Крашение и печатание кубовыми красителями

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 31Следующая ⇒

В последние годы доля кубовых в общем объеме потребления красителей в текстильной промышленности постепенно снижается. Это объясняется более сложными технологиями применения и сравнительно высокой стоимостью кубовых красителей по сравнению с активными, сернистыми красителями и пигментами. Однако в тех случаях, когда требуется получить на текстильных материалах окраски, обладающие высокой устойчивостью к жестким условиям стирки, действию окислителей, кубовые красители незаменимы. Они находят применение при крашении и печатании льняных текстильных материалов, хлопчатобумажных и смешанных тканей для специальной одежды.

Кубовые красители представляют собой нерастворимые в воде пигменты, которые переходят в раствор в щелочной среде в присутствии восстановителей при повышенной температуре. По сходству химического строения и методов получения кубовые красители делят на полициклические и индигоидные.

К полициклохиноновым кубовым красителям относятся красители, молекулы которых состоят из нескольких конденсированных ароматических циклов и содержат не менее двух карбонильных групп, атомы углерода которых обычно принадлежат ароматическим ядрам. Типичным представителем этой группы кубовых красителей является кубовый темно–синий 2З (C.I. Vat Blue 16).

Кубовый темно–синий 2З (C.I. Vat Blue 16)

В группу индигоидных входят Индиго, Тиоиндиго и их производные. В качестве примера ниже приведена структурная формула красителя Тиоиндиго оранжевого КХ:

К классу кубовых красителей относятся также их водорастворимые формы — кубозоли и промежуточные продукты для синтеза на волокне кубовых красителей — кубогены.

Для всех кубовых красителей, по молекулярной структуре представляющих различные типы химических соединений, характерно на-

личие в молекуле карбонильных (хинонных) групп ( ), спо-

собных восстанавливаться с образованием водонерастворимых гид-

рохинонов ( ), получивших название лейкокислот. Поскольку восстановление осуществляется в щелочной среде, гидрохинонная форма красителя переходит в натриевую соль лейкосоединения, ионизация которой и обусловливает переход красителя в раствор.

Натриевые соли лейкосоединений кубовых красителей обладают явно выраженным сродством к целлюлозным волокнам, хорошо выбираются ими из ванны и удерживаются на волокне силами Ван–дер–Ваальса и водородными связями. При последующем окислении непосредственно на текстильном материале лейкосоединение переходит в исходный нерастворимый кубовый краситель (схема 86).

(86)

Основными физико–химическими процессами при крашении кубовыми красителями являются: 1) восстановление кубового красителя в щелочной среде и образование растворимой в воде натриевой соли лейкосоединения; 2) адсорбция натриевой соли лейкосоединения поверхностью волокна и диффузия ее в толщу волокнистого материала; 3) окисление лейкосоединения в волокне до исходного кубового красителя.

Восстановление кубовых красителей осуществляют в щелочной среде при повышенной температуре. Скорость и полнота восстановления зависят от природы красителя, размера и формы его частиц, от природы восстановителя, температуры процесса, концентрации восстановителя и щелочного реагента. Окислительно–восстановительные свойства кубовых красителей обычно характеризуют значением лейкопотенциала, который определяется химическим строением красителя. Под лейкопотенциалом понимают окислительно–восстановительный потенциал системы исходный краситель — лейкосоединение, при котором начинается окисление восстановленной формы кубового красителя. Значения лейкопотенциалов большинства кубовых красителей в водно–щелочных средах составляют 600–1000 мВ. Чем выше значение лейкопотенциала, тем труднее восстанавливается краситель. Восстановление кубового красителя возможно, если значение восстановительного потенциала применяемого восстановителя превышает значение лейкопотенциала данного красителя.

В процессах крашения для восстановления кубовых красителей чаще всего применяют дитионит натрия Nа₂S₂О₄, а в процессах печатания — ронгалит (гидроксиметилсульфинат натрия) НОСН₂SО₂Nа× 2Н₂О. Широкое применение дитионита обусловлено его доступностью и высокой восстановительной способностью в диапазоне температур 25–60 °С. Ронгалит наиболее активен при 90–100 °С и выше. Восстановительный потенциал дитионита и ронгалита составляет в оптимальных условиях более 1000 мВ, таким образом, они могут восстанавливать все известные кубовые красители.

Создание в последние годы новых ускоренных технологических процессов обусловливает необходимость синтеза и применения восстановителей, активных в широком диапазоне температур и устойчивых к действию кислорода воздуха. В настоящее время в качестве восстановителей используют производные сульфиновых кислот, например ронгаль А N[СН(СН₃)SO₂Nа]₃ и ронгалит Н (гидроксиметилсульфинат кальция) (НОСН₂SО₂)₂Са, борогидриды щелочных металлов (NаВН₄, КВН₄), диоксид тиомочевины (Н₂N)₂С=SО₂.

При восстановлении типичного кубового красителя Индиго могут идти реакции, показанные на схеме (87).

Количества восстановителя и гидроксида натрия, необходимых для протекания данных реакций, берут в 2–3–кратном избытке, а иногда и больше, поскольку дитионит натрия, например, частично окисляется кислородом воздуха (уравнение 88). Избыточное количество гидроксида натрия необходимо для нейтрализации образующихся при окислении дитионита кислых солей, а также для предупреждения гидролиза натриевой соли лейкосоединения кубового красителя.

(87)

(88)

Восстановительное действие дитионита натрия и ронгалита связано не с выделением атомарного водорода, как считали ранее, а с тем, что они разлагаются в водном растворе с образованием аниона НSО₂^–, который непосредственно взаимодействует с красителем в слабощелочной среде (схемы 89–92). В сильнощелочной среде разложение восстановителей может протекать с выделением иона SO₂²^–. Восстановление красителя в этом случае идет по схеме (93).

(89)

(90)

(91)

Восстановительные свойства диоксида тиомочевины основаны на том, что одна из его двух изомерных форм в щелочной среде переходит в формамидинсульфиновую кислоту, которая в щелочной среде разлагается с выделением сульфоксилата натрия NаНSО₂ (уравнение 94).

(92)

(93)

(94)

Кубовые красители восстанавливают в течение 15–20 мин. При низких температурах восстановление протекает очень медленно и может быть неполным. Однако при высоких температурах возможно «перевосстановление» красителей, т. е. их необратимое разрушение, сопровождающееся образованием тусклых окрасок и непроизводительной потерей красителей. Наиболее склонны к перевосстановлению красители, являющиеся производными антрахинона, а также красители, содержащие в молекуле атомы С1, Вг, I: кубовые синий О, голубой О, голубой К, ярко–голубой 3.

Для предотвращения разрушения красителей необходимо строго выдерживать рекомендованный для каждого красителя температурный режим и концентрации гидроксида натрия и восстановителя. Иногда с целью предупреждения разрушения в раствор красителя вводят стабилизаторы. Для этого могут быть использованы некоторые окислители — нитрит, ди– и триоксохлораты натрия или калия, нитробензол и другие, однако применение их повышает расход восстановителя. Поэтому в качестве стабилизаторов рекомендуются вещества, которые способны связывать восстановитель при комнатной температуре и постепенно высвобождать его при повышении температуры. К таким веществам относятся глюкоза, декстрин, триэтаноламин.

Процесс перехода натриевой соли лейкосоединения на волокнистый материал в зависимости от выбранного технологического процесса может протекать либо в две стадии — диффузия лейкосоединения из раствора к поверхности волокна и адсорбция его на активных центрах волокнистого полимера, либо в одну — исключают стадию внешней диффузии и переводят краситель в восстановленную гидрохинонную форму, предварительно нанеся его на волокнистый материал в высокодисперсной форме.

Значения термодинамического сродства лейкосоединений кубовых красителей к целлюлозным волокнам в среднем близки к аналогичным значениям для прямых красителей. Повышенная выбираемость лейкосоединений целлюлозным волокном обусловлена высоким содержанием электролитов в красильных ваннах (гидроксид натрия, дитионит натрия и продуктыего окисления, в частности гидросульфит натрия).

Для глубокого прокрашивания волокнистого материала необходимо создать условия для диффузии лейкосоединения с поверхности в глубь волокна. С этой целью окрашиваемый текстильный материал подвергают кратковременному запариванию.

Перевод лейкосоединения на волокне в исходный кубовый краситель осуществляют обработкой ткани раствором окислителя, например пероксида водорода. Лейкосоединения многих кубовых красителей достаточно легко окисляются кислородом воздуха, а также кислородом, содержащимся в холодной проточной воде. Кубовые красители очень прочно удерживаются в волокне вследствие их нерастворимости, действия сил Ван–дер–Ваальса и водородных связей. Текстильные материалы, окрашенные кубовыми красителями, подвергают тщательной промывке и мыловке — обработке раствором мыла или синтетического моющего средства при ~100 °С. В этих условиях удаляется поверхностно фиксированный краситель, кроме того в результате сложных процессов рекристаллизации и изомеризации красителя окраски становятся более чистыми и яркими, повышается устойчивость окрасок к свету и другим воздействиям.

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒