Применение красителей - Мельников Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
и, следовательно, на тепловом состоянии системы в целом. Это в свою очередь означает, что изменение энтропии в процессе крашения можно рассматривать как меру степени ориентирования и уплотнения молекул красителя при локализации их в волокне по сравнению с раствором. Немалую роль в энтропийных изменениях занимают и процессы дегидратации. В момент, когда молекулы красителя адсорбируются активными группами или участками макромолекул волокна, гидратные оболочки как полимера, так и красителя разрушаются, и молекулы гидратной воды становятся свободными, приобретая такую же подвижность, как и во внешнем растворе. В результате кинетическая энергия молекул воды увеличивается, а вклад этого фактора в общие энтропийные изменения, происходящие при крашении, уменьшается.
Учет энтропийных изменений в процессах крашения может оказаться особенно полезным при оценке поведения различных красителей при адсорбции их на одном и том же волокне или при анализе адсорбционной восприимчивости различных волокон по отношению к какому-то одному красителю.
Диффузия красителя в волокнистых материалах. Диффузия красителя в волокне, моделируемом в виде неограниченного1 цилиндра, обычно описывается вторым законом Фика (уравнение 22).
дс д2с 1 дс
~W=zD~dF Jr~TD~dF (22>’
где с — концентрация красителя внутри волокна в момент времени f; г — радиус волокна; D — кажущийся, наблюдаемый экспериментально, коэффициент диффузии молекул красителя в субмикроскопических порах волокна, учитывающий торможение диффузии за счет проявления действия сил специфического притяжения (адсорбции) движущихся молекул красителя активными центрами макромолекул полимера.
Решения дифференциального уравнения (22) обычно даются в форме степенных рядов. Их сложность зависит от того, ме-
бг
Рис. 8. Кинетическая кривая поглощения красителя волокном:
/...— время половинного накрашивания.
1/2
няется ли концентрация красителя в красильной ванне в процессе крашения или остается постоянной в течение всего времени крашения. По это-
Продолттепвюат крашения
му признаку различают крашение в красильных ваннах постоянного или переменного состава. На практике первый вариант достигается тогда, когда небольшое количество окрашиваемого материала обрабатывают в большом объеме красильного раствора, и когда поглощение волокном незначительного количества красителя практически не изменяет остаточную концентрацию его в ванне. Близкие к таким условия создаются при непрерывных способах крашения текстильных материалов. Второй вариант осуществляется при крашении больших количеств волокнистого материала в красильных ваннах ограниченного объема, например при периодических способах крашения.
В простейшем случае, когда коэффициент диффузии постоянен и концентрация красителя в ванне практически не меняется в течение времени крашения, решение уравнения (22) имеет вид (23).
>где ct н Соо — количества красителя» поглощенного волокном соответственно -за время t и при достижении равновесия, когда содержание красителя в волокне перестает изменяться при увеличении продолжительности крашения (рис. 8).
Для красильных ванн с изменяющейся во времени концентрацией красителя решение уравнения (22) при допущении постоянства коэффициента диффузии приобретает вид (24).
¦где р — параметр, характеризующий выбираемость красителя волокном из ванны в процессе чрашения и связанный с равновесной выбираемостью а уравнением (3=(100—а)/а\ qx, q2 н т. д. — величины, также зависящие от выбираемости красителя нз ванны.
Для упрощения расчетов при пользовании уравнением (24) составлены таблицы, в которых приведены значения q для различных р.
= 1 — 0,692 exp (—5,785 ~pz~j -J- 0,190 exp ( —30,5 r2~j +
I Dt \ / Dt \
+ 0,0775 exp ( — 74,9-^-j +0,0415 exp ( — 139-^-j -------- (23)
(24)
•62
В начале процесса крашения сразу же после погружения окрашиваемого материала в красильную ванну на его поверхности откладывается достаточно большое количество красящего вещества, скорость же перемещения молекул красителя в волокне еще очень незначительна, так как волокнистый материал не успевает мгновенно набухать в водных растворах и, следовательно, он еще не подготовлен для перемещения красителя из поверхностного слоя в глубь волокна. В этом случае при характеристике скорости диффузии красителей в волокне лучше пользоваться так называемым временем половинного накрашивания fi/2, которое соответствует времени, в течение которого содержание красителя в волокне достигает 50% от максимально возможного в данных условиях крашения (см. рис. 8). Этот параметр связан с коэффициентом диффузии красителя в волокне уравнениями (25) и (26) соответственно для красильных ванн постоянного и переменного состава.
D = 0,063r3/Zl1/2 (25) D = (0,063г2/^1/2) (1 — 0,01а)М3 (26)
Как уже отмечалось, диффузия красителя в субмикроскопи-ческих порах волокна затормаживается притяжением движущихся молекул активными центрами макромолекул волокнообразующего полимера. Степень заторможенности диффузии тем больше, чем сильнее это притяжение. Непосредственно измерить эффективность такого притяжения невозможно, поэтому его обычно характеризуют константой равновесия адсорбционного процесса Кр+В^Кр—В.
