Исследование свойств активных бифункциональных красителей с целью разработки рациональных условий их применения
Анализ колористических, физико-химических и химических свойств моно- и бифункциональных активных красителей. Разработка технологий крашения бифункциональными красителями материалов из целлюлозных волокон, позволяющих всецело использовать их возможности.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.09.2018 |
| Размер файла | 337,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
Исследование свойств активных бифункциональных красителей с целью разработки рациональных условий их применения
05.19.02 - Технология и первичная обработка
текстильных материалов и сырья
кандидата технических наук
Маркова Оксана Юрьевна
Москва, 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности, на кафедре физики и нанотехнологии
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Лобанова Лариса Александровна
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, старший научный сотрудник Телегин Феликс Юрьевич
кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Карпов Виктор Васильевич
Ведущая организация: ГУП Центральный научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности
Защита диссертации состоится «28» сентября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д-212.201.01 при ГОУ ВПО Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности по адресу: 123298 г. Москва, ул. Народного Ополчения, д.38, корп. 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского заочного института текстильной и легкой промышленности.
Автореферат разослан «___» ____________ 2010 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета Д-212.201.01: кандидат технических наук, профессор Тихонова Таисия Петровна
Общая характеристика работы
Актуальность темы диссертационного исследования. Из всех классов красителей, используемых для колорирования текстильных материалов из целлюлозных волокон, в настоящее время лидирующие позиции занимают пигменты и активные красители. И если пигменты все большее значение приобретают в печатании тканей и трикотажа, то активные красители остаются непревзойденными для производства гладкокрашеной продукции. Основанием для этого являются яркость окрасок, широкий цветовой охват, многообразие способов применения, высокие показатели устойчивости окрасок к мокрым обработкам и трению.
В современном ассортименте активных красителей значительную часть составляют окрашенные органические соединения, содержащие две или более активных группировок. Би- и полифункциональные красители обладают хорошей красящей способностью, высокой степенью использования, но и довольно высокой ценой.
Информация о строении их молекул в большинстве случаев является конфиденциальной. Потребителям этих красителей известны только технологические свойства красителей и условия их применения, общие для определенной группы. В тоже время известно, что красители, относящиеся к одной группе, по показателям реакционной способности и сродства к волокну могут отличаться друг от друга более чем на порядок. Оптимальные условия применения таких красителей не могут быть идентичны. Но только единицы из ведущих фирм-производителей красителей предоставляют всем клиентам подробную информацию о рациональных способах применения отдельных марок своей продукции.
Поэтому главной целью данного исследования была разработка метода прогнозирования рациональных условий крашения современными активными красителями, на основании показателей их свойств, определяемых в лабораторных условиях.
Цель работы состоит в исследовании физико-химических, химических и технологических свойств бифункциональных активных красителей и создании на этой основе эффективных технологий крашения материалов из целлюлозных волокон, позволяющих повысить степень их полезного использования. Для достижения поставленной цели работа велась в следующих основных направлениях:
? сравнительный анализ колористических, физико-химических и химических свойств моно- и бифункциональных активных красителей;
? разработка эффективных технологий крашения бифункциональными красителями материалов из целлюлозных волокон, позволяющих наиболее полно использовать их возможности;
? разработка метода прогнозирования рациональных условий крашения материалов из целлюлозных волокон активными красителями на основании показателей их свойств, определяемых в лабораторных условиях.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Исследования проводились в лабораторных условиях с последующей проверкой полученных результатов в отделочном производстве.
В работе использованы материалы из целлюлозных волокон - главным образом хлопчатобумажные ткани. Объектами исследования являлись технические порошки активных красителей, выпускаемые на предприятиях Российской Федерации и за рубежом. Для исследования были выбраны 4 группы активных бифункциональных красителей: Цибакроны LS (10 марок), Дримарены HF (9 марок), Дримарены CL (4 марки), Цемактивы БФ (10 марок). Для их сравнения с монофункциональными были использованы по 4 марки красителей из групп дихлортриазиновых, винилсульфоновых и монохлортриазиновых.
Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического анализа, спекторофотометрии, программного обеспечения расчетов цветовых характеристик и математической обработки полученных результатов.
Научная новизна:
На количественном уровне определены показатели базовых свойств бифункциональных красителей: сродства к волокну, устойчивости к гидролизу, реакционной и диффузионной способности, сравнительной красящей способности.
Показано, что высокая красящая способность исследованного ассортимента бифункциональных красителей является следствием высоких показателей сродства к волокну, экстинкции; и, в некоторых случаях, повышенной диффузионной способности и большей устойчивости к гидролизу.
Установлена математическая зависимость величин степени выбираемости и степени фиксации красителей в процессах периодического и непрерывного крашения от показателей их базовых свойств.
Установлена зависимость рационального содержания щелочных агентов в красильных ваннах от реакционной способности активных красителей; а также концентрации электролита от величины сродства красителя к волокну.
Практическая значимость и реализация результатов:
Определены рациональные условия крашения материалов из целлюлозных волокон исследованными активными бифункциональными красителями по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-сушильно-термофиксационному способам.
Разработан метод анализа устойчивости к гидролизу отдельных активных группировок, находящихся в структуре молекул бифункциональных красителей.
Разработан метод определения рациональных условий крашения материалов из целлюлозных волокон активными красителями по показателям реакционной способности и сродства красителя к волокну.
Разработаны новые приемы крашения бифункциональными активными красителями, позволяющие более полно использовать их возможности.
Результаты работы апробированы и внедрены в производство при крашении пряжи из целлюлозных волокон на ОАО «Троицкая камвольная фабрика». Зарегистрирована заявка на изобретение № 2010124243 от 15.06.2010г. «Способ крашения целлюлозосодержащего текстильного материала».
Автор защищает:
1. Показатели физико-химических и колористических свойств, исследованных моно- и бифункциональных активных красителей: сродства к целлюлозному волокну, константы скорости взаимодействия с целлюлозой коэффициента диффузии, константы скорости гидролиза, устойчивости к высокотемпературным обработкам и сравнительной красящей способности.
2. Формулы зависимости выбираемости (степени фиксации) красителей, от показателей их свойств и температуры крашения по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-сушильно-термофиксационному способам.
3. Метод определения рациональных концентраций электролитов и щелочных агентов при крашении активными красителями материалов из целлюлозных волокон на заданном уровне концентрации красителя, температуры крашения и модуля красильной ванны.
4. Новые приемы крашения бифункциональными активными красителями материалов из целлюлозных волокон, позволяющие повысить степень их использования.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на восьми межвузовских и международных конференциях:
- Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, РосЗИТЛП, 2006;
- Межвузовской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2007), Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2008;
- Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, РосЗИТЛП, 2008;
- Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2008), г. Иваново, ИГТА, 2008;
- III Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов «Достижения текстильной химии - в производство» (Текстильная химия - 2008), г. Иваново, ИГТА, 2008;
- Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск - 2010), г. Иваново, ИГТА, 2010;
- Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности», г. Москва, РосЗИТЛП, 2010;
- Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2010), г. Иваново, ИГТА, 2010.
Публикации. Результаты исследований, отражающие основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 11 печатных работах, в том числе в 3 статьях перечня, рекомендованного ВАК РФ, 8 тезисах докладов научно-технических конференций и в материалах заявки на получение патента РФ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из аннотации, введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы из 117 наименований и приложения. Работа изложена на 162 страницах, содержит 26 рисунков, 35 таблиц.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы данной работы, сформулированы ее цель и задачи, а также определены научная новизна работы и ее практичная значимость.
В литературном обзоре проанализирована научно-техническая информация о строении и свойствах современного ассортимента активных бифункциональных и полифункциональных красителей. Проведен сравнительный анализ свойств около шестисот марок активных красителей и сделаны выводы о соотношении показателей устойчивости окрасок и основных технологических свойств моно- и бифункциональных красителей. Определены проблемные вопросы, связанные с их использованием.
В методической части представлены объекты и методы исследования.
Экспериментальная часть состоит из четырех глав.
В первой главе изучены свойства двенадцати марок активных монофункциональных красителей, относящихся к трем основным группам: дихлортриазиновым, винилсульфоновым и монохлортриазиновым; и тридцати трех марок бифункциональных красителей, представляющих 4 группы: Цибакроны LS (бис-монофтортриазиновые), Дримарены CL (винил-сульфоновые-монохлортриазиновые), Дримарены HF (винилсульфоновые-дифторпиримидиновые), Цемактивы БФ (винилсульфоновые-монохлор-триазиновые).
Сравнительный анализ колористических свойств активных красителей. В первую очередь был проведен сравнительный анализ красящей способности исследуемых красителей. Интенсивность окрасок, полученных универсальным плюсовочно-сушильно-запарным способом, сравнивалась у близких по цвету красителей, относящихся к семи группам. Полученные средние абсолютные и средние относительные показатели, рассчитанные для каждой группы красителей, представлены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, красящая способность исследованных групп бифункциональных красителей превышает аналогичный показатель у монофункциональных красителей на 10-30 %. Это может являться следствием высоких коэффициентов экстинкции или большего содержания красящих веществ в технических продуктах; а также: высоких показателей сродства к волокну, реакционной способности, коэффициентов диффузии или повышенной устойчивости этих красителей к гидролизу.
Таблица 1. Усредненные и относительные показатели основных свойств красителей
|
Вид |
Группы красителей |
Красящая способность |
Способность к поглощению света |
Сродство к волокну |
Реакционная способность по отношению к целлюлозе |
Склонность к гидролизу |
Диффузионная способность |
||||
|
Е= I/Imax |
е/еmax |
-Дм0, кДж моль |
-Дм0 Дм0max |
Кцелл, мин-1 |
Кцелл Кцеллmax |
Кг Кгmax |
D*109, см2/мин |
D Dмax |
|||
|
Моно-функциональные |
Активные Х |
0,77 |
0,42 |
8,43 |
1 |
0,78 |
1 |
1 |
8,3 |
0,58 |
|
|
Активные Т |
0,85 |
0,56 |
5,57 |
0,66 |
0,45 |
0,58 |
0,84 |
9,5 |
0,67 |
||
|
Активные б/и |
0,65 |
0,60 |
5,10 |
0,61 |
0,12 |
0,15 |
0,53 |
14,3 |
1 |
||
|
Гомо- БФК |
Цибакроны LS |
1 |
1 |
7,24 |
0,87 |
0,43 |
0,55 |
0,64 |
10,0 |
0,70 |
|
|
Гетеро- БФК |
Дримарены HF |
0,89 |
0,76 |
7,65 |
0,91 |
0,43 |
0,55 |
0,81 |
13,3 |
0,93 |
|
|
Дримарены CL |
0,95 |
0,72 |
6,99 |
0,83 |
0,42 |
0,54 |
0,86 |
13,0 |
0,91 |
||
|
Цемактивы БФ |
0,91 |
0,71 |
7,95 |
0,94 |
0,44 |
0,56 |
0,79 |
9,5 |
0,66 |
Способность к поглощению света исследованных красителей оценивали по оптической плотности растворов, содержащих 0,05 г/л технических порошков. Результаты сравнительного анализа красителей близких по цвету представлены в той же таблице. Было получено, что исследованные красители из групп бифункциональных обладают заметно большей экстинкцией по сравнению с монофункциональными; и самые высокие показатели у Цибакронов LS. Это может объясняться использованием новых химических структур красителей, и высокой степенью очистки технических продуктов.
Определение сродства активных красителей к целлюлозным материалам. В настоящей работе сродство активных красителей к целлюлозному волокну было определено по равновесной сорбции красителей из нейтральных красильных растворов в течение недели при температуре 20оС и модуле ванны 1:1000. Сродство рассчитывали о формуле:
где: [Na+]p - концентрация ионов натрия в растворе (513 мэкв/л).; V - эффективный объем волокна (0,3 л/кг); z - количество сульфогрупп в молекуле красителя: R - универсальная газовая постоянная (8,306 Дж/град.моль); Т - абсолютная температура (293К).
Распределение исследованных красителей в соответствии с полученными величинами сродства представлено в таблице 2.
колористический бифункциональный краситель целлюлозный
Таблица 2. Распределение красителей по величине сродства (- Дµо)
|
Н- Дµ |
- Дµо |
Монофункциональные |
Бифункциональные |
||||||
|
Активные «Х» |
Активные «Т» |
Активные б/и |
Цибакроны LS |
Дримарены HF |
Дримарены CL |
Цемактивы БФ |
|||
|
1 |
10,0-9,6 |
Зол.желтый 2КХ |
|||||||
|
2 |
9,5-9,0 |
Оранжевый LS-BR |
Коричневый HF-2RL |
Темно-синий БФ-З; Золот.-желтый БФ-2З |
|||||
|
3 |
8,9-8,0 |
Ярко-желтый 5ЗХ |
Алый LS-2G |
Оранжев HF-2GL Алый HF-3G |
Оранжевый БФ-2К |
||||
|
4 |
7,9 7,6 7,3 7,1 7,0 |
Ярко-красный 5СХ |
Красный LS-6G Желтый LS-R Морсой.синий LS-G Ярко-голубой LS-G Красный LS-B Желтый LS4G |
Красный HF-2B Красный HF-G Морской.синий HF-В Синий HF-RL |
Бирюзовый CL-B Желтый CL-R Желтый CL-G |
Красный БФ-Ж Синий БФ-К |
|||
|
5 |
6,9 6,6 6,3 6,0 |
Ярко-голубой КХ |
Черный 4СТ |
Синий LS-3R Супер черныйLS-G |
Желтый HF-R Морской синий HF-G |
Морской синий HF-G |
Ярко-голубой БФ-2З Фиолет.БФ4К Красный БФО Желтый БФ4З |
||
|
6 |
5,9- 5,3-5,0 |
Красный6СТ Бирюзовый 2ЗТ |
Ярко-желтый 5З Красный 6С |
Глубоко-черный БФ-У |
|||||
|
7 |
4,9-4,0 |
Желтый св/пр 2КТ |
Ярко-голубой К |
||||||
|
8 |
3,5 |
Черный К |
Как видно из таблицы 2, показатели сродства красителей, относящихся к одной группе, могут отличаться в 1,5-2 раза. Большинство исследованных бифункциональных красителей характеризуются высокими показателями сродством к целлюлозному волокну. В среднем оно выше, чем у исследованных отечественных винилсульфоновых красителей (активных с индексом «Т») и приближаются к показателям активных красителей с индексом «Х».
По показателю сродства к волокну все исследованные красители были разделены на 8 уровней.
Исследование реакционной способности активных красителей. В настоящей работе реакционная способность оценивалась по скорости фиксации красителей при крашении плюсовочно-запарным способом.
Для этого 6 образцов ткани в течение 2-3 секунд пропитывали растворами, содержащими 20 г/л красителя и 20 г/л карбоната натрия. Один образец пропитывали раствором, содержащим только краситель. После 80%-го отжима образцы запаривали в лабораторном запарном аппарате при температуре 100?С в течение 1, 2, 3, 5, 10 и 25 минут. После фиксации образцы тщательно промывали водой и в кипящих растворах ПАВ. Высушенные образцы колориметрировали и строили кривые зависимости интенсивности окраски от продолжительности фиксации.
Константу скорости взаимодействия красителей с целлюлозой (Кцелл) определяли, используя формулу Бекмана:
, [мин-1],
где: ДС - количество ковалентно фиксированного красителя за время Дt, мг/г; Дt - время, мин; [SCl] - концентрация активной формы красителя, субстантивно связанного с волокном мг/г.
Содержание красителя, сорбированного волокном при пропитке (С0) и фиксированного волокном в течение 1 минуты (С1), определяли методом кислотных гидрозолей. Концентрацию активной формы исследуемого красителя (SCl) определяли как произведение сорбированного красителя (С0) на содержание активной формы красителя в техническом порошке.
На рисунке 1 приведены кинетические кривые фиксации известных марок красителей, относящихся к группам высоко реакционноспособных дихлортриазиновых (1), средне реакционноспособных винилсульфоновых (2) и низко реакционноспособных монохлортриазиновых (3):
Как видно на рисунке, кинетические кривые фиксации большинства бифункциональных красителей схожи с теми, которые были получены при изучении реакционной способности монофункциональных винилсульфоновых красителей.
Распределение красителей в соответствии с полученными величинами константы скорости взаимодействия красителя с волокном представлено в таблице 3, где красители разделены по этому показателю на 10 уровней.
Как видно из таблицы 3, показатели реакционной способности исследованных бифункциональных красителей не превышают показатели монофункциональных винилсульфоновых. И, несмотря на различие видов активных группировок, средние показатели реакционной способности исследованных групп красителей отличаются незначительно.
Таблица 3. Распределение активных красителей по реакционной способности
|
Уровень |
Кцелл МИН-1 |
Монофункциональные |
Бифункциональные |
||||||
|
Активные «Х» |
Активные «Т» |
Активные б/и |
Цибакроны LS |
Дримарены HF |
Дримарены CL |
Цемактивы БФ |
|||
|
I |
0,85 0,80 |
Зол.-желтый 2КХ Яр-красный 5СХ |
|||||||
|
II |
0,79 0,71 |
Яр-голубой КХ Яр-желтый 5ЗХ |
|||||||
|
III |
0,70 0,62 |
||||||||
|
IV |
0,61 0,53 |
Черный 4СТ |
Супер черный LS-G; Морск. синий LS-G |
Морск. cиний HF-G; Морск.cиний HF-B |
Морской синий CL-R |
Глубоко. черный БФ-У |
|||
|
V |
0,52 0,44 |
Красный 6 СТ |
Желтый LS-R Ярко-голубой LS-G; Красный LS -6G |
Красный HF-G Оранжевый HF-2RL |
Желтый CL-G |
Красный БФЖ; Ярко-голубой БФ-2З |
|||
|
VI |
0,43 - 0,36 |
Бирюзовый 2ЗТ |
Красный LS -B Оранжевый LS-BR Алый LS-2G |
Красный HF-2B Желтый HF-R |
Зол-желтый БФ-2З Синий БФК Темно-синий БФЗ |
||||
|
VII |
0,35 - 0,28 |
Желтый св/пр 2КТ |
Синий LS -3 R |
Алый HF-3G Синий HF-RL Коричневый HF-2RL |
Желтый CL-R Бирюзовый CL-B |
Желтый БФ-4З Оранжевый БФ-К; Фиолетов.БФ-4К; Красный БФ-О |
|||
|
VIII |
0,27 0,19 |
Желтый LS-4G |
|||||||
|
IX |
0,18 0,11 |
Яр.красный 6С Яр.-голубой К |
|||||||
|
X |
0,10 0,08 |
Черный К Яр.-желтый 5З |
На рисунке 1(В) показано, что при продолжительном запаривании интенсивность окраски некоторыми красителями (главным образом дисазо- и полиазокрасителями) постепенно снижается. Отношение интенсивности окраски, полученное при запаривании в течение 25 мин, к максимальной (полученной в данном опыте) было названо «показателем устойчивости красителя к термической обработке в щелочной среде»(Y).
Наличие гидролизованной формы в порошках дихлортриазиновых и гетеробифункциональных красителей выражается в образование на кинетической кривой участка, характеризующегося пониженной скоростью фиксации (рис.1(С)); когда краситель, потерявший высоко реакционноспособную группу вследствие гидролиза, начинает фиксироваться с помощью низко реакционноспособной группы.
Исследование склонности активных красителей к гидролизу. Исследование склонности к гидролизу активных красителей проводили следующим образом: предварительно осуществляли гидролиз исследованных красителей, а затем оценивали степень гидролиза различных групп активных красителей по накрашиваемости хлопчатобумажной ткани в различных условиях. Для этого в растворы красителей добавляли гидроксид натрия в возрастающих концентрациях и проводили кипячение этих растворов от 30 сек до 30 мин. Затем растворы выравнивали по значению рН~10,5 и, используя их, проводили крашение образцов хлопчатобумажной ткани по плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофиксационному способам.
В плюсовочно-запарном способе за 2 мин фиксации краситель способен образовать связи с волокном только высоко и средне реакционноспособными группами; а при крашении термофиксационным способом краситель фиксируется при наличии любых активных групп. Таким образом, этот метод позволяет анализировать устойчивость к гидролизу групп с различной реакционной способностью отдельно.
В качестве примера на рисунке 2 представлены кинетические кривые, зависимости интенсивности окраски образцов от интенсивности гидролиза (этот фактор охарактеризован произведением продолжительности процесса гидролиза на концентрацию гидроксида натрия в растворе).
Как видно из рисунка, в молекулах гетеробифункциональных красителей высоко реакционноспособная группировка также неустойчива к гидролизу, как и винилсульфоновая группа у монофункциональных красителей с индексом «Т». Устойчивость низко реакционноспособных групп у бифункциональных красителей выше, чем устойчивость монохлортриазиновых группировок у красителей без индекса.
Константу скорости гидролиза (Кг) рассчитывали как отношение степени изменения интенсивности окраски красителем, обработанным в течение 1 мин в горячем растворе, содержащем гидроксид натрия в концентрации 0,3 г/л, к интенсивности окраски, полученной с помощью не гидролизаванного красителя.
Средние относительные показатели константы скорости гидролиза определенные при крашении запарным способом представлены в таблице 1. Из представленных данных видно, что бифункциональные красители, содержащие в своей структуре активную группу на основе винилсульфона, в среднем гидролизуются примерно с той же скоростью, что и активные с индексом «Т». Повышенной устойчивостью к гидролизу обладают гомофункциональные красители Цибакроны LS, содержащие в молекуле две монофтортриазиновые группы.
Изучение диффузионной способности активных красителей. Определение значений коэффициентов диффузии активных красителей проводилось сорбционным методом по времени половинного окрашивания волокна. Крашение осуществляли в нейтральной среде при температуре 200С, модуле красильной ванны 1:1000. Рассчитывали коэффициент диффузии (D) по формуле:
где: r - радиус волокна (2.10-3 см); tЅ - время половинного накрашивания (мин).
Распределение активных красителей в соответствие с величиной D представлено в таблице 4.
Таблица 4. Распределение активных красителей по показателю диффузионной способности D
|
D*109 cm2/ мин |
Монофункциональные |
Бифункциональные |
||||||
|
Активные «Х» |
Активные «Т» |
Активные б/и |
Цибакроны LS |
Дримарены HF |
Дримарены CL |
Цемактивы БФ |
||
|
28- 30 |
Ярко-желтый 5З |
Супер черный LS-G |
||||||
|
15-20 |
Черный 4 СТ |
Синий LS-3R |
Морской синий HF-B |
Синий БФ-К |
||||
|
14 |
Бирюзовый CL-B |
|||||||
|
13 |
Ярко-желтый 5ЗХ |
Желтый HF-R |
Морской синий CL-R |
|||||
|
12 |
Черный К |
Желтый CL-R |
||||||
|
9-11 |
Ярко-голубой КХ |
Красный 6СТ |
Красный 6С |
Морской синий LS-G |
Красный HF-2B |
|||
|
7-8 |
Ярко-красный 5СХ |
Желтый св/пр. 2КТ |
Коричневый HF-2RL |
|||||
|
4-5 |
Бирюзовый 2ЗТ |
Бирюзовый К |
Ярко-голубой LS-G |
Ярко-голубой БФ-23 |
||||
|
3 |
Красный LS-В |
|||||||
|
2 |
Зол-желтый 2КХ |
Оранжевый LS-BR |
Как видно из таблицы, разброс показателей диффузии внутри каждой группы еще значительнее, чем при определении сродства.
Это свойство не определяется видом активных групп, а главным образом строением их хромофорной части; а также растворимостью красителя в воде и его сродством к волокну.
Рассчитанные по формуле и усредненные в группах показатели коэффициента диффузии представлены в таблице 1. Как видно из таблицы, из исследованных групп бифункциональных красителей максимальной диффузионной способностью обладают Дримарены HF и Дримарены CL.
Во второй главе работы определены рациональные условия крашения по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-сушильно-термофиксационному способам исследованных марок активных красителей.
Для этого при температуре, рекомендуемой фирмами-производителями красителей, проводили крашение исследуемыми марками по периодическому способу при модуле ванны 15:1, 2%-м содержании красителя, в присутствии щелочных агентов, взятых в концентрациях, позволяющих варьировать рН от 9,5 до 11,5.
При крашении по плюсовочно-запарному способу ткань пропитывали раствором, содержащего краситель в концентрации 20 г/л и щелочные агенты в различных концентрациях. Фиксацию красителя насыщенным паром осуществляли в течение 3 мин. При крашении по плюсовочно-сушильно-термофиксационному способу фиксацию горячим воздухом осуществляли при температуре 140оС (дихлортриазиновых красителей), 160оС (винилсульфоновых и бифункциональных) и 170-180оС (монохлортриазиновых). Концентрация красителя в плюсовочном растворе составляла 20 г/л, мочевины - от 50 до 150 г/л, карбоната натрия - от 2 до 30 г/л.
Те условия, при которых были достигнуты максимальные значения интенсивности окрасок, считали оптимальными, а в область допустимых условий входили те, при которых отклонения от лучших значений были до пяти процентов.
Было получено, что при крашении всеми тремя способами оптимальные условия согласуются с величинами реакционной способности, одинаково как у моно- так и у бифункциональных красителей. В качестве примера на рисунке 3 приведены зависимости оптимальных концентраций щелочных агентов от реакционной способности красителей при крашении методом выбирания.
Для бифункциональных красителей оптимальное содержание щелочных агентов в целом не отличаются от рекомендуемых для монофункциональных винилсульфоновых красителей.
На основании полученных данных была составлена таблица 5 зависимости оптимального содержания щелочных агентов от уровня реакционной способности красителей.
Полученные в ходе опытов показатели выбираемости красителя из красильной ванны (В) и их фиксации на волокне (Ф) были сопоставлены с показателями свойств красителей. В результате математической обработки массива экспериментальных данных были получены формулы, связывающие свойства красителей, условия крашения (температуру t) и результаты крашения:
Выбираемость красителей при крашении по периодическому способу:
критерий Фишера=2,79
Степень фиксации красителей при крашении по периодическому способу:
критерий Фишера=1,29
Степень фиксации красителей при крашении по плюсовочно-запарному способу:
критерий Фишера=1,23
Таблица 5. Содержание щелочных агентов при крашении материалов из целлюлозных волокон активными красителями с различным уровнем реакционной способности
|
Способ |
Периодический МВ 1:15 |
Плюсовочно-запарной |
Плюсовочно-термофиксационный |
||||||||||||||
|
Концентр. красителя |
2 % от массы волокна |
20 г/л |
20 г/л |
||||||||||||||
|
Щелочные агенты |
Na2СO3, г/л |
NaOH 32,5%, мл/л (в присутствии Na2СO3 5г/л) |
NaHСO3 г/л |
Na2СO3, г/л |
NaOH 32,5%, мл/л |
NaHСO3, г/л |
Na2СO3, г/л |
Na2СO3, г/л |
Na2СO3, г/л |
||||||||
|
tкраш.,°C |
40° |
60° |
70° |
80° |
60° |
70° |
80° |
- |
100°-105° |
130°-140° |
150°-160° |
170-180° |
|||||
|
(в присутствии Na2СO3 20 г/л) |
|||||||||||||||||
|
- |
60° |
70° |
80° |
||||||||||||||
|
Уровень реакционной спосотности |
I |
5-7 |
5 |
2-3 |
10-15 |
5 |
|||||||||||
|
II |
10 |
10 |
5 |
20 |
10 |
||||||||||||
|
III |
12 |
10 |
0,5 |
15 |
10 |
25 |
15 |
||||||||||
|
IV |
15 |
12 |
10 |
1 |
0,5 |
20 |
15 |
30 |
20 |
10 |
|||||||
|
V |
15 |
12 |
5 |
1,5 |
1 |
30 |
20 |
3-5 |
25 |
15 |
5 |
||||||
|
VI |
20 |
15 |
10 |
2 |
1,5 |
0,5 |
35 |
26 |
7 |
20 |
10 |
||||||
|
VII |
25 |
20 |
12 |
3 |
2 |
1 |
0,5-1 |
45 |
30 |
10 |
25 |
12 |
|||||
|
VIII |
30 |
25 |
15 |
4 |
3 |
1,5-2 |
1,5 |
15 |
30 |
15 |
|||||||
|
IX |
30 |
20 |
5 |
4 |
3 |
2 |
25 |
20 |
|||||||||
|
X |
25 |
6 |
5 |
4 |
3-4 |
25 |
Степень фиксации красителей при крашении по плюсовочно-сушильно-термофиксационному способу:
критерий Фишера=3,75
В третьей главе осуществлена разработка метода прогнозирования рациональных условий крашения на основе анализа показателей сродства красителей к волокну и их реакционной способности.
1. На первом этапе этот метод предполагает определение константы скорости взаимодействия красителя с волокном; и по полученным результатам (в соответствии с таблицей 5) определение вида и концентрации щелочных агентов в красильных растворах.
По характеру кинетической кривой фиксации определяется также устойчивость красителя к продолжительному нагреванию в щелочной среде; а у дихлортриазиновых и гетеробифункциональных красителей - наличие гидролизованной формы красителя в техническом продукте.
2. Поскольку в работе была показана значимость величины сродства к волокну для достижения высоких показателей крашения, в работе было исследовано влияние электролитов на выбираемость, фиксацию красителей и интенсивность окрасок. Полученные результаты, а также анализ рекомендаций фирм позволил определить связь между уровнем сродства красителей и рациональным содержанием электролита в красильной ванне, выраженную в табличной форме (таблица 6).
Таблица 6. Определение концентрации электролита в красильной ванне (С2эл) по уровню сродства красителя к волокну (Н ср.)
|
Нср. |
Концентрация электролита, г/л |
|||||
|
Температура крашения, єC |
||||||
|
40 |
60 |
70 |
80 |
90 |
||
|
1 |
35 |
35 |
40 |
40 |
40 |
|
|
2 |
40 |
40 |
45 |
50 |
50 |
|
|
3 |
45 |
45 |
50 |
55 |
55 |
|
|
4 |
50 |
50 |
60 |
65 |
65 |
|
|
5 |
60 |
60 |
65 |
65 |
70 |
|
|
6 |
70 |
70 |
75 |
80 |
85 |
|
|
7 |
80 |
85 |
90 |
90 |
95 |
|
|
8 |
90 |
90 |
95 |
95 |
100 |
Второй этап работы предполагает определение сродства красителя к волокну экспресс-методом (капельной хроматографии); и, на основании полученных результатов, по таблице 6 определяется концентрация электролита в красильной ванне.
3. На третьем этапе проводится пересчет содержания щелочных агентов и электролита в соответствии с концентрацией красителя и модуля ванны в промышленном оборудовании.
В связи с тем, что работа проводилась при использовании красителя в концентрации 2% от веса материала и модуле ванны 15:1, для перехода к конкретным условиям крашения на основе литературных данных были определены зависимости концентрации ТВВ (щелочных агентов и электролитов) от концентрации красителя и модуля красильной ванны.
Например, было получено, что рекомендуемая концентрация электролита в красильном растворе при выкраске n % от массы волокна (Сnэл) зависит от концентрации электролита при выкраске 2% (С2эл), и используемой концентрации красителя (Скр) в соответствие с отношением, выраженным формулой:
Сnэл. = С2эл. (1,7Скр0,14- 0,88)
Или: концентрация карбоната натрия при искомом модуле ванны (СмвNa2СO3.) зависит от концентрация карбоната натрия при модуле ванны 15:1 (С15Na2СO3) и модуля ванны (МВ), в соответствие с формулой:
СмвNa2СO3= С15Na2СO3 [5,71(1/МВ)0,4-0,928]
В четвертой главе работы были исследованы приемы колорирования материалов из целлюлозных волокон бифункциональными красителями, позволяющие более полно использовать их потенциальные возможности.
Поскольку в работе было получено, что устойчивость к гидролизу гетеробифункциональных красителей не выше, чем у обычных винилсульфоновых, были предложены методы, предусматривающие фиксацию красителя на первом этапе крашения высоко реакционноспособной группой, а на последнем этапе с помощью низко реакционноспособной группой.
Эта технология оказалась наиболее эффективной при использовании частично гидролизованных бифункциональных красителей, а также дихлортриазиновых и галоидпиримидиновых монофункциональных красителей.
В непрерывном плюсовочно-запарном способе крашения рекомендуются составы, позволяющие в процессе фиксации постепенно повышать рН среды. Подобные методы крашения рекомендуются, прежде всего, для высоко реакционно-способных красителей. Результаты промышленных испытаний показали, что использование гидрокарбоната натрия в концентрации 25-30 г/л, вместо карбоната натрия, обычно применяемого в концентрации 12 г/л, позволило повысить выход красителей от 20 до 50%.
В приложении представлен список авторских публикаций, документы, подтверждающие внедрение научных разработок в производство, а также первичный экспериментальный материал.
Общие выводы по работе
Повышенная красящая способность исследованных групп бифункциональных красителей является следствием высоких показателей коэффициентов экстинкции и сродства красителей к волокну, а также повышенной устойчивости гомобифункциональных красителей к гидролизу активных группировок. Многие марки бифункциональных красителей обладают высокими показателями коэффициента диффузии в волокно.
Константы скорости взаимодействия с волокном исследованных бифункциональных красителей в целом находятся на уровне соответствующих показателей, характеризующих монофункциональные винилсульфоновые красители.
Характер кинетических кривых фиксации активных красителей в процессе запаривания содержит информацию о реакционной способности красителя к волокну, его устойчивости к высокотемпературным обработкам в щелочной среде; а у дихлортриазиновых и гетеробифункциональных красителей - о наличии гидролизованной формы в техническом продукте.
Установленные зависимости условий крашения от реакционной способности красителя и его устойчивости к высокотемпературным обработкам в щелочной среде позволяют определить рациональные концентрации щелочных агентов и температуру крашения по периодическому и непрерывным способам.
Установленная зависимость рациональной концентрации электролитов от величины сродства красителя к волокну позволяет при крашении по периодическому способу определить рациональное содержание электролита по характеристике его сродства к волокну.
Установленные зависимости содержания электролита и щелочных агентов от концентрации красителя в красильной ванне и модуля ванны позволяют рассчитать рациональное содержание ТВВ в красильном растворе при заданных параметрах крашения.
Наличие в молекуле бифункциональных красителей двух различных по реакционной способности активных центров позволяет при крашении эффективно применять методы, основанные на постепенном повышении температуры крашения и щелочности среды.
Авторские публикации по теме работы
1. Маркова О.Ю., Лобанова Л.А. Курышкина Е.А. Сравнительный анализ свойств моно- и бифункциональных красителей.// Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2010.-№ 4. - С. 57-61.
2. Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Николаева Н.В. Анализ реакционной способности и устойчивости к гидролизу активных моно- и бифункциональных красителей // Научный альманах- спец. выпуск журнала «Текстильная промышленность» - 2010-№ 3. - С.26-34.
3. Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Николаева Н.В. Сравнительный анализ свойств активных красителей, используемых в крашении материалов из целлюлозных волокон // Текстильная химия, специальный выпуск РСХТК - 2006. -№1(29). - С. 46-51.
4. Изучение зависимости между физико-химическими свойствами активных красителей и условиями крашения материалов из целлюлозных волокон /Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Лане М.С.// Сб. тез. докл. Межвуз. научн.-техн. конф. «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП - Москва, -2006. часть 2. - С.108.
5. Изучение свойств и условий применения активных бифункциональных красителей при колорировании материалов из целлюлозных волокон /Маркова О.Ю., Лобанова Л.А.// Сб. тез. докл. Межвуз. научн.-техн. конф. «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль - 2007)», МГТУ им. А.Н. Косыгина. - Москва -2008 - С. 149-150.
6. Сравнительный анализ моно- и бифункциональных активных красителей / Маркова О.Ю., Левых А.В., Лобанова Л.А.//Сб. тез. докл. Межвуз. научн.-техн. конф. «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП. - Москва-2008. часть 2 - С. 95.
7. Изучение свойств и условий применения активных бифункциональных красителей при крашении материалов из целлюлозных волокон / Маркова О.Ю., Бончужная Т.В., Лобанова Л.А.//Сб. матер. Научн.-техн. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2008)», ИГТА. - Иваново-2008. часть 1 - С. 125-126.
8. Изучение особенностей поведения бифункциональных и полифункциональных активных красителей в процессах колорирования материалов из целлюлозных волокон /Маркова О.Ю., Лобанова Л.А..//Сб. тез. докл. III Междунар. научн.-техн. конф. асп. и студ. «Достижения текстильной химии - в производство (Текстильная химия - 2008)», ИГТА - Иваново,- 2008. - С.89-90.
9. Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий при колорировании материалов из целлюлозных волокон активными бифункциональными красителями / Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Прудникова А.Н.// Сб. матер. Межвуз. научн.-техн. конф. асп. и студ. «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2010)», ИГТА - Иваново, 2010. - часть 2. - С. 180-181.
10. Ресурсо- и энергосберегающие технологии крашения материалов из целлюлозных волокон активными бифункциональными красителями / Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Николаева Н.В.// Сб. матер. Междунар. научн.-технической конференции «Инновационность научных исследований в текст. и легк. промыш.», ГОУ ВПО РосЗИТЛП,. - Москва, -2010. - книга 3. - С.32-33.
11. Особенности применения бифункциональных активных красителей в колорировании текстильных материалов из целлюлозных волокон / Маркова О.Ю., Лобанова Л.А., Николаева Н.В.// Сб. матер. Междунар. научн.-техн. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2010), ИГТА - Иваново, -2010. - часть 1. С. 85-86.
12. Способ крашения целлюлозосодержащего текстильного материала. /Лобанова Л.А., Маркова О.Ю., Николаева Е.С.// Заявка на изобретение № 2010124243 от 16.06.2010г. Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сравнительная характеристика химических и физико-химических свойств гетероцепных и карбоцепных волокон. Технология крашения хлопчатобумажных, льняных тканей и из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон. Суть заключительной отделки шерстяных тканей.
контрольная работа [741,5 K], добавлен 20.09.2010Товароведная характеристика ниток для вязания. Потребительская оценка возможности использования природных красителей для их окраски. Комплексная переработка коры лиственницы. Разработка технологии крашения шерстяной пряжи. Оценка устойчивости ее окраски.
дипломная работа [726,9 K], добавлен 02.06.2015Применение химических или физико-химических процессов переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров) при производстве химических волокон. Полиамидные и полиэфирные волокна. Формования комплексных нитей из расплава.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.11.2010Сравнение физико-химических свойств волокон натурального шелка и лавсана. Строение волокон, его влияние на внешний вид и свойства. Сравнение льняной системы мокрого прядения льна и очесочной системы сухого прядения. Гигиенические свойства тканей.
контрольная работа [26,7 K], добавлен 01.12.2010Подготовка тканей из шерстяных волокон к крашению: промывка и карбонизация, валка, ворсование, заварка (фиксирование), отбеливание. Теория, виды и технология крашения дисперсными красителями. Заключительная отделка, придание тканям огнезащитных свойств.
контрольная работа [21,8 K], добавлен 14.12.2009Производство волокнистых полуфабрикатов в бумажной промышленности. Основные методы анатомического анализа древесных тканей и целлюлозных волокон. Микроскопическое исследование срезов древесины хвойных и лиственных пород, а также целлюлозных волокон.
реферат [31,6 K], добавлен 24.09.2009Основные виды присадок - веществ, добавляемых к жидким топливам и смазочным материалам с целью улучшения их эксплуатационных свойств. Физико-химические основы синтеза биметальной присадки. Схема и описание лабораторной установки для осуществления синтеза.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 15.04.2015Особенности структур и свойств полиакрилонитрильных волокон. Основные подготовительные операции при обработке шерстяных тканей. Технология изготовления тканей суконной группы. Синтезирование катионных красителей. Образование на волокне азоидных пигментов.
контрольная работа [32,7 K], добавлен 28.05.2013Характеристика, цели и особенности производства, классификация материалов: чугуна, стали и пластмассы. Сравнительный анализ их физико-химических, механических и специфических свойств; маркировка по российским и международным стандартам; применение в н/х.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 04.01.2012Технологическое оснащение процесса: конструкции, особенности печей; оборудование для коксовой батареи. Состав оборудования анкеража. Схема армирования кладки коксовых печей. Характеристика химических, физико-химических и физико-механических свойств кокса.
реферат [1,7 M], добавлен 15.06.2010История применения красителей, номенклатура их производства, техническая и химическая классификации. Химические свойства, применение, способы и стадии промышленного производства оптических отбеливателей. Способы очистки сточных вод от красителей.
курсовая работа [412,5 K], добавлен 02.05.2011Полиэфирные волокна, их производство и потребление в мире. Интенсификаторы, применяемые в промышленности. Катионные поверхностно-активные вещества. Влияние температуры на солюбилизацию дисперсных красителей. Определение прочности окраски к стирке.
дипломная работа [659,4 K], добавлен 20.12.2012Порошковая металлургия как отрасль техники, занимающаяся получением металлических порошков. Анализ схемы строения композиционных материалов. Знакомство с основными функциями и назначением алюминиевой пудры. Особенности физико-химических свойств алюминия.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.11.2014Анализ методов оценки упругопластических свойств материалов для верха обуви при растяжении. Обоснование выбора методов испытаний и исследуемых материалов. Разработка автоматизированного комплекса для оценки свойств при одноосном и двухосном растяжении.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 26.10.2011Виды искусственных волокон, их свойства и практическое применение. Вискозные, медно-аммиачные и ацетатные волокна, целлюлоза как исходный материал для их получения. Улучшение потребительских свойств пряжи благодаря использованию химических волокон.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 02.12.2011Автомобильный бензин как топливо для карбюраторных двигателей. Основные показатели физико-химических свойств бензинов и их маркировка. Последствия применения бензина с высокой температурой конца перегонки. Особенности определения качества и марки бензина.
реферат [20,8 K], добавлен 29.12.2009Изменение физико-механических свойств обрабатываемого материала без нарушения структуры и химических свойств древесинного вещества. Определение парциального давления смеси воздуха. Расчет механизированного бассейна для тепловой обработки фанерных кряжей.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 23.11.2011Основные цели использования красителей, отбеливателей и стабилизаторов окраски продуктов. Формы выпуска красителей, приготовление и хранение их растворов. Токсикологическая безопасность в рекомендованных дозах. Применения отбеливателей и стабилизаторов.
реферат [25,5 K], добавлен 16.05.2011Этапы производства химических волокон. Графит и неграфитированные виды углерода. Высокопрочные, термостойкие и негорючие волокна и нити (фенилон, внивлон, оксалон, армид, углеродные и графические): состав, строение, получение, свойства и применение.
контрольная работа [676,2 K], добавлен 06.07.2015Сырьевая, топливная базы Магнитогорского металлургического комбината. Подготовка руд к доменной плавке. Металлургические расчеты печи. Определение физико-химических свойств шлака, удельного и реального расхода шихтовых материалов. Чистые компоненты шихты.
курсовая работа [290,0 K], добавлен 14.04.2014
