Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Специальные главы химии. Конспект лекций
.pdf
окраски. В печати эти красители будут применяться в очень ограниченном
объеме.
Компоненты, образующие красители на волокне, используются для
крашения и печати хлопчатобумажных тканей. Они дают полную цветовую
гамму, при этом окраски яркие и насыщенные. Стоимость красителей
невысокая, но из-за сложности применения (двухстадийный процесс) и
большого объема образующихся сильно загрязненных сточных вод их
применение во всем мире сокращается.
Активные красители – это самый молодой и самый развивающийся
класс красителей. Они используются для крашения и печати прежде всего
всех видов целлюлозных волокон и полиамидных волокон. Их важное
преимущество – яркие окраски, высокая устойчивость окрасок к «мокрым»
обработкам, относительно простая технология применения.
Производство активных красителей в мире постоянно растет. Сегодня
потребление активных красителей оценивается в 120 тыс. т для целлюлозных
волокон и около 2 тыс. т для полиамидных. Во многих странах создаются
новые мощности, п
оэтому производство активных красителей будет расти и
дальше.
Проводятся поиски новых хромофоров, новых активных групп и
разрабатываются новые способы применения активных красителей. Для
снижения экологической нагрузки постоянно ведутся работы по повышению
степени фиксации активных красителей и уменьшению требуемого для
крашения количест
ва электролитов.
Кислотные красители являются важнейшими текстильными
красителями, но используются также и в нетекстильных отраслях.
Ассортимент кислотных красителей распределен на несколько групп в
зависимости от условий применения и прочностных свойств даваемых ими
окрасок. Некоторые фирмы из общего ассортимента выделяют
металлсодержащие красители в самостоятельный класс, так как они дают
более прочные к свету и «мокрым» обработкам окраски.
61
Дисперсные красители применяются для крашения ацетатных,
триацетатных и полиамидных волокон, но главным потребителем являются
красильно-отделочные производства полиэфирных волокон.
Свойства органических пигментов
Органические пигменты не растворимы ни в среде, из которой ведется
крашение, ни в окрашиваемом субстрате, они используются в основном при
прозрачном окрашивании, имеют выраженную яркость и блеск по сравнению
с матовыми неорганическими пигментами.
Введение пигментов в лакокрасочные материалы является основным
методом регулирования декоративных свойств покрытий – цвета и
непрозрачности (укрывистости).
Пигмент придаёт укрывистость пигментированному материалу в том
случае, если его показатель преломления выше показателя преломления
плёнкообразователя. Чем больше разница в показателях преломления
пигмента и плёнкообразователя, тем больше укрывистость такого
пигментированного материала. Кроме того, важна форма частиц пигмента,
например, пластинчатая форма частиц пигмента, даёт большую
укрывистость, чем игольчатая или сферическая.
Введение пигментов и наполнителей позволяет регулировать и другие
важнейшие свойства композиционных материалов – деформационно-
прочностные, изолирующие, противокоррозионные, адгезионную прочность, а
также получать покрытия со специальными свойствами – электропроводящие,
электроизолирующие, теплостойкие, огнезадерживающие и т.д.
Отдельная группа органических пигментов – черные – самые
долговечные. Как правило, для их производства используется несколько
видов углеродной сажи, например, газовая или канальная. Сажа состоит в
основном из элементарного углерода, а так же содержит небольшое
количество колы и примеси летучих веществ. По элементному составу это С,
Н, О. Органические лаки терм
остойки, устойчивы к действию растворителей,
62
избирательно к щелочам, неустойчивы к кислотам. Светостойкость лаков
зависит от свойств исходного красителя. К ним относятся:
необработанные пигменты и красители, которые применяют, когда
требования к качеству окрашивания невелики,
пигменты, модифицированные ПАВ, иногда в виде паст,
дисперсионной фазой которых служат пластификаторы полимеров, при этом
наличие ПАВ улучшает смачивание поверхности частиц пигмента расплавом
полимера и способствует разрушению агрегатов,
концентраты или маточные смеси, содержащие 10-15 % (масс.)
красящих веществ, представляющие собой концентрированные дисперсии
последних в окрашиваемом полимере,
суперконцентраты, содержащие 20-85 % (масс.) красящего вещества,
представляющие собой смеси последнего с низкомолекулярными
веществами, например, парафинами, низкомолекулярными полиэтиленами,
полимерными восками, что обеспечивает им низкие вязкости в расплавах и,
как следствие, высокое качество окрашивания.
Преимуществом концентратов и суперконцентратов является простота
введения в смеси, технологичность, легкость перехода на другие цвета; для
придания цвета поверхности изделия используют различные лак
орасочные
композиции, являющиеся дисперсиями красящих веществ в
пленкообразующих растворах полимеров.
Органические пигменты составляют 65-70 % от объема всех пигментов
в печатных красках. Часто синтез органических пигментов сводится к одной
реакции между водными растворами выбранных реагентов, фильтрации
осадка образовавшегося пигмента и его сушке. Иногда реагенты
смешиваются в сухом виде и прокаливаются.
Например, азопигменты получают при растворении двух
реагентов
белого цвета в воде. Если продукт реакции растворим в воде, то в раствор
добавляют другой реагент для получения нерастворимой формы красящего
вещества. Далее следует фильтрация, промывание и очистка.
63
Наиболее распространенные запечатываемые материалы в полиграфии –
это полимеры. Окрашивание является важной частью процесса переработки
полимерных материалов. С его помощью изделию придают более эстетичный
вид, а в ряде случаев и более высокие технические показатели.
Первоначальной технологической задачей при изготовлении
окрашенных полимерных изделий является выбор красящего вещества.
Помимо чисто эстетических соображений при этом необходимо учитывать
следующие требования: термостойкость красящих веществ не должна быть
ниже, чем у окрашиваемого полимера; химическая стойкость красящих
веществ должна обесп
ечивать эксплуатацию изделий в требуемых условиях:
красящие вещества не должны ухудшать свои характеристики при
взаимодействии с другими добавками (отвердителями, ускорителями
отвержения и т.д.); светостойкость красящих веществ не должна быть ниже,
чем у окрашиваемого полимера; они должны хорошо диспергироваться и
равномерно распределяться в массе полимера; они не должны мигрировать из
массы на поверхность изделия, в
том числе в средах органических и
неорганических растворителей (этот процесс может привести к необратимому
изменению или ослаблению окраски – выцветанию, а так же к загрязнению
соприкасающихся с такими материалами поверхностей как при эксплуатации,
так и при переработке – плейт-эффект); красящи
е вещества должны быть
нетоксичны и по возможности легкодоступны.
Окрашивание полимеров возможно красителями органического
происхождения, неорганическими и органическими пигментами.
Большинство современных красителей для окрашивания полимеров
представляют собой полициклические системы. Многие широко
применявшиеся ранее красители в настоящее время запрещены вследствие их
токсичности.
ия
К группе красителей, предназначенных для крашен
пластмасс,
относятся некоторые азо- и антрахиноновые соединения различных цветов,
растворимые в полимерах, жирах, маслах, аренах. К этой группе также
64
относится распространенный черный краситель – нитрозин. Вследствие
хорошей совместимости красителей с полимерами окрашенные ими
пластмассовые изделия имеют прекрасный внешний вид, блестящую
поверхность, равномерную интенсивную окраску, сохраняют прозрачность.
Однако они характеризуются высокой миграционной способностью и низкой
устойчивостью к действию органических растворителей, что обусловливает
их малую долю (1-2 %) в общем объеме применяемых в переработке
пластмасс колорантов.
Преимуществ
енно для окрашивания пластмасс используются
неорганические (80 %) и органические (20 %) пигменты.
Окрашивание полимеров может осуществляться различными
способами. Несмотря на то, что окраска изделия определяется цветом тонкого
в несколько десятых долей миллиметра слоя, наиболее распространенными
способами окрашивания полимеров являются способы, связанные с
введением красящих веществ в массу полимера. Больший расход красящего
вещества в этом случае к
омпенсируется значительно более надежным и
устойчивым окрашиванием. Кроме того, объемное окрашивание требует
значительно меньшего количества дополнительных технологических
операций, чем поверхностное.
Применяют следующие способы введения красящих веществ в
полимерный материал: окрашивание в процессе синтеза полимера, сухое
окрашивание, окрашивание в расплаве, окрашивание изделия в растворе
красящего вещества через поверхность изделия, нанесение рисунка на
поверхность различными способами.
Для окрашив
ания полимеров обычно используются концентраты
красителей. При определении композиции концентрата большое значение
имеет правильный выбор колоранта. От этого зависит реализация выбранного
цвета, цветостойкость, миграция пигмента, формоустойчивость,
токсикологическая безопасность.
65
Колоранты в целлюлозно-бумажной промышленности
Трудно переоценить значение и многообразие функций бумаги в жизни
современного человека и общества в целом. Целлюлозно-бумажной
промышленностью производится широкий ассортимент бумажных материалов,
характеризующихся самыми различными свойствами и назначением.
С повышением жизненного уровня людей и совершенствованием
техники постоянно возрастают требования к качеству бумаги и ее
эстетическому виду, в частности, к разнообразию цветового оф
ормления
бумажных изделий. Тот или иной колористический эффект придается бумаге
и изделиям из нее различными способами:
крашением бумажной массы,
поверхностным крашением бумаги,
получением многокрасочной продукции путем печатания,
различными приемами полиграфической печати.
Значительная часть производимой бумаги окрашивается в массе. Этот
процесс сложен из-за неоднородности бумажной массы, обусловленной
различным содержанием в ней целлюлозы и лигнина, которые неодинаково
окрашиваются красителями одного и того же класса.
Для крашения в массе можно использовать прямые, кислотные, основные,
катионные красители, а также органические и неорганические пигменты.
При крашении бумажной массы водный раствор красите
ля или
суспензию пигмента приливают к предварительно размолотой волокнистой
массе. Бумажную массу из беленой целлюлозы окрашивают
преимущественно прямыми красителями; из небеленой целлюлозы
вследствие присутствия в ней значительного количества лигнина, не
имеющего сродства к этим красителям, лучше окрашивать основными или
катионными красителями и их смесями с прямыми. Катионные и основн
ые
красители образуют с лигнином нерастворимые соединения. Основные
красители можно использовать и для крашения бумаги из беленой
целлюлозы, но в этом случае необходимы вспомогательные добавки:
66
наполнители, синтетические смолы и (или) вещества, осаждающие основные
красители на бумаге в виде нерастворимых соединений.
Поверхностное крашение бумаги проводят на бумагоделательных
машинах при ее изготовлении или на специальных красильных машинах, в
которых бумага из рулонов протягивается системой валиков через
красильную ванну, отжимается и сушится. Для крашения применяют
уксуснокислые растворы основных красителей, водные растворы кислотных
и прямых красите
лей, суспензии тонко-дисперстных пигментов.
Основные красителя, обладая невысокой ровняющей способностью,
образуют интенсивные и яркие окраски, но не достаточно равномерные.
Кислотные красители используются наиболее часто, так как не обладая
сродством к целлюлозе и лигнину, они равномерно проникают в бумагу,
обеспечивая высокую ровноту окраски, которая, однако, недостаточно
водостойка; для ее повышения требуется обработка бумаги карб
амидными
смолами, глиноземом и закрепителями. Прямые красители из-за большого
сродства к целлюлозе используются редко.
При покрывном крашении бумаги на одну ее сторону наносят тонкий
слой красочного состава, включающего пигменты, связующее и наполнители
(мел, каолин и др.). В качестве связующих в последние годы
преимущественно ис
ьзуют латексы, представляющие собой коллоидные
пол
дисперсии синтетических полимеров в воде.
Латексы улучшают кроющую способность пигментированных
покрытий, повышающих лоск бумаги, ее гибкость, сопротивляемость
истиранию. При покрытии бумаги в основном применяются латексы на
основе акрилатов, а так же сополимеров стирола с бутадиеном; последние
обладают хорошими эксплуатационными свойствами и имеют сравнительно
невысокую стоимость. Акрилатные латексы дают пленки высокой
прозрачности, незначительно желтеющие при хранении; покрытия на основе
таких латексов приобретают блеск при каландрировании и не имеют запаха.
Красочный состав наносят на бумагу при помощи ленты из сукна,
67
пропитанной этим составом, разравнивают щетками или с помощью валика и
специальной ракли, затем бумагу сушат.
Колоранты в полиграфической печати
Как известно, изготовление печатной продукции довольно сложный,
многоступенчатый процесс. В зависимости от вида продукции, требований к
ее качеству, эстетическому виду, потребительским свойствам и исходя из
экономических соображений, производители выбирают ту или иную
технологи
ю тиражирования,
тип бумаги и всего печатного оборудования.
Для получения необходимого полиграфического воспроизведения как
текстовых, так и многоцветных изображений важно не только правильно
осуществить выбор технологии печатания и оборудования для ее
осуществления, но и грамотно приготовить печатные краски. Свойства
печатных красок оказывают существенное влияние на качество печати,
определяя такие факторы, как смачивание поверхности бумаги
полиграфической краской, прилипание краски к поверхности бумаги и
заполнение ее нер
овностей и устьев пор, впитывание краски, скорость ее
высыхания и др.
Печатные краски представляют собой коллоидные системы,
образованные смесями тонко растертого красящего вещества с более или
менее жидким и липким связующим веществом или раствор красителя в
связующем растворителе. В состав кр
асок вводятся та
кже различные добавки:
подцветки – для изменения и усиления тона краски, сиккативные вещества,
содействующие более быстрому высыханию краски, наполнители – для
улучшения ее печатно-технических свойств, различные специальные добавки,
необходимые для конкретных технологий.
К красящим веществам, входящим в состав полиграфических красок,
относятся органические и неорганические пигменты, красители и к
расочные
лаки.
К неорганическим пигментам
, применяемым в полиграфических
красках, относятся белые и цветные оксиды, гидроксиды и соли некоторых
68
металлов, а так же тонко измельченные металлические порошки. Например,
бронзовые и алюминиевые пудры используют для получения «золотых» и
«серебряных» окрасок.
Важнейший черный пигмент – сажа бывает двух видов: печная и
канальная. Канальная отличается более высокой степенью дисперсности.
Сажа поглощает 95-97 % падающего света и поэтому имеет интенсивный
черный цвет, устойчивый к различным воздействиям. Ее недостатко
м
является способность задерживать пленкообразование связующего,
повышенная маслоемкость и несколько коричневатый или сероватый тон
получаемой окраски. В целях повышения чистоты в газетные краски вводят
жирорастворимый краситель индулин или нигрозин (получается в результате
реакции между нитробензолом, солянокислым анилином и анилином в
присутствии чугунной стружки).
К синтетическим органическим красящим веществам, применяемым в
полиграфии, относятся пигменты, основные красители и красочные лаки.
Основными красителями являются хлористоводородн
производных аминозамещенных триарилметана общего строения RNH
ые соли
·HCl.
2
Они растворимы в воде, спирте, глицерине и в водных растворах кислот. Их
основания получают осаждением 1 %-го раствора соответствующего
красителя 10 %-м раствором щелочи. При взаимодействии оснований
основных красителей с высшими жирными кислотами, например, олеиновой,
получаются малорастворимые интенсивно окрашенные олеаты
соответствующих красителей, применяемые для интенсификации цвета
полиграфических красок, в особенности, газетных ротационных.
В полиграфически
х красках довольно широко используются красочные
лаки (лаковые пигменты), получаемые из анионных (кислотных, хромовых и
прямых) и катионных и основных красителей.
Кроме красящих веществ в состав печатных красок входят связующие
вещества. Они представляют собой системы, состоящие из масел, смол,
различных растворителей и других компонентов. Связующие вещества
69
определяют способность печатных красок раскатываться и накатываться на
форму, переходить с нее на бумагу или другую воспринимающую
поверхность и закрепляться там.
Связующие вещества изготавливаются на основе природных или, чаще,
синтетических полимеров: поливинилацетата, его сополимеров (например,
винилацетата с хлорвинилом), алкидных смол, фенолальдегидных смол,
полиизобутилена, сополимера стирола с льняным и шунговым маслами и т.д.
Поскольку доминирующая роль в закре
плении краски на отпечатке
принадлежит именно связующим, классификация этих веществ основывается
на механизме указанного процесса и делит и на шесть групп:
1) химические пленкообразующие (натуральные и синтетические
алкидные олифы);
2) впитывающиеся (растворы битума или светлой смолы в нелетучем
растворителе, например, в нефтяном масле);
3) испаряющиеся (например, смоляные лаки состоят из 30 % фенол-
формальдегидной смолы или битума
и 70 % толуола, ксилола или скипидара);
4) осаждающиеся (например, фирнис, содержащий циклизованный
каучук, веретенное масло, керосин);
5) термоплавкие (перед печатанием разогреваются до 85-90 С, затем
при охлаждении оттисков отвердевают и закрепляются);
6) комбинированные (чаще сочетающие связующие первой и второй
групп этой классификации).
Печатные полиграфические краски должны удовлетворять целому
комплексу требований по опти
ческим (цветность, прозрачность,
глянцевитость, интенсивность), структурно-механическим (вязкость,
тиксотропность), прочностным (свето-, водо-, спирто-, щелоче-, кислото- и
маслостойкость, термопрочность) и технологическим свойствам.
Получить печатную краску для всех видов печати не только
проблематично, но, наверное, даже невозможно. Поэтому печатные краски
выпускаются в соответствии с их назначением: типографские (для высокой
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]