автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка и теоретическое обоснование технологии устойчивого крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми азокрасителями

На правах рукописи

(М

^ Романовская Ольга Александровна

ргв од

а: исо

и

РАЗРАБОТКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТОЙЧИВОГО КРАШЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН ПРЯМЫМИ АЗОКРАСИТЕЛЯМИ

05.19.03 - Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Московского государственного текстильного университета им. А.Н. Косыгина

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Булушева Н.Е.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Волков В.А.

кандидат технических наук

Ломакина Т.Н.

Ведущая предприятие - ОАО «Трехгорная мануфактура», г. Москва

Защита состоится декабря 2000 г. в час. на заседании диссертационного совета К 053.25.05 в Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина по адресу: 117918, Москва, М. Калужская, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета.

Автореферат разослан ««з^/» ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Сафонов В.В.

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. СП>а 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 целлюлозно! о 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 NH/ с поверхностью волокна (дисперсионное взаимодействие) и подавления ионизации ОН-групл 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 "ONTSY".

Колористические характеристики оценивались на приборе "Texflash" фирмы Datacolor.

Автор защищает:

- экспериментальное и теоретическое обоснование эффективности: введения в красильный раствор при крашении целлюлозных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями композиции (NH^SOí, СН3СООН и нейтрального электролита;

проведения 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» (25-26 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.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность проблемы, указаны цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

Литературный обзор диссертации посвящен рассмотрению строения и свойств целлюлозы хлопкового волокна; электроповерхностных свойств волокон хлопка; строения и свойств прямых красителей; способов повышения устойчивости окраски текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми красителями; строения и свойств закрепителей на основе дициандиамида уксусной кислоты; условий процесса закрепления окраски текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми красителями.

На основании анализа опубликованных литературных данных сформулированы цели и задачи исследования.

В методической части приведены методики определения устойчивости окраски к мокрым обработкам, методы определения электрокинетического потенциала, колористических характеристик и цветовых различий окрасок. Приведены технологии и составы растворов процессов крашения прямыми, прямыми солофениловыми, активными красителями и процессов закрепления окраски прямых красителей хлопчатобумажных текстильных материалов.

В экспериментальной части проведено сравнение цветовых характеристик окрасок, получаемых с использованием триад совместимых активных, прямых светопрочных и прямых солофениловых красителей; изучено влияние электролитов и рН красильного раствора на изменение электрокинетического потенциала волокна и насыщенности окраски хлопчатобумажной ткани при крашении прямыми красителями; обоснован выбор закрепителя окраски хлопчатобумажных тканей прямыми красителями; определена зависимость устойчивости к мокрым обработкам и цветовых характеристик окраски хлопчатобумажных текстильных материалов от природы применяемого закрепителя; обоснована технология и составы соответствующих растворов при крашении целлюлозных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями и закреплении их окраски.

В заключении работы сделаны выводы и приводится список используемой литературы.

Основные результаты и их обсуждение

1. Сравнение цветовых характеристик окрасок получаемых на хлопчатобумажных текстильных материалах при использовании активных, прямых и прямых солофениловых красителей.

В первом разделе работы обоснован выбор триад совместимых прямых солофениловых, прямых светопрочных и активных красителей, в состав которых входя г близкие по цветовым характеристикам красители желтого, синего и красного цветов.

Показано, что из 542 окрасок атласа модных цветов 1999 г 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 солофенюгавых красителей. Для каждой из окрасок произведен расчет рецептуры красильного раствора.

2. Влияние электролитов на изменение электрокинетического потенциала волокна и насыщенности окраски хлопчатобумажной ткани при крашении прямыми светопрочными красителями.

Величина электрокинетического потенциала поверхности хлопчатобумажного волокна определялась методом потенциала протекания. Ионную силу растворов электролитов рассчитывали по формуле: где С - концентрация иона, X - его заряд. Результаты исследования приведены в табл 1.

Таблица 1

Изменение насыщенности (красящей силы) окраски хлопчатобумажной ткани при крашении прямым голубым светопрочным в зависимости от ионной силы раствора и заряда поверхности волокна___

№ п/п Составы исследуемых растворов, г/л Крася щая сила, % Ионная сила раство ра Заряд поверхно сти волокна, мВ

ИаС1 N3:804 (МН4)2804 СНзСООН (30%-ная) Ыа2С03

1 0,08 - - - - 57,62 0,00137 -14,5000

2 0,08 - - - 0,15 62,15 0,00547 -6,7532

3 0,20 - - - - 63,46 0,00342 -11,1967

4 0,20 - - - 0,36 63,52 0,01368 -4,5345

5 - 0,19 - - - 66,06 0,0041 -7,8300

6 - 0,49 - - - 67,95 0,0103 -5,6133

7 . - - 0,18 - - 77,58 0,00410 -4,9892

8 - - 0,45 - 82,43 0,0103 -2,0114

9 2,00 - - - - 102,91 0,0342 -5,5652

10 - 4,86 - - - 114,43 0,1026 -4.1530

11 2,00 - - - 3,60 153,71 0,1368 -0,6613

12 - - 4,51 - - 154,53 0,1026 -0,0961

13 6,00 - 0,40 8,00 - 177,52 0,1537 -0,0900

Красящая сила (%), определенная как изменение насыщенности окраски текстильного материала по сравнению с насыщенностью окраски, полученной при крашении по технологии НИОПиК, характеризует изменение количества красителя, зафиксированного на волокне при изменении состава красильного раствора при прочих равных условиях.

Как видно из табл 1 фиксация прямого красителя зависит от величины ^-потенциала волокна и ионной силы красильного раствора. Фиксация красителя растет с увеличением ионной силы раствора и уменьшением С,-потенциала волокна. Однако " прямой зависимости между величиной С,-потенциала, ионной силой и фиксацией красителя не прослеживается.

Рис 1

!

Как видно из габл 1 существенному увеличению фиксации красителя способствует увеличение концентрации в красильном растворе сульфата аммония, что сопровождается увеличением ионной силы раствора и одновременным снижением заряда поверхности волокна.

На рис 1 показано изменение электрокинетического потенциала волокон хлопка в зависимости от концентрации различных электролитов, применяемых обычно в качестве регулятора поверхностного потенциала волокон для повышения эффективности крашения.

Зависимость ^-потенциала от 4с для идеальных растворов электролитов при бесконечном разбавлении должно выражаться, в соответствии со строением двойного электрического слоя Гуи-Чепмена, линейной зависимостью. Как видно из рис 2 такая зависимость наблюдается только для разбавленных растворов исследуемых электролитов. При повышении концентрации растворов в той области, где начинают проявляться межионные ■ взаимодействия, такая зависимость перестает соблюдаться. Особенно это четко проявляется при выражении концентрации электролитов в виде ионной силы. Это свидетельствует об электростатическом механизме сжатия двойного электрического слоя, зависящего от концентрации катионов при отсутствии каких-либо специфических взаимодействий ионов с поверхностью волокна. Исключение составляет соль аммония, которая при тех же концентрациях способствует снижению электрокинетического потенциала в 2-3 раза больше, чем соли натрия, что может являться следствием не только сжатия диффузионной обкладки двойного электрического слоя, но и нейтрализации поверхностных зарядов волокон хлопка в результате специфического взаимодействия ионов с поверхностью волокна (дисперсионное

взаимодействие) ц подавления ионизации ОН-групп целлюлозы при снижении величины рН красильного раствора.

3. Обоснование выбора закрепителя окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями и технологии его применения.

В табл 2 показано изменение устойчивости окраски хлопчатобумажного текстильного материала прямыми светопрочными и прямыми солофениловыми красителями к мокрым обработкам при использовании различных закрепителей. Как видно из табл 2, наиболее оптимальным для красителей обоих классов является использование закрепителя У-2, применение которого позволяет увеличить устойчивость окраски на 1-2 балла.

В качестве одного из параметров выбора закрепителя также рассматривалось изменение цветовых характеристик окраски хлопчатобумажных текстильных материалов, обработанных исследуемыми закрепителями. Для количественного выражения цветовых различий использовали систему Ь* а* Ь*. За эталон приняты цветовые характеристики окрашенных образцов хлопчатобумажного текстильного материала, не обработанных закрепителями.

Установлено, что наименьшее изменение цветовых характеристик окрасок хлопчатобумажной ткани прямыми светопрочными или прямыми

Таблица 2

Устойчивость окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными и прямыми солофениловыми красителями к мокрым обработкам после закрепления различными закрепителями

Краситель Концен Незакрепленный Наименование закрепителя

трация образец Stabifix Solfix F У-2 дцу

крас- ISO шкала ISO шкала ISO шкала ISO шкала ISO шкала

ля, % сер.эт. сер.эт. сер.эт. сер.эт. сер.эт.

Прямой желтый 2 2,07 2 2,81 3 3,36 3-4 3,04 3 2,34 2-3

О св/пр 4 1,89 2 2,66 2-3 3,18 3 2,86 3 2,49 2-3

Прямой бордо С 2 1,98 2 3,55 3-4 3,24 3 3,68 3-4 2,75 3

св/пр 4 1,83 2 2,86 3 3,41 3-4 3,41 3-4 2,45 2-3 '

Прямой голубой 2 2,74 2-3 3,17 3 3,67 3-4 3,83 4 3,37 3-4

св/пр 4 2,69 2-3 2,90 3 ^63 3-4 3,38 3-4 2,84 3

Прямой солоф. 2 1,85 2 2,19 2 2,02 2 2,80 3 2,09 2

желтый ARLE 4 1,65 2. 1,88 2 1,85 2 ■ 2,55 2-3 1,92 2

Прямой солоф. 2 2,25 2-3 3,17 3 3,82 4 3,93 4 3,07 3

бордо 3BLE 4 2,09 2 2,45 2-3 2,20 2 3,14 3 2,52 2-3

Прямой солоф. 2 2,35 2-3 2,83 3 3,54 3-4 2,97 3 2,81 3

голубой FGLE 4 2,26 2-3 2,31 2-3 2,71 2-3 2,59 2-3 2,74 2-3

солофениловыми красителями наблюдается при использовании закрепителя У-2 вне зависимости от концентрации красителя в красильном растворе.

Известно, что препарат У-2 помимо уксуснокислой соли продукта конденсации дициандиамида с формальдегидом содержит и гексметилентетрамин (уротропин), который добавляют для нейтрализации щелочной соли, выделяющейся при взаимодействии дициандиамида с красителем, т.е. для создания кислой среды.

Поскольку при закреплении окраски прямыми солофениловыми красителями используется препарат 8оШх в присутствии едкого натра, т.е. процесс закрепления осуществляется не в традиционно кислой, а в щелочной среде нами было исследовано изменение устойчивости окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями (синий светопрочный, голубой светопрочный, бирюзовый светопрочный) после обработки раствором У-2 при различных значениях рН. Результаты проведенных исследований представлены в табл 3.

Таблица 3

Изменение устойчивости окраски хлопчатобумажного текстильного материала при крашении прямыми светопрочными красителями в зависимости от рН раствора закрепителя У-2 (концентрация красителя 1%, У-2 - 3% от

массы волокна)

рН р-ра закр. Состав раствора Устойчивость окраски

№2С03, г/л №НСОз, г/л СНзСООН (30%-ная), мл/л Синий Голубой Бирюзовый

КО шк. сер. эт. КО шк. сер. эт. КО шк. сер. эт.

незакрепленный об эазец 2,27 2 2,84 3 3,47 3-4

5,7 - - - 3,14 3 3,30 3-4 3,67 3-4

9,4 - 0,32 - 3,28 3-4 3,42 3-4 3,79 4

9,85 - 1,6 ' — 3,48 3-4 3,55 3-4 3,98 4

10 0,72 - - 3,54 3-4 3,51 3-4 3,74 3-4

5,1 - - 0,13 2,91 3 3,17 3 3,73 3-4

4,95 - - 0,23 2,81 3 2,96 3 3,47 3-4

Как видно из табл 3 повышению устойчивости окраски к мокрым обработкам хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями способствует повышение рН раствора закрепителя до уровня 9,5-9,8.

При исследовании влияния соотношения концентраций У-2 и красителя на изменение устойчивости окраски хлопчатобумажного текстильного материала прямыми красителями к мокрым обработкам, закреплению подвергались окраски (1% и 3% выкраски) текстильного материала при соотношении концентраций закрепителя и красителя в интервале 0,25-3.

Установлено, что введение в раствор закрепителя У-2 щелочного агента приводит к заметному повышению устойчивости окраски к мокрым обработкам вне зависимости от интенсивности окраски текстильного материала и соотношения концентрации красителя и закрепителя. Устойчивость окраски хлопчатобумажного текстильного материала прямыми красителями при одном и том же соотношении красителя и закрепителя практически не зависит от природы щелочного агента.

С целью достижения высоких показателей устойчивости окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями было проведено исследование влияния на данный показатель следующих параметров: состава закрепительного раствора: У-2 (0-6 % от массы текстильного материала), КтаНС03 (0-2 г/л) и №01 (0-20 % от массы текстильного материала), времени (20-40 мин) и температуры (20-60°С) обработки окрашенной ткани в закрепительном растворе. Установлено, что каждый из исследуемых факторов процесса закрепления окраски в той или иной степени влияет на изменение устойчивости получаемой окраски. При этом наиболее ярко влияние исследуемых факторов проявляется на прямом бирюзовом светопрочном. Так установлено, что в исследуемом интервале концентрации хлорида натрия и бикарбоната натрия'практически не влияют на изменение устойчивости окраски прямого синего светопрочного и прямого голубого светопрочного. В то же время для бирюзового светопрочного красителя наблюдается четко выраженный экстремум. При выявлении влияния концентрации У-2 установлено, что с её ростом растет устойчивость окраски прямого синего светопрочного и прямого голубого светопрочного, а максимум устойчивости окраски прямого бирюзового светопрочного наблюдается при концентрации У-2 3-3,5% от массы окрашиваемого текстильного материала, что соответствует соотношению концентрации красителя и закрепителя 1:3, а дальнейшее увеличение концентрации закрепителя не влияет на изменения устойчивости получаемой окраски.

Аналогичная зависимость наблюдается и при выявлении влияния продолжительности процесса закрепления на изменение устойчивости окраски: увеличение времени обработки текстильного материала, окрашенного прямым голубым светопрочным и прямым синим светопрочным в закрепительном растворе способствует увеличению устойчивости окраски, а для прямого бирюзового достаточно 30 мин обработки в закрепительном растворе.

Поскольку для реальных производственных условий невозможно рекомендовать особые условия проведения процесса закрепления окраски для каждой марки красителя, необходимо установить параметры технологического процесса, обеспечивающие достижение высокой устойчивости окраски прямыми красителями вне зависимости от их химического строения. С использованием метода ротатабельного планирования эксперимента были получены математические модели процесса закрепления окраски текстильных материалов прямыми

светопрочными красителями, на основании анализа которых установлены технологические параметры, обеспечивающие достижение высокой устойчивости окраски к мокрым обработкам при одновременном снижении расхода закрепителя в 3 раза и исключении операции промывки окрашенной ткани перед закреплением.

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 1999г 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 (NH4)2S04, СН3СООН и нейтрального электролита. х

4. 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.

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 (рис 3) и технология закрепления окраски препаратом У-2 (рис 4), обеспечивающая повышение 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.

Крашение -> закрепление —»термообработка Технология крашения прямыми светопрочными красителями по периодическому способу

t°c f

А ВС

где, А - введение красителя + (N114)2804 + СН3СООН В - введение У2 части ЫаС1. С - введение Уг части ЫаС1;

РисЗ

Состав красильного раствора, г/л Краситель(% от массы волокна): х

(N114)2804 0,4

Уксусная кислота (30%-ная) 8

Поваренная соль 6

Технология упрочнения окраски хлопчатобумажного текстильного материала прямыми светопрочными красителями с использование препарата

У-2

где А - введение закрепителя У-2 + NaCl + NaHCOj

Рис 4

Состав раствора для закрепления (% от массы волокна) Закрепитель 0,75 - 3

NaCl 5

NaHC03 (г/л) 1-1,5

Модуль ванны 50

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.

Основные материалы диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Романовская O.A., Булушева Н.Е. Изучение влияния pH раствора закрепительной ванны на изменение устойчивости окрасок хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями к мокрым обработкам //«Легпромиздат» №3963-ЛП от 25.10.2000.

2. Романовская O.A., Булушева Н.Е. Применение прямых красителей в колорировании текстильных изделий из целлюлозных волокон // «Легпромиздат» №3962-ЛП от 25.10.2000.

3. Матвейчук O.A., Булушева Н.Е., Шарипов Ш.Т. Разработка и теоретическое обоснование технологии устойчивого крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми азокрасителями// Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии текстильной промышленности» (Текстиль-96) - .М.:МГТА.1996. -с.137.

4. Романовская O.A., Булушева Н.Е., Судакова Л.В. Разработка технологии крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми красителями с использованием закрепителей окраски различного химического строения// Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии текстильной промышленности» (Текстиль-97) - .М.:МГТА.1997. -с.131.

5. Романовская O.A., Булушева Н.Е., Шарипов Ш.Т. Применение прямых красителей в колорировании текстильных изделий из целлюлозных волокон// Сб. тезисов докладов I Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Химия 97).-. -Иваново: ИГХТА, 1997. -с.153.

6. Матвейчук O.A., Булушева Н.Е. Разработка экологически безопасной технологии устойчивого крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми азокрасителями// Сб. тезисов докладов научной конференции профессорско-преподавательского состава. - .М.:МГТА.1998. -с.4б.

7. Романовская O.A., Коняшина H.H. Исследование зависимости количества свободного формальдегида на ткани от химического строения прямых

красителей при использовании формальдегидсодержащих закрепителей окраски// Сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование в текстильной промышленности " (Текстиль - 99). -М.: МГТУ. - с. 137. 8. Романовская O.A., Булушева Н.Е. Влияние массового соотношения красителя и закрепителя на устойчивость окрасок прямых красителей к мокрьщ обработкам при крашении хлопчатобумажных тканей // Сб. тезисов докладов Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии в производство» «Текстильная химия - 2000». - И.: ИГХТУ. 2000. - с.140.

ИД№ 01809 от 17.05.2000

Подписано в печать 20.11. 2000 Сдано в производство 20. 11.2000 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усллеч.л. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 522 Тираж 80

Электронный набор МГТУ, 117918, Москва, Малая Калужская, 1

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Строение и свойства хлопкового волокна

1.1.1. Строение и свойства целлюлозы

1.1.2. Электроповерхностные свойства волокон хлопка

1.2. Крашение текстильных материалов из целлюлозных волокон

1.3. Строение и свойства активных красителей

1.4. Строение и свойства прямых красителей

1.5. Способы повышения устойчивости окраски текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми красителями

1.5.1. Диазотированние красителя на волокне с последующим азосочетанием

1.5.2. Обработка солями металлов

1.5.3. Обработка катионно-активными препаратами

1.6. Строение и свойства закрепителя ДЦУ

1.6.1. Получение закрепителя ДЦУ

1.6.2. Взаимодействие ДЦУ с прямыми красителями

1.6.3. Технология закрепления окраски прямых красителей ДЦУ

2. Методическая часть

2.1. Объекты исследования

2.2. Технология крашения прямыми красителями

2.3. Технология упрочнения окраски хлопчатобумажных текстильных 57 материалов

2.4. Технология крашения активными красителями

2.5. Методика определения устойчивости окраски к мокрым обработкам

2.6. Методика определения колористических характеристик и цветовых различий окрасок хлопчатобумажных текстильных материалов

2.7. Методика определения цветового охвата

2.8. Методика определения электрокинетического потенциала

2.9. Оптимизация технологического процесса закрепления окраски хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми светопрочными красителями

3. Экспериментальная часть

3.1 Сравнение цветовых характеристик окрасок получаемых с использованием активных, прямых и прямых солофениловых красителей

3.2 Сравнение цветовых охватов триад прямых светопрочных красителей и прямых солофениловых красителей

3.3 Факторы, влияющие на процесс крашения хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми красителями

3.3.1 Влияние электролитов на изменение электрокинетического потенциала и насыщенности окраски хлопчатобумажной ткани при крашении прямым голубым светопрочным красителем

3.4 Обоснование выбора закрепителя окраски хлопчатобумажных текстильный материалов прямыми красителями и технологии его применения

3.4.1 Зависимость устойчивости к мокрым обработкам окраски хлопчатобумажных текстильных материалов от природы применяемого закрепителя

3.4.2. Зависимость цветовых характеристик окраски хлопчатобумажных текстильных материалов от природы применяемого закрепителя

3.5 Исследование влияния зависимости устойчивости окраски к мокрым обработкам от различных факторов

3.6 Обоснование технологического режима процесса закрепления окраски прямых красителей

Выводы

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 электролита; проведения 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 1999т 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.

127

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.

1. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д. Кириллова М.Н. Физико-химические основы процессов отделочного производства. М.,1982.

2. Берестнев В.А., Флексер JI.A., Лукьянова JI.M. Макроструктура волокон и элементарных нитей и особенности их разрушения. М.,1982.

3. Мельников Б.Н., Кириллова М.Н., МоргановА.П. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения текстильных материалов. М., 1983.

4. Садов Ф.И., Корчагин М.В., Матецкий А.И. Химическая технология волокнистых материалов. М., 1956.

5. Кричевский Т.Е., Корчагин М.В., Сенахов A.B. Химическая технология текстильных материалов. М., 1985.

6. Волков В.А. Методические указания по коллоидной химии в технологических процессах производства химических волокон, текстильных и нетканых материалов. М.,1980.

7. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., 1975

8. Волков В.А., Жиронкин А.Н., Сорокина JI.A. Влияние коллоидно-химических свойств латексов фторсодержащих полимеров и фторуглеродных ПАВ на модификацию тканей. Изв. вуз. Технология текстильной промышленности №1, 1996

9. Андросов В.Ф. Крашение синтетических волокон. М.,1984

10. Ю.Жиронкин А.Н., Волков В.А. Исследование двойного электрического слояхлопкового волокна в растворах NaCl. РАН Коллоидный журнал. т.54.1992

11. Кричевский Г.Е. Активные красители М.,1982

12. Мельников Б.Н., Виноградова Г.И. Применение красителей. М., 1986

13. З.Емельянов А.Г. Прямые красители и их применение в текстильной промышленности. М.,

14. Петере Р.Х. Текстильная химия. М., 1989

15. Solophenyl. Крашение в системе. Проспект ф-Ciba.

16. Поверхностно-активные вещества в текстильной промышленности. JL, 1980.

17. Мельников Б.Н., Блиничева И.Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов. М., 1978

18. Лапина З.С. Применение смесей прямых красителей для колорирования текстильных материалов. М., 1972

19. Феонтисов Д. Упрочнение и вытравляемость прямых красителей. М.193920.0сипова P.C. Шатрова Е.С. Прочность окраски хлопчатобумажныхтканей. М.-Л.Д948

20. Мельников Б.Н., Морганов П.А. Применение красителей. М., 1971

21. Маркузе K.M. Поверхностно-активные продукты в текстильной промышленности. М., 194023.Патент Франции № 784692

22. Горшков П.В., Филлипов А.Н. Способ повышения прочности окрасок субстантивными красителями. Авт. свид. СССР № 59401

23. Струков И.Т., Блинов В.А., Морозова М.С., Смирнов Б.П. Способ повышения прочности окрасок субстантивными красителями. Авт. свид. № 74930

24. Струков И.Т., Сыхра И.А., Смирнов Б.Н. Способ повышения прочности окрасок субстантивными и кислотными красителями №63000

25. Кириллов М.Н., Егорова А.Н., Мельников Б.Н. Способы крашения целлюлозных материалов Авт. свид. № 525767.Бюл. №31,1976

26. Мурзабекова Т.Г., Михайлова М.П., Тутурина Е.Б., Думнова Н.М., Гаврикова Л.И., Мкртчан P.A., Топчев Д.А., Сулимов М.М. Способ крашения целлюлозосодержащих текстильных материалов № 2067635 Бюл.№ 28 Опубл. 10.10.96

27. Андрианов К., Кардашов Д. Практические работы по искусственным смолам. М., 1936

28. Ключарев C.B. Методы упрочнения окрасок. М., 1938

29. Ключарев C.B. К вопросу о рационализации некоторых процессов химической технологии хлопчатобумажного волокна. Канд. дисс. М., 1945

30. Вознесенский H.H. Исследование процесса фиксации прямых красителей продуктом конденсации из дициандиамида и формалина при крашении хлопчатобумажных тканей. Канд. дисс. М., 1944

31. Красители для текстильной промышленности. Справочник. М., 1972

32. Мельников Б.Н. Отделка хлопчатобумажных тканей. Справочник М., 1991

33. Колориндекс 80. Интерхим. ГДР., 1980

34. Перечень основной номенклатуры химических реактивов и препаратов. М.

35. Прямые красители. Проспект. Мин-во хим. пром.

36. Активные красители. Проспект. Мин-во хим. пром.

37. Методы испытаний устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям. ГОСТ 9733.0-83 ГОСТ 9733.27.-83

38. Кириллов Е.А. Цветоведение. М., 1987

39. Джадд Дж., Вышецки Г. Цвет в науке и технике М., 1978

40. Методы исследования в текстильной химии. Справочник. М., 1993

41. Гордеев A.C., Волков В.А. Влияние pH среды и адсорбции неионогенных ПАВ на электрокинетические свойства поверхности волокон. Изв. вуз. Технология легкой промышленности №6,1991

42. Резинов Л.П., Слободчиков Р.И. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. М., 1980

43. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., 1969

44. Мс Laren R. ISO Fastness Test Coordinating Committee. Working group 7. Soc. Dyers and Color. V. 1981