0. Фарбування текстильних матеріалів шляхом синтезу пігментів на волокні

Мета: вивчити фарбування текстильних матеріалів шляхом синтезу пігментів на волокні, основні терміни.

План:

1. Фарбування текстильних матеріалів шляхом синтезу пігментів на волокні.

Усі розглянуті класи барвників використовуються у ви­гляді розчинних або нерозчинних у воді забарвлених спо­лук, синтезованих на хімічних заводах. Водночас досить ці­кавою є можливість синтезу нерозчинних барвників із складових безпосередньо на волокні в умовах фарбування. В цьому випадку виключається необхідність проведення складної операції синтезу барвників і створення випускних форм на заводах-виробниках, у результаті чого дешевшає весь технологічний ланцюг: напівпродукти барвників — забарвлений текстильний матеріал.

Синтезовані на волокні забарвлені сполуки повинні мати дуже низьку розчинність у воді, в результаті чого отриму­ється забарвлення з високою стійкістю до мокрих обробок.

Складність вирішення проблем полягає у виборі таких напівпродуктів, які б відповідали комплексу вимог: досить легка дифузія в волокно і сорбція на внутрішній поверхні; висока швидкість реакції, що обумовлює синтез барвника; достатньо м‘які умови реакції, що виключає деструкцію во­локна. Висока швидкість реакції дозволяє здійснити синтез барвника за прийнятний для періодичної та безперервної технології фарбування час.

Шляхом синтезу безпосередньо на волокні отримують нерозчинні азобарвники, аніліновий чорний (чорний анілін), фталоціанінові пігменти.

Синтез на волокні нерозчинних азобарвників

Мета: вивчити синтез на волокні нерозчинних азобарвників; азоскладові; діазоскладові; основні терміни.

План:

1. Синтез на волокні нерозчинних азобарвників.

2. Азоскладові.

3. Діазоскладові.

Нерозчинні азобарвники широко використовуються при фарбуванні целюлозних і гідратцелюлозних волокнистих матеріалів, рідше — для білкових і синтетичних волокон.

Нерозчинні азобарвники утворюються безпосередньо на волокні в результаті реакції азосполучення азоскладової з діазоскладовою, кожна із яких окремо не має забарвлюючої здатності. Суть методу утворення нерозчинних азобарвни­ків на волокні полягає в тому, що текстильний матеріал об­робляють лужним розчином азоскладової, а потім пропускають через розчин діазосполуки, де відбувається реакція азосполучення, в результаті якої на волокнистому субстра­ті утворюється нерозчинний у воді азопігмент. Завдяки цьому забарвлення нерозчинними азобарвниками відзнача­ється високою стійкістю до мокрих обробок. Перевагою цього способу є можливість отримання на текстильних ма­теріалах яскравого забарвлення широкої гами кольорів, у тому числі складних глибоких відтінків. Як недолік слід відмітити низьку стійкість забарвлення до тертя.

Утворення барвників на волокні відбувається за такою схемою:

R-ONa + R₁-N⁺ Cl^- → R₁-N=N-R-OH + NaCl

N

Азоскладова Діазоскладова Барвник

Спосіб фарбування з використанням нерозчинних барв­ників не трудомісткий, але його здійснення вимагає ретель­ного виконання всіх технологічних параметрів. Цей метод на практиці часто називають холодним або льодяним фар­буванням у зв'язку з тим, що в більшості випадків процес азосполучення з найкращими результатами відбувається при низькій температурі (охолодженні) і для стійкості роз­чини діазосполук охолоджують льодом. Однак ця назва застаріла, так як більшість барвників отримують при нормаль­ній температурі.

Азоскладові, які випускаються для текстильної промис­ловості, називаються азотоли. Більшість використовуваних на сьогодні азотолів є похідними (β-оксінафтойної кислоти, загальна формула яких така:

де R — ароматичне ядро.

Азотоли нерозчинні у воді і переходять в розчин тільки в присутності гідроксиду натрію у вигляді азотолятів:

-OH -ONa

+ NaOH → + H₂O

-CONH-R -CO-NH-R

азотол азотолят

Азотоляти натрію проявляють спорідненість до целюло­зи, здатні вибірково поглинатись волокном і утворювати во­дневі зв'язки з гідроксильними групами целюлози:

R - N - C - R₁ R - N - C - R₁

H O → H O

Цел - O - H Цел - O H

Крім водневих зв'язків, між азотом і целюлозним воло­кном діють сили Ван-дер-Ваальса, які доповнюють і підси­люють дію перших. Спорідненість азотолів до целюлозного волокна залежить від їх структури і зростає із збільшенням молекулярної маси. Поглинання азотолятів целюлозним волокном залежить від температури, концентрації електро­літів і ПАР.

Уведення в ванну електролітів збільшує вибирання азо­толятів, однак, на практиці хлорид натрію додають лише при періодичних способах фарбування. Присутність диспергаторів у розчині полегшує адсорбцію азотолятів волокном. Підвищення температури знижує вибирання азотолів.

Розчини азоскладових можуть бути отримані двома спо­собами: гарячим і холодним.

Гарячий спосіб. Азотол затирають з диспергуючою речо­виною і розчином лугу (NаОН), потім в отриману пасту по­ступово додають пом'якшену гарячу воду (50—60°С) до пов­ного розчинення азотолу, тобто до отримання прозорого розчину жовтого кольору.

Холодний спосіб. Азотол замішують в пасту з денатуро­ваним етиловим спиртом, потім додають їдкий натрій, роз­мішують і розводять холодною водою. Робоча концентрація азотолів у розчині складає 6—13 г/л.

Діазоскладовими називаються діазотовані основи (азоаміни) і солі відповідних їм стабілізованих діазосполук (діазолі).

Для отримання розчинних у воді діазосполук нерозчин­ні азоаміни піддають реакції діазотування в розчині NаNO₂ і мінеральної кислоти. Діазосполука утворюється у формі іона діазонію:

+

Аr-N Сl^-

N

Розчини солей діазонію нестійкі, тому їх отримують при температурі не вище 5°С.

У текстильній промисловості використовують виключно готові солі діазонію в формі стійких подвійних солей — діазолей. Для їх отримання найчастіше використовують хло­ристий цинк. Він утворює з хлористим діазонієм стабільну сполуку, яка виділяється в сухому вигляді шляхом висолю­вання хлористим натрієм або упарюванням під вакуумом:

+

[Аr-N Сl^-] ZnCl₂

N

Слід зазначити, що при високому значенні рН (12 і вище) в розчині замість активної діазосполуки у вигляді катіона діазонію Аr - N

N

з'являються відповідні неактивні форми: антидіазогідрат Аr – N

N-ОН

і антидіазотат Аr - N

N-ONа

При роботі з діазолями слід враховувати що вони, як і інші діазосполуки, в сухому стані вибухонебезпечні (особли­во при підвищених температурах). Концентрація діазолей у робочих розчинах складає 20—40 г/л.

Незалежно від відмінностей у хімічній будові діазолей спосіб їх використання однаковий: для сполучення з азоскладовою діазоль достатньо розчинити у воді і створити оптимальне значення рН середовища.

Утворений у результаті електролітичної дисоціації каті­он діазонію не має спорідненості до целюлози, але досить легко вступає в реакцію азосполучення з азотолятом натрію, раніше фіксованим на волокні, що дозволяє отримати на текстильному матеріалі стійкий азопігмент:

N=N-Ar

-ONa Ar-N Cl^- -OH

+ N → + NaCl

-CONH-R -CO-NH-R

Реакцію азосполучення звичайно проводять при пониже­них температурах (від 0 до 25—30°С). Утворення азопігменту на волокні найчастіше відбувається з високою швидкіс­тю, яка, однак, залежить від природи азо-, діазокомпонентів і рН середовища.

Діазолі, що випускаються вітчизняною промисловістю, за швидкістю сполучення поділяються на чотири групи. Діа­золі оранжеві, червоні, рожеві, бордо мають високу швид­кість сполучення, найнижчою швидкістю характеризуються діазолі сині, фіолетові, чорні. Для більшості азотолів і діазолів реакція азосполучення на волокні закінчується протя­гом 1—2 хв. Короткочасна обробка тканини в запарній ка­мері підвищує вихід пігмента на волокні.

Азосполучення можливе при рН 6-11. При рН<6 відбу­вається перехід азотолята на текстильному матеріалі в неактивну форму; при рН>11 в розчині замість активної діазосполуки у вигляді катіона діазонію А - N або

N Ar - N

синдіазогідрату HO - N можуть з'явитись відповідні неактивні форми — антидіазогідрат і антидіазотат.

Для кожної групи діазолів визначені оптимальні значен­ня рН середовища. Ці значення знаходяться в кислій обла­сті для високоактивних діазоскладових і слаболужній — для малоактивних діазосполук.

Для створення оптимального середовища сполучення в розчині діазоля мінеральну кислоту безпосередньо перед його використанням нейтралізують ацетатом натрію. Далі в розчин вводять невелику кількість слабкої органічної ки­слоти (оцтової), яка необхідна для нейтралізації лугу, що заноситься в діазорозчин азотольованою тканиною.

Для підвищення інтенсивності забарвлення в розчин діазо­лів додають змочувачі (1-3 г/л), попередньо розчинені у воді.

Фарбування бавовняних і віскозних тканин утворенням на волокні нерозчинних азобарвників здійснюють безпере­рвним способом.

Технологічний процес складається із таких операцій:

1. Просочування матеріалу лужним розчином азотолу при 60—70°С з подальшим віджиманням до 65—70 %.

2. Висушування текстильного матеріалу з подальшим охолодженням.

3. Просочування тканини розчином діазолю при 20°С і віджимання.

4. Короткочасна обробка в запарній камері (5—10 сек.)

5. Промивання тканини водою (20°С), розчином миючої речовини (1-2 г/л) при 70-80°С, гарячою водою (70°С).

6. Висушування забарвленого матеріалу.

Ретельне промивання тканини, забарвленої нерозчинними азобарвниками, в тому числі обробка гарячими розчинами син­тетичних миючих речовин, сприяє не тільки видаленню пігменту з поверхні волокна, але як і при фарбуванні кубови­ми барвниками, призводить до кристалізації молекул забарвле­ної речовини всередині волокнистого матеріалу. В результаті покращується відтінок забарвлення, підвищується стійкість його до тертя, а для деяких азотолів і діазолів — і до дії світла.