А. А. Буринская, В. Кхаддур, С.А. Захаренков
Санкт-Петербургский
Государственный университет технологии и дизайна
Крашение текстильных
материалов в присутствии свободно-радикальных интенсификаторов.
В значительной мере
экономичность и экологическая безопасность технологии отделки текстиля
определяют конкурентоспособность продукции.
Поэтому повышается актуальность разработки новых технологий переработки
и колорирования текстильных материалов
Способы
колористических отделок различных тканей с использованием интенсифицирующих добавок предоставляют возможность получения прочных и интенсивных окрасок при
расходовании меньшего
количества красителя и, в отдельных случаях, исключения стадии закрепления окрасок.
Для более
полного использования красителей и получения требуемых показателей качества
окрашенных текстильных материалов необходимо создать условия для набухания волокна и наиболее легкой диффузии
красителя вглубь полимера, исключения
возможной ассоциации красителя, изменения поверхности окрашиваемого материала и
количества активных центров и т.п. Эти условия
могут обеспечить использование редокс-систем в процессе крашения [1,2,3] и содержащиеся в красильной ванне интенсификаторы. В данной работе
в качестве интенсификаторов крашения используются окислительно-восстановительные системы (ОВС) типа
персульфат аммония - восстановитель, где восстановитель — это: этиленгликоль,
глюкоза или пропантриол 1, 2,3.
Осуществлялось крашение
вискозного штапельного полотна арт. 72110 красителем прямым красно-фиолетовым 2КМ в присутствии окислителя и в присутствии
восстановителя в соответствии со стандартной методикой [4]. Содержание красителя
2 % от массы текстильного материала, в условиях периодического способа, а также
при совместном использовании восстановителя
и окислителя, то есть редокс-системы. Известно [5], что разложение персульфата
аммония и системы персульфат аммония - восстановитель и их воздействие на
целлюлозу и краситель могут протекать по стадиям следующим образом (в данном
примере в качестве восстановителя представлен этиленгликоль):
1) Разложение персульфата аммония S2O82-→2SO4-•; SO4-•+H2O →H+
+ SO42- + HO•
2) ЭТ—ОН + HO• → H2O + ЭТ—О•
3) Целл—ОН + HO• → Целл—О• + H2O или ЭТ—ОН, или ЭТ—О•
4) Кр—Н + HO• → Кр• + H2O или ЭТ—О•,
или ЭТ—ОН
5 ) Целл—О• + Кр• → Целл—О— Кр
Интенсивность окраски оценивали путем
измерения коэффициента отражения окрашенных образцов и характеризовали функцией Гуревича-Кубелки-Мунка (ГКМ) [4].
Установлено, что интенсивность
окраски при использовании редокс-системы
выше, чем без добавок и отдельного использования окислителя или восстановителя.
Для выбора оптимальных концентраций
редокс-систем их содержание в растворе варьировалось
в соответствии со стехиометрическими соотношениями по уравнениям окислительно-восстановительных
реакций. Редокс-систему использовали
в предварительной обработке текстильного материала, то есть перед крашением (t 800С,
продолжительность обработки 15 минут), и при одновременном введении с красителем
в раствор.
Установлено, что в качестве оптимального для систем персульфат
аммония-этиленгликоль и персульфат аммония–пропантриол 1,2,3 можно считать соотношение компонентов 2:1, а для
системы персульфат аммония - глюкоза наилучшие результаты получены при
соотношении компонентов 1:1. Причем, наиболее эффективной оказалась предварительная
обработка текстильного материла с ОВС.
При определении оптимальной концентрации редокс-системы ее варьировали от 0,0225 до 0,225 г/моль. В табл. 1.
и на рис. 1 представлены данные по интенсивности краски в случае использования
в качестве восстановителя этиленгликоля.
Таблица 1. Функция ГКМ и коэффициент отражения при
использовании ОВС (персульфат
аммония - этиленгликоль) при крашении
прямым красно-фиолетовым 2КМ
|
Концентрация ОВС (г/моль): |
Коэффициент отражения R,% |
Функция ГКМ (K/S) |
||
|
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
|
|
(0,015+0,0075) (0,03+0,015) (0,06+0,03) (0,09+0,045) (0,12+0,06) (0,15+0,075) |
17,1 11,1 13,8 14,3 15,4 13,7 |
18,2 14,1 15,4 16,1 15,8 17,7 |
2,026 3,56 2,692 2,568 2,324 2,718 |
1,867 2,617 2,324 2,186 2,244 1,913 |
|
Без интенсификатора |
20,6 |
1,5302 |
||
Рис. 1 – Влияние концентрации ОВС (персульфат
аммония - этиленгликоль) на сорбцию вискозной ткани красителя прямого красно–фиолетового
2КМ
Аналогичные зависимости наблюдались и
при использовании редокс-систем персульфат
аммония-1,2,3 – пропантриол и персульфат аммония – глюкоза. Анализ полученных результатов
(табл.1,2,3) показал, что использование
окислительно-восстановительной системы значительно улучшает накрашиваемость вискозного субстрата при крашении прямым красно-фиолетовым 2КМ, по сравнению с крашением без добавок. Об этом
свидетельствует увеличение значений функции ГКМ и уменьшение коэффициента отражения окрашенных с
использованием редокс–системы
образцов. Причем, наилучшую эффективность воздействия редокс-систем на накрашиваемость оказывает
предварительная обработка ими материала.
Таблица 2. Функция ГКМ и коэффициент
отражения для обработок ОВС (персульфат
аммония – глюкоза)
при крашении прямым красно-фиолетовым 2КМ
|
Концентрация
ОВС (персульфат
аммония – глюкоза), г/моль |
Коэффициент отражения R,% |
Функция ГКМ (K/S) |
||
|
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
|
|
(0,0075+0,0075) (0,015+0,015) (0,03+0,03) (0,06+0,06) (0,075+0,075) (0,15+0,15) |
16,8 11,2 12,1 12,5 13,9 15,1 |
17 13,6 14,3 15,5 16 18,7 |
2,060 3,520 3,198 3,062 2,667 2,387 |
1,93 2,744 2,568 2,303 2,202 1,767 |
|
Без интенсификатора |
20,6 |
1,5302 |
||
Таблица 3. Функция ГКМ и коэффициент отражения для
обработок ОВС (персульфат
аммония -1,2,3 пропантриол) при крашении
прямым красно-фиолетовым 2КМ
|
Концентрация
ОВС (персульфат аммония - 1,2,3 пропантриол), г/моль |
Коэффициент отражения R,% |
Функция ГКМ (K/S) |
||
|
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
Предварит. обработка ОВС |
Одновременное введение ОВС |
|
|
(0,015+0,0075) (0,03+0,015) (0,06+0,03) (0,09+0,045) (0,12+0,06) (0,15+0,075) |
17,3 12,4 12,8 13,3 13,2 14,6 |
17 14,4 16,1 17 17,1 17 |
1,976 3,097 2,97 2,826 2,854 2,498 |
1,93 2,544 2,186 2,026 2,009 2,026 |
|
Без интенсификатора |
20,6 |
1,5302 |
||
Спектральные характеристики вискозного материала,
окрашенного в присутствии редокс-систем определяли на спектрофотометре ф. «Greatag Macbeth».
Спектральные характеристики
подтвердили, что интенсивность окраски волокнистого материала с использованием интенсифицирующих добавок выше,
чем у образца, окрашенного без добавок, причем в результате не произошло изменения в хромофорной
системе красителя, о чем свидетельствует отсутствие батохромных и гипсохромных
сдвигов, а наблюдается лишь гиперхромный
эффект, т.е. не изменяется оттенок цвета полученных окрасок, что важно при крашении
вискозных текстильных материалов в заданный цветовой тон.
При исследовании влияния температуры крашения вискозного текстильного материала в
присутствии интенсифицирующей добавки осуществляли варьирование температурных
режимов крашения при: 40, 60, 80, 100 0С.
Установлено, что максимальная накрашиваемость субстрата наблюдается при
температуре – 600С. Это позволяет снизить температуру крашения в
среднем на 200С (по
сравнению с базовым режимом 800С) для всех исследуемых редокс-систем.
При выборе оптимальной продолжительности
крашения исследовали кинетику выбирания красителя. Продолжительность крашения при
этом варьировали от 15 до 90 мин. Установлено, что максимальное выбирание
красителя наблюдается в течение первых 45 – 60 минут крашения. Дальнейшее
увеличение продолжительности крашения не повышает сорбцию красителя. Таким
образом, при использовании редокс-систем можно сократить время крашения в
среднем на 15 минут. Причем,
установлено, что повышается прочность окрашенного
вискозного материала к раствору мыла, она составляет 4/4/4 балла (при крашении без интенсификатора 4/3/3,
соответственно).
Сделаны микрофотографии поперечных срезов окрашенных волокон, которые
свидетельствуют о повышении диффузии красителя в волокно, т.е. получении более
глубокого прокрашивания полимерного субстрата.
Полученные результаты по накрашиваемости, глубине
прокраса, прочности окрасок к воздействию мыльных растворов могут служить косвенным подтверждением имеющихся в
литературных источниках данных о возможной ковалентной фиксации некоторых
прямых красителей целлюлозным субстратом при использовании в технологии
крашения окислительно-восстановительных систем [5].
Литература:
1. Петрова О.В. Кинетика сорбции кислотных и
активных красителей шерстяным волокном в присутствии
окислительно-восстановительных систем / О.В. Петрова, В.В.Котецкий,
А.А.Буринская // Журнал прикладной химии. - 2004. - №5.
2. Пат. № 22112665 РФ. D 06 Р 3/14 / Способ крашения
текстильных материалов /Буринская А.А., Петрова О.В., Могильная Л.Н., Гусаков
А.В. - заяв. № 200112038 от 20.07.01, опубл. 27.08.03.
3.
Буринская А.А., Никифорова С.М., Кхаддур В. Крашение гидратцеллюлозного материала
прямыми красителями в присутствии редокс-системы "пероксид водорода -
этиленгликоль". //Дизайн. Материалы. Технология. - 2009 - № 4 (11) .
4.
Лабораторный практикум по химической технологии текстильных материалов /Под
ред. Г.Е. Кричевского. – М.. 1995 – 397 с.
5. S.A.
Abdel –Hafiz. Fixation of a direct dye on cotton using a cellulose
thiocarbonate/ ammonium persulphate system ,// JSDC Volume 113 May/June 1997,
P. 170-173