Технология окрашивания шерсти / типы красителей/

Методы крашения, красители и их характеристика. Методы крашения определяются свойствами красителей и окрашиваемого материала. Для крашения бумаги (подцветки бумажной массы и крашение готовой бумаги) применяют минеральные пигменты (ультрамарин, охра и др.) и красители (основные, кислотные, прямые, сернистые, кубовые). О способах крашения этими красителями см. ниже. Для крашения готовой бумаги её погружают в раствор красителя (чаще кислотного) или наносят на её поверхность тонкий слой минеральных веществ (бланфикса и др.) с клеящими и красящими веществами. Глубинное крашение кожи (краснодублёной, хромовой, лайки, замши) осуществляют протравными, кислотными, основными, прямыми красителями и специальными красителями для кожи. Для покрывного крашения кожи пользуются главным образом пигментами в сочетании со связующими и плёнкообразователями (казеином, нитроцеллюлозой и др.). Для крашения меха применяют окислительные, кубовые, кислотные, протравные красители и специальные красители для меха. Методы крашения пластмасс определяются технологией получения и свойствами этих материалов. Для крашения полимеризационных термопластов красители вводят в мономер до полимеризации или же в готовый полимер перед литьём и прессованием. Для получения прозрачных окрашенных продуктов применяют термостойкие жирорастворимые и основные красители. Окрашивание происходит в результате растворения этих красителей в массе полимера. Непрозрачные окрашенные продукты получаются при использовании красителей с наполнителями или нерастворимых в пластмассе пигментов. Для окрашивания конденсационных термореактивных пластмасс (фенопластов, аминопластов) красители с наполнителями и пигменты вводят при изготовлении пресс-порошков. Для крашения волокнистых материалов готовят т. н. красильную ванну, в состав которой входят краситель, вспомогательные вещества и вода. Процесс крашения заключается в самопроизвольном переходе красителя из красильной ванны в волокно до установления равновесия. Скорость достижения равновесия, а значит, и скорость крашения в целом определяются коэффициент диффузии красителя в волокне. Этот коэффициент в тысячи и сотни тысяч раз меньше, чем коэффициент диффузии в водной среде. Увеличить скорость диффузии красителей в волокне, а следовательно, и скорость крашения можно тремя путями: повышением температуры, введением в красильную ванну некоторых типов гидрофильных органических растворителей, созданием условий, способствующих набуханию волокна. Все эти направления широко используются для интенсификации крашения. Волокна и изделия из них красят в аппаратах периодического и непрерывного действия. Наибольшее распространение получили последние, т. к. они обеспечивают высокую производительность труда и оборудования. Крашение называют гладким, если материал красят сплошь в один цвет, и узорчатым или печатным, если он окрашен в несколько цветов. Крашение прямыми красителями. Прямые красители хорошо растворимы в воде, причём в растворах наряду с анионами красящих веществ присутствуют и их агрегаты большей или меньшей величины. К красителям этого типа относятся азокрасители. Их используют главным образом для крашения целлюлозных волокон, а также шёлка, шерсти и полиамидных волокон. Красящее вещество на волокне удерживается ван-дер-ваальсовыми силами и, по-видимому, благодаря образованию водородных связей. В зависимости от желаемой интенсивности окраски расход красителей составляет 1—4% от массы волокна. В красильную ванну вводят до 20% (от массы материала) поваренной соли или сульфата натрия для увеличения выбираемости красителя из ванны и повышения интенсивности окраски. Оптимальная температура в случае применения периодического крашения 70—90 °С. По непрерывному способу крашения окрашиваемый материал пропитывают при температуре 90—95°С раствором красителя с концентрацией 1—20 г/л, запаривают в запарной камере при 102°С в течение 60—90 сек (для интенсификации проникновения красителя в волокно) и промывают. Для лучшего прокрашивания волокон и повышения равномерности окраски в красильную ванну необходимо добавлять органические растворители типа этаноламинов, т. н. выравниватели (10 г/л). Окраска прямыми красителями не обладает достаточно высокой прочностью, поэтому её упрочняют с помощью специальных препаратов. Крашение активными (реактивными) красителями. Активные красители используют для крашения целлюлозных, белковых и полиамидных волокон. Крашение состоит из двух стадий: пропитки волокнистого материала раствором красителя и фиксации его в щелочной среде. На этой последней стадии краситель реагирует с волокном и образует с ним новое окрашенное соединение. Часть красителя (до 30% ) взаимодействует с водой. Гидролизованный водой краситель необходимо полностью удалить из волокна при промывке, иначе резко снизятся показатели прочности окраски к мокрым обработкам. Крашение активными красителями проводят периодическим, полунепрерывным и непрерывным способами. Наиболее распространён однованный плюсовочно-запарной способ, при котором после пропитки окрашиваемого материала раствором красителя в присутствии бикарбоната натрия проводят (с промежуточной сушкой или без неё) запаривание волокна при температуре 100—103 °С, после чего окрашенное волокно промывают и высушивают. Крашение кубовыми и сернистыми красителями. Кубовые красители нерастворимы в воде и поэтому для крашения их предварительно восстанавливают в щелочной среде гидросульфитом натрия, в результате чего получаются растворимые натриевые соли лейкосоединений, поглощаемые целлюлозными волокнами из водных растворов. Окислением кислородом воздуха или др. окислителями лейкосоединения переводят в исходные нерастворимые красители, которые прочно удерживаются в порах волокна. К кубовым красителям относятся полициклические красители и индигоидные красители. В зависимости от типа применяемого красителя крашение ведут при температурах от 30 до 80°С. Аналогичным образом применяют нерастворимые сернистые красители. Отличие состоит в том, что в качестве восстановителя используют не гидросульфит, а сульфид натрия. Красящая способность сернистых красителей невелика, поэтому при крашении в тёмные цвета берут до 20% красителя от массы волокна. Крашение ведут при температуре, близкой к 100 °С. Существуют и растворимые в воде препараты сернистых красителей. При их использовании текстильный материал пропитывают водным раствором красителя, высушивают горячим воздухом и обрабатывают в растворе, содержащем сульфид натрия и едкий натр. В этом растворе при 80—90°С в течение 30 сек происходит проявление красителя, т. е. переход его в исходную нерастворимую в воде форму. Помимо восстановительного способа крашения кубовыми красителями, широко применяется т. н. суспензионный метод. В этом случае волокнистый материал пропитывают высокодисперсной суспензией кубового красителя, высушивают, а затем обрабатывают щелочным гидросульфитным раствором. Нерастворимый краситель непосредственно на волокне переходит в растворимую натриевую соль лейкосоединения, которая сорбируется волокном и диффундирует внутрь его при последующем запаривании. Окисление лейкосоединения в исходный краситель и фиксация его на волокне происходят при обработке растворами окислителей, например K2Cr2O7 или H2O2, после чего материал тщательно промывают. Особую группу кубовых красителей составляют растворимые в воде препараты — кубозоли. Их водными растворами пропитывают волокнистые материалы и затем различными способами (нитритным, бихроматным, запарным и т. д.) в кислой среде проводят гидролиз и окисление кубозолей. В результате на волокне фиксируется первоначальный кубовый краситель, из которого был получен соответствующий кубозоль. Крашение нерастворимыми азокрасителями, образующимися в волокне (холодное крашение). В ходе такого крашения красители синтезируются непосредственно на волокне в результате сочетания азосоставляющих (азотолов) с диазония солями. При крашении волокно пропитывают щелочным раствором азотола, высушивают и обрабатывают на холоде при pH 7—9 водным раствором соли диазония. На волокне происходит реакция азосочетания, и оно окрашивается. Т. о. окрашивают целлюлозные волокна, но при известной модификации метода нерастворимые азокрасители можно синтезировать и в полиамидных, полиэфирных и полиакрилонитрильных волокнах. Кроме нерастворимых азокрасителей, на волокне можно синтезировать и др. пигменты, в частности чёрный анилин, являющийся наиболее распространённым окислительным красителем. Его получают путём окислительной конденсации анилина в среде минеральной кислоты. В качестве окислителя применяют хлорат натрия и бихромат натрия или калия; катализаторами окислительного процесса являются медный купорос, железисто- и железосинеродистый калий и др. Для крашения волокон используют и готовые органические пигменты, для их фиксирования — различные синтетические связующие вещества, например предконденсаты мочевино- и меламиноформальдегидных смол. Крашение катионными красителями. Катионные красители — обычно моноазокрасители (см. Азокрасители) и полиметиновые красители. Окрашивают полиакрилонитрильные волокна в яркие насыщенные цвета, окраски обладают довольно высокой прочностью. Краситель фиксируется на волокне межмолекулярными силами и благодаря образованию ионных связей. Крашение производят в уксуснокислой среде в присутствии глауберовой соли и выравнивающих веществ; температура ванны 95—100°С, продолжительность крашения 60—90 мин. Расход красителя 2—5%, уксусной кислоты 1—5%, глауберовой соли 5—15% и выравнивателя 2—6% от массы окрашиваемого материала. Существуют и непрерывно-поточные методы крашения полиакрилонитрильных волокон катионными красителями. В этом случае для ускорения проникновения красителя в волокно используют резорцин, этиленкарбонат и др. вещества. Волокнистую массу пропитывают раствором красителя (5—10 г/л), содержащим названные ускорители (10—50 г/л), запаривают при 103°С в течение 60— 90 сек и тщательно промывают. Крашение кислотными и протравными красителями. Кислотные красители растворимы в воде благодаря наличию групп SO3M (реже COOM, где М — Na, К или NH4), SO2NH2, SO2CH3 и др., к ним относятся антрахиноновые красители и азокрасители. Применяются в основном для крашения белковых и полиамидных волокон, а также кожи, меха, бумаги, древесины и др. материалов. В процессе крашения краситель взаимодействует с волокном. В закреплении красителя на волокне участвуют также Ван-дер-Ваальсовы силы. Крашение осуществляют при pH 3—5 в присутствии глауберовой соли и выравнивателя. температура крашения 85—90°С, длительность 45— 60 мин. Так же красят белковые и полиамидные волокна протравными красителями, окрашивающими волокно и закрепляющимися на нём при последующей обработке некоторыми химическими веществами, называемые протравами. Важнейшие протравные красители — хромовые, которые после пропитки волокна обрабатывают раствором бихромата натрия, причём хром восстанавливается из шести- в трёхвалентное состояние с образованием на волокне нерастворимых комплексных соединений красителей: (рис.). Такие комплексы могут удерживаться на волокне и ван-дер-ваальсовыми силами. Хромовые красители дают окраску большой прочности к действию света и мокрых обработок. В зависимости от строения красителей крашение проводят в кислой или нейтральной среде с добавкой выравнивателей. Наибольшее применение в качестве хромовых получили азо- и антрахиноновые красители. Крашение дисперсными красителями. По химическому строению дисперсные красители относятся к азокрасителям или антрахиноновым красителям. Обычно их применяют для крашения полиамидных, полиэфирных, полиакрилонитрильных и ацетатных волокон. Молекулы дисперсных красителей имеют малые размеры и легко проникают в плотные синтетические волокна. Кроме того, у них отсутствуют анионные группы, препятствующие взаимодействию красителя с волокном, имеющим в воде отрицательный заряд. Дисперсные красители плохо растворимы в горячей воде, поэтому их измельчают (диспергируют) до размера частиц меньше 2 мкм. Полиамидные и диацетатные волокна окрашивают в ванне, содержащей диспергатор. Крашение начинают при температуре 40—50°С и затем ведут в течение 1 часа при 80°С. Полиэфирные и полиакрилонитрильные волокна, отличающиеся повышенной плотностью, в этих условиях практически совсем не окрашиваются. Поэтому для крашения таких волокон необходимо повысить температуру до 130—140°С или применить переносчики — вещества, разрыхляющие структуру полимера. В качестве переносчиков применяют о-оксидифенил, моно- и дихлорбензолы, бензойную и салициловую кислоты, бетанафтол, крезолы и т. д. Их оптимальная концентрация в красильной ванне 3—8 г/л. Очень эффективными для полиэфирных волокон являются непрерывно-поточные методы крашения — термозольный и вапокол-процессы. По обоим этим способам волокно сначала пропитывают слегка загущенной высокодисперсной суспензией красителя и затем после сушки прогревают в течение 60—90 сек при температуре 200—210°С (термозольный процесс) или подвергают воздействию паров трихлорэтилена (вапокол-процесс). После таких обработок волокно промывают и высушивают. Крашение, придание текстилю, коже, бумаге, пластмассам и др. материалам окраски, обладающей достаточной для практических целей устойчивостью к действию света, водным и мыльным обработкам, трению и т. п. В отличие от крашения, нанесение на специально подготовленную поверхность слоя жидкого лакокрасочного материала, образующего после высыхания сплошную твёрдую плёнку, называют окраской (см. Лакокрасочные покрытия). Крашение известно с глубокой древности, особенно широкое распространение получило в связи с развитием крупного мануфактурного производства. Большое значение для развития крашения имел синтез (во 2-й половине 19 в.) органических красителей, почти полностью вытеснивших дорогостоящие и менее прочные природные. Технология крашения активными красителями шерстяного волокна. Активные красители, образуют при крашении с функц. группами волокна (ОН, NH2 и др.) прочные ковалентные связи (напр., сложноэфирные, простые эфирные, амидные). Т. обр., краситель входит в состав макромолекулы волокна, что обеспечивает высокую устойчивость окрасок к стирке и др. мокрым обработкам, трению, действию р-рителей, применяемых при хим. чистке одежды. Активные красители широко используют для печатания и крашения целлюлозных волокон, а также натурального шелка и шерсти, в меньшей степени - полиамидного волокна. Строение активных красителей можно выразить общей ф-лой Кр-МХ, где Кр-хромофорная система, определяющая цвет красителя; МХ-реакционноспособная система, в к-рой Х-реакционноспособный атом (чаще всего С1, реже Вг, F) или группировка (напр., —СН2=СН2, напряженный цикл), М-носитель реакционноспособной группы, активирующий ее и влияющий на устойчивость связи красителя с волокном. Практически важные MX: 1) галогенопроизводные гетероциклич. соед., в первую очередь хлорпроизводные симтриазина, реже фторпроизводные; 2) производные пиримидина и хиноксалина; 3) замещенные алкиларилсульфонов, арилалкилсульфамидов и амидов карбоновых к-т; из них Наиб. распространены производные винилсульфона и а- бромакриламида. По типу хромофорной системы активные красители -азокрасители (в т.ч. комплексы с переходными металлами - Си, Сr, Со), фталоцианиновые, антрахиноновые и др. полициклич. красители. Наиб. широк ассортимент активных азокрасителей, охватывающий полную гамму цветов от желтого до черного. Антрахиноновые активные красители дают ярко-голубые окраски, фталоцианиновые - бирюзовые и зеленые. Хлортриазиновые активные красители подразделяют на ди- и монохлортриазиновые (см., напр., ф-лы I и II соотв.). Первые обычно получают ацилированием азо- или диазо-составляющей (см. Азокрасители)цианурхлоридом при 5 °С и рН 3-5 с послед. диазотированием и азосочетанием. В ряде случаев ацилируют аминоазосоединения или их комплексы с металлами (Си, Сr, Со), а также продукты конденсации 1-амино-4-бромантрахинон-2-сульфокислоты (или дисульфокислоты) с диаминами; при использовании последних получаются красители, дающие ярко-голубые окраски тканей из натуральных волокон. Монохлортриазиновые активные красители получают, замещая на остаток бесцв. амина (напр., моно- или дисульфокислоты анилина и его производных) или алкоксисоединения (напр., метанол) атом хлора в дихлортриазиновых красителях или в соед., применяемых для их синтеза, при 20-40°С и рН 7-8. Винилсульфоновые активные красители обычно содержат в молекулах р-сульфоксиэтилсульфоновую группу, превращающуюся при крашении в щелочной среде в винилсульфоновую, к-рая и взаимод. с волокном. Активные красители с другими реакционнеспособным и группами для крашения целлюлозных волокон используются редко. Для окраски шерсти лучшими являются активные красители сбромакриламидной группой СН2—C(Br)CONH- (ланазоли, Швейцария), с монохлордифторпиримидиновой группой (в е р о ф и к с ы, ФРГ; реактоланы, дрималаны, Швейцария), с N-метилтаурилэтилсульфоновом группой-SO2CH2CH2N(CH3)CH2CH2SO3H и др. В СССР активные красители выпускают под назв. "активные красители" с индексами: "Х"-с высоким сродством к целлюлозному волокну и высокой реакц. способностью, гл. обр. для периодич. крашения; "Т"-с умеренным сродством к волокну и средней реакц. способностью для печатания одно- и двухфазным способами, а также для крашения непрерывным и периодич. способами; "Ш"-для прочного и особо прочного крашения и печатания по шерстяным и полушерстяным тканям; без индекса-с невысоким сродством к волокну и невысокой реакц. способностью, гл. обр. для печатания и крашения непрерывным способом. Осн. стадии крашения при использовании активных красителей: сорбция красителя волокном, фиксация (хим. взаимод. красителя с волокном), удаление химически несвязанного и гидролизованного красителя. Периодич. крашение целлюлозных материалов осуществляют в присут. NaCl или Na2SO4 (10-60 г/л) и кальцинированной соды (1-10 г/л), Na3PO4 (10-20 г/л) или NaHCO3 (10-30 г/л). Щелочь добавляют через 20-30 мин после начала крашения. При непрерывном способе ткань пропитывают (плюсуют) р-ром, содержащим смачиватель (2-5 г/л), Na2SO4 (5-30 г/л), загуститель (5 г/л 10%-ного р-ра альгината Na), NaHCO3 (5-20 г/л) или кальцинированную соду (15-20 г/л) и краситель, затем отжимают, сушат (80-100°С), запаривают (101-103°С) и тщательно промывают водой. Шерсть окрашивают в р-ре, содержащем краситель, Na2SO4 (10%), выравниватель (0,5-1,5%), СН3СООН (4-5% 30%-ной к-ты), повышая т-ру от 40 до 100°С в течение 1 ч и выдерживая 1 ч при 98-100°С; 25%-ный р-р NH4OH (1-3%) вводят после охлаждения р-ра до 80°С.