крашении в обычном оборудовании

при температуре 100 °С.

При крашении с использованием интенсификаторов в ванну,

где находится полотно, вводят вспомогательное вещество и ин-

тенсификатор концентрации 1—3 г/л, нагревают до температуры

60 °С и ведут процесс в течение 20 мин. Затем в красильную ван-

ну вводят водную дисперсию красителя и окрашивают при тем-

пературе кипения в течение

—1,5 ч. По окончании крашения

ванну охлаждают и проводят тщательную промывку для удале-

ния незафиксировавшегося красителя .и интенсификатора. Недос-

татком крашения с применением интенсификатора является тот

128

факт, что большинство интенсификаторов являются токсичными

органическими соединениями, загрязняющими о'кружающую сре-

ду. Они с большим трудом удаляются из волокна, в результате

чего снижается устойчивость окраски к мокрым обработкам и к

свету.

В связи со сказанным выше большой интерес представляют

высокотемпературные способы крашения: крашение под давле-

нием и термозольно'е крашение.

При температуре выше 100 °С скорость диффузии возрастает

в десятки раз благодаря увеличению кинетической энергии мо-

лекул красителя и резкому возрастанию колебательного движе-

ния сегментов цепей полимера, что позволяет красителю быстро

проникать внутрь волокна. При этом получаются ровные насы-

щенные окраски.

Крашение под давлением осуществляется в специальном вы-

сокотемпературном оборудовании (эжекторных машинах и аппа-

ратах навойного типа АК-220 Т), позволяющем окрашивать текс-

тильные материалы при температуре 126—130 °С и давлении

450 кПа.

Крашение в эжекторных машинах проводят по следующему

режиму. После отваривания полотна машину заполняют водой,

вводят раствор диспергатора, суспензию красителя и уксусную

кислоту до рН 5—5,5. Раствор при постоянной циркуляции нагре-

вают в течение 25 мин до 130 °С и окрашивают при этой темпера-

туре в течение 20—30 мин. Затем проводят косвенное охлажде-

ние до 90 °С, сливают раствор и промывают полотно сначала

теплой, а затем холодной водой. При крашении в темные тона

для повышения устойчивости окраски к тренйю проводят

восстановительную обработку при температуре 60—70 °С в раст-

ворах восстановителя (2—3 г/л). При восстановительной обработ-

ке краситель, отложившийся на поверхности волокна, разрушает-

ся. После восстановительной обработки опять проводят про-

мывку.

Сущность термозольного способа крашения заключается в

том, что полотно пропитывают суспензией красителя в плюсовке,

подсушивают и подвергают термофиксационной обработке в сре-

де горячего воздуха при 180—190 °С в течение 30—90 с по схеме

В плюсовочном растворе кроме суспензии красителя имеются

диспергатор, обеспечивающий устойчивость дисперсии красителя,

и загуститель — ингибитор миграции. Миграция — это процесс

перераспределения красителя с более сухих участков полотна к

более влажным в случае неравномерного обдува полотна в су-

шильных камерах. Загуститель, добавляемый в плюсовочную

ванну, повышает вязкость растворов и создает на поверхности

полотна пленку, которая препятствует миграции красителя. В ка-

честве ингибиторов миграции используют такие загустители, как

карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), альгинат натрия, поливинило-

вый спирт и др. Их концентрация в плюсовочной ванне 2—3 г/л.

Однако не всегда удается добиться ровноты только введением

ингибиторов миграции. Большое влияние на ровноту оказывают

условия высушивания, поэтому перед термозольной камерой обыч-

но устанавливают сушилку не конвективного типа, а с инфракрас-

ным обогревом. ИК-излучатели обеспечивают равномерную тепло-

передачу по всему полотну. Термообработку можно проводить

в сушильно-ширильно-стабилизационной или какой-либо Другой

машине.

Термозольное крашение пока не нашло широкого применения

из-за отсутствия необходимого оборудования. Основные труднос-

ти связаны с расправлением кромок при плюсовании и проводке

полотна через линию без натяжения.

^ЛЪ трикотажной промышленности дисперсные красители нахо-

•^ят широкое применение для крашения трикотажных полотен из

^eraiiioroj полиамидного и полиэфирного волокон, а также для

крашения чулочно-носочных изделий.?

3.8. КУБОВЫЕ КРАСИТЕЛИ

Кубовые красители согласно технической классификации относят-

ся к нерастворимым в воде красителям. По химическому строению

они делятся на две основные группы: индигоидные и полицикло-

кетоновые.

Индиго

КубоВый

золотисто-желтый.

ЖХ

В структуре кубовых красителей обеих групп имеется карбо-

нильная группировка =С=0, поэтому в общем виде они могут

быть представлены как Кр=С=0.'

Кубовые красители наиболее широко применяются для краше-

ния полотен и изделий из целлюлозных волокон, на которых дают

яркие окраски, устойчивые к различным воздействиям: к свету,

к мокрым обработкам и т. д. Ассортимент кубовых красителей,

130