Химическая энциклопедия
"КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН"

КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН , проводят с целью придания им одного определенного цвета (в отличие от печатания тканей ). Различают след, стадии: 1) диффузию красителя в водном р-ре к пов-сти волокна. Диффузия существенно ускоряется перемешиванием красильного р-ра, а также созданием на пов-сти волокна заряда, противоположного заряду красителя, или снижением величины одноименного заряда, что достигается изменением рН красильного р-ра введением электролита. Напр., поскольку белковые волокна обладают амфотерными св-вами, создают кислую среду, в к-рой протоны подавляют ионизацию карбоксильных групп волокна. В результате волокно приобретает положит, заряд Н₂N—Бел—СООН+Н⁺:H₃N⁺—Бел—СООН, что благоприятствует взаимод. его с анионом красителя с образованием соли На диффузию дисперсных красителей в р-ре (в результате и на скорость крашения в целом) влияет скорость перехода дисперсного красителя из твердой тонкодисперсной фазы в р-р, при этом решающее значение имеет степень дисперсности красителя. 2) Сорбцию красителя активными центрами пов-сти волокна, зависящей от диаметра и длины волокна, а также образуемой порами. Сорбция обусловлена сродством, т.е. разностью хим. потенциалов ( -Dm; в кДж/моль), красителя в волокне и р-ре:
-Dm=RTlnc_в/c_p
здесь R - газовая постоянная [в кДж/(моль^.град)]; Т - абс. т-ра; с_в и с_p -концентрации красителя при равновесии соотв. в волокне (в моль/кг) и р-ре (в моль/л); знак минус перед Dm обозначает, что хим. потенциал красителя в р-ре выше, чем в волокне. Чем выше сродство красителя к волокну, тем быстрее и в большем кол-ве он сорбируется волокном. Сорбции способствует также повыш. концентрация красителя на границе фаз волокно - р-р. Эта стадия в значит. степени определяет равномерность получаемой окраски. 3) Диффузию сорбированного красителя внутрь волокна; обусловлена выравниванием концентраций на пов-сти и внутри волокна. Чем выше сродство, тем ниже скорость диффузии и, следовательно, крашения. Это самая медленная стадия, лимитирующая длительность крашения. Скорость диффузии зависит от величины пор волокна и строения красителя. Обычно на практике ускорения диффузии добиваются повышением т-ры крашения, а также изменением рН красильного р-ра и использованием текстильно-вспомогат. в-в. При повышении т-ры крашения увеличивается р-римость красителя, уменьшается степень ассоциации его молекул, а также возрастает и ускоряется степень набухания волокон, разрыхляется их структура, снижается взаимод. красителя с активными центрами волокон; все это способствует быстрому прониканию красителя внутрь волокна. 4) Фиксацию (закрепление) красителей на активных центрах волокна. Стадия протекает быстро, практически мгновенно. Характер образуемой связи краситель-волокно зависит от вида волокна и природы красителя и определяет гл. обр. устойчивость окраски к стирке и др. "мокрым" обработкам. Напр., активные красители на целлюлозных волокнах удерживаются в результате образования прочной ковалентной связи (энергия связи 110-630 кДж/моль), на белковых волокнах - ковалентных, ионных (41-82 кДж/моль) и водородных (21-42 кДж/моль) связей, кислотные красители на белковых волокнах - в результате образования ионных, водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил (энергия до 8,5 кДж/моль), прямые и кубовые красители на целлюлозных волокнах - водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил. При наличии в молекуле иона тяжелого металла (см., напр., Протравные красители ) краситель с белковыми волокнами образует координац. связи (до 100 кДж/моль), а также ионные и водородные. На хим. (синтетич.) волокнах краситель удерживается благодаря ван-дер-ваальсовым силам и водородным связям (дисперсные красители), ионным связям (кислотные и катионные красители на полиамидном и полиакрилонитрильном волокнах соотв.), ковалентным связям (активные красители на полиамидном волокне), ионным и координац. связям (кислотные металлсодержащие красители на полиамидном волокне). О механизмах и особенностях К. в. разл. классами красителей см. также Активные красители , Дисперсные красители , Катионные красители , Кислотные красители . Кубовые красители , Прямые красители и др. Чем прочнее связь красителя с волокном, тем более устойчивы окраски к мокрым обработкам, однако тем сильнее ограничена подвижность молекул красителя в волокнах и, следовательно, тем ниже способность его к выравниванию окрасок. Поэтому выбор красителя для К. в. определенного хим. состава определяется требованиями, предъявляемыми к качеству окраски. Способ крашения зависит от хим. природы волокон, их качества, требований к устойчивости окрасок и хим. природы красителя. Технология крашения определяется также составом и формой волокнистого материала (волокно, пряжа, ткань, трикотаж). Так, полиэфирное волокно красят в аппаратах периодич. действия под давлением, ткани из них - гл. обр. непрерывным термозольным способом, а трикотажные полотна и ткани из текстурированных полиэфирных нитей - периодич. способом в аппаратах эжекторного типа. Осуществляют К. в., как правило, в водном р-ре красителя (красильной ванне). Перед крашением для повышения качества окрасок волокнистые материалы подвергают разл. обработкам: отварке (нагреванию в водном р-ре, содержащем текстильно-вспомогат. в-ва, соду, щелочь или др., способствующие удалению загрязнений и таких в-в, как замасливатели и шлихты, нанесенных на волокно при изготовлении и переработке), белению (обработке окислителями, напр. Н₂О₂, NaClO₄), мерсеризации и др.
Крашение природных волокон. Растительные (целлюлозные) волокна (хлопок, лен, пенька, джут) окрашивают прямыми, активными, кубовыми, сернистыми красителями, кубозолями, азогенами. При этом материалы из хлопкового волокна окрашиваются практически всеми перечисл. классами красителей, льняные - гл. обр. кубовыми, кубозолями и активными красителями. Шерсть окрашивают активными, кислотными, протравными, кислотными металлсодержащими (комплексы красителя с металлом состава 1:1 и 1:2) красителями гл. обр. в виде волокна, гребенной ленты, а также в виде ткани и пряжи, натуральный шелк - активными, нeк-рыми прямыми и металлсодержащими (комплексы 1:2) в виде ткани и ниток. Чтобы получить окраску высокого качества (т.е. светостойкую, устойчивую к мокрым обработкам) прир. волокна должны быть очищены прежде всего от примесей, напр. из целлюлозных волокон удаляют естеств. спутники, из шерсти-остатки жировых и "потовых" в-в, растит. примесей, из натурального шелка-серицин. Технология подготовки тканей для крашения зависит от вида волокна, назначения ткани, применяемых красителей. Подготовка хл.-бум. тканей включает удаление замасливателей и шлихты, отварку, беление и мерсеризацию; шерстяных - промывку, карбонизацию (обработка конц. H₂SO₄ для удаления растит. примесей), иногда беление. Шерстяным тканям в ряде случаев придают устойчивость к мех. деформациям, необходимую при послед. обработках и в эксплуатации. Так, суконные ткани перед крашением подвергают валке, а иногда ворсованию, гребенные платьевые и костюмные ткани - опаливанию. Ткани из натурального шелка для удаления серицина отваривают, отбеливают.
Крашение химических волокон. Гидратцеллюлозные волокна окрашивают теми же красителями, что и хлопковые. Для крашения ацетатных, триацетатных и полиэфирных волокон применяют в осн. дисперсные красители. Полиамидные волокна легко окрашиваются мн. классами красителей; наиб. широко используют дисперсные и кислотные, в т.ч. металлсодержащие, красители обоих этих классов, реже - нек-рые прямые и активные. Полиакрилонитрильные волокна окрашивают преим. катионными красителями; для окраски в светлые тона м. б. использованы дисперсные красители. Крашение поливинилхлоридных волокон в светлые тона осуществляют дисперсными красителями при т-рах не выше 60 °С (термостабилизированных - не выше 90°С), т.к. при более высоких т-рах волокна усаживаются; причем для получения более интенсивных окрасок процесс проводят в присут. переносчиков. Полипропиленовое волокно, ввиду высокой кристалличности и отсутствия активных групп, способных взаимод. с красителем, окрашивают гл. обр. в процессе получения (в массе). Способность красителя к выравниванию окрасок весьма важна при крашении синтетич. материалов, особенно текстурированных, к-рые м. б. структурно неоднородны. Поэтому при крашении определенного типа волокна из всех применяемых для него красителей предпочитают те, к-рые удовлетворяют конкретным требованиям, предъявляемым к ровноте и устойчивости окраски. Напр., полиамидное волокно красят дисперсными красителями в тех случаях, когда требуется высокая ровнота окраски или ровные и устойчивые к мокрым обработкам окраски светлых тонов. Кислотные красители применяют для получения на этих волокнах окрасок преим. средней и высокой интенсивности, т.к. в светлых тонах неровнота окраски наиб. заметна. Металлсодержащие дисперсные и кислотные красители, уступающие по ровноте окрасок др. классам красителей, используют, когда необходимы особо прочные окраски гл. обр. темных тонов. Более ровных окрасок при крашении этими классами красителей добиваются введением в красильную ванну выравнивателей (см. Текстильно-вспомогательные вещества ). Для повышения качества окрасок хим. волокна перед крашением подвергают отварке. Триацетатные ткани часто обрабатывают в щелочном р-ре для создания на пов-сти слоя гидратцеллюлозы толщиной 1-2 мкм, понижающего электризуемостъ. Ткани из синтетич. волокон обычно термофиксируют (в расправленном виде подвергают действию высоких т-р), что снимает внутр. напряжения и повышает равномерность окрашивания. Ткани, окрашиваемые в светлые и яркие тона, подвергают белению. После крашения текстильные материалы промывают водой, если необходимо, обрабатывают в щелочно-гидросульфитном р-ре для удаления сорбированного на пов-сти нефиксированного красителя, а в случае кислотных красителей - спец. закрепителем, после чего следует отделка (аппретирование, термостабилизация и др.). Хим. волокна можно также окрашивать в процессе их получения на предприятиях хим. волокон (крашение в массе); при этом красящие в-ва вводят на стадии синтеза полимеров или формования из них волокон. Достоинства способа: совмещение произ-ва волокна с его крашением, исключение трудоемких операций крашения готового волокна, отсутствие сточных вод, равномерность и высокая прочность окрасок, к-рые в большинстве случаев не м. б. достигнуты при крашении сформованных волокон. Однако метод экономически выгодно применять для крашения больших партий волокон (обычно в т. наз. массовые цвета - черный, синий, коричневый), т.к. замена красителей одного цвета на другой связана с трудоемкими операциями, напр. с отмывкой оборудования. Выбор красящего в-ва определяется св-вами полимера, условиями его получения и формования. Для крашения в массе используют красители, хорошо р-римые в р-рах или расплавах полимеров, либо высокодисперсные пигменты, способные равномерно распределяться в полимерах и давать устойчивые дисперсии в условиях получения волокон. Для крашения волокон, формуемых из р-ров (вискозные, ацетатные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные), широко используют пигменты в спец. выпускных формах, к-рые вводят в прядильный р-р. Так, для крашения вискозного волокна применяют орг. пигменты (азопигменты, фталоцианиновые, кубовые, сажу), выпускаемые в виде водных паст, содержащих диспергирующие в-ва. В состав выпускных форм пигментов для крашения ацетатных, полиакрилонитрильных и поливинилхлоридных волокон входят наполнители - волокнообразующие полимеры, напр. для ацетатных волокон м. б. использована ацетилцеллюлоза, для поливинилхлоридных - ПВХ. Для крашения вискозных и ацетатных волокон применяют также красители, р-римые в прядильном р-ре. Напр., вискозные штапельные волокна красят в темные тона водорастворимыми сернистыми красителями, ацетатные волокна - ацетонорастворимыми красителями . Окрашенные в массе ацетатные волокна характеризуются высокой устойчивостью окрасок к мокрым обработкам, что почти недостижимо при крашении этих волокон обычными способами. При крашении волокон, формуемых из расплавов (полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых), красящие в-ва вводят на стадии синтеза полимера или в готовый полимер перед формованием из него волокна. В последнем случае красящие в-ва наносят на гранулы полимеров, напр. "опудриванием", окрашивают гранулы из водных ванн обычными методами крашения сформованных волокон или вводят в расплав концентраты красящих в-в в полимерах (тех же, что предназначены для крашения, или совместимых с ними). Крашение концентратами наиб. перспективно, т. к. их можно вводить непрерывно непосредственно перед формованием волокон. Красящие в-ва должны иметь высокую термостабильность (получение и формование волокон проводят при высоких т-рах, достигающих 300 °С) и быть устойчивыми в полиэфирной и особенно полиамидной средах, химически агрессивных при высоких т-рах. Для крашения полиамидных и полиэфирных волокон разработаны спец. термостойкие полимерорастворимые красители. Из пигментов используют гл. обр. производные фталоцианина, хинакридоны, сажу, а также кадмиевые и железооксидные. Лит.: Виккерстафф Т.. Физическая химия крашения, пер. с англ., М., 1956; Мельников Б. Н., Блипичева И. Б., Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов, М., 1978; Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности, М., 1979; Мельников Б. Н., Захарова Т. Д., Кириллова М.Н., Физико-химические основы процессов отделочного производства, М., 1982; Краткий курс химической технологии волокнистых материалов, М., 1984. М. Г. Романова. Г. И. Шилова.