Лако-красочные материалы — производство

Если каменный уголь подвергать нагреву без доступа воз­духа, он превращается в кокс. При этом выделяются газообраз­ные продукты (коксовый газ) и получается каменноугольная смола. В каменноугольной смоле содержится до 300 различных ароматических продуктов, которые и являются сырьем для по­лучения красителей.

Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол, фенол, пиридин, антрацен, фенантрен, нафталин и др.), получаемые из каменноугольной смолы, а также из нефти, получили в синтезе красителей название исходных веществ.

IV

Большое разнообразие красителей и многостадийность их синтеза определили необходимость производства промежуточ­ных продуктов. На заводах промежуточного синтеза из исход­ных веществ получают промежуточные продукты путем сульфи­рования, нитрования, нитрозирования, галоидирования, образо­вания аминогруппы восстановлением, образования оксигруппы, диазотирования, алкилирования, арилирования, ацилирования, восстановления не содержащих азота групп, окисления, пере­группировки и конденсации. Число промежуточных продуктов гораздо больше числа исходных ароматических веществ. К чи­слу наиболее известных промежуточных продуктов относятся: анилин (ГОСТ 313—58)—I; 4-аминоанизол или анизидин (ГОСТ 10105—62)—//; 4-аминотолуол или —толуидин (ГОСТ 9729—61)—///; гидрохинон (ГОСТ 2549—44)-/V; динитрохлор — бензол (ГОСТ 625—66) —V; антрахинон (ГОСТ 9977 — 62) — VI; ангидрид фталевый (ГОСТ 7119—54)-VII; ангидрид малеи — новый (ГОСТ 11153—65) — VIII; аш-кислота, мононатриевая соль 1-амино-8-нафтол-3,6-дисульфокислоты (ГОСТ 4397— 48) — IX; гамма-кислота, 2-амино-8-нафтол-6-сульфокислота (ГОСТ 10544—63) —X и другие.

И

Ill

Из одного или нескольких промежуточных продуктов синте­зируют красители. В зависимости от характера промежуточных продуктов и условий синтеза получают красители различного химического состава и цвета.

Например, схема получения красителя конго красного со­стоит из следующих стадий.

I. Получение из бензола бисдиазодифенила: 1) реакция нитрования проводится нитрующей смесью (смесь азотной и серной кислот) при температуре 40—50° С:

+ НоО

2) реакция восстановления проводится в щелочной среде (в качестве восстановителя используются: цинковая пыль, амальгама натрия или железо в виде чугунных стружек):

N02+ ЮН2->- + 4 Н20

VIII

HO, S

H03S

IX

3) реакция перегруппировки происходит под влиянием сер­ной или соляной кислоты; при этом гидразобензол переходит в бензидин:

H,N—

4) реакция диазотирования проводится обычно при темпера­туре от 0 до 2° С действием нитрита натрия NaN02 на раствор бензидина в соляной кислоте

N1I2 + 2 NaNU2 + 4 HCI

: + 2 NaCI + 4 11.,О

II. Получение из нафталина нафтионата натрия:

HN03———— *-

«-нитроиафталнн

+ Н..О

1) реакция нитрования:

N0′,

(X)

А) реакция восстановления:

4) реакция нейтрализации:

S0.H

2 | У I J — Ма2СО, ———— 2 || I + СО; + Н20 J u ЧЛ/

SOjNa мафтионат натрия

N0,

Ос — нафтиламин

3) реакция сульфирования:

NH)

III. Реакция азосочетания: SOaNa SQ3Na Краситель конго красиыЯ

Реакция сочетания бисдиазофенила с нафтионатом натрия про­водится в щелочной среде (раствор соды) при температуре 28— 55° С.

После образования краситель высаливают поваренной солью при температуре 60—65° С, а затем отфильтровывают.

В качестве другого примера получения красителя можно при­вести схему получения индиго, одного из самых распространен­ных красителей. Первый синтез индиго был осуществлен А. Бай­ером в 1870 г. Однако в промышленности нашел применение натрийамидный синтез, предложенный А. Гейманом.

Получение индиго по синтезу А. Геймана состоит из следую­щих стадий.

I. Получение калиевой соли фенилглицина из анилина:

1) — получение гидрата закиси железа при взаимодействии растворов железного купороса и едкого натра:

1ч-SO., + 2 Na OH=Fe(OH), + Na2S04

2) получение железной соли монохлоруксусной кислоты:

2 CH2CICOOH + Fe(OH)2 * = 6°° > (CH2ClCOO)2Fc + 2 Н20

Ю Заказ № 2217 2 73

3) реакция алкилирования анилина:

21 (CH2CiCOO)2 Fe + Fe(OH)2 , = 9°"U5°

Nh2

HCHoCOO

Fe + FeCln + 2 H20

Фенилглищшат железа

Фенилглицинат железа выпадает в осадок и его отфильтро­вывают;

4- fe(oh)2

У/Ч

4) получение калиевой соли фенилглицина:

1 = 95-97

Fe + 2 КОН

Niich2coo

Nhcfljcook фенилглицинат калия

Раствор калиевой соли фенилглицина отфильтровывают от гид­рата закиси железа, затем выпаривают и фенилглицинат калия высушивают.

II. Получение соли индоксила:

1) получение конденсирующего агента-натрийамида дей­ствием аммиака на расплавленный металлический натрий (тем­пература реакции 340—400°С):

2 Na + 2 NH3=2 NaNh2 + Н2

2) реакция конденсации проводится при температуре 180— 200° С и в технике называется индоксиловым плавом:

ОК

+ NaN 11.

СН + NaOH + NH3

NHCHjCOOK

Калиевая соль индоксилг

Ш. Получение красителя индиго:

Окисляя калиевую соль индоксила кислородом воздуха при тем­пературе около 70° С, получают индиго:

Технические красители выпускают большей частью в виде по­рошков или паст. Они не являются химически чистыми продук­тами и содержат минеральные и органические примеси. Техниче­ские красители, растворимые в воде, содержат 50—60% крася­щего вещества. Технические красители, не растворимые в воде (кубовые и дисперсные), содержат 15—40% красящего веще­ства, а также диспергаторы, смачиватели, вещества, способ­ствующие растворению красителя, предохраняющие пасты от высыхания, замерзания и т. д.

Кроме того, в техническом красителе всегда содержится гиг­роскопически связанная вода в пределах от 1 до 8%.

Чаще всего краситель выпускается в виде сухого порошка стандартного качестда. Для подготовки такого красителя к вы­пуску проводят выпускные операции, включающие отжим полу­ченной в производстве пасты, сушку, размол и так называемую «установку на тип».

Отжим производят с целью уменьшения влажности пасты красителя для ускорения сушки и снижения потерь тепла при сушке. Иногда отжим проводят для повышения крепости краси­теля и улучшения его оттенка, так как при отжиме удаляются и примеси, загрязняющие краситель. Чаще всего проводят от­жим паст азокрасителей. Относительная влажность отжатых красителей составляет 35—55%. Красители отжимают на фильтрпрессах и гидравлических прессах различных конструк­ций.

Окончательно удаление влаги из пасты красителя произво­дится с помощью сушки. Остаточная влажность красителей по­сле сушки составляет большей частью 3—5%. Сушка является одной из важнейших выпускных операций, ее следует проводить в строго определенных для каждого красителя условиях, так как некоторые синтетические красители при высоких температу­рах разлагаются и теряют свои красящие свойства. Темпера­тура, при которой начинается разложение красителя, называется предельной температурой сушки. Для разных красителей она колеблется в широких пределах — от 50 до 250° С.

Для сушки красителей применяют два основных типа суши­лок: камерные и контактные[42]. Камерные (газовые) сушилки делятся на циркуляционные, ленточные, гребковые непрерывно — действующие, распылительные и др. В свою очередь, контактные сушилки делятся на гребковые вакуум-сушилки, двухвальцовые атмосферные и вакуум-сушилки и т. д.

Сушка красителей — процесс длительный и занимает почти столько же времени, что и процесс синтеза.

Высушенный краситель получается чаще всего в виде твер­дых кусков, которые необходимо измельчить для достижения од­нородности и удобства применения. Для этого производят раз­мол красителей в мельницах разных конструкций. Выбор типа мельницы зависит как от величины кусков поступающего краси­теля, так и от требуемой тонкости помола. В промышленности красители размалывают на конических мельницах, вальцовых, ударно-центробежных с одним вращающимся диском (дисмем — браторы) и с двумя (дезинтеграторы), шаровых и коллоидных мельницах, а также на вибрационных измельчителях и т. д.

Отдельные партии измельченного красителя отличаются друг от друга по оттенку, по накрашивающей*способности (крепо­сти) и т. д.

Для придания красителю определенных, предусмотренных стандартом (ГОСТ или ТУ) свойств, его подвергают операции, которая называется «установка на тип». Операция заключается в подгонке свойств полученного красителя к свойствам стандарт­ного красителя («типа») и включает в себя:

1) получение однородного продукта из нескольких партий красителя одной марки;

2) подгонку оттенка путем смешивания с другим красителем («подцветка»);

3) ослабление накрашивающей способности путем смешива­ния с размолотой поваренной солью или сульфатом натрия;

4) получение «смесовых» марок красителей.

Эту операцию производят во вращающихся смесовых бара­банах, контролируя пробными выкрасками. Если выкраска по­лученного красителя одинакова с выкраской стандартного краси­теля, то крепость его считают 100% от типового. Удобными для перерасчета являются крепости 125, 150, 200 и 250%-ные по сравнению с «типом». Но оценка выпускаемого красителя по пробным выкраскам (сравнительное окрашивание) является субъективной. Поэтому в настоящее время все большее распро­странение получает количественная оценка красителей, произво­димая спектрографическим методом.

Другим весьма важным показателем качества красителей является прочность окраски к различным воздействиям.

Под прочностью окраски подразумевают ее устойчивость к физико-химическим воздействиям, приближающимся к тем, которым подвергаются окрашенные волокна в условиях произ­водства (валка, заваривание и т. д.) и при эксплуатации (дей­ствие света, воды, пота, стирки, химической чистки, глажения и т. д.).

Для оценки прочности окрасок разработаны нормы устойчи­вости (ГОСТ 913—65) и стандартные методы испытаний (ГОСТ 9738—61). Прочность окраски определяют по изменению перво­начальной окраски испытываемого образца и по степени закра­шивания белого образца, испытываемого вместе с окрашенным. Прочность окраски к различным воздействиям оценивают путем сравнения с соответствующими шкалами — эталонами по пяти­балльной, а прочность к воздействию света —по восьмибал­льной системе, причем балл 1 означает низшую, а балл 5 (или 8) — высшую прочность окраски. Запись оценки прочности окраски производят обычно тремя цифрами, например, 4/2/6. Первая цифра означает оценку изменения первоначальной ок­раски, вторая — оценку степени закрашивания белой ткани из того же волокна, что и испытуемый образец, третья — оценку степени закрашивания белого образца из другой ткани. Если при испытании изменилась не только интенсивность окраски, но и ее оттенок, то изменение оттенка указывают первой буквой получившегося цвета. Например, если окраска стала желтее — ж, краснее—к, синее — с и т. д. Кроме того, буква я означает, что окраска стала ярче; т — тупее, р — означает, что окраска разрушилась. По нормам устойчивости окраски ткани делят на три группы: с особо прочным, прочным и обыкновенным краше­нием. Следует отметить, что прочности окрасок нормируются с учетом условий носки тканей. Так, например, ткани для нижнего белья должны иметь высокую прочность окрасок к поту и стирке, а ткани для верхней одежды — к трению и све — топогоде и т. д.

Наряду со специальными испытаниями проводят также и общие, например, определяют внешний вид, степень измельче­ния, содержание основного вещества, примесей и т. д.

Для органических красителей установлена стандартная упа­ковка по ГОСТ 6732—53 с изменениями, внесенными в стандарт в марте 1958 г.

Порошкообразные красители, за исключением самовозгораю­щихся, насыпают в мешки из плотной бумаги, затем мешки тщательно завертывают и упаковывают в деревянные барабаны. Вес брутто барабана с красителем не должен превышать 80 кг. Пастообразные красители упаковывают в герметичные бидоны емкостью до 50 л, изготовленные из листовой стали. Порошко­образные и пастообразные красители, способные самовоспламе­няться, упаковывают в герметичные барабаны емкостью не бо­лее 100 л, изготовленные из листовой стали толщиной не менее 0,5 мм.

Упакованные красители маркируют в соответствии с «Прави­лами построения наименований синтетических красителей», раз­работанными в 1961 г. Научно-исследовательским институтом органических полупродуктов и красителей (НИОПиК), в основу которых положены принципы, изложенные в следующем разделе.