Крашение текстильных материалов

Прямыми красителями

Прямые красители являются анионными красителями и по химическому строению в большинстве своем относятся к дис– и полиазосоединениям, выпускаемым в виде натриевых солей, реже калиевых или аммониевых солей сульфо– или карбоновых кислот. Кроме этого среди прямых красителей имеются отдельные представители моноазокрасителей, производные диоксазина и фталоцианина, а также металлсодержащие красители различных классов.

Строение прямых красителей в общем виде можно представить следующим образом: Кр(SO₃Na)_n,

где Кр ― хромофорная часть красителя, SO₃Na ― группы, придающие растворимость в воде, n =2–4.

В качестве примера типичного дисазокрасителя ниже приведена формула прямого красного светопрочного 2С (C. I. Direct Red 83)*.

Ассортимент прямых красителей достаточно широк и охватывает всю цветовую гамму: от желтого до черного цветов. Но следует отметить, что в последние годы ассортимент отечественных прямых красителей стал беднее, а их удельный вес в общем объеме красителей для текстильной промышленности упал из–за прекращения производства красителей на основе бензидина, толидина и дихлорбензидина, отнесенных по международным стандартам к токсичным канцерогенным соединениям. В дальнейшем расширение отечественного ассортимента прямых красителей будет происходить за счет производства прямых безбензидиновых светостойких и термостойких красителей.

Невысокая стоимость и простота способов применения обусловливают применение прямых красителей для крашения целлюлозных текстильных материалов, натурального шелка, а также полиамидного волокна и различных смесей волокон.

К недостаткам прямых красителей относится низкая устойчивость получаемых окрасок к мокрым обработкам, а для некоторых марок красителей ― и к свету.

________________________________________________

*― название и номер красителя в международном справочнике по красителям Color Index (C.I.).

Из–за низкой устойчивости окрасок прямые красители не используются в прямой печати, но способность большинства из них (всех азокрасителей) “вытравляться” под действием восстановителей делает их пригодными для узорчатого расцвечивания тканей и трикотажа методом вытравной печати.

Специфической особенностью прямых красителей является их высокая субстантивность, т.е. способность самопроизвольно переходить из водных растворов на целлюлозное волокно, образуя окраски различной устойчивости. Субстантивность или сродство к целлюлозе ― более строгая термодинамическая характеристика (см. раздел 3.1.3), определяется совокупностью, как минимум следующих свойств этих красителей:

– достаточно большие размеры молекулы;

– копланарность и линейность структуры;

– наличие минимального числа солюбилизирующих (придающих растворимость) групп и размещение их в противоположных концах молекулы красителя. Увеличение числа таких групп приводит к повышению отрицательного заряда молекулы красителя и, соответственно, эффекта отталкивания от отрицательно заряженной (в результате ионизации гидроксильных групп) поверхности целлюлозных материалов;

– наличие полярных ауксохромных групп, способных образовывать с целлюлозой водородные связи (― NH₂, ― ОH, ― NHR, ― NHСО…), и размещение их по одну сторону молекулы, чтобы обеспечить ее копланарность.

Каждое из вышеперечисленных свойств вносит свой вклад в величину сродства прямых красителей и обеспечивает их взаимодействие с целлюлозой. Взаимодействие прямых красителей с целлюлозным волокном осуществляется за счет водородных связей и сил Ван–дер–Ваальса. В образовании водородных связей могут участвовать все три гидроксильные группы каждого элементарного звена целлюлозы (преимущественно (С― 6) и полярные группы, азогруппы и гетероатомы в циклических соединениях (например, в триазине) красителя. Проявлению межмолекулярных сил Ван–дер–Ваальса способствуют большие размеры молекулы красителя, ее линейность и плоскостное строение. Вследствие разнообразия в химическом строении прямые красители значительно отличаются по силе взаимодействия их с волокном, а, следовательно, по субстантивности и выбираемости целлюлозой из красильных растворов. По выбираемости прямые красители подразделяются на три группы: I ― красители с низкой выбираемостью (за 1 час из раствора выбирается < 50 % красителя); II ― красители со средней выбираемостью (50…80 %); III ― красители с высокой выбираемостью (> 80 %).

На натуральном шелке и полиамидном волокнах прямые красители закрепляются не только посредством сил Ван–дер–Ваальса и водородных связей, но и ионными связями:

где ― Вол― ― остаток фиброина или полиамида

Образование ионных связей наряду с высокой степенью кристалличности этих волокон обеспечивает более высокую устойчивость их окрасок прямыми красителями по сравнению с целлюлозными.

Регулировать процесс крашения текстильных материалов прямыми красителями можно путем варьирования концентрации красителя и нейтрального электролита в красильной ванне, а также путем изменения температурного режима, рН и модуля красильной ванны, введения в раствор различных текстильных вспомогательных веществ (ТВВ) и гидрофильных органических растворителей.

О влиянии температуры на процесс крашения прямыми красителями целлюлозных волокон можно судить по данным рис. 17. При малом времени пребывания волокнистого материала в красильной ванне поглощение красителя волокном тем больше, чем выше температура крашения. Если же время пребывания волокна в красильном растворе весьма продолжительно и достаточно для достижения состояния, близкого к насыщению волокнистого полимера красителем, то выгоднее становится осуществлять процесс крашения при более низкой температуре (см. рис. 17). Это обусловлено неодинаковым влиянием температурного фактора на диффузионные и сорбционные явления, определяющие процесс крашения: скорость диффузии красителя в волокне при повышении температуры резко возрастает, тогда как его сорбционная активность падает. Следовательно, при кратковременной пропитке ткани (5–60 с) в непрерывных процессах крашения, когда преобладающее влияние на количество красителя, проникшего в волокно, оказывают диффузионные процессы, температуру крашения следует поддерживать на самом высоком уровне. При длительных (1–1, 5 ч) периодических способах крашения, когда процесс приближается к состоянию равновесия и роль сорбционных факторов усиливается, температуру красильной ванны нельзя поднимать выше 100 °С,

Рис. 17. Зависимость поглощения красителя прямого голубого К хлопковым волокном от продолжительности крашения: 1 ― при 60 °С; 2 ― при 90 °С

так как это ведет к резкому снижению накрашиваемости текстильного материала. Однако в этом случае нельзя полностью исключать и диффузионные явления, определяющие переход молекул красителя внутрь волокна, поэтому температура крашения не должна быть и слишком низкой. Конкретные значения оптимальных температур для отдельных красителей зависят от их строения, состава красильной ванны и обычно приводятся в колористических справочниках.

Кислотность среды в бó льшей степени сказывается на результатах крашения натурального шелка и полиамидных материалов. Выбираемость прямых красителей шелком и полиамидными волокнами увеличивается при снижении рН, но для получения более равномерных окрасок крашение целесообразно проводить в нейтральной или даже в слабощелочной средах.

Крашение текстильных материалов из природных целлюлозных волокон обычно проводят в слабощелочной среде при рН 8–10, а гидратцеллюлозных ― в нейтральной при рН 6–8. Это объясняется различными свойствами этих волокон: степенью ионизации, набухания в слабощелочных и нейтральных водных средах.

Снижение модуля ванны при крашении повышает экономичность процесса (уменьшается объем ванны, снижается расход электроэнергии, повышается скорость крашения). При одинаковом количестве красителя в растворе получаемые окраски тем светлее, чем выше модуль ванны

Существенное влияние на переход прямых красителей из раствора в целлюлозное волокно оказывает введение в красильную ванну нейтрального электролита (рис. 18). Количество электролита в ван-

Рис. 18. Зависимость поглощения прямого красителя хлопковым

волокном от концентрации NaCl при периодическом (1)

и непрерывном (2) способах крашения

не необходимо строго контролировать, так как при его избытке лишенные отрицательного заряда частицы красителя легко ассоциируют в крупные агрегаты, не способные непосредственно принимать участие в процессе крашения. Это приводит к снижению содержания красителя в волокне. Оптимальная концентрация электролита в красильной ванне зависит от температуры крашения, природы электролита, наличия в ванне гидрофильных органических растворителей или текстильных вспомогательных веществ и некоторых других факторов. При непрерывном способе крашения оптимальные концентрации электролита меньше, чем при периодическом (см. рис. 18). Повышение температуры крашения, введение в красильный раствор органических растворителей или текстильных вспомогательных веществ противодействуют ассоциации анионов красителя; в этих случаях оптимальное значение концентрации нейтрального электролита повышается. Увеличение валентности катиона электролита позволяет снизить оптимальную концентрацию соли.

Введение в красильную ванну гидрофильных органических растворителей (моно–, ди– и триэтаноламинов, целлозольва) приводит к сольватированию красителя и волокна. Образование сольватных оболочек способствует снижению степени ассоциации красителя, повышению его растворимости и в то же время препятствует возникновению межмолекулярных связей между молекулами красителя и макромолекулами волокнообразующих полимеров, снижая сродство

Рис. 19.Зависимость поглощения красителя Прямого чисто–голубого вискозным волокном при 50 °С от продолжи- тельности крашения: 1 ― в отсутствие растворителя; 2 ― при введении в красильную ванну триэтаноламина (20 г/л)

красителя к волокну. Результатом этого является ускорение диф-фузионных процессов, достижение полноты прокрашивания и равномерности окраски. Таким образом, гидрофильные органические растворители целесообразно использовать при крашении волокнистых материалов по непрерывному методу, когда общее содержание красителя в волокне определяется процессами диффузии. При увеличении продолжительности крашения снижение срод-

ства красителя к целлюлозному материалу под влиянием растворителя приводит к уменьшению накрашиваемости (рис. 19).

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒