Разработка и теоретическое обоснование технологии устойчивого крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми азокрасителями

Общая характеристика работы. В работе приведены результаты теоретических, экспериментальных и практических исследований, на основе которых разработана технология крашения и упрочнения окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями, обеспечивающая получение высококачественной окраски при одновременном снижении расхода химических материалов и экологической жесткости процесса.

Актуальность проблемы. Работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ № 97−845−44.

Стоимость изделий из волокон природного происхождения растет год из года, что связано с их высокими гигиеническими и потребительскими свойствами и снижением объема их производства на душу населения. В связи с этим для отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон должны использоваться высококачественные красители и химические материалы, цена которых не должна резко увеличивать стоимость готовых изделий.

Самыми дешевыми и простыми в использовании являются прямые красители. Цветовая гамма этих красителей достаточно широка и, что очень важно, из ассортимента прямых красителей легко составить двойные и тройные смеси совместимых красителей.

Большим недостатком прямых красителей является их низкая (40−70%) выбираемость из красильной ванны, в результате чего резко возрастает экологическая жесткость красильного производства. Кроме того устойчивость окраски к мокрым обработкам у многих марок прямых красителей настолько низкая, что приводит к необходимости проведения дополнительной операции упрочнения окраски, которой предшествует промывка водой.

В настоящее время ф. С1Ьа предлагает для крашения целлюлозных волокон прямые солофениловые красители, выбираемость которых из красильной ванны достигает 90%, что позволяет проводить закрепление окраски, вводя закрепитель в остаточную красильную ванну, без предварительной промывки текстильного материала перед закреплением.

В связи с этим актуальным является установление причин высокой выбираемости прямых солофениловых красителей с целью разработки технологии крашения и закрепления окраски прямыми светопрочными красителями, обеспечивающей повышение степени выбирания прямых красителей, устойчивости окраски к мокрым обработкам и исключение операции промывки перед закреплением.

Целью работы является разработка и теоретическое обоснование технологии устойчивого крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми азокрасителями, обеспечивающей получение колористически ценной и устойчивой к внешним воздействиям окраски при одновременном снижении концентрации красителя в сточных водах.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

— произведено сравнение цветового охвата и качества окраски, получаемой на хлопчатобумажных текстильных материалах при использовании активных, прямых солофениловых и прямых светопрочных красителей;

— изучено влияние электролитов на изменение электрокинетического потенциала волокна и насыщенности окраски хлопчатобумажной ткани;

— раскрыт механизм изменения отрицательного заряда поверхности целлюлозного волокна в присутствии электролитов при различном значении рН красильного раствора;

— обоснован выбор закрепителя окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями;

— исследовано влияние на устойчивость окраски прямых красителей соотношения концентрации красителя и закрепителя и рН раствора, содержащего закрепитель;

— предложена технология и составы соответствующих растворов крашения хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями и закрепления окраски с использованием препарата У-2, обеспечивающая повышение фиксации красителей на 30−60% и устойчивости окраски на 0,5−1 единиц (ISO) при одновременном снижении расхода закрепителя в 3 раза и исключении операции промывки ткани перед закреплением.

Научная новизна. Показана возможность увеличения величины сорбции прямых светопрочных красителей целлюлозным волокном на 30% и более за счет изменения заряда поверхности волокна. Раскрыт механизм уменьшения отрицательного заряда поверхности целлюлозного волокна. Показано, что уменьшение отрицательного заряда поверхности целлюлозного волокна, при введении в красильный раствор композиции из (NH4)2S04, СН3СООН и нейтрального электролита, происходит вследствие сжатия двойного электрического слоя и нейтрализации поверхностного заряда волокна в результате специфического взаимодействия ионов NH4+ с поверхностью волокна (дисперсионное взаимодействие) и подавления ионизации ОН-групп целлюлозы за счет снижения величины рН красильного раствора.

Практическая ценность работы и реализация результатов исследований. Предложена технология (и составы соответствующих растворов) крашения хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями и закрепления окраски с использованием препарата У-2. Предложенная технология не требует дополнительного вложения материальных, энергетических и трудовых затрат, позволяет повысить качество готовой продукции за счет улучшения прочностных характеристик окрашенных тканей при сохранении их колористических характеристик, снизить расход красителя и закрепителя, что благоприятно отражается на составе сточных вод красильного производства. Предложенная технология крашения хлопчатобумажного текстильного материала прямыми светопрочными красителями и последующего закрепления окраски препаратом У-2 испытана в красильно-отделочном производстве ООО «Панинтер» СРГП с положительными результатами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, базируется на применении фундаментальных физико-химических законов, корректных теоретических и экспериментальных исследований, использованием современных средств и методов измерения.

Методы исследования.

Величина электрокинетического потенциала поверхности хлопчатобумажного волокна определялась методом потенциала протекания.

Расчет уравнений оптимизации процесса упрочнения окраски и построение графических зависимостей проводился по программе «ОЫТ8У» .

Колористические характеристики оценивались на приборе «ТехйазЬ» фирмы Ба1асо1ог.

Автор защищает:

— экспериментальное и теоретическое обоснование эффективности: введения в красильный раствор при крашении целлюлозных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями композиции (КН4)2804, СН3СООН и нейтрального электролитапроведения процесса закрепления окраски препаратом У-2 при рН=9,5−9,8;

— оптимальный состав красильного и закрепительного растворов и технологию их использования, обеспечивающие повышение степени фиксации красителей на 30−60%, снижение расхода закрепителя в 3 раза и исключение операции промывки окрашенного текстильного материала перед закреплением.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-96» «Современные технологии текстильной промышленности» (26−27 ноября 1996 г, МГТА им. А. Н. Косыгина, Москва), на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-97» «Современные технологии текстильной промышленности» (2526 ноября 1997 г, МГТА им. А. Н. Косыгина, Москва), на Научной конференции профессорско-преподавательского состава МГТА им. А. Н. Косыгина (1998 г, МГТА им. А. Н. Косыгина, Москва), на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль — 99» «Современные технологии и оборудование в текстильной промышленности» (23−24 ноября 1999 г, МГТА им А. Н. Косыгина, Москва).

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа представленная на 130 машинописных страницах и содержит 29 таблиц, 31 рисунок и 47 наименований библиографических ссылок. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, шести разделов экспериментальной части, выводов и списка литературы.

Выводы:

1. Обоснован выбор триад совместимых активных, прямых светопрочных и прямых солофениловых красителей, позволяющих воспроизвести окраски равноценного цветового тона, яркости и чистоты.

2. Показано, что из 542 окрасок атласа модных цветов 1999 т можно воспроизвести 314 равноценных окрасок с использованием триады активных красителей, 221 окраску с использованием триады прямых светопрочных красителей и 350 окрасок с использованием триады прямых солофениловых красителей. Для каждой из окрасок произведен расчет рецептуры красильного раствора.

3. Показано, что фиксация прямого светопрочного красителя целлюлозным волокном может быть увеличена на 30−60% за счет введения в красильный раствор композиции из (МН4)2804, СН3СООН и нейтрального электролита.

4. Раскрыт механизм уменьшения отрицательного заряда поверхности целлюлозного волокна. Показано, что уменьшение отрицательного заряда поверхности целлюлозного волокна, при введении в красильный раствор композиции из (КН4)2804, СН3СООН и нейтрального электролита, происходит вследствие сжатия двойного электрического слоя и нейтрализации поверхностного заряда волокна в результате специфического взаимодействия ионов № 1,+ с поверхностью волокна (дисперсионное взаимодействие) и подавления ионизации ОН-групп целлюлозы за счет снижения величины рН красильного раствора.

5. Установлено, что в процессе закрепления окраски хлопчатобумажного текстильного материала с использованием закрепителей различного химического строения происходит изменение её цветовых характеристик. Наименьшее изменение цветовых характеристик окраски хлопчатобумажной ткани прямыми светопрочными или прямыми солофениловыми красителями наблюдается при использовании закрепителя У-2 вне зависимости от концентрации красителя на волокне.

6. Установлено, что величина рН раствора У-2 существенно влияет на устойчивость окраски хлопчатобумажного текстильного материала прямыми красителями. Увеличение рН до 9,5−9,8 способствует повышению устойчивости окраски на 0,5−1 единиц ISO вне зависимости от интенсивности окраски текстильного материала и соотношения концентрации красителя и закрепителя.

7. Разработаны технология крашения хлопчатобумажного текстильного материала прямыми светопрочными красителями и технология закрепления окраски препаратом У-2, обеспечивающая повышения степени использования красителя на 30−60%, устойчивости окраски на 0,5−1 единиц (ISO) при одновременном снижении расхода закрепителя в 3 раза и исключении операции промывки окрашенной ткани перед закреплением.

8. Предложенная технология крашения хлопчатобумажного текстильного материала прямыми светопрочными красителями и последующего закрепления окраски препаратом У-2 испытана в красильно-отделочном производстве ООО «Панинтер» СРГП с положительными результатами.