3.3.3. Крашение и печатание кубовыми красителями

Льняная и хлопчатобумажная отрасли текстильного производства не могут существовать без кубовых красителей. Использование их обеспечивает выпуск высококачественных изделий, особенно столового и постельного белья с пестротканым рисунком. Хлопчатобумажная промышленность широко применяет кубовые красители и в крашении, и в печати, особенно при колорировании тканей для военной униформы, так как ни один другой класс красителей не обеспечивает столь высоких качественных показателей окраски. Поэтому мировой процент потребления кубовых красителей в отделочном производстве значительно превышает аналогичный показатель для прочих классов красителей.

Кубовые красители нерастворимы в воде, поэтому они сорбируются волокном только после перехода в растворимую форму – натриевую соль лейкокислоты кубового красителя. После поглощения ее волокном краситель вновь переводят в нерастворимый пигмент непосредственно на волокне. Такая схема обеспечивает получение на тканях окрасок высокой прочности и широкой цветовой гаммы.

По химическому строению кубовые красители относятся к различным классам органических веществ, но общим для них является наличие в молекуле минимум двух карбонильных групп, атомы углерода которых принадлежат ароматическим ядрам. Общую формулу кубовых красителей можно записать в виде: R > C =O.

Для перевода красителей в растворимую форму их восстанавливают в щелочной среде. Происходящие при этом процессы схематично можно изобразить следующим образом:

В качестве восстановителей кубовых красителей применяют достаточно большой ассортимент соединений. Однако, максимальное использование в крашении получил гидросульфит натрия (Na₂S₂O₄), а в печати – ронгалит С (NaHSO₂∙CH₂O). Гидросульфит натрия в щелочной среде способен гидролизоваться с выделением водорода, который расходуется на восстановление карбонильных групп красителя:

Na₂S₂O₄ + 2NaOH = 2Na₂SO₃ + H₂

Реакция протекает достаточно легко при температурах около 60^оС. Ронгалит С – более устойчивое соединение, поэтому его можно использовать в составе печатных красок. Он разлагается с выделением водорода лишь при наличии достаточного количества влаги при температуре 100^оС в условиях обработки в запарном зрельнике:

NaHSO₂ · CH₂O  NaHSO₂ + CH₂O + H₂O

NaHSO₂ + H₂O  NaHSO₃ + H₂

Образовавшееся при восстановлении лейкосоединение (бесцветное, поскольку происходит разрушение хромофорных групп >С=О), проявляет свойства слабой кислоты и растворяется в щёлочи с образованием легко гидролизующейся соли. В водных растворах она частично диссоциирует, образуя отрицательно заряженные ионы красителя, и может образовывать большие по размерам агрегаты. Натриевая соль лейкосоединения кубового красителя сорбируется поверхностью материала, а при последующей тепловой обработке проникает в его набухшую структуру и фиксируется за счет физических межмолекулярных сил и водородных связей.

В процессе промывки на волокне идут процессы гидролиза и окисление красителя до нерастворимого пигмента, которые схематично можно представить следующим образом:

Окисление лейкосоединения на волокне протекает достаточно легко даже в холодной воде, содержащей углекислоту и кислород. На пратике для интенсификации этого процесса часто используют разбавленные растворы окислителей с добавлением уксусной кислоты.

Для крашения тканей кубовыми красителями в массовом производстве в основном используют непрерывные способы, которые могут быть реализованы по двум вариантам: щёлочно-восстановительному и суспензионному.

При щёлочно-восстановительном способе ткань пропитывают раствором лейкосоединения, содержащим краситель, гидросульфит натрия и гидроксид натрия, отжимают и запаривают при температуре 100^оС в течение 30–60 секунд, далее следуют процессы окисления и промывки. Они оказывают решающее значение при получении высококачественных окрасок. От скорости и полноты окисления зависит интенсивность окраски, её прочность к стиркам и трению, а также степень загрязнения сточных вод. Для повышения устойчивости окрасок на стадии промывки ткань обрабатывают кипящими растворами ПАВ. Данная операция носит название мыловка. Результатом её проведения является удаление поверхностно-закреплённого красителя, который снижает устойчивость окраски к трению. Краситель проникший вглубь волокна, рекристаллизуется, что повышает устойчивость окрасок к свету, улучшает яркость, чистоту и насыщенность тона.

Основными недостатками способа являются неустойчивость красильных растворов и невозможность получения насыщенных окрасок высокой интенсивности.

Суспензионные способы крашения кубовыми красителями позволяют получить равномерные окраски светлых, средних и тёмных тонов. Они нашли широкое применение во всём мире и реализуются по двухванному и однованному (лейкокислотному) вариантам. Для реализации суспензионных способов необходимо использовать красители, выпускаемые в высокодисперсной форме с индексом «Д».

Из всего многообразия предложенных суспензионных способов крашения наиболее широкое распространение получил плюсовочно-запарной вариант, осуществляемый по следующей схеме:

• плюсование ткани (пропитка и отжим) высокодисперсной суспензией кубового красителя в присутствии смачивателя и диспергатора;

• сушка ткани в воздушной сушильной машине при температуре, не превышающей 90^оС;

• плюсование ткани проявительным щёлочно-восстановитель-ным раствором в присутствии нейтрального электролита при 25–30^оС;

• обработка ткани в запарной камере при 103–105^оС в течение 40–60 секунд;

• окисление, мыловка, промывка,сушка.

Печатание тканей кубовыми красителями

Широкая цветовая гамма, яркость и высокая устойчивость окрасок к действию света, мокрых обработок и трению делают кубовые красители одними из наиболее перспективных в печатании тканей из целлюлозных волокон.

Печатание осуществляют по трём принципиально различным схемам:

• печатной краской, содержащей предварительно восстановленный краситель, с последующей сушкой и проявлением окраски в запарном зрельнике (щёлочно-гидросульфитно-ронгалитный способ);

• печатной краской, содержащей невосстановленный кубовый краситель в тонкодисперсной форме, восстановитель и поташ, с последующей сушкой и проявлением окраски в запарном зрельнике (ронгалитно-поташный способ);

• печатной краской, содержащей невосстановленный кубовый краситель в тонкодисперсной форме, с последующей сушкой, обработкой щелочным раствором восстановителя и проявлением окраски в скоростном зрельнике (двухфазный способ, являющийся аналогом суспензионного способа крашения).

Во всех трёх схемах процесс заканчивается проводкой ткани через промывные машины, в которых осуществляют окисление, мыловку и промывку.

Наиболее перспективным из указанных способов узорчатого расцвечивания является ронгалитно-поташный, практически не имеющий недостатков. При его реализации печатная краска содержит кубовый краситель в виде пасты для печати, ронгалит, поташ с водой и загустку. После печатания и сушки ткань обрабатывают в запарном восстановительном зрельнике при 103–105^оС в течение 10 минут. Далее следует промывка по традиционной для кубовых красителей технологии.

Для печати обычными порошками кубовых красителей этот способ не пригоден. В этом случае используют гидросульфитно-ронгалитный способ.

Кубовые красители нашли применение не только для прямой, но и для вытравной и резервной печати, поскольку в качестве вытравляющих и резервирующих веществ обычно используют восстановители. Состав печатной краски и технология узорчатого расцвечивания в данном случае аналогичны прямой печати по белым тканям. Однако, количество ронгалита увеличивают, так как он расходуется не только на перевод кубового красителя в растворимую форму, но и на обесцвечивание основного фона при вытравной печати и резервирования окраски при резервном способе.