1.1.4 Переваги та недоліки активних барвників

Активні барвники - це наймолодший клас барвників, що розвивається. Вони використовуються для фарбування і друку, перш за все, всіх видів целюлозних волокон, а також для шерсті і поліамідних волокон. Їх найважливіша перевага – яскраві забарвлення, висока стійкість забарвлень до мокрих обробок, відносно проста технології вживання. Найголовніша перевага - активні барвники володіють найміцнішим ковалентним зв'язком. [1]

Але є і великий недолік – активні барвники схильні до гідролізу. Технологія фарбування і друкування текстильних матеріалів - рідинна водна технологія. Фарбувальні рідини, друкарськими фарбами є водні середовища. Вода по своїй хімічній природі, володіючи властивостями слабкої кислоти, є яскравовираженим нуклеофільним реагентом, вступаючим в нуклеофільні реакції заміщення і приєднання з актівними центрами активних барвників. При взаємодії активних барвників з водою утворюється гідролізована, дезактивована форма барвника, нездібна ковалентно зв'язуватися з волокном, а лише сорбувати за рахунок фізичних сил взаємодії. Гідролізована форма барвника повинна бути максимально повно видалена з текстильного матеріалу, інакше її присутність різко знижуватиме стійкість забарвлення до мокрих обробок. [2]

На практиці співвідношення швидкостей основної реакциі активних барвників з волокном і побічною з водою визначатиме ефективність використання барвника і стійкість забарвлення. Технологія колорірування активними барвниками повинна будуватися, так, щоб всіляко пригнічувати побічну реакцію гідролізу барвника і сприяти основою реакції, що приводить до утворення ковалентого зв'язку барвника з волокном.

Складність проблеми придушення реакції гидроліза активних барвників полягає в тому, що швидкості основної і побічної реакцій залежать від одних і тих же технологічних параметрів (рН середовища, температури). На щастя залежність ця різна, що дозволяє вибирати оптимальні рецептури і режими, що забезпечують високу ефективність використання барвників. [2]

1.2 Сучасні технології фарбування активними барвниками

1.2.1 Технології фарбування

Фарбування волокон, проводять з метою надання їм певного кольору (на відміну від друкування тканин). Розрізняють наступні стаді процесу фарбування: 1) дифузію барвника у водному розчині до поверхні волокна. Дифузія істотно прискорюється перемішуванням фарбувального розчину, а також створенням на поверхні волокна заряду, протилежного до заряду барвника, або зниженням величини однойменного заряду, що досягається зміною рН фарбувального розчину введенням електроліту. Наприклад, оскільки білкові волокна володіють амфотерними властивостями, створюють лужне середовище, в якому протони пригнічують іонізацію карбоксильних груп волокна. [8] В результаті волокно отримує позитивний заряд, що сприяє взаємодії його з аніоном барвника з утворенням солі. На дифузію дисперсних барвників в розчині (в результаті і на швидкість фарбування в цілому) впливає швидкість переходу дисперсного барвника з твердої тонкодисперсної фази в розчин, при цьому вирішальне значення має міру дисперсності барвника.

2) Сорбцію барвника активними центрами поверхні волокна, залежної від діаметру і довжини волокна, а також утворюваною порами. Сорбція обумовлена спорідненістю, тобто різницею хім. потенціалів ( -dm; у кДж/моль), фарбника у волокні і розчині:

-Dm=RTlnc_в/c_p

тут R - газова постійна [у кДж/(моль.град)]; Т - абсолютна температура; св і середня - концентрації барвника при рівновазі соотв. у волокні (у міль/кг) і розчині (у міль/л); знак мінус перед Dm означає, що хім. потенціал барвника в розчині вищий, ніж у волокні. Чим вище спорідненість барвника до волокна, тим швидше і в більшій кількості він сорбував волокном. Сорбції сприяє також підвищена концентрація барвника на кордоні фаз волокно - розчин. Ця стадія в значній мірі визначає рівномірність отримуваного забарвлення.

3) Дифузію сорбованого барвника всередину волокна; обумовлена вирівнюванням концентрацій на поверхні і усередині волокна. Чим вище спорідненість, тим нижче швидкість дифузії і, отже, фарбування. Це найповільніша стадія, лімітуюча тривалість фарбування. Швидкість дифузії залежить від величини пір волокна і будови барвника. Зазвичай на практиці прискорення дифузії добиваються підвищенням температури фарбування, а також зміною рН фарбувального розчину і використанням текстильно-допоміжних речовин.

При підвищенні температури фарбування збільшується розчинність барвника, зменшується міра асоціації його молекул, а також зростає і прискорюється міра набухання волокон, розпушується їх структура, знижується взаємодія барвника з активними центрами волокон; все це сприяє швидкому проникненню барвника всередину волокна.

4) Фіксацію (закріплення) барвників на активних центрах волокна. Стадія протікає швидко, практично миттєво. Характер утворюваного зв'язку барвник-волокно залежить від вигляду волокна і природи барвника і визначає головним чином, стійкість забарвлення до прання і ін. "мокрим" обробкам. Наприклад, активні барвники на целюлозних волокнах стримуються в результаті утворення міцного ковалентного зв'язку (енергія зв'язку 110-630 кДж/моль), на білкових волокнах - ковалентних, іонних (41-82 кДж/моль) і водневих (21-42 кДж/моль) зв'язків, кислотні барвники на білкових волокнах - в результаті утворення іонних, водневих зв'язків і ван-дер-ваальсових сил (енергія до 8,5 кДж/моль), прямі і кубові барвники на целюлозних волокнах - водневих зв'язків і ван-дер-ваальсових сил. За наявності в молекулі іона важкого металу барвник з білковими волокнами утворює координаційні зв'язки (до 100 кДж/моль), а також іонні і водневі. На хімічних (синтетичних) волокнах барвник стримується завдяки ван-дер-ваальсовим силам і водневим зв'язкам (дисперсні фарбники), іонним зв'язкам (кислотні і катіонні барвники на поліамідном і поліакрилонітрильному волокнах соотв.), ковалентним зв'язкам (активні барвники на поліамідном волокні), іонним і координаційними зв'язкам (кислотні металовмісні барвники на поліамідном волокні). Чим міцніше зв'язок барвники з волокном, тим більше стійкі забарвлення до мокрих обробок, проте тим сильніше обмежена рухливість молекул барвника у волокнах і, отже, тим нижче здібність його до вирівнювання забарвлень. Тому вибір барвники для фарбування волокон певного хімічного складу визначається вимогами, що пред'являються до якості забарвлення. Спосіб фарбування залежить від хімічної природи волокон, їх якості, вимог до стійкості забарвлень і хімічної природи барвника. Технологія фарбування визначається також складом і формою волокнистого матеріалу (волокно, пряживши, тканина, трикотаж) Так, поліефірне волокно фарбують в апаратах періодичної дії під тиском, тканини з них –головним чином, безперервним термозольним способом, а трикотажні полотна і тканини з текстурованих поліефірних ниток - періодичним способом в апаратах ежекторного типа. Здійснюють фарбування волокон, як правило, у водному розчині барвника (фарбувальній ванні). Перед фарбуванням для підвищення якості забарвлень волокнисті матеріали піддають різним обробкам: відваренню (нагріванню у водному розчині, що містить текстильно-допоміжні речовини, соду, луг або ін., сприяючі видаленню забруднень і таких речовин, як замаслювачі і шліхти, нанесених на волокно при виготовленні і переробці), біленню (обробці окислювачами, напр. Н2О2, NaСlО4), мерсеризації і ін. [9]