Фізико-хімічне обґрунтування технологій кольорування текстильних матеріалів новими випускними формами органічних барвників

Для обезкурювання порошків кубових і дисперсних барвників використовують силіконові полімери (поліетилсилоксанова рідина). Їх використання має ряд недоліків.

На підставі розглянутого механізму обезкурювання порошкових випускних форм кубових і дисперсних барвників рекомендовано використання емульсій органічних розчинників. Досліджені в якості інгібіторів куріння ефіри фталевої, адипінової, себацинової кислот. Найкращі результати одержані при використанні емульсії ефірів фталевої кислоти. В ряду диметилфталат - дибутилфталат діоктилфталат найбільш доступним по ціні являється дибутилфталат (2-3 гривні/кг), а по обезкурній дії вони близькі. Крім того, емульсія дибутилфталата (Піногаль) по ефективності обезкурювати порошки кубових і дисперсних барвників відповідає, а в деяких випадках і перевершує емульсію поліетилсилоксанової рідини. Отже, Піногаль дозволяє одержувати некурні випускні форми кубових і дисперсних барвників з більш низькою собівартістю і виконує подвійну функцію - інгібітора куріння та антипінника. Випускні форми дисперсних барвників - синього пеф і синьо-зеленого, в рецептурі яких використаний антипінник і інгібітор куріння Піногаль, випробувані з позитивним результатом на Дарницькому шовковому комбінаті при кольоруванні синтетичних текстильних матеріалів.

В підрозділі 3.6 викладено результати одержання більш якісних текстильних матеріалів шляхом використання випускних форм кубових барвників з пониженою міграцією при проміжній сушці в процесі суспензійного фарбування. Міграція барвника приводить до його нерівномірного розподілення на тканині. В кінцевому результаті, це призводить до нерівності і неоднакової інтенсивності фарбування обох сторін тканини, більш інтенсивне фарбування пружка.

Вивчені міграційні властивості тонкодисперсних порошків кубових барвників з різним вмістом барвника в випускній формі. З підвищенням концентрації барвника в випускній формі Кубового коричневого СК з 30 до 60% поріг міграції (вологість тканини, при якій починається міграція) при проміжній сушці в процесі суспензійного фарбування зростає з 25% до 46%, а ступінь міграції знижується (наприклад, при 70%-ній вологості тканини з 43% до 24%). Аналогічні залежності були одержані і для Кубового яскраво-оранжевого КХ з вмістом барвника в випускній формі 30% та 40%.

Розроблена технологія концентрованих випускних форм кубових барвників, які володіють пониженою міграцією в порівнянні з тонкодисперсними порошками марки "Д" при проміжній сушці в процесі суспензійного фарбування. Концентровані випускні форми 6 марок кубових барвників випускаються на ВАТ "Краситель" серійно.

Другим важливим фактором, що зумовлює міграцію частинок кубового барвника при проміжній сушці, являється їх ступінь однорідності. Чим більш однорідна за розміром частинок випускна форма барвника, тим нижче ступінь міграції. Розроблено метод подрібнення барвників на каскаді млинів. Випускна форма барвника, що одержана на каскаді млинів із застосуванням бісеру в порядку зменшення його розмірів, характеризується значно більшою однорідністю частинок та пониженим ступенем їх міграції.

В підрозділі 3.7 представлено результати одержання більш якісних текстильних матеріалів шляхом використання стабільних випускних форм дисперсних азобарвників. При постійній температурі 40 ^оС, з підвищенням pH розчину лігносульфоната натрію вище 7,3 окисно-відновний потенціал набуває негативної величини і в цій області він володіє відновними властивостями. Причому, з підвищенням температури розчину ця тенденція посилюється.

Встановлено, що дисперсні азобарвники, які не містять нітрогрупи, у вивченому інтервалі окисно-відновних потенціалів, не схильні до відновних перетворень. Отже, азогрупа не відновлюється. На прикладі барвника Дисперсного червоно-коричневого Ж (Colour Index Disperse red 118), що містить нітрогрупу, показано, що при підвищенні температури фарбувальної ванни відбувається збільшення негативної величини окисно-відновного потенціалу. При потенціалі -350 мВ починається процес відновлення нітрогрупи азобарвника і при потенціалі -380 мВ цей процес закінчується. При цьому, в електронних спектрах поглинання відбувається гіпсохромне зрушення основної смуги на 50-70 нм. Фарбування в цих умовах ацетатного і поліамідного волокон показує, що відновлена форма азобарвника поглинається волокном разом з невідновленою формою і відбувається зміна відтінку фарбованого волокна (на початку процесу відновлення) або зміна кольору (в кінці відновлення). Спроможність дисперсного азобарвника відновлюватися в водному розчині лігносульфонатом натрію характеризували окисно-відновним потенціалом системи, при якому відновилось 50% барвника (потенціал напіввідновлення, Е _1/2 ).

З метою зниження відновлювальних властивостей лігносульфоната натрію останній піддавали окислювальній обробці киснем повітря при 100 ^оС в лужному середовищі. Модифікований таким чином продукт при використанні у випускних формах азобарвників не призводить до зміни кольору останніх.

В підрозділі 3.8 представлено результати вибору дисперсних барвників для швидкісного фарбування поліефірних матеріалів. Швидкісне фарбування поліефірних матеріалів дисперсними барвниками дозволяє скоротити тривалість нагрівання суспензії барвника і час фарбування. Для цого методу придатні тільки ті барвники, які мають високу агрегаційну стійкість при швидкісному нагріванні і мають поглинання при оптимальній температурі фарбування за 20 хв. таку ж, як і за 60 хв.

Вивчено поглинання дисперсних барвників (рожевого Ж, червоного Ж, оранжевого пеф, жовтого пеф) з різною кристалічною структурою з метою визначення способу виділення, який придатний для швидкісного методу фарбування. б-Кристалічна модифікація Дисперсного рожевого Ж складається із асоціатів хінонних молекул, які поглинають ліворуч ізобестичної точки 21,5 см -¹ і асоціатів онієвих молекул, які поглинають праворуч ізобестичної точки 17,8 5 см ^-1. При підвищенні температури ці два типи асоціатів б -модифікації розпадаються і переходять в розчин в вигляді індивідуальних хінонних і онієвих молекул (рис. 1а).

в-Кристалічна модифікація складається із асоціатів онієвих молекул, які поглинають праворуч ізобестичної точки 17,8 см ^-1. При підвищенні температури суспензії в-кристалічна модифікація розчиняється декілька гірше б-модифікації (рис. 1б). б-Кристалічна модифікація при фарбуванні поліефірної плівки має підвищене поглинання. Крім цього, поглинання б -модифікації за 20 хв незначно відрізняється від поглинання за 60 хв. Отже, для швидкісного методу найбільш придатний Дисперсний рожевий Ж, який виділений в б -кристалічній модифікації.

Рис. 6. Електронні спектри поглинання водних суспензій б-(a) і в- (б) кристалічних модифікацій Дисперсного рожевого Ж при різних температурах 1 - 30 ^оС; 2 - 50 ^оС; 3 - 70 ^оС; 4 - 90 ^оС.

Визначені умови виділення в оптимальному кристалічному стані трьох марок дисперсних барвників (червоний Ж, жовтий пеф, оранжевий пеф), які дали змогу використовувати їх у швидкісному фарбуванні з максимальним ефектом.

В підрозділі 3.9 представлено результати розробки технології однотонного фарбування суміші поліефірних і целюлозних волокон новими випускними формами барвників. Для стійкого і однотонного фарбування суміші поліефірних і целюлозних матеріалів найбільше застосування знайшли суміші дисперсних і кубових барвників.

Розроблені тести відбору дисперсних і кубових барвників для одержання сумісних марок барвників, які забезпечують можливість однованного способу фарбування і високі колористичні показники в фарбуванні текстильних матеріалів із суміші поліефірних і целюлозних волокон.

Враховуючи це, на ВАТ "Краситель" створено асортимент із 13 марок барвників для однотонного забарвлення сумішей поліефірних і целюлозних волокон під торговою назвою "Поліцел". Забарвлення цими барвниками відзначаються високими показниками до фізико-хімічних впливів і відповідають міцному і особливо міцному фарбуванню.

Розроблена технологія безперервного і періодичного фарбування поліцелами суміші поліефірних і целюлозних волокон складу 75-65:25-35. Розроблені рецептури фарбування випробувані з позитивним результатом на текстильних підприємствах СНД. Випускні форми поліцелів по фізико-хімічним і колористичним показникам відповідають барвникам марки "Cotestren C" фірми BASF (ФРН).

Для термозольного фарбування сорочкової тканини із суміші поліефірних і целюлозних волокон складу 25:75 запропоновані кубові барвники, які в умовах термічної обробки частково фіксуються на поліефірному волокні і в концентраціях від 3 до 10 г/л забезпечують одержання однотонних забарвлень з достатньо високими показниками їх стійкості до фізико-хімічних впливів. Стійкість забарвлень до світла не нижче 5 балів, стійкість до мокрих обробок і сублімації відповідає особливо міцному фарбуванню. Для цього методу придатні кубові барвники тільки в тонкодисперсній формі - порошки або пасти марки "Д". Результати досліджень використані в фарбуванні тканини із суміші поліефірних і целюлозних волокон складу 25:75 "Орбіта" на лінії термозольного фарбування Херсонського бавовняного комбінату.

В підрозділі 3.10 проведено обгрунтування більш продуктивних, економічних та екологічно чистих технологій кольорування текстильних матеріалів за допомогою використання нових випускних форм кислотних металомістких комплексу 1:2 барвників (КМБ).

Згідно існуючого трактування, КМБ представляють собою дві ароматичні системи, що з'єднані між собою атомом кобальту або хрому. При новому дослідженні будови КМБ дотримувались того, що:

о,о'-дигідроксиазосполука при відсутності іонізації гідроксильних груп (як і ряд інших органічних продуктів, наприклад, етилендіамін) виступає в якості молекулярного бідентантного ліганду, який має два донорних атоми кисню і утворює з центральним іоном металу хелатний координаційний комплекс;

центральний іон металу в молекулі КМБ може знаходитись в d²sp³ та dsp³-гібридизованих станах і утворювати з лігандами октаедричний комплекс із координаційним числом 6 і тригонально-біпірамідальний комплекс із координаційним числом 5.

один атом кисню гідроксильної групи о,о'-дигідроксиазосполуки утворює з гібридизованими вакантними орбіталями центрального іону металу один у - і другий р-координаційний зв'язки, другий атом кисню - один у-координаційний зв'язок в октаедричному, або не зв'язаний у тригонально-біпірамідальному комплексі.

Враховуючи ці позиції, будову КМБ можна представити у такому вигляді:

октаедричний тригонально-біпірамідальний

комплекс комплекс

Підтвердження запропонованої структури одержані при вивчені ІЧ-спектрів модельних комплексних барвників і о,о'-дигідроксиазосполуки, що використовувалась для їх cинтезу. Для ідентифікації октаедричних і тригонально-біпірамідальних комплексів в електронних спектрах поглинання в видимій області на підставі теоретичної моделі органічного барвника визначені донорна і акцепторна частини молекули комплексного барвника. Донором є атом кисню гідроксильної групи, який може бути зв'язаний одним координаційним зв'язком із іоном металу або не зв'язаний. Акцептором є іон металу. Перенесення заряду при поглинанні квантів видимого світла відбувається від атома кисню, через фрагмент азобарвника і другий атом кисню на незв'язуючу d-орбіталь іона металу. Отже, довгохвильову смугу в електронних спектрах поглинання в видимій області слід віднести до поглинання тригонально-біпірамідальних комплексів, а короткохвильову - октаедричних комплексів.

Запропоновано будову асоціатів двох типів, що утворюються в розчинах КМБ. Асоційовані октаедричні комплекси поглинають в більш короткохвильовій області, тригонально-біпірамідальні комплекси - в більш довгохвильовій області ніж неасоційовані.

На підставі одержаних результатів по вивченню стану КМБ в водних розчинах і впливу різних текстильно-допоміжних речовин на процес фарбування цими барвниками, розроблені і сформульовані рекомендації по виготовленню їх випускних форм.

Сукріноли АЦСЕ і АФ 9-12 рекомендовані в якості вирівнювачів в процесах фарбування вовняних і поліамідних матеріалів КМБ.

На ВАТ "Краситель" створено асортимент із 14 марок кислотних металомістких комплексу 1:2 барвників (торгова марка "Ріазолан") із вітчизняної сировини для фарбування білкових і поліамідних матеріалів. Одержані випускні форми ріазоланів випробувані на текстильних підприємствах України з позитивним результатом.

У четвертому розділі подано результати впровадження у виробництво нових випускних форм органічних барвників, за допомогою яких створено більш продуктивні, економічні, екологічно чисті технології кольорування текстильних матеріалів.

Висновки

Розвинуто наукові принципи створення більш продуктивних, економічних та екологічно чистих технологій фарбування та нанесення візерунка на тканини новими випускними формами органічних барвників.

Запропоновано для цих технологій шляхи створення стійких в умовах зберігання і процесах застосування, некурних і малопінних, з більш високими ступенями фіксації та поглинання в періодичному та безперервному фарбуванні випускних форм кубових, дисперсних і кислотних металомістких комплексу 1:2 барвників.

На основі запропонованої моделі молекули органічного барвника розглянуто за допомогою електронних спектрів в видимій області стан кубових, дисперсних і кислотних металомістких комплексу 1:2 барвників на молекулярному рівні в розчинах, в твердій фазі в водних суспензіях. Одержані результати використані для створення більш продуктивних та економічних технологій фарбування та нанесення візерунка на тканини.

Розроблено спосіб одержання випускних форм кубових і дисперсних барвників більш однорідного складу, що мають підвищену стійкість в умовах зберігання і процесах застосування, більш високу фіксацію барвника на тканині, більш низьку міграцію при проміжній сушці в процесі безперервного фарбування, більш високу седиментаційну стійкість в умовах зберігання, підвищену фіксацію і відсутність крапу при застосуванні паст для нанесення візерунка на тканини.

На основі стійких випускних форм кубових і дисперсних барвників створено асортимент барвників для однотонного і стійкого фарбування суміші поліефірних та целюлозних волокон. Розроблено періодичний і безперервний способи однотонного фарбування цими барвниками.

Встановлено закономірності міграції кубових барвників при проміжній сушці в процесі безперервного фарбування в залежності від дисперсного складу випускної форми і вмісту барвника в ній.

Показано, що на стійкість випускних форм кубових і дисперсних барвників при їх зберіганні і застосуванні впливає співвідношення полімерних фракцій поверхнево-активних речовин, що використовуються для їх виготовлення. Вивчено вплив співвідношення полімерних фракцій на поглинання барвників і стійкість їх суспензій в фарбувальних ваннах. Визначено вимоги до вибору поверхнево-активних речовин для виготовлення стійких випускних форм барвників. Результати досліджень покладено в основу розробки технології цих продуктів і стійких, з підвищеним поглинанням випускних форм барвників.

На підставі квантово-хімічних розрахунків запропонованої моделі молекули лейкосполуки кубового барвника, вперше одержано дані про їх фізико-хімічний стан в лужньо-дитіонітних розчинах і на целюлозному субстраті. Запропоновано новий механізм фарбування целюлозних матеріалів лейкосполуками кубових барвників. Одержані результати використані для створення більш економічних технологій безперервного і періодичного фарбування целюлозних матеріалів кубовими барвниками.

Вперше одержано результати про стан дисперсних барвників азо- і антрахінонового ряду в розчині. Розглянуто вплив умов виділення дисперсних барвників в різних кристалічних модифікаціях на їх стан в розчині і фарбувальні властивості. На підставі одержаних результатів, розроблено стійкі при зберіганні і застосуванні випускні форми дисперсних барвників та їх сумішей з кубовими барвниками. Запропоновано шляхи створення асортименту дисперсних барвників для швидкісного фарбування поліефірних матеріалів.

Розглянуто механізм обезкурювання порошкових випускних форм кубових і дисперсних барвників за допомогою інгібіторів куріння. Розроблено ефективний інгібітор куріння, що володіє також властивостями антипінника в суспензіях цих барвників. Одержані результати використано для розробки більш економічних та екологічно чистих технологій фарбування текстильних матеріалів некурними та малопінними випускними формами органічних барвників.

Вперше запропоновано і за допомогою інфрачервоних спектрів доведено будову кислотних металомістких комплексу 1:2 барвників у вигляді хелатних координаційних комплексів. За допомогою запропонованої моделі молекули кислотного металомісткого комплексу 1:2 барвника одержано дані про їх фізико-хімічний стан в фарбувальних розчинах. На підставі одержаних результатів розроблено науково обґрунтовані рекомендації по виготовленню їх випускних форм. Розроблено технологію фарбування цими барвниками, що дозволяє одержувати рівномірні і особливо міцні забарвлення на індивідуальних і сумісних текстильних матеріалах.

Створені високоефективні технології фарбування та нанесення візерунка на тканини шляхом розробки нових випускних форм барвників. Виробничі випробування цих випускних форм проведені з позитивним результатом на:

- Донецькому бавовняному комбінаті;

- Московських шовкових комбінатах ("Красная роза", ім. Свердлова);

- Балашихінській бавовняно-прядильній фабриці;

- Черкаському шовковому комбінаті;

- Павлово-Посадському камвольному комбінаті;

- Івановському камвольному комбінаті;

- Семенівській ткацько-опоряджувальній фабриці;

- Харківському торгово-промисловому підприємстві "Роксолана";

- Дарницькому шовковому комбінаті;

- Херсонському бавовняному комбінаті;

- Шахтинському бавовняному комбінаті;

- Краснодарському бавовняному комбінаті;

- Смоленській трикотажній фабриці;

- Сумській суконній фабриці;

- Луганському тонкосуконному комбінаті;

- Рубіжанській шкарпетковій фабриці.

Основні роботи

1. Попов Е.В., Полищук С.А., Швец В.И. О механизме обеспыливания порошковых выпускных форм кубовых и дисперсных красителей // Анилинокрасочная промышленность. - 1980. - N3. - С. 1-3.

2. Полищук С.А., Попов Е.В., Горелик М.В. Влияние состава и степени сульфирования лигносульфоната натрия на его коллоидно-химические свойства //Журн. прикл. химии.- 1983.- N10.- С. 2285-2288.

3. Полищук С.А., Попов Е.В. Влияние состава диспергатора НФ на его коллоидно-химические свойства // Журн. прикл. химии. 1983. - N10. - С. 2359-2361.

4. Швец В.И., Полищук С.А., Попов Е.В. Влияние состава диспергатора НФ на его разжижающую способность //Журн. прикл. химии. - 1983. - N10. - С. 2367-2369.

5. Полищук С.А., Попов Е.В., Рябцева М.Я., Шитова Т.Т.Коллоидно-химические свойства лигносульфонатов натрия // Производство волокнистых полуфабрикатов. - Л.:ВНИИБ ВНПОбумпром.-1984.- С. 61-63.

6. Полищук С.А., Попов Е.В., Шалимова Г.В., Рябцева М.Я., Познякевич А.Л., Горелик М.В., Попова В.Л., Шитова Т.Т. Использование лигносульфонатов натрия в качестве поверхностно-активных веществ для приготовления выпускных форм органических красителей //Использование сульфитных щелоков и предгидролизатов в народном хозяйстве. - Л.: ВНИИБ ВНПОбумпром. - 1985. - С. 117-122.

7. Позднякович С.А., Цыгунова Н.С., Полищук С.А. Определение массовой доли серы в серосодержащих поверхностно-активных веществах //Укр. хим. журнал. - 1989. - N11. -С. 1220-1222.

8. Полищук С.А. Строение кислотных металлсодержащих красителей и их состояние в растворах //Сборник трудов по технической химии. - Киев. - 1997. - С. 127-130.

9. Полищук С.А. Состояние дисперсных красителей в растворах // Вестник Херсонского государственного технич. университета. - 1997. - N 2. - С. 266-270.

10. Полищук С.А. Выбор дисперсных красителей для высокоскоростного крашения полиэфирных материалов //Вестник Херсонского государственного технич. университета. - 1997. - N 2. - С. 262-265.

11. Полищук С.А. Состояние лейкосоединений кубовых красителей в растворах //Вестник Херсонского государственного технич. университета. - 1997. - N 3. - С. 283-287.

12. Полищук С.А. Механизм крашения целлюлозных субстратов лейкосоединениями кубовых красителей //Вестник Херсонского государственного технич. университета. - 1997. - N 4. - С. 269-272.

13. Полищук С.А. Влияние восстановительных свойств лигносульфоната натрия на устойчивость дисперсных азокрасителей // Проблемы легкой и текстильной промышленности. - 1998. - N 1. - С. 136-140.

14. Полищук С.А. Состояние кубовых красителей в растворах и суспензиях // Проблемы легкой и текстильной промышленности. -1998. - N 1. - С. 141-145.

15. Полищук С.А. Критерии выбора поверхностно-активных веществ для приготовления выпускных форм красителей // Сборник "Химическая промышленность", серия "Актуальные вопросы химии и химической технологии". - 1998. - выпуск 2. - С. 50-53.

16. Полищук С.А., Фуртат И.Э. Снижение миграции кубовых красителей при промежуточной сушке в процессе суспензионного крашения // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1998. -N 4. -С. 243-245.

17. Полищук С.А. Влияние полимерного состава и концентрации диспергатора НФ на выбыраемость кубовых красителей // Проблемы легкой и текстильной промышленности. -1999. - N 2. - С. 125-128.

18. Полищук С.А., Долмат М.И., Позынюк Н.И. Красители марки "Полицел" для однотонного крашения полиэфирцеллюлозных волокон //Вісник технологічного університету Поділля. -1999.- N3.- С. 33-35.

19. А.с. 787060 СССР, МКИ В 01 Д 19/02. Препарат пеногасителя / Шалимова Г.В., Попов Е.В., Самойлова Л.А., Макаревич Л.А., Ковалева У.И., Задова М.Г., Прасол Л.В., Полищук С.А., Редкозубова З.Т. (СССР). - N27230435/23-26; Заявлено 04.01.79; Опубл.15.12.80, Бюл. N46.- 4 с.

20. А.с. 979459 СССР, МКИ С 09 В 67/30, С 09 В 67/40. Способ получения жидкой выпускной формы кубовых и дисперсных красителей/ Швец В.И., Попов Е.В., Шалимова Г.В., Полищук С.А., Шеляпин О.П., Рачинская Н.С. (СССР). - N2980416/23-05; Заявлено 29.08.80; Опубл. 07.12.82, Бюл. N4. - 5 с.

21. А.с. 1642740 СССР, МКИ С 09 В 51/00. Способ получения красителя 4-фениламинобензол-3-нитро-(N-фенил)-сульфонамида /Комач Л.Д., Ивонина Л.Л., Попов Е.В., Парамонов В.Д., Полищук С.А., Шулепова О.И. (CCCР). - N4429178/05; Заявлено 24.05.88; Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 15.12.90.-5 с.

22. А.с. 1699498 СССР, МКИ В 01 Д 19/04. Пеногаситель для водных сред / Швец В.И., Смотрова Н. И., Полищук С.А., Попов Е.В., Новикова И.Т., Доленко М.Н., Муший Р.О. (СССР). -N4696339/ 26; Заявлено 29.05.89; Опубл. 23.12.91, Бюл. N47. - 4 с.

23. Швец В.И., Полищук С.А., Попов Е.В. Коллоидно-химические аспекты анионных и неионногенных поверхностно-активных веществ в технологии выпускных форм органических красителей //III-rd Czechoslovak Conferense with International Participation "Colorchem 90". - Pardubice. - 1990. - С. 127-129.

Размещено на Allbest.ru