1.2 Крашение полиэфирных волокон

Процесс крашения состоит из нанесения красителей на материал и фиксации красителя в волокне, в результате чего происходит облагораживание внешнего вида материала и изделий из него. Крашение сводится в одних случаях к адсорбции красителя волокном, в других – к образованию с волокном химических связей.

Процесс крашения любого волокна (кроме крашения в массе) делится на четыре стадии:

- диффузия красителя к волоку (молекулы красителя из раствора диффундируют к волокну);

- адсорбция красителя на волокно (молекулы красителя оседают на волокна);

- диффузия молекул красителя внутрь волокна (осуществляется по межмолекулярному пространству полимера);

- фиксация красителя в волокне (данные процесс необходим для прочного удержания красителя в структуре волокна, устойчивости окраски).

Крашение химических волокон зависит в первую очередь от гидрофильности или гидрофобности исходного полимера, скорости поглощения красителей и сродства красителя к волокну.

Гидрофильность волокон определяется наличием в макромолекуле полимера групп –OH, - COOH, -NH2, -CONH, -SO3H и других, придающих волокнам способность связывать воду. Поэтому гидрофильные волокна при крашении в водной среде набухают (поглощение до 150 % воды от массы волокна). Отсутствие в полимерах указанных групп придает волокнам гидрофобность. При крашении эти волокна не набухают.

Полиэфирные волокна характеризуются следующими свойствами:

- компактным строением, т.е. достаточной ориентации макромолекул вдоль оси волокна, большой плотностью упаковки и высокой степенью кристалличности;

- малым количеством активных групп для образования связи с красителем;

- сильно выраженной гидрофобностью.

В плотно упакованной структуре ПЭФ волокна не каждая молекула красителя может разместиться. Поэтому скорость диффузии красителя в глубь волокна мала по сравнению со скоростью диффузии в другие волокна. Для сокращения продолжительности крашения необходимо найти способы повышения скорости диффузии красителей в глубь волокна. Приблизившиеся к волокну молекулы красителя могут проникать в него только при наличии в его структуре свободного пространства. Эти пространства образуются в следующих случаях:

- крашение производится при нагревании. В этом случае происходит тепловое движение цепей макромолекул и тем чаще, чем выше температура окружающей среды и самого волокна. Для волокна лавсан применяют крашение при температуре 100–140 ^оС. Повышение температуры увеличивает также тепловое движение молекул самого красителя, и скорость диффузии красителя в глубь волокна увеличивается. Однако чрезвычайное увеличение температуры ухудшает гриф ткани или может привести к гидролизу эфирных связей и падению прочности волокна [8];

- для усиления диффузии красителей могут быть использованы вещества, ослабляющие связи между полимерными цепями, или вещества, вызывающие набухание, например фенолы, кетоны и другие соединения, способные сольватировать сложноэфирную связь, так называемые интенсификаторы или «переносчики». Считают, что размер молекул интенсификаторов меньше, чем молекулы самого красителя. Кроме того, интенсификатор может присоединять воду, при этом волокно набухает, что ускоряет диффузию красителя;

- молекулы красителя легче диффундируют в структуре волокна, еcли их размеры очень малы.

Наиболее широко используются периодические способы крашения полиэфирных материалов в автоклавах под давлением при температуре 120-140 ˚С. Такие технологии характеризуются высокой энергоемкостью и конструктивной сложностью оборудования, поэтому все большее внимание отводится технологиям крашения при более низких температурах.

Широкое применение нашли периодические и непрерывные способы крашения текстильных материалов из полиэфирных волокон с использованием интенсифицирующих агентов. При непрерывных способах крашения тканей из полиэфирных нитей красильная ванна содержит сложные композиции органических и неорганических соединений. Например, предлагают [9] использовать следующий состав (г/л): дисперсный краситель 5-40, мочевина 100-150, хлорид кальция или хлорид лития 5-10 % от количества мочевины, загуститель 10-20, вода до 1000. Состав позволяет повысить выход красителя на волокне, использовать дисперсные красители с низкой и средней устойчивостью к сублимации. Недостатками непрерывных способов крашение тканей являются выделение токсичных летучих веществ при термофиксации, невозможность окрашивать трикотажные полотна, а также ткани из смеси волокон, претерпевающими структурные изменения при температуре термофиксации 200-220 ˚С.

Периодические способы крашения позволяют обрабатывать любые текстильные материалы (нить, жгут, ткань, трикотажные полотна и изделия) и исключить стадию термофиксации.

Способы крашения полиэфирных волокон и нитей пытаются совершенствовать каждый день, изменяя режимы, компоненты красильных ванн и оборудование, но существует три основных процесса:

- крашение в массе на стадии производства;

- высокотемпературные способы крашение (температура выше 130 ^оС);

- низкотемпературные способы крашения (до 100 ^оС);