Применение красителей - Мельников Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Из двух других физико-химических стадий процесса крашения—адсорбции молекул красителя поверхностью волокна и диффузии их внутри волокнистого материала — наиболее медленной является стадия диффузии и в большинстве известных технологических процессов она определяет общее содержание и распределение красителя в волокне.
Адсорбция красителей волокнистыми материалами. Движущую силу самопроизвольного перехода молекул красителя из-красильного раствора в волокно при погружении его в красильную ванну обычно выражают в виде разности химических потенциалов красителя в волокне и в растворе в стандартных условиях, иными словами, стандартным сродством красителя к волокну (уравнение 1).
—A\x°=RT\nK (1>
где —Дц° — сродство красителя к волокну, т. е. изменение энергии Гиббса (в кДж/моль) системы при переходе красителя из красильного раствора в волокно; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура; К — константа адсорбционного равновесия.
В общем случае величина К характеризует распределение красителя между раствором и волокном в момент достижения равновесия в красильной системе и равна отношению соответствующих активностей (уравнение 2).
К=АВ/АР (2>
где Ав и Лр — активность красителя соответственно в волокне и в растворе.
Действительное распределение красителей различных классов в разнообразных волокнистых материалах, которое достигается в процессе адсорбции, неизвестно, поэтому в зависимости от принятого в каждом конкретном случае механизма процесса крашения величины Ав и Ар могут быть выражены по-разному.
1. В простейшем варианте величины Ав и Ар приравниваются к соответствующим концентрациям красителя в волокне и в растворе. При этом предполагают, что в обеих фазах краситель
54
de диссоциирован. Стандартное сродство красителя к волокну в этом случае может быть вычислено по уравнению (3).
—Д|х° = RT 1п [Кр]в — RT In [Кр]р (3)
где [Кр]в и [Кр]Р — равновесные концентрации красителя в волокне и растворе в моль/кг и моль/л, соответственно.
Если обозначить [Кр]в/[Кр]р через К, то уравнение (3) примет вид (4).
К=е~тТ (4)
В реальной практике крашения такой процесс адсорбции наиболее близко отвечает крашению гидрофобных синтетических волокон дисперсными красителями. Равновесные изотермы адсорбции в этом случае имеют линейный вид, и коэффициент распределения красителя между фазами волокна и раствора является величиной постоянной, численно равной тангенсу угла наклона таких прямых. Принято считать, что адсорбированный по этому механизму краситель образует в фазе гидрофобного волокна твердый раствор, т. е. переходя из красильной ванны в волокно, краситель как бы растворяется в нем. Однако такой процесс с равным успехом можно относить и к типично адсорбционным, когда степень насыщения волокна молекулами дисперсного красителя очень невысока. Краситель в волокне удерживается силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями и ди-поль-дипольным взаимодействием.
2. Если краситель типа KpNaz полностью диссоциирован в растворе и в волокне на ионы Крг_ и ионы натрия, которые в процессе адсорбции диффузно распределяются в эффективном объеме волокна, то активность красителя в растворе и в эффективном объеме волокна выражается в этом случае через произведения концентраций соответствующих ионов (уравнения 5, 6).
Рг-]в\ [Na+]BZ[K"Z-
{ v ) [ v Г уг+1
Ар = [Na+]pz [Крг”]р (6)
где [Крг-]в и [Na+]B —концентрации анионов красителя и катионов натрия в волокне, моль/кг; [Крг~]Р и [Na+]p — концентрации тех же ионов в растворе, моль/л; г — заряд аниона красителя; V — эффективный объем волокна, л/кг, т. е. объем, доступный для диффузного размещения в волокне анионов красителя и компенсирующих ионов натрия.
Движущая сила переноса ионов из красильной ванны в эффективный объем волокна определяется в этом случае уравнением (7).
-Дц,° = RT In [Na+];W~lB- _ RT In [Na V [Крг"]Р (7)
Уравнение (7) вполне подходит для описания процесса адсорбции большинства красителей анионного типа различными
I [Na+]B / [Крг ]в N [Na+]Bz[Kpz jb п
Лв=|—17— J I------v 1= 1/Ш 1Ь)
55
целлюлозными волокнами. При этом необходимо, чтобы процесс поглощения красителя волокном был обратимым. При использовании активных или кубовых красителей требование соблюдения равновесности процесса адсорбции выполняется не на всех стадиях технологического цикла крашения. Оно нарушается при фиксировании активного красителя целлюлозой с образованием ковалентной связи и при переводе лейкосоединений кубовых красителей в волокне в нерастворимое состояние.
Расчет сродства по уравнению (7) основан на допущении, что в процессе крашения переход анионов красителя из раствора в волокно обусловлен одновременным действием двух типов сил: сил избирательного притяжения анионов красителя к активным центрам волокна в пределах его эффективного объема и сил электростатического отталкивания этих анионов от одноименно заряженной поверхности волокна. В результате проявления действия этих противоположных влияний и устанавливается диффузное распределение анионов красителя в эффективном объеме волокна. Ионы натрия локализуются в нем для компенсации отрицательного заряда, возрастающего в результате адсорбции анионов красителя.
