Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор: Особенности крашения полиэфирных материалов с использованием интенсификаторов

2. Обоснование и выбор интенсифицирующих агентов

3. Экспериментальная часть

3.1 Крашение ацетатных тканей

3.2 Крашение полиэфирных тканей

3.3 Крашение полиамидных волокон

Заключение

Список литературы

Введение

В последнее время производство и потребление полиэфирных волокон получило очень широкое распространение. За счёт своих высоких физико-механических свойств, способности заменять другие виды волокон, наиболее низкой стоимостью по сравнению с аналогичными материалами, способности использовать в смеси с натуральным сырьём, полиэфирные волокна находят очень широкое использование в различных направлениях промышленности, особенно в текстильной.

Технология крашения текстильных материалов развивается по двум, но не единственным, основным направлениям: совершенствование существующих технологических процессов и создание принципиально новых схем крашения, обеспечивающих экономию материальных ресурсов (воды, электроэнергии, химических материалов и т.п.) и рациональное использование сырья.

Способы колористических отделок различных тканей с использованием интенсификаторов, предоставляют возможность для получения прочных и интенсивных окрасок при расходовании меньшего количества красителя и энергоресурсов, в отдельных случаях, исключается стадия закрепления окрасок, снижается температура и время крашения [1].

Целью данной работы является:

- всестороннем исследовании действия интенсификаторов в процессе крашения текстильных материалов из синтетических волокон и создании на этой основе технологий крашения, безопасных для человека и окружающей среды.

Для достижения поставленной цели исследования были определены следующие задачи:

- разработка процесса интенсифицированного крашения полиэфирных волокнистых материалов дисперсными красителями с использованием интенсификаторов при температуре, не превышающей 100 °С;

- реализация нового подхода к поверхностному крашению полиэфирных волокон с использованием интенсификторов, обеспечивающих получение интенсивных окрасок;

- с учетом специфики структуры полиэфирных волокон и их взаимодействия с интенсификаторами создание технологии колорирования, обеспечивающей формирование равномерных окрасок при использовании дисперсного красителя;

- придание антибактериальных свойств полиэфирным материалам на стадии крашения.

крашение интенсификатор колорирование полиэфирный

1. Литературный обзор: Особенности крашения полиэфирных материалов с использованием интенсификаторов

В настоящее время в текстильной промышленности возникает необходимость в снижении затрат на энергоресурсы с одновременным повышением качества текстильных изделий для обеспечения ее конкурентоспособности на мировом рынке.

Существуют различные способы крашения текстильных материалов из полиэфирных волокон, одним из них является крашение дисперсным красителем использованием интенсифицирующих агентов.

Способы колористических отделок различных тканей с использованием интенсификаторов, предоставляют возможность для получения прочных и интенсивных окрасок при расходовании меньшего количества красителя и энергоресурсов, снижается температура и время крашения.

Интенсификаторами являются вещества, снижающие температуру стеклования полимера и вызывающие набухание волокна в условиях крашения. Благодаря небольшим размерам и сродству к волокнистому материалу интенсификаторы легко проникают в волокно, адсорбируются на активных центрах и нарушают связи между соседними макромолекулами субстрата. Это приводит к разрыхлению полимера и облегчает диффузию красителя.

Интенсификатор должен соответствовать следующим требованиям:

- проявлять эффект при низких концентрациях;

- иметь незначительную летучесть с водяным паром;

- отвечать требованию по оптимальному выравниванию;

- не снижать прочность окраски;

- не вызывать усадку материала;

- легко и полно удаляться после крашения;

- быть дешевым, доступным;

- быть бесцветным.

Отрицательные свойства интенсификаторов:

- как правило, токсичны, загрязняют воду, ухудшая экологическую обстановку;

- вызывают необходимость в более длительных промывках;

- если остаются на ткани, ухудшается прочность окраски к свету. Интенсификация процессов крашения может осуществляться по нескольким направлениям: 1) путем интенсификации пропитки текстильных материалов красильными растворами; 2) за счет интенсификации фиксации красителей на волокне; 3) путем применения технологий крашения, основанных на использовании неводных и смешанных растворителей; 4) путем применения новых физических приемов активизации процессов крашения.

Одним из эффективных способов интенсификации процессов пропитки текстильных материалов красильным раствором является повышение его смачивающей и пропитывающей способности в результате введения соответствующих текстильно-вспомогательных веществ, например, алифатических спиртов (этилового, пропилового, изопропилового). Этот прием позволяет окрашивать даже суровые плотные хлопчатобумажные ткани в более темные тона, чем при крашении мерсеризованной ткани с использованием традиционного рецепта красильной ванны [4].

Для быстрой и равномерной пропитки текстильного материала красильным раствором целесообразно предварительно удалить из материала воздух. В частности, с помощью предварительного вакуумирования. Преимущества вакуумной технологии в максимальной степени реализуются при крашении тяжелых и плотных, а также суровых тканей. Весьма эффективно использование вакуума при крашении текстильных материалов в паковках (пряжа, ровница, ткани в навоях) в аппаратах периодического действия. При этом не только интенсифицируется процесс крашения, но и снижается неравномерность крашения между внутренними и наружными слоями паковки. Пропаривание текстильного материала насыщенным водяным паром в течение 1-3 с перед пропиткой красильным раствором создает эффект, аналогичный вакуумированию. Пар с избыточным давлением вытесняет воздух из материала. Примерно такое же действие производит предварительный прогрев текстильного материала при температуре 160-190 °С перед пропиткой красильным раствором. В наибольшей степени интенсифицирующий эффект проявляется при крашении суровых тканей [2].

Достаточно эффективным является предварительное увлажнение тканей, реализуемое путем пропитки ткани водой. При крашении ткани, содержащей 30 % влаги, наблюдается максимальная степень набухания волокна, в результате чего оно лучше окрашивается водорастворимыми красителями.

Интенсификациия фиксации красителей может осуществляться за счет новых способов подвода тепла. К ним относится сопловой обдув текстильного материала при термообработке. Возможно использование на стадии термофикации инфракрасного излучения, которое обеспечивает быстрый нагрев ткани, а также активацию волокнообразующего полимера и молекул красителя. Этот принцип лег в основу работы универсальной радиационной термокамеры УРТК. Фиксацию красителей на волокне можно ускорить и путем введения в водную красильную ванну органических растворителей.

К числу технологий крашения, основанных на использовании неводных и смешанных растворителей, можно отнести пропитку текстильного материала непосредственно перед крашением жидким аммиаком. Такая обработка позволяет повысить скорость диффузии красителя в 1,7-2 раза, а также увеличить скорость взаимодействия с активными красителями в 1,2-1,7 раза вследствие сильной ионизации гидроксильных групп и структурных изменений. Однако, широкое внедрение жидко-аммиачной технологии сдерживается трудностями создания соответствующего оборудования [2].

Более распространа азеотропная технология, основанная на использовании в качестве фиксирующей среды паров азеотропных смесей органических растворителей и воды. Пластифицирующее действие таких смесей на волокна и повышение растворимости красителей обеспечивают достаточно полную фиксацию красителей различных смесей на тканях из химических, природных волокон и их смесей за 2-6 мин обработки при температуре 100 °С. При увеличении температуры азеотропной фиксирующей среды до 140-150 °С время обработки сокращается до 2-3 мин. Для осуществления азеотропной технологии создан универсальный азеотропный зрельник ЗЗУ-4/260, обеспечивающий температурный режим в диапазоне 100-180 °С в азеотропной и водно-паровой средах. Среди физических приемов интенсификации процессов крашения можно отметить высокочастотный или микроволновой нагрев текстильного материала, использование ионизирующих излучений высоких энергий, низкотемпературной плазмы и магнитных полей.

При высокочастотном нагреве объем материала прогревается равномерно и в десятки раз быстрее, чем при нагреве от внешних источников тепла. Кроме того, под влиянием высокочастотного излучения происходит повышение степени дисперсности, активация красителей и пластификация текстильного материала. В качестве ионизирующих излучений высокой энергии предполагается использовать гамма-кванты или поток быстрых электронов (бета-радиация), которыми будет обрабатываться текстильный материал после пропитки в водном красильном растворе.

Использование низкотемпературной плазмы обеспечивает активацию поверхностного слоя волокон под воздействием атомов и метастабильных молекул газа и ультрафиолетового излучения плазмы, в результате чего на поверхности синтетических волокон образуется развитая пористая структура. Это повышает смачиваемость текстильных материалов, что способствует более эффективной пропитке их растворами красителей.

Магнитные поля позволяют активировать водные красильные растворы вследствие изменения структуры воды. Магнитная обработка способствует увеличению выбираемости красителей текстильным материалом на 5--40 %, возрастает реакционная способность активных красителей. При непрерывных способах крашения магнитную обработку красильного раствора целесообразно проводить непосредственно во время пропитки текстильного материала [1].

Дисперсные красители созданы специально для крашения ацетилцеллюлозных волокон. Это единственный класс красителей, пригодных для крашения ацетатных и немодифицированных ПЭ-волокон. Применяются для колорирования ацетатных, триацетатных, полиамидных, полиэфирных и полиакрилонитрильных волокон. Красители фиксируются на волокне при помощи сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей, которые образуются между эфирной группой лавсана, амидной группой капрона, ацетильной группой эфироцеллюлозных волокон и полярными группами (-ОН, -NH₂) красителя.

Они малорастворимы в воде, так как не содержат групп, придающих растворимость, но имеют сильнополярные группы (-NH₂, N0₂), придающие частичную растворимость (2-200 мг/л), имеют низкий молекулярный вес, обладают сродством к гидрофобным полимерам. Существуют дисперсные красители, способные диазотироваться (имеют аминогруппы в пароположении к азогруппе), металлокомплексные для полиамидных волокон (крашение ведут в слабощелочной среде аммиака при pH = 8...9, полученные окраски неяркие, с высокой устойчивостью к мокрым обработкам и свету) и активные дисперсные красители.

Окраски отличаются широкой гаммой цветов, яркостью, ровнотой и хорошей устойчивостью к мокрым обработкам, кроме окрасок на полиамидных волокнах. Если проводить стирку при температуре, близкой к температуре стеклования волокна, то окраски оказываются недостаточно устойчивыми. С повышением молекулярной массы красителя повышается устойчивость окрасок и устойчивость красителя к сублимации, но снижается диффузионная способность.

Для повышения смачиваемости волокна водными растворами и растворимости красителя в красильную ванну вводят ПАВ и стабилизаторы. При растворении красителя в системе устанавливается равновесие между молекулярной и твердой фракциями красителя. Краситель, находящийся в молекулярном состоянии, имеет сродство к волокну, способен диффундировать и сорбироваться волокном по механизму диффузии в свободный объем. Количество красителя в системе, находящегося в молекулярном состоянии, пополняется в результате диспергирования, растворения агрегатов красителя. Крашение ведут при температуре, оптимальной для данного волокна, но на 40--50 °С выше температуры стеклования волокна, что обеспечивает повышение внутреннего объема вследствие подвижности отдельных сегментов макромолекулы волокна. Полиамидное, триацетатное волокна окрашивают при температуре 100 °С, а ацетатное -- при 80 °С. Крашение завершают снижением температуры ниже температуры стеклования волокна, при этом его структура возвращается к исходной, свободный объем волокна резко снижается и краситель оказывается закрытым в структуре волокна.

Полиэфирные волокна имеют более компактную структуру, поэтому для увеличения скорости крашения при 100 °С совместно с ПАВ и уксусной кислотой вводят интенсификаторы -- ароматические соединения. Интенсификаторы -- дифенил, салициловая или бензойная кислота, т.е. сильно полярные вещества, повышающие поглощение волокном воды и количество активных центров на волокне, разрывающие межмолекулярные связи и способствующие тем самым набуханию волокна и растворению красителя. Интенсификаторы образуют на поверхности волокна пленку, в которой растворяется краситель. С повышением температуры до 95 °С интенсификатор диффундирует в волокно, разрыхляет его, снижает температуру стеклования волокна, и краситель легко диффундирует в волокно, интенсификатор обеспечивают необходимые понижение энергии активации при невысоких концентрациях, легко удаляются при промывке. При этом одновременно может происходить кристаллизация красителя и его модификация под действием интенсификатора. Однако интенсификаторы токсичны, имеют запах, снижают устойчивость окрасок к свету, что требует соблюдения мер безопасности и использования светостойких красителей.

Интенсификаторы подразделяются на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные -- это фенол, бензойная кислота, салициловая кислота, они способны взаимодействовать с гидрофобными участками волокна и с водой. В результате происходит диффузия гидратированных молекул интенсификатора внутрь волокна, приводящая к разрыхлению и набуханию волокна за счет воды, вносимой внутрь волокна с интенсификатором, что обеспечивает последующее проникновение красителя внутрь волокна при обычной температуре за счет снижения энергии. В случае гидрофобных интенсификаторов имеет место разрыхление структуры волокна в результате диффузии молекул интенсификатора в волокно. При этом часть межмолекулярных связей волокна разрушается, что приводит к большой подвижности сегментов волокна. Они трудно удаляются при промывке, применяются ограниченно.

Основным и наиболее перспективным направлением расширения ассортимента и улучшения свойств текстильных материалов различного состава является не столько разработка новых видов химических веществ для производства текстильных волокон, сколько модификация уже существующих волокон и готовых текстильных материалов с целью придания им новых свойств [2].

Придание текстильным материалам антибактериальных свойств преследует две основные цели: защиту от действия микроорганизмов самого материала и защиту от действия патогенной микрофлоры объектов, соприкасающихся с текстильными материалами. В первом случае речь идет о придании волокнистым материалам биостойкости, а, следовательно, о пассивной защите; во втором случае - о создании условий для превентивной атаки со стороны текстильного материала на болезнетворные бактерии и грибы для предохранения от их действия защищаемого объекта [3].

Модификация текстильных материалов с целью придания им антибактериальных свойств может быть осуществлена на стадии переработки волокнообразующего полимера в текстильное волокно, а также на стадии обработки готового текстильного волокна, полотна или изделия.

Придание антибактериальных свойств текстильным материалам возможно на стадии синтеза и формования волокнообразующего полимера. Часто в волокно происходит внедрение не одного, а нескольких антибактериальных веществ. Такие материалы более эффективны, а введение антибактериального агента непосредственно в волокно позволяет антибактериальным текстильным материалам, получаемым данным методом, выдерживать до 250 циклов стирки.

Придание антибактериальных свойств текстильным материалам возможно также на стадии аппретирования, а именно путем нанесения химического антибактериального вещества на материал при крашении, то есть на последнем этапе финишной отделки текстильного полотна.

Данный метод экономически наиболее целесообразен, так как требует перестройки технологического процесса лишь на последнем этапе. Но существенным недостатком нанесения антибактериальных веществ на стадии финишной отделки является проблема получения стойких антибактериальных покрытий. Это связано с низкой адгезией антибактериального вещества к текстильным волокнам и вымыванием биоцида с поверхности текстильных материалов в процессе эксплуатации изделий [3].

2. Обоснование и выбор интенсифицирующих агентов

В качестве объектов исследований при выполнении работы использовали полиэфирные, полиамидные, ацетатные текстильные материалы. Процессы подготовки и крашения текстильных материалов проводили в лабораторных условиях по стандартным режимам с применением дисперсных и текстильно-вспомогательных веществ известного химического строения. В качестве интенсификаторов крашения и агентов, повышающих биостойкость текстильного материала, использовали : метронидазол, левомецитин, салициловую кислоту (табл1).

Таблица 1 - Характеристика интенсифицирующих агентов

3. Экспериментальная часть

В качестве объектов исследований при выполнении работы использовали полиэфирные, полиамидные, ацетатные текстильные материалы.

Условия крашения ткани: модуль ванны М = 60 ; краситель дисперсный синий 2 % (масс.); диспергатор ТС или НФ 2 г/л ; продолжительность 40 минут; температура 70-75 єС.

Порядок выполнения работы: рассчитали необходимые массы компонентов, входящих в состав красильной ванны, исходя из заданных концентраций, взвесили на технических весах и поместили в ступку, растирая сначала в сухом виде , затем постепенно добавляя воду. Приготовленный красильный раствор предварительно подогрели до температуры 40 єС, затем поместили в него образцы ткани, интенсивно перемешивая. Доводим ванну до температуры 70-75 єС (ацетат) и 100 єС(ПЭТ и капрон). Далее поддерживая данную температуру, продолжаем крашение в течении 40 минут (ацетат) и 1 час (ПЭТ и капрон). Затем промываем окрашенные образцы под холодной и горячей водой, и сушим.

3.1 Крашение ацетатных тканей

В начале был выбран диспергатор крашения

А) ТС В) НФ

Рисунок 1 - Влияние диспергатора

По образцам представленным на рисунке 1 видно, что диспергатор НФ прикрашении ацетатного волокна дает более интенсивную окраску, в сравнении с ТС. Однако, также было выявлено, что диспергатор НФ окрашивает ткань, придавая ей слегка делтый оттенок. Это наблюдается при крашении как с интенсификатором, так и без него. В связи с этим было принято решение в последующих опытах использовать диспергатор ТС.

Далее образцы ткани из ацетатного волокна окращивают дисперсным красителем в присутствии метронидозола, левомицетина, салициловой кислоты .

Условия крашения: модуль ванны М = 60 ; краситель дисперсный синий 2 % (масс.); диспергатор ТС 2 г/л; интенсификатор 2 или 5 г/л; продолжительность 40 минут; температура 70-75 єС.

Результаты наблюдений внесены в таблицы 2,3,4.

Таблица 2 - Результаты крашения с метронидазолом

По образцам видно, что с увеличением концентрации метронидазола интенсивность окраски так же возрастает. Однако можно сделать вывод, что для ацетата достаточно 2 г/л, т.к. 5 г/л дает окраску не на много интенсивнее. Требуются инструментальные методы для определения цветовых характеристик.

Таблица 3 -Результаты крашения с левомицетином

Из визуальных наблюдений видно, что увеличение концентрации левомицетина при обработке ткани с 2 до 5 г/л при прочих равных условиях повышает интенсивность окраски.

Таблица 4 - Результаты крашения с салициловой кислотой

С увеличением концентрации интенсивикатора, увеличивается интенсивность окраски. Дает более равномерную и «чистую» окраску, в сравнении с метронидозолом.

Из трех интенсификаторов наиболее эффективным является салициловая кислота.

3.2 Крашение полиэфирных тканей

Образцы ткани их полиэфирного волокна окращивают дисперсным красителем в присутствии метронидозола, левомицетина и салициловой кислоты .

Условия крашения: модуль ванны М=60; краситель дисперсный синий 2 % (масс.); диспергатор ТС 2 г/л; интенсификатор 2,5 г/л; продолжительность 1 час; температура 100 єС.

Результаты наблюдений внесены в таблицы 5,6,7.

Таблица 5 - Результат крашения с метронидозолом

В ходе визуальной оценки можно заметить, что более интенсивная окраска проявляется только при концентрации 5 г/л. По-видимому, метронидазол плохо проникает в структуру ПЭТ при малых концентрациях.

Таблица 6 -Результаты крашения с левомицетином

Из данных установлено, что левомицетин повышает степень фиксации красителя при минимальной концентрации 2 г/л т.к. интенсивность при концентрации 5 г/л не сильно выше. Требуются инструментальные методы для определения цветовых характеристик.

Таблица 7 - Результаты крашения с салициловой кислотой

В случае с салициловой кислотой, видно, что с увеличением ее концентрации происходит увеличение интенсивности окраски ткани.

Более подходящим интенсификатором для полиэфирных волокон является левомицетин.

3.3 Крашение полиамидных волокон

Образцы ткани их полиамидного волокна окращивают дисперсным красителем в присутствии метронидозола, левомицетина, салициловой кислоты.

Условия крашения: модуль ванны М= 60; краситель дисперсный синий 2 % (масс.); диспергатор ТС 2 г/л; интенсификатор 2,5 г/л; продолжительность 1 час; температура 100 єС.

Результаты наблюдений внесены в таблицы 8,9,10.

Таблица 8 - Результат крашения с метронидозолом

Результат показывает, что степень фиксации красителя повышается с увеличением концентрации метронидазола.

Таблица 9 -Результаты крашения с левомицетином

Здесь видно, что концентрации 2 г/л не достаточно для увеличения степени фиксации красителя на ткани, следовательно крашение может следует проводить с концентрацией левомицетина 5 г/л и выше.

Таблица 10 - Результаты крашения с салициловой кислотой

При крашении капрона дисперсным красителем в присутствии салициловой кислоты интенсивность окраски нарастает с увеличением концентрации интенсификатора. Образцы ткани, окрашенные в присутствии салициловой кислоты, отличаются более высокой интенсивностью, в сравнении с тканью окрашенной в присутствии метронидазола.

Салициловая кислота является наиболее подходящим интенсификатором для капрона.

Заключение

В ходе исследования установлено интенсифицирующее влияние интенсификаторов на крашение полиэфирных волокон дисперсными красителями. Доказана возможность получения интенсивных и прочных окрасок в условиях периодического крашения из водных растворов при температуре не выше 100°С. Определены оптимальные параметры процесса крашения: температура - 75 °С (ацетат) и 100°С (ПЭТ и капрон), концентрация интенсификатора - 2, 5 г/л, время крашения - 40 минут(ацетат) и 1 час (ПЭТ и капрон)

Установлено, что действие всех интенсификаторов на различные виды ткани дает эффект, однако некоторые в меньшей или большей степени. Так для ацетатного волокна наиболее подходящим интенсификатором будет метронидазол, т.к. для повышения степени окраски его хватает в минмальной концентрации 2 г/л или салициловая кислота, дающая более интенсивную окраску. Для ПЭТ наиболее подходящим интенсификатором будет левомицетин придающий наиболее яркую окраску ткани при наименьшей концентрации. И наконец, для капрона салициловая кислота будет более подходящим интенсификаторм т.к. дает более яркую и «чистую» окраску ткани.

Список литературы

1. Т.Д. Балашова, Н.В. Журавлева, М.В. Коновалова, М.А. Куликова Основы химической технологии волокнистых материалов-223с.

2. Забашта В.И. Основы интенсификации крашения полиэфирных волокон, Ленинград, ЛГУ, 1981, 136 с

3. Пат 2350356 Ru. Антибактериальный текстильный волокнистый материал и способ его получения / А.В. Вишняков, Т.В. Минаева, В.А. Чащин, Д.В. Хотимский. - № 2007124816/12; заявл. 03.07.2007; опубл. 27.03.2009)

4. Петрова-Куминская, С.В. Интенсификаторы в процессе крашения дисперсными красителями / С.В. Петрова-Куминская: Электонная лекция, - 7 с.

5. Машковский М. Лекарственные препараты / М. Машковский. - М.: 2018. - 553 с.

6. Дробыш Н.П. Энциклопедия химических веществ 3 ч-ть. / Н.П. Дробыш: 1978. - 275 с.

Размещено на Allbest.ru