Лако-красочные материалы — производство

Крашение текстильных материалов представляет собой слож­ный физико-химический процесс, в результате которого волокна более или менее прочно окрашиваются красителями. Крашение, как правило, проводят в водной среде. Условно процесс краше­ния можно разделить на следующие стадии.

1. Диффузия красителя в растворе к поверхности волокна. Этот процесс при перемешивании красильного раствора уско­ряется во много раз. На процесс диффузии влияют также струк­тура, характер и свойства самого красителя. При растворении
в воде краситель находится в растворе в виде отдельных моле­кул или их агрегатов. Кроме того, поскольку краситель является электролитом и, следовательно, может диссоциировать, в рас­творе присутствуют также его ионы и агрегаты ионов.

Чем меньше частицы красителя в растворе, тем быстрее бу­дет идти процесс диффузии. На скорость диффузии влияет так­же концентрация красителя в растворе, температура раствора и присутствие электролитов (нейтральных солей —NaCl, Na2S04 и др.).

2. Адсорбция красителя поверхностью волокна. Предпола­гается, что причиной адсорбции является силовое поле на по­верхности волокна. В адсорбции участвует не только внешняя, но и внутренняя поверхность волокна. Внутренняя поверхность обладает различной степенью доступности для частичек адсор­бируемого красителя. Кроме того, поверхность волокна неодно­родна и имеет участки с разной активностью. Поэтому в про­цессе крашения создаются такие условия, при которых обеспе­чивается равномерная адсорбция частиц красителя по всей внешней и внутренней поверхности волокна. Адсорбция проте­кает практически мгновенно.

3. Диффузия красителя внутрь волокна. Диффузия требует длительного времени и фактически определяет продолжитель­ность процесса крашения. Диффузия в волокне происходит при­мерно в 10 000 раз медленнее, чем в воде. Решающее влияние на скорость диффузии оказывают характер и свойства волокна, структура и свойства красителя. Вообще по своей структуре во­локна малодоступны для проникания частиц красителя, но при набухании радиус микропор увеличивается, а следовательно, увеличивается и доступность волокна. Структура целлюлозных и белковых волокон такова, что диффузия красителя протекает в течение 1—2 ч при температуре до 100° С. Синтетические во­локна имеют очень плотную упаковку молекул и в воде практи­чески не набухают. Чтобы «разрыхлить» синтетические волокна, крашение проводят при температуре выше 100° С или исполь­зуют «переносчики» [40], молекулы которых меньше молекул кра­сителей. Переносчики адсорбируются волокном и вызывают его набухание, расширяя таким образом поры и капилляры волокна, и, следовательно, облегчая диффузию красителя. В присутствии
переносчиков крашение проводят при температуре не выше 100°С. Определенное значение играет также характер и вели­чина заряда волокон. В нейтральных и щелочных водных рас­творах волокна имеют обычно отрицательный заряд. В кислых растворах белковые и прлиамидные волокна приобретают по­ложительный заряд.

Если учесть, что частицы красителей также имеют заряд, то, несомненно, проникание их внутрь волокна будет облегчаться, если заряды волокна и красителя бу^ут разноименными.

Диффузия красителя в волокно — явление очень сложное и еще недостаточно изученное.

4. Фиксация красителя волокном. Фиксация является послед­ней стадией процесса крашения и осуществляется за счет тех или иных связей. Предполагается, что краситель удерживается на волокне как физическими, так и химическими силами взаимо­действия. Доля участия этих сил различна для разных волокон и классов красителей. В зависимости от сил, фиксирующих кра­ситель на волокне, в широких пределах зависит прочность окра­сок к действию света, мокрых обработок, к трению и т. д. Все виды связей, возникающих между молекулами или ионами кра­сителя и волокном, условно можно разделить на следующие:

А) Ван-дер-Ваальсовы связи, осуществляемые за счет меж­молекулярных сил притяжения между электрически нейтраль­ными молекулами или участками молекул; эти силы прояв­ляются, например, при крашении синтетических волокон дис­персными красителями;

Б) водородные связи, осуществляемые за счет соединения двух отрицательно заряженных атомов (чаще всего кислорода и азота) при помощи атома водорода. Примером водородной связи может служить связь между группами — ОН целлюлозы и группами — NH и СО прямых красителей, которая представ­лена на схеме:

Целлюлоза

II—О

Равное положительной валентности атома, а другие атомы (от­рицательные) присоединяют некоторое количество электронов, равное отрицательной валентности атома. В образовании кова — лентной связи участвуют внешние электроны вступающих в сое­динение атомов, образуя так называемые валентные пары.

Примером ионных связей являются ионные связи, возникаю­щие между анионом кислотного красителя и положительными центрами белковых или полиамидных волокон. Эти волокна со­держат основные группы и, в первую очередь, аминогруппу (—NH2). Крашение ведут в кислой среде, которую создают до­бавлением уксусной кислоты. Взаимодействие волокна с кисло­той идет по определенной схеме (В-волокно) и приводит к обра­зованию соли

■ + ‘ [41]

H3N—B-COCf f СН, СОСГ И —*-H.,N — B-GOOII f СН3СОО"

Диссоциация этой соли дает волокну избыточный положи­тельный заряд. Как соль сильной кислоты и сильного основания, краситель в водной среде диссоциирует на окрашенный анион KpS03~ и бесцветный катион Na+. Окрашенный анион краси­теля устремляется к положительным центрам волокна, вытесняя анион кислоты (СН3СОО~)

+ ,

CH3COO~-H3N-B— СООН + KpSO. r + Na ———————- У

+

—у — KpS03 ii3n — В-СООН + CH3 COONa

Таким образом, при фиксации красителя происходит реакция солеобразования между волокном как основанием и красителем как кислотой *.

Ковалентные связи имеют место при крашении целлюлоз­ных волокон активными красителями. Крашение идет по схеме:

Целлюлоза —О!1 + CI —KpSO, Na

-—У — Целлюлоза—О — К р s03Na + HCI Крашение проводят в щелочной среде.