Применение красителей - Мельников Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При переходе от водных растворов к неводным прежде всего резко сужается ассортимент красителей, способных растворяться в гидрофобных растворителях и других неводных средах. Наиболее изучены в настоящее время неводные растворы неионных дисперсных красителей. Эти красители при 20—50 °С в воде практически нерастворимы, но очень хорошо растворяются в различных гидрофобных органических растворителях, причем тем лучше, чем выше полярность растворителя.
Спектрофотометрические исследования и изучение диффузии красителей в неводных средах показало, что агрегатное состояние красителей в гидрофобных растворителях и водных растворах различно. В неводной среде красители практически не ассоциированы и не образуют полидисперсных систем. Рассчитанные по коэффициентам диффузии условные радиусы частиц очень близко соответствуют теоретическим размерам молекул дисперсных красителей, определенным по межатомным расстояниям в соответствии со строением молекулы красителя.
Большая часть красителей (прямые, кислотные, активные, катионные) в отличие от дисперсных практически полностью нерастворимы в гидрофобных органических растворителях. Эти красители можно перевести в неводный раствор только с помощью сорастворителей, например некоторых спиртов, диме-тилформамида, диметилсульфоксида.
Наиболее универсальным неводным растворителем является жидкий аммиак. Он легко и быстро растворяет красители многих классов с образованием молекулярно-дисперсных растворов. Жидкий аммиак совмещается со многими гидрофильными и гидрофобными органическими растворителями.
3.3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ КРАШЕНИЯ И ПЕЧАТАНИЯ
3.3.1. Процессы крашения
Крашение текстильных материалов представляет собой самопроизвольный переход молекул или ионов красящего вещества из раствора в волокно. Поскольку этот процесс осуществляется в гетерогенной среде, его можно условно подразделить на несколько физико-химических стадий: диффузию и конвективный перенос красителя в растворе к поверхности волокна, адсорб-
52
цию молекул красителя этой поверхностью и диффузию их внутрь волокнистого материала. Вполне естественно, что в реальных процессах крашения все названные выше стадии осуществляются одновременно и четких границ между ними не существует.
Роль каждой стадии не всегда однозначна и определяется условиями проведения процесса крашения, природой красящего вещества и окрашиваемого волокна, а также средой, в которой осуществляется этот процесс.
Переход красителя из раствора в волокно. С определенной степенью приближения любой волокнистый материал можно представить в виде модели, которая состоит из волокон, пронизанных системой субмикроскопических пор, и межволоконных пространств. При погружении волокнистого материала в красильную ванну в первый момент происходит впитывание раствора и заполнение им межволоконных пространств. Одновременно начинается расширение субмикроскопических пор в волокне вследствие его набухания. Из раствора, непосредственно прилегающего к поверхности волокна, краситель постепенно проникает внутрь волокна через раскрывающиеся при набухании субмикроскопические поры. В результате поверхностный микрослой раствора обедняется красителем, и для успешного протекания процесса крашения его необходимо непрерывно пополнять молекулами красителя путем диффузии их из внешнего раствора или конвективного обмена путем перемешивания. Чем эффективнее перемешивание, тем менее важна стадия диффузии красителя в растворе.
Коэффициент диффузии в растворе составляет 10-5— 10-6 см2/с. Ускорить процесс диффузии можно только путем повышения температуры, вызывающего снижение вязкости раствора, уменьшение степени ассоциации частиц красителя и повышение кинетической энергии молекул или ионов красителя, выделившихся из состава ассоциатов. При использовании водных растворов красителей повышение температуры на каждые 10 °С приводит в зависимости от степени начальной ассоциации красителя к возрастанию скорости его диффузии на 20—30%.
¦ В отличие от молекулярной диффузии красителя в растворе конвективный обмен обедненных слоев красильного раствора можно производить с любой степенью интенсивности. На практике конвективный обмен раствора красителя вблизи поверхности окрашиваемых волокон осуществляют путем вакуум-прососа или прокачивания раствора красителя через окрашиваемый материал. Используют также принцип эжекции красильного раствора и перемешивания его током воздуха или пара. Хорошие результаты достигаются при создании у поверхности волокнистой массы турбулентных и пульсирующих потоков красильного раствора. Для этого окрашиваемый волокнистый материал пропускают с большой скоростью через красильную ванну, выполненную в форме узких щелей, заполненных раство-
53
ром красителя. Существуют и другие способы эффективного обмена раствора красителя вблизи поверхности волокна.
Особенно заметно сказывается перемешивание раствора красителя при непрерывных процессах крашения, когда время пребывания окрашиваемого материала в красильной ванне очень невелико и исчисляется секундами и даже долями секунды. В этих условиях краситель, находящийся во внешнем растворе* в основном не принимает участие в процессе крашения, так как его молекулы за малый промежуток времени нахождения волокна в красильной ванне не успевают продиффундировать через увлекаемые волокнистым материалом слои обедненного раствора и достичь поверхности волокон. Поэтому при непрерывных способах крашения конвективный обмен поверхностных слоев красильного раствора совершенно необходим.
