книги из ГПНТБ / Применение пигментов в текстильной промышленности [обзор]

25% метилметакрилата (температура размягчения пленки —26, —35, —30° С соответственно) прочность окраски, глубина цвето­ вого тона и гриф ткани были .практически одинаковы.

* По стандарту ФРГ 54024.

Влияние молекулярного веса применяемого пленкообразующего на качество образуемой пленки можно проследить на примере н-бутилакрилата с разной степенью полимеризации: 24,3; 31,8; 39,3; 70,0; 85,1 и 93,6. С ростом степени полимеризации, а следователь­ но и молекулярного веса полимера, растет прочность получаемой окраски и одновременно усиливается жесткость ткани. При сте­ пени полимеризации, равной 70, достигаются оптимальные свойст­ ва пленки.

20

Существенное влияние на свойства пленки оказывают и разме­ ры частиц пленкообразующего, обуславливающие устойчивость дисперсии пленкообразующего к механическим воздействиям, глу­ бину проникновения его в структуру ткани, миграционные свойст­ ва, а также равномерность распределения связующего по поверх­ ности волокна и скорость образования пленки.

Большое влияние на свойства получаемой пленки и на проч­ ность связи ее с волокном оказывает наличие в комбинации моно­ меров при сополимеризации биили полифункциональных веществ, которые могут взаимодействовать с активными группами волокна и с активными группами других компонентов смеси, например с метилольными группами сшивающего агента, применяемого для высококачественной отделки ткани. В качестве таких мономеров могут быть использованы следующие соединения:.

N-метилолметакриламид

СН2= С —С—NH—СНоОН

I II

Н3С о

бутандиолмоноакрилатацетил ацетат

сн 2= сн —с —о—(сн2)4—о—с —сн 2—с —сн 3

N-бутоксиметилметакриламид

З-хлор-2-гидроксипронилакрилат

При одновременном крашении и отделке ткани пигментами помимо высокого качества окраски должна быть достигнута хоро­ шая несминаемость ткани при сохранении ее прочности на разрыв. Как известно, на качество несминаемой отделки существенное влияние оказывают химическая природа применяемого сшиваю­ щего агента и его концентрация, а также химическая природа катализаторов и других добавок, входящих в состав плюсовочной ванны.

Установлено, что N-метилольные производные циклического строения обеспечивают высокую устойчивость получаемой окраски и практически не влияют на изменение грифа ткани. При исполь-

21

зованин лее мочевино-формальдегидных продуктов наблюдается значительное снижение .прочности окраски к стиркам. Мела.мины значительно увеличивают жесткость ткани и снижают ее разрыв­ ную прочность без заметного улучшения прочности окраски по сравнению с мочевино-формальдегиднымн препаратами.

Использование в качестве отделочного препарата карбаматов позволяет получить ткань с достаточно мягким грифом, устойчи­ вой окраской и высокой несминаемостыо.

В процессе одновременного крашения и отделки ткани проис­ ходит образование связей между гидроксильными группами цел­ люлозы и реакционноспособными группами пленкообразующего посредством молекул отделочного препарата. Поэтому качество от­ делки ткани зависит от концентрации не только отделочного пре­ парата, но также пленкообразующего и красителя.

Установлено, что каждой концентрации пигментного красителя соответствует определенная область концентраций пленкообразую­ щего и отделочного препарата. Например, для концентрации пиг­ мента 2,5 г/л оптимальной является область концентраций сши­ вающего агента 75—125 г/л. Концентрация отделочного препарата

исминаемость ткани в баллах по эталонам Монсато.

Опрочности полученной окраски, характеризуемой изменением концентрации красителя на волокне до и после одной, пяти и де­ сяти стирок, можно судить на основании рис. 2, где по оси абсцисс отложено количество сти.рок, а по оси ординат — содержание меди (.в %)• Номера кривых на рис. 2 соответствуют номерам катализа­

22

торов в табл. 5. Приведенные данные получены при отделке хлоп­ чатобумажного поплина с использованием в качестве отделочного препарата N, N'-диметилолдигидроксиэтиленмочевины (45%-ный раствор ,в количестве 125 г/д), пигмента голубого H-BGT в коли­ честве 4 г/л, пленкообразующего в количестве 90 г/л. Термофик­ сация проводилась в течение 5 мин. при температуре 135—155°С.

Одним из обязательных компонентов, входящих в состав илюсовочного раствора при одновременном крашении и отделке, являет­ ся антимиграционное средство, которое, взаимодействуя с компо­ нентами плюсовочного раствора, препятствует самопроизвольному перераспределению их в процессе сушки и термофиксации ткани. В качестве таких веществ обычно применяют альгинаты, низко­ молекулярные эфиры целлюлозы, оксиэтилированные продукты и синтетические полимеры. Лучшие результаты получены при ис­ пользовании полиэфира со средним молекулярным весом 5000 (температура помутнения 35°С).

Для более ровного крашения волокнистых материалов пигмент­ ными красителями предложен способ, позволяющий уменьшить миграцию красителя в волокне за счет введения в красильный раствор поливинилкапролактама в количестве 0,05—5% от веса раствора [17]. Взамен поливинилкапролактама можно жшользо-

23

винилимидазолем, винилнирролидоном, винилацетатом, метакрила­ мидом, акриловой кислотой или ее эфирами. Лучшие результаты позволяет получить использование смешанных полимеров с со­ держанием более 30% винилкапролактама (от общего веса смеси). Количество смешанного полимера в красильной ванне должно со­ ставлять от 0,2 до 2% от веса ванны.

Помимо химической природы используемых реагентов и их ко­ личества на качество достигаемой отделки и крашения сущест­ венное влияние оказывает и аппаратурное оформление процесса, от которого зависит возможность равномерного распределения по ткани применяемых реагентов, значительно отличающихся один от другого по своему молекулярному весу и величине частиц.

Существенное влияние оказывают условия плюсования (время нахождения ткани в плюсовоч.ной ванне и степень отжима) и усло­ вия сушки оплюсованяого текстильного материала (направление

Температура суша, ‘С

Рис. 3

отложена температур|а сушки (в °С), а по оси ординат — комп­ лексный показатель качества отделки и крашения ткани, включа­ ющий в себя визуальную оценку внешнего вида ткани, ее грифа, прочности окрасок к стиркам и трению, несминаемое™, оцененной но углу смятия, и оценку потери прочности ткани на разрыв. Оцен­ ку качества производили по пятибалльной системе. Сушка ткани осуществлялась потоком горячего воздуха при скорости 6 м/сек. Скорость ткани на сушильно-ширильной машине 4 м/мин.

Из рис. 3 видно, что оптимальная температура сушки при дан­ ных условиях работы лежит в области температур 120—130°С.

На основании проведенных исследований фирмой «Гейги» (Швейцария) разработаны практические рекомендации по осуще­ ствлению процесса крашения ткани пигментами с одновременной несминаемой отделкой [15].

24

Основным требованием, предъявляемым к пигментному кра­ сителю, используемому в крашении, является достаточно малый размер частиц: не более 0,07—0,08 мк. Только в этом случае обеспечивается прозрачность и хорошее проникновение пигмента в волокно. Концентрация наносимого на ткань пигмента должна составлять 10 г/л. Проведенные исследования показали, что при этой концентрации достигается такая же интенсивность окраски, как и при крашении в средние и светлые тона водорастворимыми красителями.

Лучше использовать связующие на акрилатной основе, так как они обеспечивают достаточно высокую прочность окрасок к стир­ ке п трению и сообщают ткани мягкий приф. При необходимости может быть .получен и более жесткий гриф.

Для достижения равномерной пропитки материала и преду­ преждения разнооттеночности окраски сторон ткани, концов пар­ тии, а в смешанных тканях — неодинакового ^закрашивания хлоп­ ка и синтетического волокна одного введения смачивателя в плюсовочный раствор недостаточно. Необходима предварительная под­ готовка ткани, в процессе которой обеспечивалось бы набухание целлюлозного волокна после плюсования ткани перед ее сушкой. Мнение о том, что пигментные красители, закрепляемые на волок­ не с помощью связующего, могут быть с успехом применены для крашения суровой ткани, неверно. В этом случае не удается полу­ чить удовлетворительных результатов в отношении прочности ок­ расок к стиркам и трению вследствие того, что пленкообразующее связано.со шлихтующим препаратом, а не с волокном.

Равномерность пропитки ткани обеспечивается также за счет равномерности отжима ткани после плюсования.

Были проведены исследования по изысканию способов преду­ преждения миграции красителя в процессе сушки и термофикса­ ции. Снижению миграции способствуют высокая степень отжима ткани после плюсования, высокая степень набухания оплюсованной ткани перед сушкой, введение в плюсовочную ванну специ­ альных антимиграционных препаратов. Для сушки ткани можно попользовать обычное оборудование, но для снижения миграции рекомендуется подавать горячий воздух на обе стороны текс­ тильного материала и равномерно по всей его поверхности.

Весь технологический процесс складывается, таким образом, из трех операций: плюсования, сушки и термообработки для поли­ конденсации смолы. Промывку ткани не проводят, так как на ней не остается подлежащих удалению ингредиентов. Степень отжима ткани не более 85%, температура сушки 120°С. Примерный состав

антимиграционный препарат. Термофиксацию рекомендуется про­ водить при температуре 150°С в течение 5 мин.

25

Совмещенный метод пигментного крашения и отделки смолами пригоден также для облагораживания тканей из смеси волокон, например из хлопка и полиэфирных волокон [19]. В плюсовочный состав в этом случае вводят гелизариновый краситель, 80 г/л гелизаринового связующего РА; 100 г/л фиксапрета CPN; 10 г/л хлористого магния; 30 г/л мягчителя (соромина HS) и 20 г/л ин­ гибитора миграции (тексапрета WL). Термофиксацию проводят в течение 30 сек. при температуре 210°С. Это позволяет совместить процесс фиксации пигментов на ткани с термической стабилиза­ цией самой ткани.

Минеральные и неорганические пигменты для собственно кра­ шения текстильных материалов как правило не используются. Практический интерес представляет крашение минеральными пиг­ ментами в целях сообщения ткани новых ценных свойств: повы­ шенной устойчивости к воздействию света и погоды, к действию микроорганизмов, повышенной гидрофобности.

Ниже приводится описание экономичного процесса одностадий­ ного крашения и заключительной отделки хлопчатобумажных тка­ ней с целью сообщения ей жемчужно-серого цвета и придания во­ доотталкивающих свойств и устойчивости к загниванию. Этот ме­ тод получил название «Цир-хром-шроцесс». Соединения шести­ валентного хрома и восстановитель наносятся на ткань с карбона­ том цирконила аммония из одной ванны. На восстановление мине­ рального красителя влияет горячая воздушная сушка обрабатыва­ емой ткани. Процесс крашения заключается практически в плюсо­ вании ткани с последующей термофиксацией.

Для того чтобы выявить возможность одновременного присут­ ствия всех необходимых для крашения компонентов плюсовочной ванны, были приготовлены в отдельности следующие растворы: 30%-ный раствор метабисульфита натрия в дистиллированной во­ де; 30%-ный раствор хромата калия и 10%-ный раствор карбоната цирконила аммония. Эти растворы смешивались в различных про­

порциях, при этом фиксировалось время образования геля. Время

гелеобразования составляло от 15 мин. до 3 час. Оказалось, что на гелеобразование влияет соотношение карбоната цирконила ам­ мония и других соединений. Введение его в плюсовочную ванну в избыточном количестве способствовало удлинению периода устой­ чивости. В тех случаях, когда вводилось дополнительно 15% кар­ боната аммония, гелеобразование задерживалось на 8—12 час.

Было установлено, что для получения различных окрасок (от серо-зеленой до сине-серой) необходимо варьировать соотношение компонентов в плюсовочной ванне. Для этого необходимо приго­ товить два основных раствора и смешивать их в различных про­ порциях непосредственно перед употреблением.

26

Раствор № 1 (хромат)

Компоненты добавляются в раствор в порядке, указанном в каждом рецепте, и размешиваются до получения истинного рас­ твора. В процессе приготовления второго раствора добавление карбоната аммония производится медленно при перемешивании, чтобы контролировать выделение двуокиси углерода. Оба раствора устойчивы в течение неограниченного периода времени и активи­ зируются только после смешивания друг с другом. Период устой­ чивости плюсовочных растворов, полученных из двух исходных растворов, не менее 18 час., однако желательно начать использова­ ние смешанных растворов сразу после приготовления. Оплюсованную ткань подвергают кратковременной термофиксации при тем­ пературе 150°С в течение 4 мин. Аналогичные по цвету оттенки мо­ гут быть получены также в процессе сушки при температуре 120°С в течение 3 мин. с последующим выдерживанием на воздухе в те­ чение суток. Ниже приводятся рецепты красильных растворов для окрашивания ткани в различные цвета (в объемных частях):

20 частей раствора № 1, 20 частей умягченной воды, 20 частей раствора № 2. Образуется желто-коричневый прозрачный раствор, который окрашивает ткань в желтый цвет. После термофиксации или высушивания ткань приобретает серо-зеленый цвет светлого тона;

20 частей раствора № 1, 20 частей умягченной воды, 25 частей раствора № 2. Образуется желтовато-коричневый раствор, кото­ рый окрашивает ткань в желтый цвет, а после термофиксации ткань приобретает сине-зеленый цвет светлого тона;

20 частей раствора № 1, 20 частей умягченной воды, 30 частей раствора № 2. Образуется коричневый раствор, окрашивающий ткань в желтый цвет. Ткань термофиксируют для получения серо­ синего цвета светлого тона;

20 частей раствора № 1, 5 частей умягченной воды, 30 частей раствора № 2. Образуется зеленовато-коричневый раствор, окра­ шивающий ткань в глубокий желтый цвет; после термофиксации ткань приобретает глубокий серо-зеленый цвет.

27

Для получения более глубоких, темных тонов количество воды можно уменьшить или исключить воду вообще. В растворе № 2 вместо карбоната аммония может быть использована гидроокись а'ммония. Окончательное значение pH раствора должно быть 7,5— 8,5. Избыток ионов гидроксила может повлиять на осаждение дву­ окиси циркония.

Применение карбоната аммония имеет свои преимущества и не­ достатки. Преимущество заключается в том, что избыточное коли­ чество этого соединения не является вредным с точки зрения pH и образования металлокомилеисного соединения с двуокисью цир­ кония и добавками фунгицидной соли металла. Недостатком же является выделение большого количества ненужной двуокиси уг­ лерода. Было обнаружено, что бисульфит натрия в растворе № 2 может быть нейтрализован гидроокисью аммония до pH 7,5—8,5. В этой реакции двуокись углерода не выделяется. Реакция проте­ кает следующим образом:

NH4OH + NaHS03 ->■Na (NH4) S 03 -f H,0.

Взамен метабисульфита может быть попользован гидросуль­ фит. Фиксация, необходимая для проявления окраски на ткани, осуществляется различным образом:

после пропитки раствором ткань можно высушивать на воздухе в течение 15—24 час. (замедленная воздушная фиксация);

можно производить сушку при температуре 120—130°С в тече­ ние 3 мин. с последующей фиксацией на воздухе в течение 24 час.;

за кратковременной сушкой при температуре 120—130° в те­ чение 3 мин. может следовать термофиксация при температуре 145—150°С в течение 3 мин.;

термофиксация ткани может производиться в мокром состоя­ нии при температуре 150°С в течение 4—5 мин.

Для получения жемчужно-серого цвета с содержанием 0,1% меди на ткани рекомендуется следующий рецепт: две объемные части раствора № 1, содержащего 200 г бората меди; три объем­ ные части раствора № 2. Метаборат меди легко растворяется при взбалтывании в растворе № 1, образуя прозрачный глубокий зеле­ ный раствор. При смешивании раствора № 2 с раствором № 1 на­ блюдается незначительное повышение температуры, которое вли­ яет на устойчивость раствора. Прозрачный раствор используется для плюсования в течение 10—18 час. Он содержит 0,34% метал­ лической меди и при 50%-ном отжиме на ткани остается 0,17% ме­ ди. Минеральный краситель и фунгицид прочно соединяются с тканью.

28

Во всех случаях, когда хлопчатобумажные ткани плюсуются и тщательно пропитываются смесями раствора № 1 и № 2, жидкость проникает в ткань равномерно и отложение минерального краси­ теля происходит только во время воздушной сушки или термо­ фиксации. Тер'мофиксированные ткани сохраняют тот же оттенок

ипосле промывки. Обработанные ткани обладают значительной устойчивостью к загниванию. Образцы хлопчатобумажной ткани (парусины, твила и тика), окрашенной пигментами в жемчужносерый цвет в присутствии фунгицида метабората меди и без него, были подвергнуты воздействию света и погоды в течение трех ме­ сяцев. В образцах не обнаружено значительного изменения цвета

иявных признаков загнивания. Прочность на разрыв после инсо­ ляции составляла 90% от исходной. Необработанные же образцы были покрыты плесенью, прочность на разрыв уменьшилась до 30%.

ПЕЧАТЬ ПИГМЕНТАМИ

В последние годы во всем мире наблюдается постоянное уве­ личение удельного веса пигментной печати в набивке текстильных материалов, что объясняется в основном следующими причинами:

простотой и экономичностью этого способа по сравнению с печатью другими классами красителей;

созданием новых вспомогательных веществ и связующих, обес­ печивающих хорошее качество набивки;

широким ассортиментом красителей с очень высокой светопрочностью окраски;

возможностью применения их для набивки тканей из смеси раз­ личных волокон;

наличием целого ряда модификаций способа печати, которые или невозможны при использовании красителей других классов, или осуществление их затруднено (матовая бель, набивка ворсом, бронзой или лаками и др.).

Однако широкое внедрение пигментной печати в практику от­ делочного производства до сих пор сдерживается рядом причин.'

Не всегда достижима желаемая прочность окраски к сухому и мокрому трению, к химчистке и мокрым обработкам, так как неза­ фиксированный краситель не удаляется с ткани из-за отсутствия последующей промывки. При печати ,по тканям из синтетических волокон наибольшая прочность окраски наблюдается в случае применения конденсационных смол, но присутствие смолы на ткани очень сильно увеличивает жесткость текстильного мате­ риала.

Гриф ткани хуже, чем при набивке красителями других клас­ сов, особенно при печати по тонким тканям (из полиамидных, по­ лиэфирных волокон) или по тканям из объемной пряжи.

29