Властивості волокон

Для міцної фіксації барвника волокнистим матеріалом необхідно, щоб елементарні волокна мали певну хімічну і фізичну структуру. Волокно повинно містити активні центри, на яких міг би сорбуватись барвник і мати систему субмікроскопічних пор, що утворюють розвинуту внутрішню поверхню (об'єм), на якій барвник би сорбувався в кількості, що забезпечує необхідну інтенсивність забарвлення. Ефективний об'єм і поверхня, яку волокно надає в розпорядження барвника для його дифузії і сорбції, не обов'язково існують у вихідному волокні у вигляді розвинутої системи субмікроскопічних каналів, як це має місце у випадку целюлозних, білкових і штучних целюлозних волокон. Ефективний вільний об'єм волокна може виникати безпосередньо в умовах фіксації барвника під дією температури або спеціальних препаратів-інтенсифікаторів, як це має місце у випадку термопластичних синтетичних волокон.

Залежно від хімічної і фізичної будови волокон, тобто набору і природи потенційних активних центрів, їх доступності для барвників вибираються класи і типи барвників (табл. 2.2). Цей вибір ґрунтується на врахуванні величин спорідненості барвників до активних центрів, на просторовому порівнянні молекул барвників з наявними або тими, що виникають у процесі фіксації, порами, пустотами, мікродефектами волокна. Залежно від цього реалізуються певні технологічні умови фіксації (рН середовища, температура, текстильно-допоміжні речовини), які сприяють прояву (виникненню) спорідненості барвника до волокна і покращенню доступності активних центрів.

Для управління фіксацією барвників необхідно мати інформацію про ті властивості волокон, що будуть суттєво впливати на дифузію і сорбцію барвників.

До таких властивостей волокон (крім хімічної будови), пов'язаних з їхньою фізичною структурою, слід віднести: 1) ступінь полімеризації, 2) співвідношення між кристалічними й аморфними областями волокна, 3) ступінь орієнтації, 4) внутрішню поверхню, 5) пористість, 6) термічні характеристики (температура розкладу, плавлення, розм'якшення), 7) поглинання, 8) набрякання, 9) заряд поверхні. Необхідно підкреслити, що більшість цих властивостей не залишається незмінними в умовах фіксації барвників, а зазнає цілком чи частково оборотних змін.

Хімічна будова

Варто підкреслити, що хімічна будова волокноутворюючого полімеру суттєво впливає на фіксацію барвників, визначаючи їхню спорідненість до волокна, оскільки функціональні групи елементарних ланок, кінцеві групи макромолекул, інші елементи ланцюга головних валентностей і бокових груп є потенційними активними центрами, на яких може відбуватися фізична чи хімічна сорбція барвника.

Для прикладу розглянемо макромолекулу целюлози і її елементарну ланку — ангідроглюкопіранозу. Стосовно прямих, активних, кубових, азоїдних барвників активними центрами є гідроксильні групи елементарної ланки целюлози, здатні утворювати водневі зв'язки з ауксохромними й іншими групами молекул барвників усіх перерахованих класів і ковалентні ефірні зв'язки з активними барвниками.

Залежно від будови потенційних активних центрів (табл. 2.2) вибираються різні класи барвників, і залежно від будови активних центрів і будови барвників може реалізуватися широкий набір сил взаємодії між ними — від міжмолекулярних фізичних до ковалентної хімічної. Чим багатший асортимент потенційних активних центрів волокна, тим більш різноманітні вони за хімічною природою і тим більше можливостей відкривається для вибору класів барвників при колоруванні волокон. Проте, обмежений набір потенційних активних центрів волокна різко звужує вибір класів барвників і збіднює можливості колористичного оформлення текстильного матеріалу. Найбільш багаті активними центрами, здатними зв'язувати барвники, природні білкові волокна, особливо вовна, найбільш бідні — синтетичні поліолефінові волокна.

Необхідно зазначити, що волокна природні і хімічні є технічними продуктами, і, природно, крім основного волокноутворюючого полімеру містять численні високо- і низькомолекулярні домішки різноманітної хімічної природи. Домішки ці повністю не видаляються в процесах підготовки текстильних матеріалів, а деякі з них, утворення яких пов'язане з деструктивними процесами (окислення, гідроліз і ін.), накопичуються в процесах хімічної переробки текстильних матеріалів і їх експлуатації.

Різноманітні домішки волокон у деяких випадках можуть дуже істотно впливати на швидкість, ступінь і міцність зв'язування барвника волокном. Прикладом такого впливу домішок на процеси фарбування волокон є наявність у поліефірних волокнах олігомерів, здатних при високій температурі фарбування дифундувати у фарбувальну рідину і взаємодіяти з барвниками.