Крашение текстильных материалов

Крашение текстильных материалов

Под крашением текстильных материалов понимают процесс перехода красящих веществ из внешней среды (раствор, паровая фаза и т. п.) в волокно с последующим прочным закреп­лением их внутри, полимера, что придает окраске устойчивость к различным воздействиям при эксплуатации. Красящими веществами-красителями — являют­ся органические соединения, обла­дающие способностью интенсивно поглощать энергию электромагнит­ных излучений в видимой части сол­нечного спектра.

Напомним, что солнечный белый свет является совокупностью элект­ромагнитных  монохроматических (одноцветных) излучений в области волн длиной от 400 до 800 нм (1 на­нометр = 10^-9 м=10^{-7 см) и энергии 150—300 кДж/моль. В области до 400 нм располагается ультрафиоле­товая (УФ), после 800 нм — инфра­красная. (ПК) часть спектра (рис. 28).}

В видимой части спектра челове­ческий глаз различает отдельные области, характеризующиеся опре­деленным цветом: красным (самая длинноволновая      часть    видимого спектра), оранжевым, желтым, зеленым, голубым, синим, фиоле­товым (самая коротковолновая часть видимого спектра). При одновременном воздействии на человеческий глаз всех участков видимого спектра создается ощущение белого неокрашенного света. Если при взаимодействии с белым светом вещество может избирательно поглощать (или пропускать) отдельные участки монохроматических излучений, оно воспринимается цветным, окрашенным в цвет, который определяется результатом, по­лучаемым при смешивании монохроматических излучений, отраженных от поверхности тела (или прошедших через тело).

Способность красящих веществ поглощать определенные участки видимой части спектра является строго индивидуальной характеристикой данного вещества и зависит от строения моле­кул. Измеряя на специальном приборе (спектрофотометре) со­отношение поглощенных и пропущенных (или отраженных) лу­чей с разной длиной волны, получают график (спектр поглощения или отражения вещества), который можно использовать для идентификации красителей, изучения их строения или взаимо­действия с другими красителями или неокрашенными вещест­вами.

Совокупность структурных элементов, определяющих особен­ность строения молекул красящих веществ, обусловливающих появление у них цвета, принято называть хромофорной системой. В молекуле красителей содержатся функциональ­ные группы, определяющие технологические свойства (например растворимость) и способность взаимодействовать с волокном.

Классификация и основные свойства красителей. Номенклатура

В настоящее время в мире производится около 1000 химически индивидуальных окрашенных органических соедине­ний, на базе которых создано более 35000 торговых марок кра­сителей.

Рекомендуемые материалы

В СССР анилинокрасочная промышленность производит свы­ше 500 марок красителей, ассортимент которых ежегодно рас­ширяется.

Для удобства работы с красителями необходима классифи­кация этих веществ. Работники текстильной промышленности пользуются технической классификацией, учитываю­щей технологические свойства красителей, их отношение к во­локнам различной природы. Существует несколько подходов к созданию технической классификации красителей. Наиболее удобным можно считать следующий принцип: весь ассортимент делят на группы по технологическим свойствам, а внутри каж­дой группы разделяют красители на классы в зависимости от отношения к различным волокнам или условий применения, ха­рактера связи красителя с волокном и т. д. Ввиду того, что до настоящего времени крашение проводится в водной среде, Спо­собность красителей растворяться или не растворяться в воде является одним из основных технологических свойств этих про­дуктов. Поэтому разделение красителей на группы произведено в первую очередь по этому признаку.

Ниже приведена техническая классификация красителей для текстильной промышленности.

1. Растворимые в воде — прямые, кислотные, хромовые, кислотные металлкомплексные, катионные, активные.

2. Нерастворимые в воде — кубовые, сернистые, дисперсные,
дисперсные активные, пигменты.

3. Образующиеся на волокне — азоидные, азиновые.

4. Растворимые производные  нерастворимых   красителей —
кубозоли, алцианы.

5.          Красители для смеси волокон.

Растворимые в воде красители.

Эта группа красителей наиболее распро­странена.

Прямые красители применяют для крашения в основном целлюлозных волокон. Хромофорная система их представлена азосоединениями с длинной цепочкой двойных сопряженных связей. Растворимость красителям придают сульфо- или реже карбоксильные группы. Выпускная форма — натриевые со­ли сульфокислот, например прямой чисто-голубой.

Наличие четырех сульфогрупп обеспечивает высокую растворимость кра­сителя. Так как поведение прямых красителей при крашении зависит практически от имеющихся полярных сульфогрупп, то в дальнейшем условную формулу любого прямого красителя в общем виде можно представить как

Кр — SO₃Na.

Кислотные красители используют для крашения белковых и полиамидных волокон. Молекулы кислотных красителей компактны, их относитель­ная молекулярная масса заметно меньше, чем у прямых красителей. Раство­римость в воде придают чаще всего сульфогруппы (в виде натриевых солей), например кислотный алый.

У приведенного красителя, хромофорная система представлена азосоеди-нением. Цепь сопряжения короче, чем у прямых красителей. Ввиду того что для объяснения поведения кислотных красителей в условиях крашения доста­точно в их структуре выделить сульфогруппы, в общем виде формулу краси­телей изображают так: Кр — SО₃Na.

Хромовые красители применяют главным образом при крашении шерсти. В целом хромофорная система хромовых красителей повторяет строение кислотных, но в их молекуле обязательно должны содержаться группы, спо­собные взаимодействовать с солями хрома для повышения устойчивости окрас­ки. Это гидроксильные —ОН и карбоксильные —СООН-группы, расположен­ные в ароматическом кольце рядом (в орто-положении),

например хромовый желтый К.

В общем виде формулу хромового красителя можно записать, выделив группы, придающие растворимость и обеспечивающие взаимодействие с солями хрома 

Кислотные металлкомплексные красители (КМК) приме­няют для крашения белковых и полиамидных волокон.

Известны две группы КМК, которые отличаются соотношением числа молекул красителей и атомов металла в комплексе: комплекс 1:1, где на одну молекулу красителя приходится один атом металла (КМК 1:1), и комплекс 2:1, где на две молекулы красителя приходится один атом металла  (КМК 2:1).

Катионные красители применяют для крашения полиакрилонитрильных волокон, содержащих карбоксильную группу, т. е. являющихся сополиме­рами.

Особенностью строения молекул катионных красителей является то, что красящими свойствами обладает катион, например катионный желтый 43.

Подчеркивая основную особенность строения молекул катионных красителей, в общем виде их можно написать как 

Активные красители применяют для окрашивания волокон, содержа­щих гидроксильную или аминогруппу, с которыми молекулы красящих веществ вступают в химическую реакцию, что приводит к образованию окраски, устойчивой к мокрым обработкам и трению. К таким волокнам относятся целлюлоз­ные, белковые и полиамидные.

Растворимость в воде активных красителей обусловливает сульфогруппа в виде натриевой соли, способность к химическому взаимодействию с волокном придают различные реакционноспособные группы, например активный яр­ко-голубой КХ

В молекуле указанного красителя роль реакционноспособных групп играют два атома хлора, но эти группировки могут иметь и другое строение. Обозна­чив реакционноспособную группу символом Сl, общую формулу активного красителя можно изобразить как 

Нерастворимые в воде красители. Это вторая большая группа красителей, широко применяемых в текстильной промышленности.

Кубовые красители применяют преимущественно для крашения целлюлозных волокнистых материалов. Известны успешные результаты использо­вания их для колорирования синтетических полиэфирных волокон, особенно в смеси с целлюлозными.

Кубовые красители относятся к числу неионогенных, т. е. не диссоциирую­щих в воде на ионы. Этим и объясняется их нерастворимость в воде.

Эти красители содержат, по крайней мере, две карбонильные группы =С=О, которые обеспечивают возможность применения их для окрашивания волокнистых материалов, поэтому в общем виде формулу кубовых красите­лей изображают как Кр = С = О.

Сернистые красители находят применение при крашении целлюлоз­ных волокнистых материалов. Их получают как производные органических продуктов с серосодержащими минеральными соединениями. Формулы боль­шинства сернистых красителей не установлены, но известно, что они вклю­чают разнообразные серосодержащие группы, например дисульфидные —S—S—, которые к тому же определяют технологические свойства краси­телей. Поэтому в общем виде формула сернистого красителя выглядит так:

В ассортименте класса отсутствуют чистые красные и фиолетовые цвета. Ввиду вредных условий производства, невысокого качества окраски ассорти­мент сернистых красителей не развивается.

Дисперсные красители предназначены для крашения синтетических и ацетилцеллюлозных волокон. В связи с тем что красители неионогенные, нерастворимые в воде, их применяют в виде водной дисперсии, например

дисперсный красный 2С

Дисперсные активные красители также нерастворимы в воде, но содержат реакционноспособные группы, обеспечивающие химическое взаимодействие с NН₂-группами полиамидных волокон.

Пигменты применяют для расцвечивания текстильных изделий из любых волокон и их смесей и получения яркой, устойчивой окраски. Пигменты имеют разнообразное химическое строение, практически все хромофорные си­стемы представлены в ассортименте этого класса.

Красители, образующиеся на волокне. Эта группа включает красители двух видов.

Азоидные красители образуются на целлюлозных волокнах из промежуточных водорастворимых продуктов. В качестве азосоставляющей используют оксипроизводные ароматических соединений — азотолы Аr—ОН; в качестве диазосоставляющих — водорастворимые производные первичных ароматических аминов — азоамины R—NH₂.

Азиновые красители образуются на целлюлозном волокне как нерастворимый пигмент путем окисления водорастворимого солянокислого анилина.

Это краситель черного цвета, непревзойденного по колористическим пока­зателям и устойчивости окраски. Начало разработки крашения черным анили­ном относят к 1860 году, после чего технология многократно совершенствова­лась, упрощалась, становилась менее токсичной и агрессивной для волокна. В настоящее время в связи с расширением производства кубовых и активных красителей крашение черным анилином потеряло свое значение, но применя­ется в печатании для получения ярких и устойчивых отпечатков черного цвета.

Растворимые производные нерастворимых красителей. Это четвертая группа красителей по приведенной выше классификации.

Кубозоли — растворимые производные кубовых красителей — применяют при крашении практически всех волокон.

Алцианы — растворимые производные ряда пигментов — образуют на целлюлозных волокнах окраску зелено-голубых цветов.

Красители для изделий из смеси волокон. В настоящее время для краше­ния тканей из смеси волокон выпускают композиции на базе различных клас­сов красителей, однотонно закрашивающих компоненты волокнистой смеси в яркие и устойчивые цвета. При составлении таких композиций учитывают колористические характеристики (цвет, оттенок, яркость), показатели устойчивости окрасок и условия крашения каждым классом красителей соответ­ствующих волокон. Важно, чтобы при крашении смешанных тканей волокна не повреждались.

Красители для полушерстяных тканей рекомендуются для крашения тканей из смеси волокон шерстяных, вискозных и капрона в соотношении 4:5:1. В этом случае они являются смесями кислотных и пря­мых красителей.

Красители для тканей из смеси шерсти и лавсана являются смесью кислотных  (или КМК 1 : 2)  и дисперсных красителей.

Красители для тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон под названием полицеллы освоила отечест­венная анилинокрасочная промышленность. Это смесь кубовых и дисперсных красителей.

Принятая в нашей стране номенклатура красителей основана на их технической классификации. В связи с этим в название красителей включают слова, обозначающие принадлежность к определенному классу, цвет и отте­нок окраски, уточнение качества окраски, химическое строение, область при­менения и т. д. Кроме указанных слов, в название красителя часто вводят буквенные и цифровые обозначения — марку для указания оттенка, его ин­тенсивности, выпускной формы, условий крашения и т. п.

Полное название красителя помогает технологам определить область и условия его применения, указывает на качество окраски по цвету, яркости и устойчивости.

В качестве исключения за некоторыми немногочисленными красителями сохранены те названия, под которыми они впервые начали применяться (ин­диго, родамин, хризофенин, зозин, фуксин, конго красный и др.).

Расширение международных экономических связей позволило на советских текстильных предприятиях использовать красители, производимые зару­бежными фирмами.

Современные   представления  о  теории   крашения волокон

Теоретические представления о процессе самопро­извольного перехода красителей из красильных ванн на волокно начали складываться параллельно с развитием и совершенствованием технологии крашения. Особое внимание уделялось дви­жущей силе процесса и проблеме связывания красителей волокнами-полимерами.

Первоначально считали, что краситель, переходя из раствора в набухшее волокно, задерживается внутри полимера механиче­ски, так как при высушивании волокна поры уменьшаются в ди­аметре и препятствуют движению молекул красителя. В настоя­щее время причину перехода красителя из красильного раство­ра в волокно объясняют двумя явлениями.

Во-первых, свободная энергия молекулы красителя (термо­динамический потенциал) в растворе после фиксации ее актив­ными центрами полимера существенно больше, чем в волокне. По законам термодинамики самопроизвольные процессы, к ко­торым относится крашение текстильных волокон, всегда направ­лены в сторону уменьшения свободной энергии (снижения тер­модинамического потенциала). Поэтому крашение сопровожда­ется накоплением красителя в волокне и уменьшением его содержания в красильном растворе. Процесс идет до вырав­нивания потенциалов красителя в волокне и растворе (равно­весие).

Разность стандартных термодинамических потенциалов кра­сителя в волокне и растворе называют сродством красителя к волокну (—∆μо). Стандартными термодинамическими потен­циалами называют потенциалы при концентрациях красителя в растворе и волокне, равных 1 г∙моль/кг соответственно.

Сродство рассчитывают по уравнению:

где R —газовая постоянная, кДж/(моль∙градус); Т — абсолютная темпера­тура, К; С_В — концентрация красителя в волокне при равновесии, г∙моль/кг; С_р — концентрация красителя в растворе при равновесии, г∙моль/л; знак «—» указывает, что потенциал красителя в растворе выше, чем в волокне (изме­ряется в кДж/моль).

Чем выше сродство данного красителя к волокну, тем быст­рее протекает процесс перехода красителя в волокно и тем выше, как правило, устойчивость связи краситель — волокно. Сродство — удобная сравнительная характеристика различных красителей по отношению к конкретному волокну или одного красителя по отношению к различным волокнам или условиям крашения.

Во-вторых, причина перехода красителя из ванны на волокно заключена в существовании разности концентрации красителя между волокном и раствором. В первоначальный период эта разница (градиент концентрации) велика, так как С_В = 0, а С_р максимальна. Стремясь к выравниванию концентраций в двух фазах — волокне и растворе, краситель переходит границу раз­дела двух фаз и заполняет волокно вплоть до равновесия.

Молекула красителя, попадая в волокно, не остается в по­верхностном слое, а стремится проникнуть вглубь — диффундирует внутрь субстрата. Красители диффундируют, либо двигаясь в порах волокна, заполненных раствором, либо за счет сегмент­ной подвижности макромолекул термопластичных полимеров.

Градиент концентрации красителя вызывает ускорение диф­фузии, а сродство — торможение процесса, так как молекулы красителя, взаимодействуя с активными центрами волокна, замедляют диффузию. Чтобы преодолеть торможение за счет срод­ства, диффузию красителей следует активировать. Этого доби­ваются изменением условий крашения: температуры, рН кра­сильной ванны, введением различных текстильных вспомогатель­ных веществ (ТВВ).

Скорость диффузии красителя в волокне измеряют коэффи­циентом диффузии, т. е. количеством красителя, прошедшего че­рез площадь поперечного сечения волокна в 1 см² за 1 с (Д). Она изменяется в зависимости от концентрации красителя в растворе и волокне (градиента концентрации), температуры про­цесса, доступности волокна для движения в нем красителя (строение волокон, в частности величина внутренней поверхно­сти, система пор, степень набухания).

С величиной сродства коэффициент диффузии связан обычно обратной зависимостью: чем выше средство красителя к волок­ну, тем меньше коэффициент диффузии.

Процесс перераспределения красителя между раствором и волокном и закрепление его в волокне проходит по стадиям, ко­торые протекают практически одновременно:

1. Диффузия красителя в растворе к поверхности погружен­ного в раствор волокна. Стадия протекает достаточно быстро.
Ускоряется в случае создания на поверхности волокон зарядов,
противоположных заряду красителя или при снижении величины
одноименного с красителем заряда. Существенно ускоряет пере­нос красителя в растворе перемешивание красильного раствора или движение окрашиваемого текстильного изделия.

2. Поглощение (адсорбция) красителя активными центрами
поверхности волокна. Под поверхностью волокна понимают   не только геометрическую «наружную» поверхность, зависящую от диаметра и длины волокна, но и «внутреннюю» поверхность, об­разованную крупными порами волокна, которые быстро  запол­няются красильным раствором и поверхность которых участвует в первичном акте поглощения красителей. Адсорбция красителя поверхностью волокна протекает достаточно быстро, а при наличии на поверхности волокна  активных  центров  разноименно заряженных с красителем — мгновенно. Эта стадия процесса в значительной степени определяет равномерность получаемой   в готовом изделии окраски.

3. Диффузия красителя внутрь   волокна.   Самая   медленная
стадия, лимитирующая длительность процесса крашения в   це­лом, зависит в первую очередь от активности молекул красите­ля, степени проницаемости волокна. Самым действенным фактором ускорения этой стадии является температура крашения. При более высокой температуре растет растворимость красителей, увеличивается их активность. Одновременно ускоряется степень набухания волокна, разрыхляется его структура, уменьшается интенсивность взаимодействия красителя с активными центрами волокна, снижается сродство. Для ускорения диффузии в волок­но полезным оказывается введение ряда ТВВ: растворителей или диспергаторов для красителя, пластификаторов для волокна и т. п.

4. Фиксация красителя на активных центрах волокна завер­шает процесс крашения. Эта стадия протекает быстро. После фиксации краситель перестает продвигаться в волокне и более или менее прочно удерживается активным центром в течение всего периода эксплуатации текстильного изделия. От вида свя­зи краситель — волокно, следовательно, зависит устойчивость окраски.

Возможно образование следующих связей красителя с волокном.

1. Химическая ковалентная связь, самая прочная, обеспечи­вающая наиболее устойчивую окраску    текстильного    волокна. Энергия связи соответствует 113—630 кДж/моль. За счет обра­зования ковалентной связи на текстильных волокнах фиксиру­ются активные красители.

2. Химическая ионная связь характеризуется   более   низким уровнем, энергии   (41—82 кДж/моль). Ионная связь возникает при крашении кислотными красителями белковых волокон, катионными — ПАН-волокон.

3. Координационная связь возникает при наличии в молекуле
красителя иона тяжелого металла и электронодонорных   заме­стителей в полимере. Уровень энергии такой связи высок и характеризуется величиной до  100 кДж/моль и выше. Возникает подобная связь при крашении белковых волокон хромовыми и КМ К 1:1.

4. Водородная связь обеспечивает еще менее прочное связы­вание красителей волокном,   так как   ее   энергия   равна    21 — 42 кДж/моль. Обычно при взаимодействии молекулы красителя с волокном возникает не менее двух водородных связей; таким образом, общая энергия взаимодействия уже достаточна для об­разования устойчивой окраски. Водородная связь возникает при фиксации на целлюлозных волокнах прямых, кубовых и некото­рых других классов красителей.

5. Межмолекулярное взаимодействие, или силы Ван-дер-Ваальса,   характеризуется    низкой   энергией    связи,    всего   до 8,5 кДж/моль. Однако этот характер взаимодействия не являет­ся самостоятельным,   а дополняет   перечисленные   выше   виды связей, обеспечивая более устойчивую окраску.

Как правило, красители при фиксации на волокне образуют не один тип, а набор связей. Например, при фиксации кислотных и катионных красителей на соответствующих волокнах, помимо ионных связей, возникает межмолекулярное взаимодействие всей хромофорной системы с макромолекулой текстильного полимера. В результате этого резко снижается способность ионной связи диссоциировать в воде и повышается устойчивость окраски этими классами красителей ко всем водным обработкам. При фиксации хромовых красителей на шерсти, помимо ионного и межмолекулярного взаимодействия, возникает координационная связь, в итоге устойчивость окраски хромовыми красителями су­щественно выше, чем кислотными.

Оценка качества окраски

Качество окраски текстильного материала, которое контролируется в красильно-отделочном производстве, характе­ризуется равномерностью и устойчивостью.

Равномерность окраски при крашении текстильных материа­лов является непременным условием для передачи продукции потребителю, так как неравномерно окрашенные изделия пред­приятием не выпускаются. Поэтому при разработке технологии крашения большое внимание уделяют выбору таких условий, при которых окраска получается равномерной. Управлять равномерностью окраски можно, изменяя условия крашения, кото­рые влияют на интенсивность окраски. При этом часто возника­ют противоречия, так как условия, обеспечивающие интенсив­ную и равномерную окраску, находятся в обратной зависимости: ускорение процесса вызывает повышение интенсивности окраски и способствует менее ровному окрашиванию. Следовательно, вы­бор условий крашения является обычно компромиссным решени­ем. Если же не удается найти условий, оптимальных для обоих показателей качества окраски, то предпочтение отдают тем, при которых окраска получается более равномерной.

Устойчивость окраски как потребительское свойство тек­стильных изделий во многом определяет сроки их использования. Различают устойчивость к физико-химическим воздействиям (вода, растворы различных веществ, органические растворители, трение в сухом и мокром состоянии, некоторые технологические процессы и т. д.) и действию света (светостойкость).

Устойчивость окраски к физико-химическим воздействиям в основном определяется характером связи краситель — волокно и растворимостью красителей в воде. Светостойкость в первую очередь зависит от устойчивости хромофорной системы красите­ля к инсоляции.

При определении устойчивости окраски к физико-химиче­ским воздействиям проводят обработку окрашенного материала совместно с неокрашенными образцами по ГОСТ 9733—61 и оце­нивают степень посветления первоначальной окраски и степень закрашивания белых неокрашенных образцов. Чем больше контраст по интенсивности окраски между образцами до и после об­работки, тем менее устойчива окраска, к данному испытанию. Для количественного определения устойчивости в баллах по пя­тибалльной системе используют две стандартные Шкалы: тем­ную — для оценки степени посветления первоначальной окраски и светлую — для степени закрашивания белого материала.

Каждая шкала состоит из пяти двойных образцов. Один об­разец пары одинаков для всех пяти и имитирует исходную ок­раску. Второй образец пары подобран так, чтобы контраст по интенсивности постепенно возрастал — от пяти до одного балла.

Сравнивая исследуемые образцы со стандартными шкалами, подбирают такую пару на шкале, которая имеет контраст, рав­ный возникшему после испытания, и оценивают эту окраску баллом, соответствующим паре стандартной шкалы. Оценка вы­ставляется в виде дробного числа, учитывающего все эффекты, возникшие при обработке. Например, 4/3/2 — степень посветле­ния первоначальной окраски соответствует 4 баллам, степень закрашивания белых материалов, прошедших испытание вместе с окрашенным — 3 и 2 баллам соответственно.

Светостойкость окраски оценивают по восьмибалльной шкале. Это набор из восьми шерстяных образцов синего цвега, окра­шенных красителями различной светостойкости. Красители по­добраны таким образом, что при облучении они выцветают, об­разуя равномерную шкалу контрастов по сравнению с исходной окраской: от максимального отличия (эталон № 1—1 балл) до отсутствия изменения (эталон № 8—8 баллов). Обычно при про­ведении испытания на светостойкость окраски облучению под­вергают совместно как исследуемые образцы, так и синие стан­дартные эталоны. Затем после облучения сравнивают испытуе­мые и эталонные образцы с исходными. Оценка светостойкости окраски в баллах для исследуемых образцов равна номеру того эталона шкалы, на котором образовался такой же контраст по интенсивности окраски до и после облучения. Инсоляция может проводиться как в природных условиях солнечным светом, так и на специальных установках (прибор конструкции ЦНИИШелка, Ксенотест и т. д.). На установках для искусственной инсоля­ции спектр излучения лампы должен по возможности соответст­вовать спектру солнечной радиации.

Способы крашения. Оборудование для крашения текстильных материалов

Крашение текстильных материалов в настоящее время проводят из водных растворов или суспензий. Разработка технологии крашения в органических растворителях, несмотря на эффективное решение ряда экологических проблем, практи­чески приостановлена по ряду причин: необходимость рекупера­ции органических  растворителей   из отработанных  красильных ванн и возвращение их в технологический процесс; сложность установок и технологии рекуперации растворителей и неизбеж­ная потеря дорогостоящего и часто токсичного препарата; высо­кая стоимость растворителей и необходимость создания дорого­стоящего герметизированного оборудования для крашения в среде органических растворителей; необходимость разработки специальных выпускных форм красителей и ТВВ, так как су­ществующий ассортимент указанных продуктов приспособлен для крашения из водной среды. Этот далеко не полный перечень причин незначительного применения органических растворителей в красильно-отделочном производстве указывает на необходи­мость создания эффективных процессов крашения с использова­нием воды как растворителя: безотходной технологии или тех­нологии с малым использованием воды, применение биологиче­ски мягких препаратов в малой концентрации и т. д.

Машины и аппараты для крашения текстильных материалов существенно различаются между собой в зависимости от способа крашения, вида волокна и полуфабриката, подвергаемого окра­шиванию (ткань, пряжа, штучные трикотажные изделия, гре­бенная лента, волокно). Однако существует тенденция к созда­нию универсального оборудования, пригодного для крашения разнообразных текстильных материалов в разных условиях. Удалось найти удачное конструктивное решение аппаратов периодического и непрерывного действия, в которых можно про­водить процесс крашения изделий из различных волокон краси­телями практически любого класса в широком диапазоне температуры, под давлением и без избыточного давления. В настоя­щей главе рассмотрено типовое оборудование для крашения текстильных материалов.

Крашение текстильного волокна обычно производят на крупных комбинатах, выпускающих большой объем продукции ограниченной гаммы цветов, и шерстяных предприятиях, выпу­скающих суконные ткани или ковровые изделия. Крашение во­локна обычно протекает быстрее, чем крашение других полу­фабрикатов, так как субстрат в красильном оборудовании раз­мещен свободно, доступ красильного раствора к поверхности волокна облегчен, требования к равномерности окраски менее жестки, так как даже неравномерно окрашенное волокно в про­цессе последующих операций смешивания и чесания дает воз­можность получить равномерно окрашенную пряжу. Для круп­ных предприятий наиболее целесообразно применять линию для непрерывного крашения, в суконном производстве часто исполь­зуют аппараты периодического действия.

Линия для непрерывного крашения волокна (рис. 29) позволяет провести крашение по пропиточно-запарному способу. Разрыхленный равномерный слой волокна пропитывается красильным раствором 1 и подается в запарную ка­меру 2, где под действием влаги и тепла, создаваемых при поступлении в ка­меру влажного насыщенного пара, волокно набухает, краситель диффундирует внутрь и под влиянием вспомогательных веществ, входящих в состав красильного раствора, фиксируется на активных центрах. После запарной камеры слой волокна вновь раз­рыхляется рыхлителем 3 и поступает на промыв­ку. Промывные коробки 4 содержат перфориро­ванные барабаны, погруженные в промывной раствор. Внутри барабана создают вакуум, промы­ваемое волокно прижимается к перфорированной поверхности и проходящий через слой волокна промывной раствор освобождает волокно от не­зафиксированного красителя и ТВВ. Для промыв­ки применяют слабокислые или слабощелочные растворы ПАВ в зависимости от вида волокна и класса красителей или воду. Температура промывки также выбирается в зависимости от вида окрашиваемого полимера и применяемых краси­телей. Завершает линию барабанная сушилка 5, в которой волокно высушивают до кондиционной влажности.

На линии производят крашение больших пар­тий волокна, так как частая смена цвета требу­ет тщательной и сложной чистки машин. Произ­водительность линии до 600 кг окрашенного во­локна в час.

Следует отметить, что применение указанной линии дает наилучшие резуль­таты при крашении в светлые и средние тона, так как именно такую интенсив­ность окраски обеспечивает количество красителя, унесенное волокном из кра­сильной ванны. Содержание красителя на волокне определяется малым временем пребывания субстрата в красильном рас­творе (от 1—2 до 10—15 с), степенью отжима, которая не превышает 100—120 %, а для синтетических волокон 40—50 %. При указанной степени отжима и ограниченной растворимости красителя в ванне (не выше 50—70 г/л, а у ряда кра­сильных систем, представляющих диспер­сии красителя в воде, существенно ниже) на волокне при запаривании содержит­ся красящего вещества столько, что по­лучение темных окрасок невозможно. Окраски интенсивных тонов получают при периодическом крашении.

В настоящее время для этой цели выпускают оборудование циркуляцион­ного типа для высокотемпературного кра­шения. Серия машин имеет название АКД — аппарат для крашения под дав­лением. Однако в случае необходимости крашение можно производить и при температуре до 100 °С. В этом случае статическое давление поддер­живается гидравлическим способом с помощью подпиточного центробежного насоса,

включенного в систему циркуляции. Аппарат выпускают в комплекте с набивочной машиной и центри­фугой, он снабжен системой автоматического регулирования температурно-временного режима крашения.

Аппарат АКД (рис. 30) состоит из красильного бака-автоклава 5, в котором устанавливают перфорированную корзину 4 с окрашиваемым волокном. В центре корзины проходит перфорированный цилиндр-стояк, необходимый для обеспечения циркуляции красильного раствора через слой волокна.

Во время работы красильный аппарат закрывают крышкой. На дне авто­клава расположен змеевик, в который в зависимости от стадии процесса [Подают пар для разогрева красильного раствора или холодную воду для снижения его температуры. Красильный аппарат системой трубопроводов соеди­нен с циркуляционным 1 и подпиточным 2 насосами, резервным баком 6, в котором готовят красильный раствор для крашения, расширительным бач­ком 3, обеспечивающим поддержание гидравлического давления и введение Необходимых химикатов в красильный бак во время крашения.

Перед началом работы в корзину аппарата на набивочной машине заправ­ляют от 350 до 600 кг волокна в зависимости от его вида (шерстяные, хлоп­ковые, химические), устанавливают корзину в красильный аппарат, закрывают Крышкой и заполняют красильным раствором. Сигналом о заполнении аппа­рата раствором считают появление струи раствора из трубопровода, связы­вающего красильный аппарат с расширительным бачком. После заполнения аппарата  раствором  подачу его прекращают, включают циркуляционную систему, обеспечивающую перемещение красильного раствора через централь­ный стояк корзины, слой волокна, в пространство между перфорированной стенкой корзины и стенкой красильного аппарата, откуда красильный раствор центробежным насосом вновь подается в перфорированный стояк. Направле­ние циркуляции может быть изменено на противоположное. Двусторонняя циркуляция обеспечивает более равномерное прокрашивание слоя волокна. Для крашения при температуре выше 100 °С (до 130 °С) красильный бак изо­лируют от рабочего помещения отключением расширительного бачка из системы циркуляции. По окончании крашения остаточную ванну сливают в канализацию, а в аппарате производят промывку волокна теплой и холодной водой. Освобождают волокно от избытка влаги перед сушкой на центрифуге. Установка корзины в аппарат и перенос волокна в центрифугу осуществляют электротельфером. Изменяя конструкцию корзины-носителя (рис. 31), в аппаратах АКД можно окрашивать волокно и штучные трикотажные изде­лия (а), гребенную ленту в клубках (б) и пряжу в паковках (в). Модуль крашения в аппаратах АКД равен 10—15.

Пряжу можно окрашивать в виде мотков, бобин или навоев. Оборудование в зависимости от вида окрашиваемого полуфаб­риката существенно отличается по конструкции.

В простейшем случае мотки пряжи навешивают на стержни из нержавеющей стали или керамические и погружают на три четверти в красильный раствор. Модуль крашения 20. Для равномерного прокрашивания всего мотка ролики вращаются и передвигают пряжу.

Более совершенными являются аппараты каскадного типа (рис. 32), где стержни имеют перфорацию 1 в верхней части для орошения пряжи красиль­ным раствором. Изменение положения мотков пряжи производится с помо­щью специальных перекидок 2. За одно движение перекидок моток переме­щается на 20 см. В машине имеется десять перфорированных стержней 3, на каждый загружают 4—5 кг пряжи. Модуль крашения равен 10. Машины для крашения мотков не применяют для шерстяной пряжи, так как она при движении свойлачивается.

При работе на пряжекрасильных аппаратах для мотков затра­чивается много ручного труда (заправка, выгрузка), они мало­производительны, отдельные опе­рации процесса трудно поддают­ся автоматизации и механизации.

В значительной степени эти трудности устраняются при ис­пользовании аппаратов паковоч­ной системы для крашения в бо­бинах или навоях. В этом случае пряжа фиксирована и меньше де­формируется при крашении, од­нако возникает опасность нерав­номерного прокрашивания паков­ки по слоям ввиду плотной на­мотки.

Пряжу наматывают на перфо­рированные   бобины   или перфорированные навои, которые устанавливают затем в красильном аппарате, соединяя с циркуляционной системой. В нашей стране для этой цели используют универсальный аппарат типа АКД (см. рис. 30), применяя специальные носители (см. рис. 31).

Готовую ткань можно окрашивать как периодическим, так и непрерывным способом, жгутом или врасправку.

Оборудование для периодического крашения ткани жгутом при температуре до 100 °С представлено красильно-промывной машиной (рис. 33). Пар­тию ткани массой около 300 кг заправляют в машину в виде отдельных 8—10 петель или спирально в 8—10 витков через жгуторазделительную решетку 5, направляющий ролик 6 и транспортирующий барабанчик 9 эллиптического или круглого сечения. Машина изолирована от рабочего помещения остеклен­ным шатром 8 и снабжена отсасывающей вентиляцией 7, которая включается при открывании дверцы шатра во время работы машины. Это предупреждает выброс в рабочее помещение пара и летучих химических материалов, образую­щихся при нагревании красильного раствора.

Красильная ванна разделена перфорированной перегородкой 2 на две части: большую, где происходит крашение ткани, и меньшую 3 — для залива красильного раствора, введения в красильный раствор во время работы необходимых химических материалов, холодной воды 4. Здесь же расположен паровой змеевик для подогрева красильного раствора и сливное отверстие 1 для удаления технологиче­ского раствора по оконча­нии процесса. Разделение ванны предупреждает обра­зование пятен на ткани от соприкосновения с концентрированным раствором кра­сителя, химических материа­лов, холодной водой, нагре­той поверхностью паровой трубы.

Красильно-промывная машина — оборудование универсальное, она пригод­на для крашения при тем­пературе до 100 °С красите­лями различных классов тканей практически из лю­бых видов волокон и любых структур, за исключением тех, которые склонны к об­разованию заломов при жгутовых обработках. Ма­шина пригодна и для дру­гих жидкостных обработок текстильных и трикотажных полотен — промывки, отвар­ки, крепирования и т. д.

Существует другой тип жгутовых машин для высокотемпера­турного крашения, так называемые эжекторные. В них движе­ние ткани осуществляется током жидкости, что исключает де­формацию окрашиваемого материала. Эжекторные машины гер­метизированы, крашение в них возможно при температуре до 140 °С. Особенно широко это оборудование применяют при крашении тканей и трикотажного полотна из синтетических волокон.

Различают эжекторные машины с вертикальным и горизон­тальным накопителями. Последний тип удобнее в эксплуатации,. обеспечивает более полное погружение текстильного материала в красильный раствор, имеет малый модуль крашения (6—10).

Машина (рис. 34) состоит из нескольких секций (1—8), в каждую из которых загружают один жгут. Секция состоит из автоклава 7, снабженного циркуляционной системой 1, 4, теплообменником 3, люком 6 для загрузки и выгрузки полотна, резервным баком 2 для введения химических материалов. В циркуляционную систему помещено эжекторное сопло 5, движение жидко­сти через которое обеспечивает необходимое усилие для перемещения

ткани со скоростью 90—130 м/мин. Машины снабжены современными средствами автоматизации химико-технологических процессов.

Для периодического крашения ткани расправленным полотном применяют красильно-роликовые машины (рис. 35). Машина включает красильную ван­ну 2, над которой помещены два вала 3, имеющих реверсивное вращение. Полотно накатывают на вал, а затем перезаправляют на другой, проводя через красильную ванну по тканенаправляющим роликам 1. В процессе ра­боты ткань последовательно перекатывают с вала на вал, обязательно четное число раз для обеспечения равномерного воздействия красильного раствора на оба конца партии ткани. При прохождении через красильную ванну во­локно уносит часть раствора. Поглощение красителя волокном осуществляется в период нахождения ткани на валах. Для ускорения процесса валы изготавливают полыми металлическими и подают в них пар для обогрева. Крашение при температуре выше 100 °С осуществляют на красильно-роликовых маши­нах, герметически изолированных 4 от рабочего помещения.

Машина снабжена автоматическим устройством для переключения на­правления вращения валов, останова машины после заданного числа прохо­дов, поддержания температурного режима крашения. Красильно-роликовая машина помимо крашения пригодна для любых жидкостных обработок (про­мывка, отварка, заварка и т. д.) ткани, склонной к образованию заломов. Модуль обработки 4—8.

Непрерывное крашение готового полотна — процесс, труднее всего поддающийся унификации. В зависимости от вида текстильного материала, класса применяемых красителей и даже способа крашения для получения наибольшего эффекта часто требуется со­вершенно уникальное аппаратурное оформление. Попытка создания уни­версальных красильных линий не оп­равдала себя, так как установки по­лучались громоздкими, трудно управ­ляемыми, не обеспечивающими высо­кокачественного крашения. Однако независимо от особенностей отдельных красильных линий все они состоят из машин, обеспечивающих нанесение красильного раствора, чаще всего плю­совок (рис. 36), аппаратов, обеспечи­вающих обработку при повышенной температуре текстильного материала, содержащего краситель, и промывной части.

При непрерывном крашении ткань в течение нескольких секунд (1—10с) находится в красильном растворе и отжимается между валами. При этом на полотне остается раствор в количе­стве 100—120 % от массы волокна (модуль 1— 1,2).

Диффузия и сорбция красителей при непрерывных способах происходит при последующей высокотемператур­ной обработке.

Для высокотемпературной обра­ботки в зависимости от вида ткани и способа крашения могут использовать­ся запарные аппараты различных конструкций, ИК-подогреватели, камеры с нагретым воздухом или ванны с кипящей водой.

Схема плюсовочно-запарной линии пред­ставлена на рис. 37. Полотно пропитывают красильным раствором два раза в плюсов­ках 1, запаривают в запарной камере 2, про­мывают в проходном аппарате 3, состоящем из девяти промывных ванн, и высушивают в барабанной сушилке 4.

Своеобразно оформляется полунепрерывный способ краше­ния текстильных материалов, когда обработка ткани при высо­кой температуре после плюсования красильным раствором заме­няется длительным выдерживанием (4—48 ч) ее при температу­ре рабочего помещения или слабом нагревании. В этом случае начало (нанесение красильного раствора) и конец (промывка) процесса осуществляются так же, как на линиях непрерывного крашения, а диффузия и фиксация красителя — при выдержива­нии ткани в специальных камерах. Такой способ крашения тре­бует малых энергетических и материальных затрат, наиболее благоприятен в экологическом аспекте (нет тепловых и вредных выделений), характеризуется малым водопотреблением, но тре­бует дополнительной производственной площади для длительно­го хранения ткани, пропитанной красильным раствором.

Крашение текстильных изделий из природных целлюлозных и гидратцеллюлозных волокон

Целлюлозные волокна — природные и искусствен­ные — имеют много общего в химическом строении, поэтому окрашиваются красителями одних классов. Однако различия в коэффициентах полимеризации этих волокон и надмолекулярной структуре определяют разницу в проведении технологических процессов.

Ассортимент красителей, применяющихся для окрашивания целлюлозных текстильных изделий, и технологические приемы продолжают совершенствоваться в направлении дальнейшего развития непрерывных, малоэнергоемких, простых в управлении способов крашения, положительно решающих экологические проблемы.

Свойства красителей и общие закономерности процесса кра­шения. Для крашения целлюлозных волокон применяют краси­тели следующих классов: растворимые в воде (прямые, актив­ные, кубозоли), нерастворимые в воде (кубовые, сернистые), образующиеся на волокне (азоидные, азиновые).

Свойства красителей или продуктов для их образования на целлюлозном волокне различны. Общим для них является раст­воренное состояние в момент адсорбции волокном и диффузии красителей в порах волокнистого материала, заполненных тех­нологическим раствором. Отсюда и общие принципы управления процессом перехода красителей из ванны в волокнистый матери­ал: устранение препятствий для адсорбции красителя поверхно­стью текстильного волокна и диффузии в порах субстрата, создание условий для фиксации красителя на активных центрах волокна.

Растворимые в воде красители — прямые и активные — име­ют сульфогруппы, придающие им растворимость в воде за счет диссоциации.

Окрашивающим      ионом      прямых     красителей  является  активных   Очевидно, для поглощения анионов прямых и активных красителей требуются одинаковые усло­вия.

Нерастворимые в исходной форме кубовые красители для крашения гидрофильных целлюлозных волокон переводят в рас­творимое состояние, а затем по окончании процесса вновь воз­вращают в нерастворимую форму (пигмент). Используют для этой цели способность карбонильных групп = С = О кубовых красителей восстанавливаться в щелочной среде с образованием растворимого в воде соединения. Восстановленную форму кубо­вого красителя называют лейкокислотой, а растворимую фор­му — солью лейкокислоты или лейкосоединением

Лейкосоединение, являющееся   солью,   диссоциирует в рас­творе

Ион, способствующий окрашиванию целлюлозного материа­ла, имеет отрицательный заряд Кр ≡ С—О^ˉ, поэтому процесс пе­рехода этих ионов на волокно управляется теми же параметра­ми, что и рассмотренных ранее растворимых в воде прямых и активных красителей.

Лейкосоединение кубовых красителей неустойчиво, легко окисляется до исходного пигмента любым окислителем, даже кислородом воздуха

Этим пользуются при завершении процесса крашения кубо­выми красителями целлюлозных волокон. Но неустойчивость лейкосоединения к окислению кислородом воздуха затрудняет приготовление и хранение растворов. В настоящее время разра­ботана растворимая стойкая форма восстановленных кубовых красителей под названием кубозолей, которые получают путем обработки лейкокислоты кубовых красителей концентрирован­ной серной кислотой в среде органических растворителей. Сер­нокислый эфир лейкокислоты кубового красителя устойчив к окислению и практически неокрашен. Осторожная  нейтрализация эфира едким натром приводит к получению растворимой натриевой соли — кубозоля

В воде кубозоль диссоциирует

Анион кубозоля поглощается целлюлозным волокном по тем же законам, что и рассмотренные выше анионы других краси­телей.

Для получения окраски кубозоли, поглощенные волокном, подвергают специальной обработке, называемой проявлением. При этом вначале гидролизуют сложноэфирную связь (в кислой среде), а затем лейкокислоту окисляют до исходного пигмента кубового красителя

Нерастворимые в воде сернистые красители подобно кубовым для крашения целлюлозных материалов переводят в раствори­мое состояние, пользуясь способностью дисульфидных связей в молекуле этих красителей восстанавливаться в щелочной среде с образованием растворимых лейкосоединений

Поглощение целлюлозным волокнистым материалом аниона восстановленного сернистого красителя происходит аналогично рассмотренным ранее. Для завершения процесса крашения сер­нистыми красителями, так же как и при использовании кубовых, лейкосоединение окисляют на волокне до нерастворимого пиг­мента

Для образования на волокне нерастворимых азокрасителей (азоидных) на целлюлозный материал последовательно наносят азотол и диазосоставляющую. Азотолы содержат оксигруппу, которая в щелочной среде образует соль — азотолят, диссоцииру­ющий в воде

т. е. при нанесении на целлюлозный материал щелочного раство­ра азотола возникают те же задачи управления процессом, что и для ранее рассмотренных случаев.

Единственным исключением из правила является исходный продукт анилин в виде солянокислой соли, который применяется для получения на целлюлозном волокне черного анилина.

Он диссоциирует в растворе с образованием положительного иона, из которого образуется краситель

Естественно, положительно заряженный ион исходного продукта для синтеза черного анилина поглощается целлюлозным волок­ном по другому закону, чем анионные красители.

Подводя итоги, следует отметить, что, несмотря на различия в химическом строении и технологических свойствах различных классов красителей, применяющихся для крашения целлюлоз­ных волокон, поглощение красителя чаще всего происходит в виде отрицательно заряженной частицы — аниона. Общим для всех растворов анионных форм красителей является склонность их к агрегации. Фактически красильный раствор является полидисперсной системой, в которой присутствуют в различных соот­ношениях отдельные молекулы красителей в диссоциированной или недиссоциированной форме и агрегаты из ионов, молекул или агрегаты смешанного типа. Соотношение между различны­ми формами окрашенных полидисперсных систем зависит в пер­вую очередь от строения и свойств красителей: чем больше молекулярная масса красителя, чем выше его сродство к волокну, тем больше степень агрегации красителя. Немаловажную роль играют также условия крашения: повышение температуры, вве­дение в красильный раствор ряда ТВВ (растворители, диспергаторы) сдвигает равновесие в сторону мономолекулярной формы. Нейтральные соли, напротив, способствуют образованию агрега­тов. Превращения эти обратимы и соответствуют приведенной схеме.

Ввиду того что поглощение красителей возможно только в виде отдельных ионов или молекул, задача диспергирования красителей до мономолекулярного состояния для всех анионных красителей является общей.

Основным параметром технологического процесса, от которо­го зависят экономические показатели и потребительские свойст­ва окраски (интенсивность, равномерность, устойчивость), явля­ется скорость перехода красителя из раствора на волокно, поэто­му главная задача управления — изменение скорости крашения.

Целлюлозные волокна при погружении в воду или технологи­ческие растворы приобретают избыточный отрицательный заряд за счет диссоциации карбоксильных групп—СООН      СОО^ˉ+Н⁺, в небольшом количестве имеющихся в целлюлозе, так как при подготовке под влиянием окислителей неизбежно происходит ее частичное окисление.

Следовательно, задача преодоления сил отталкивания между отрицательно заряженной поверхностью волокна и анионом кра­сителя является общей задачей для всех применяемых при кра­шении целлюлозных волокон анионных красителей.

Для снижения или полного устранения сил отталкивания в технологический раствор при крашении анионными красителями вводят хорошо диссоциирующие соли — нейтральные электроли­ты. Чаще всего для этой цели используют хлористый натрий NaCl или сульфат натрия Na₂SO₄

В технологическом растворе в этом случае присутствуют ио­ны красителя и электролита; Кр—SO₃^ˉ+Na⁺+Na⁺+Cl^ˉ.

К отрицательной поверхности волокна в первую очередь ори­ентируются противоионы — катионы, которые снижают заряд волокна, облегчают приближение анионов красителя на такое расстояние, при котором начинают проявляться силы специфиче­ского взаимодействия (сродства) красителя с волокном (рис.38).

Катионы Na⁺ в первую очередь подходят к поверхности во­локна и образуют слой положительно заряженных ионов (этап I), а затем в направлении к волокну перемещаются анионы кра­сителя и сорбируются волокном (этапы II—IV). Одновременно поглощается равное количество катионов Na⁺. Постепенно кра­ситель поглощается волокном и накапливается в субстрате (этап V), красильная ванна истощается. Анионы электролита, ввиду отсутствия сродства к волокну, остаются в растворе.

Повышение концентрации электролита в ванне ускоряет пе­реход красителя в волокно, но параллельно приводит к увеличе­нию степени агрегации красителя, так как катионы электролита, экранируя отрицательный заряд аниона красителя, облегчают их сближение, приводящее к образованию агрегатов за счет возник­новения сил межмолекулярного взаимодействия, вплоть до вы­падения красителя в осадок (рис. 39).

С ростом концентрации электролита увеличивается скорость крашения, но одновременно возникает опасность получения не­ровной и неустойчивой окраски, поэтому в ванну вводят опти­мальное количество электролита, которое зависит от свойств красителя (сродства) и способа крашения. Чем лучше раствори­мы красители в воде, чем меньше они склонны к агрегации, чем меньше их сродство к волокну, тем больше электролита вводят в красильную ванну. Например, для прямых красителей содер­жание хлористого натрия в красильном растворе не превышает 10—20 г/л, а для активных нередко достигает 100 г/л. Известно, что прямые красители имеют большее сродство к целлюлозе и склонны к агрегации в большей степени. Для непрерывных спо­собов крашения содержание электролита в растворе снижается, так как эти растворы более концентрированы, чем при периоди­ческом крашении. Следовательно, агрегативная устойчивость растворов снижена и даже небольшие добавки электролита мо­гут вызвать выпадение красителя в осадок. В некоторых случа­ях, например, при крашении кубовыми красителями, в красиль ной ванне поддерживается достаточно высокая концентрация ионов (краситель, едкий натр, соли — восстановители) и нейт­ральный электролит не вводится вовсе.

Другим важным фактором, управляющим переходом краси­теля из ванны на волокно, является изменение температуры. Известно, что при повышении температуры красильной ванны в условиях периодического крашения со­держание красителя в волокне вначале увеличивается практически пропорцио­нально росту температуры, проходит че­рез максимум, а затем снижается (рис. 40). Температура, при которой наблюда­ется максимальное поглощение красите­ля, называется оптимальной (Т_0ПТ). Для каждого красителя она индивидуальна, ее значения внесены в справочники. На­личие оптимальной температуры краше­ния объясняется следующим: вначале с ростом температуры увеличивается растворимость красителей, растет доля мономолекулярной фракции, активность красителя в растворе воз­растает. Параллельно увеличивается скорость набухания волок­на, растет доступность субстрата для диффузии красителя в волокне, увеличивается количество поглощенного красителя. Ввиду того что на этой стадии между красителем и волокном возникают непрочные силы межмолекулярного взаимодействия, по мере роста температуры и кинетической энергии молекул кра­сителя связь эта разрывается и краситель покидает волокно. Так, на графике зависимости поглощения красителя от температуры возникают ветви: сорбционная (при Т<Т_ОПТ) и десорбционная (при T>T_OПТ). Естественно, для наиболее эффективного исполь­зования взятого для крашения красителя процесс следует вести при оптимальной температуре.

Как видно на графике (см. рис. 40), при оптимальной тем­пературе крашения при периодическом способе между красите­лем на волокне и в растворе устанавливается динамическое рав­новесие. Процесс крашения никогда не идет до полного перехо­да красителя на волокно, часть его остается в растворе. Это вызывает ряд трудностей, так как непроизводительно расходует­ся дорогостоящий краситель (причем чем больше модуль краше­ния, тем выше этот расход), загрязняются сточные воды красильно-отделочного производства. Выходом из создавшегося положения может быть либо повторное использование остаточ­ной ванны после добавления в нее красителя и необходимых химических материалов, что, впрочем, не всегда удобно или эф­фективно, либо переход на непрерывные способы крашения. Оп­тимальная температура пропитывания текстильного изделия бо­лее концентрированным красильным раствором в этом случае сдвигается в сторону более высоких значений, при которых в по­лидисперсной красильной системе увеличивается доля мономоле­кулярной фракции и снижается доля агрегатов (см. с. 92).

ТВВ, вводимые в состав красильной ванны, также способст­вуют изменению скорости крашения. Помимо уже рассмотрен­ных ранее нейтральных электролитов, в состав красильных ванн вводят вещества, понижающие поверхностное натяжение техно­логических растворов (ПАВ), которые облегчают смачивание волокна. Они могут взаимодействовать с красителем, вызывая его диспергирование. Это повышает равномерность окраски. При крашении хорошо растворимыми красителями (прямые, актив­ные) по периодическому способу введение диспергаторов неэф­фективно, так как в их присутствии резко снижается сродство красителя к волокну, и поглощение красителей уменьшается. Введение в красильную ванну веществ, повышающих набухание полимера или растворимость красителей, ускоряет переход кра­сителя в волокно. Полезным бывает присутствие в ванне щелоч­ных реагентов, так как растворимость анионных красителей в щелочной среде возрастает.

Различные классы красителей фиксируются на целлюлозных волокнах за счет проявления различных сил взаимодействия. Такие красители, как прямые, кубовые, сернистые, синтезирую­щиеся на волокне, образуют с целлюлозой связи различных видов: водородные, за счет сил Ван-дер-Ваальса. Водородные связи возникают между амино —NH₂, окиси —ОН, карбониль­ными =С = О, азогруппами —N = N— красителя и гидроксилами целлюлозы. Для получения устойчивой окраски необходимо об­разование не менее двух водородных связей, суммарная энергия которых находится в пределах 40—80 кДж/моль. Дополнитель­но к водородной связи между хромофорной системой красителя и макромолекулой линейного полимера возникает межмолеку­лярное взаимодействие, способствующее дальнейшей стабилиза­ции связи краситель — волокно и обеспечивающее повышение устойчивости окраски.

Из практики известно, что прямые красители дают на цел­люлозных волокнах менее устойчивую к мокрым обработкам окраску, чем нерастворимые красители (кубовые, сернистые, азоидные, черный анилин), несмотря на то что характер связи красителей с целлюлозой у всех перечисленных классов одина­ков. Это убедительно доказывает, что устойчивость окраски оп­ределяется не только прочностью связи красителя с волокном, но и свойствами самих красителей: растворимые в воде прямые красители имеют большее сродство к воде, чем нерастворимые, и при водных обработках, особенно при повышенной температу­ре, когда разрываются непрочные связи с волокном, переходят в раствор, окраска осветляется. Нерастворимые красители при водных обработках в раствор не переходят. Активные красители, несмотря на хорошую растворимость в воде, образуют на целлю­лозных волокнах устойчивую окраску, так как фиксируются на волокне за счет химической ковалентной связи. Образование ковалентной связи происходит в щелочной среде, поэтому в со­став ванны вносят щелочные соединения: NaOH, Na₂CO₃

Щелочные вещества в составе красильной ванны связывают кислоту НСl и сдвигают реакцию в сторону образования продук­та взаимодействия красителя с волокном.

Крашение водорастворимыми красителями. В зависи­мости от класса красителей применяют различные спосо­бы крашения.

Прямые красители. Для гладкого крашения хлопчатобумаж­ных тканей и нитей в основном применяют прямые красители. При крашении хлопка-волокна, льняных тканей их практически не применяют, так как окраска ими на данных видах текстиль­ных изделий недостаточно устойчива.

Помимо красителей отечественного производства используют­ся продукты, выпускаемые рядом социалистических стран: сатурны (ЧССР), соламины (ГДР). В ассортименте прямых кра­сителей есть группа светопрочных, дающих на целлюлозных во­локнах светостойкую окраску.

Крашение прямыми красителями чаще проводят по периоди­ческому способу, используя для этого аппараты АКД при кра­шении пряжи и ниток, красильно-промывные, эжекторные или красильно-роликовые машины для крашения ткани. Разра­ботан также непрерывный плюсовочно-запарный способ крашения.

При крашении периодическим способом процесс начи­нают с тщательного растворения красителя, для чего используют умягченную воду, либо вводят в красильный раствор вещества для умягчения воды: кальцинированную соду или, что предпоч­тительнее, гсксаметафосфат натрия Na₂[Na₄(PO₃)]₆. Сода, со­здавая щелочную среду, способствует также лучшему растворе­нию красителя. В раствор вводят необходимое количество хло­ристого натрия для ускорения процесса и подают раствор в тех­нологическое оборудование, куда предварительно заправлена партия окрашиваемого материала.

Красильный раствор содержит следующие компоненты, % от массы волокна: краситель 0,5—5; хлористый натрий 10—25; сода кальцинированная 1—3.

Модуль крашения зависит от выбранного для крашения обо­рудования и колеблется в пределах 6—35. Начинают процесс при температуре 30—40 °С, медленно повышают температуру до оптимальной (для большинства прямых красителей 60—80 °С), красят при оптимальной температуре 0,5—2 ч, затем промывают и выгружают изделие из оборудования.

Устойчивость окраски прямыми красителями к мокрым обра­боткам характеризуется в среднем баллами 3—4, к свету 3—5, но есть отдельные марки, имеющие более высокие значения. Этот показатель можно повысить специальными обработками. Существует универсальный способ повышения устойчивости окрасок на 1—2 балла для большинства марок прямых красите­лей. Это обработка специальным веществом — раствором дициандиамидной смолы в уксусной кислоте (препаратом ДЦУ), ко­торый при растворении в воде диссоциирует на катион смолы (условно ДЦ⁺) и анион уксусной кислоты (условно У^ˉ). Если ткань, окрашенную прямым красителем, обработать раствором ДЦУ, то между анионом красителя и катионом препарата про­изойдет взаимодействие, приводящее к образованию нераствори­мого соединения, в результате чего повысится устойчивость ок­раски к мокрым обработкам

Если к ДЦУ добавить соль меди, то обработка таким препа­ратом, называемым ДЦМ, повышает устойчивость окраски не только к мокрым обработкам, но и свету.

Технология обработки окрашенных изделий препаратами ДЦУ и ДЦМ проста и аналогична: обрабатывают раствором препаратов концентрации 10—30 г/л при температуре 70—80 °С и высушивают.

При крашении непрерывным способом чаще всего при­меняют плюсовочно-запарный способ. При этом ткань в течение 4—6 с пропитывают раствором красителя концентрации 2— 20 г/л, отжимают до привеса 100 %, запаривают при температу­ре 100 ˚С в среде влажного пара в течение 1—2 мин или при 130 °С в течение 10—30 с, промывают, обрабатывают раствором ДЦУ 15—20 г/л при температуре 50—60 °С, отжимают и высу­шивают. Для аппаратурного оформления процесса служит кра­сильная плюсовочно-запарная линия (см. рис. 37).

Для увеличения количества красителя, унесенного из ванны, и, следовательно, для повышения интенсивности окраски пропи­тывание ткани красильным раствором следует проводить при максимально высокой температуре, интенсивной циркуляции красильного раствора в плюсовочной ванне. В красильный рас­твор полезно вводить нейтральный электролит, органические растворители, пропитку ткани раствором красителей произво­дить с применением вакуумирования.

Активные красители. Для гладкого крашения практически любых текстильных изделий как из хлопка, так и льна могут использоваться активные красители. Яркая и устойчивая окрас­ка этими красителями позволяет применять их достаточно ши­роко. В практике отечественных предприятий наряду с отечественными применяются красители, производимые за рубежом: проционы (Великобритания), цибакроны (Швейцария), ремазоли (ФРГ), остазины (ЧССР) и некоторые другие.

Общим свойством активных красителей практически всех групп является их способность химически взаимодействовать не только с гидроксильными группами целлюлозного волокна, обра­зуя прочную ковалентную связь (см. с. 96), но и с гидроксилами воды, что превращает их в неактивную, неспособную к ковалентной фиксации гидролизованную форму:

Гидролизованный краситель обладает сродством к целлюло­зе, сорбируется целлюлозным волокном, образуя с ним неустой­чивую межмолекулярную связь, что приводит к ухудшению ус­тойчивости окраски активными красителями в целом. Степень гидролиза активного красителя возрастает с повышением темпе­ратуры, щелочности среды. Устойчивость активных красителей к гидролизу меняется в зависимости от строения: существуют более и менее реакционноспособные красители. Крашение актив­ными красителями с высокой реакционной способностью следует проводить при меньшем содержании щелочи и более низкой тем­пературе. Эти красители маркируются буквой X (холодное кра­шение), например активный ярко-красный 5СХ. Крашение менее реакционноспособными красителями проводят при более высо­ком содержании щелочи и при более высокой температуре. Та­кие красители маркируют буквой Т (теплое крашение), или не вносят в марку специальных индексов. Красят этими краси­телями при температуре 60—80 °С и выше. К таким красителям относятся красители активный ярко-желтый 43, активный ярко-голубой 2КТ.

Ввиду того, что невозможно полностью избежать гидролиза активных красителей в условиях хранения (под влиянием кон­диционной влаги), при приготовлении красильных растворов и в начальный период крашения, когда краситель преимуществен­но находится в растворе, а температура красильного раствора повышается, необходимо так организовать процесс крашения, чтобы реакция гидролиза была сведена к минимуму. Для этого необходимо соблюдать следующие условия.

1. Крашение проводить при минимальном модуле, при максимально высокой концентрации красителя в растворе; таким об­разом, крашение по непрерывному способу предпочтительнее.

2. Красильный раствор в начальный   период крашения дол­жен иметь нейтральную реакцию; при периодических способах
в этих целях щелочь вводят в красильную ванну после завершения процесса перераспределения   красителя   между ванной и волокном, при непрерывных —вводят такие щелочные агенты, которые в обычных условиях имеют слабощелочную реакцию, а выделяют щелочь лишь с течением   времени (Nа₂СО₃) или при повышенной температуре (NаНСО_з):

3. Температуру крашения выбирают с учетом реакционной способности красителя, руководствуясь его маркировкой.

Однако даже полное соблюдение всех рекомендаций не может гарантировать от образования некоторой доли гидролизованного красителя. А как известно, присутствие его на волокне ухудша­ет устойчивость окраски. Поэтому процесс крашения активными красителями завершают интенсивной промывкой, которую про­водят, во-первых, при высокой температуре (100°С), когда разрушается непрочная межмолекулярная связь гидролизованного красителя с волокном и краситель десорбируется с волокна; во-вторых, в щелочной среде, где усиливается отрицательный заряд целлюлозы за счет полной диссоциации карбоксильных групп и повышается растворимость анионного активного красителя, со­держащего сульфогруппу (одноименно заряженное волокно и краситель отталкиваются одно от другого, удаление гидролизо­ванного красителя из волокна облегчается); в-третьих, в присут­ствии ПАВ, которые облегчают смачивание текстильного изде­лия, образуют с молекулой гидролизованного красителя комп­лекс и обеспечивают удаление его из волокна; в-четвертых, при интенсивном гидродинамическом режиме обработки, который до­стигается специальной конструкцией промывных аппаратов (за­правка ткани «петля в петле», ребристые ролики в промывных ваннах и т. д.), а так же с помощью физических методов интен­сификации жидкостной обработки текстильных материалов (ультразвук, промежуточный отжим и т. д.). Обычно степень ковалентной фиксации активных красителей на целлюлозных материалах составляет 70—90 %. Устойчивость окраски тек­стильных материалов, полученной ковалентно фиксированным красителем, к мокрым обработкам характеризуется высшим бал­лом.

В настоящее время разработано много разнообразных спосо­бов крашения целлюлозных текстильных материалов активными красителями.

Относительно редко в основном для хлопчатобумажного по­лотна применяется периодический способ. Процесс ведут на любом оборудовании для крашения ткани жгутом и врасправку по стадиям:

I        стадия — поглощение красителей волокном из нейтрально­
го раствора в присутствии электролита при температуре, завися­
щей от реакционной способности   красителей: с индексом X — при температуре 25—30 °С в присутствии NaCl 10—60 г/л; с ин­дексом Т или без индекса в марке — при температуре до 75 °С исодержании электролита до 80 г/л. Ткань обрабатывают при оп­тимальной температуре в течение 30—60 мин;

II       стадия — после завершения перехода красителей в волок­но в ванну вносят щелочной агент (NaOH, Nа₂СО₃) в количестве 1—10 г/л для проведения   реакции   ковалентной фиксации. Температуру поддерживают на том же уровне, что и при I ста­дии;

III стадия — промывка окрашенной ткани кипящим щелоч­ным раствором ПАВ для удаления ковалентно незафиксирован­ного красителя.

Ввиду того что периодическое крашение протекает при высо­ком модуле и длительное время, степень гидролиза красителей (особенно с индексом X) достигает заметных размеров. Поэтому более целесообразны плюсовочные способы.

При крашении полунепрерывным плюсовочно-роликовым способом ткань пропитывают раствором, содер­жащим активный краситель в количестве 10—20 г/л, кальцини­рованную соду и смачиватель, отжимают, накатывают в ролик и выдерживают при температуре помещения или при слабом на­гревании в течение 1—24 ч, после чего промывают. Чтобы рас­твор красителя не стекал к нижней части паковки, ролик во вре­мя хранения вращается с малой скоростью. При этом способе крашения снижается степень гидролиза красителя в сравнении с периодическим, так как процесс идет без нагревания до высо­кой температуры. Для создания щелочной среды используют кальцинированную соду. Соотношение краситель : вода в плюсовочной ванне благоприятнее, чем при периодическом способе. Способ особенно эффективен для красителей с индексом X.

Применяемые непрерывные способы крашения целлю­лозных волокнистых материалов активными красителями мож­но разделить на одно- и двухстадийные. При одностадийных способах ткань пропитывают раствором, в состав которого вхо­дит, помимо красителя, щелочной агент. После этого следует кратковременная тепловая обработка, обеспечивающая быструю диффузию красителя в волокно и наиболее полную его фикса­цию. При двухстадийных способах на ткань наносят нейтраль­ный раствор красителя, высушивают и обрабатывают щелочным раствором, затем подвергают термообработке. Используя специ­альные приемы последовательного нанесения раствора красителя и щелочи на ткань, промежуточное высушивание можно исключить. При двухстадийном способе снижается гидролиз активного красителя в растворе, повышается степень ковалент­ной фиксации, лучше используется дорогостоящий краситель, повышается качество окраски.

Одним из вариантов непрерывного способа крашения явля­ется плюсовочно-запарный. При одностадийном процессе в кра­сильную ванну вводят (г/л): красителя (практически любой реакционной способности) 0,5—40; щелочного агента (кальцини­рованную соду) 10—20; для повышения растворимости красите­ля мочевины 50—100; смачивателя 1—5. Пропитанную раство­ром ткань подвергают запариванию в среде насыщенного пара при температуре около 100 °С в течение 15—30 с, в зависимости от реакционной способности красителя; затем промывают. Процесс выполняют на красильно-запарной линии. При двухстадий-ном выполнении процесса в линии используют две трехвальные плюсовки: в первой обрабатывают раствором красителя, во второй — раствором щелочного агента. Для исключения промежу­точной сушки степень отжима ткани в первой плюсовке устанав­ливается более высокой (60—70%), чем во второй (110— 120 %). В этом случае не наблюдается десорбция красителя в щелочной раствор. Этому же способствует введение в щелочной раствор нейтрального электролита. Дальнейшая обработка тка­ни аналогична обработке при одностадийном крашении.

Способ плюсование-сушка (так называемый плюсовочно-термофиксационный) также является непрерывным. В этом случае высушивание ткани в среде горячего воздуха при 120—130˚С совмещается с фиксацией активного красителя. Для этого спо­соба пригодны красители с малым сродством к волокну и высо­кой реакционной способностью, так как диффузия и фиксация активного красителя должна произойти в короткий промежуток времени (за 1,5—3 мин), пока происходит обезвоживание ткани. Для повышения степени фиксации красителей в среде горячего воздуха в плюсовочный раствор полезно ввести вещество, кото­рое не улетучивается при сушке, а плавится при повышении температуры. Чаще всего для этой    цели    применяют мочевину (карбамид)   в количестве    30—100 г/л, которая при температуре 135°С расплавляется, заполняет поры волок­на и обеспечивает диффузию красителя в волокно. Роль мочеви­ны не ограничивается созданием среды для диффузии красителя в волокно. Она способствует повышению растворимости (дезагрегации) красителей в концентрированных плюсовочных раст­ворах, увеличивает набухание волокна. Температура тепловой обработки ткани горячим воздухом в этом случае повышается до 160—200 °С.

Крашение по способу плюсование-сушка приводит к меньшей потере красителя за счет гидролиза, поэтому целесообразно. Аппараты, применяемые для этого способа, устроены проще, чем красильно-запарные линии, так как камера для запаривания в линию не включается. Габаритные размеры установки меньше, а технико-экономические показатели, в частности съем продук­ции с 1 м² выше

Кубозоли. Ассортимент их состоит из 17 марок. Кубозоль, полученный из соответствующего кубового красителя, сохраня­ет название его цвета и марку. Производство кубозолей в нашей стране ограничено, поэтому их применяют для получения свет­лых светостойких окрасок на целлюлозных тканях.

В основном крашение проводят по непрерывному способу, используя для этой цели специальную красильную линию. Про­цесс складывается из нанесения кубозоля на ткань и проявле­ния окраски, Ткань на плюсовке пропитывают раствором, содержащим кубозоль и окислитель, отжимают, обрабатывают несколько секунд в растворе кислоты, содержащей нейтральный электролит, и промывают. Под действием кислоты проявительного раствора кубозоль гидролизуется, а окислитель, содержа­щийся в плюсовочном растворе, окисляет лейкокислоту в пиг­мент кубового красителя (см. с. 91). На ткани получается устой­чивая к мокрым обработкам окраска.

В качестве окислителей применяют либо нитрит натрия NaNO₂, либо бихромат калия К₂Сr₂О₇. В первом случае процесс проявления называют нитритным, во втором — хроматным. Хроматный способ проявления окраски кубозолей приводит к полу­чению более тусклых окрасок, чем нитритный, но при использо­вании кислых растворов NaNO₂ происходит выделение токсич­ных окислов азота, что ухудшает санитарно-гигиенические условия работы в цехах. В настоящее время разрабатывают проявительные составы, свободные от указанных недостатков (на­пример, на основе перекиси водорода).

К недостаткам окраски, полученной с помощью кубозолей, относится невысокая устойчивость к трению. Причины этого яв­ления и способы их устранения общие для кубозолей и кубовых красителей и будут рассмотрены далее.

Крашение нерастворимыми в воде красителями. Использова­ние нерастворимых в воде красителей для крашения гидрофиль­ных целлюлозных волокон возможно только в том случае, если на стадии диффузии в волокне они находятся в растворимом со­стоянии. Технологические приемы получения растворимых форм для различных классов красителей существенно различаются и зависят от способа крашения.

Кубовые красители. Кубовые красители применяют для кра­шения целлюлозных волокнистых материалов в виде различных изделий: пряжа, готовое полотно. Различают три группы краси­телей: кубовые, индигоидные и тиоиндигоидные, например, ку­бовый темно-синий О, броминдиго, тиоиндиго красный 2С.

Для получения красильного раствора кубовые красители вос­станавливают в щелочной среде, а затем окисляют на волокне (см. с. 90). В качестве восстановителя обычно используют гидросульфит натрия Na₂S₂O₄

Существует другая точка зрения, в соответствии с которой восстановление происходит при непосредственном взаимодейст­вии гидросульфита натрия или продуктов его распада с кубо­вым красителем.

Для создания щелочной среды применяют едкий натр. Окис­лителями могут быть кислород воздуха, растворенный в холод­ной воде, бихромат калия в кислой среде К₂Сr₂О₇+Н⁺ или пере­кись водорода Н₂О₂.

Существует три способа крашения кубовыми красителями целлюлозных волокон:   периодический щелочно-восстановительный; непрерывный двухстадийный, или суспензионный; непре­рывный лейкокислотный, являющийся вариантом суспензион­ного.

При периодическом щелочно-восстановительном способе процесс начинают с приготовления красильной ванны. Для этого пигмент кубового красителя смешивают с каким-либо гигроскопичным веществом для облегчения смачивания (глице­рином), едким натром, водой и гидросульфитом натрия. При тем­пературе 30—60°С в зависимости от марки красителя проводят растворение. Контроль за процессом восстановления ведут визу­ально, так как при переходе красителя в растворимое состояние происходит изменение его цвета. После окончания растворения красителя концентрированный раствор разбавляют до нужной концентрации и окрашивают волокнистый материал при опти­мальной температуре, которая внесена в справочники, в течение 1 —1,5 ч. Завершают процесс окислением окраски на воздухе, обработкой холодной водой или раствором окислителя.

Для повышения яркости и устойчивости окраски крашение заканчивают обработкой кипящими растворами ПАВ в присут­ствии кальцинированной соды (мыловка). При мыловке с по­верхности волокна удаляется образовавшийся там краситель, который ухудшает устойчивость окраски к трению, а краситель, продиффундировавший в глубь волокна, кристаллизуется в по­рах, что повышает устойчивость окраски к свету и ее яркость.

В настоящее время периодический способ применяют только для крашения волокна и пряжи в аппаратах циркуляционного типа АКД. При крашении по щелочно-восстановительному спо­собу большую трудность представляет получение равномерной окраски, так как поглощение красителей волокном происходит очень быстро вследствие высокой концентрации электролитов в красильной ванне и высокого сродства лейкосоединения к волокну.

При крашении по суспензионному способу используют специальную выпускную форму красителя — тонкодиспергированный порошок для крашения. Такую форму маркируют буквой Д, например кубовый золотисто-желтый ЖХД. Для приготовле­ния красильной суспензии порошок красителя смешивают с во­дой до концентрации 5—50 г/л в присутствии диспергатора НФ 1—2 г/л. Ткань в плюсовке пропитывают красильной суспен­зией, подсушивают, обрабатывают во второй плюсовке проявительным раствором содержащим восстановитель (гидросульфит натрия) 60 г/л и щелочь NaOH 32 %-ный 70 г/л, после чего запаривают в запарной камере. При запаривании краситель под действием восстановителя и щелочи переходит в растворимую форму и диффундирует в набухшее волокно. После запаривания ткань подвергают окислительной обработке и мыловке.

Для крашения по суспензионному способу отечественная промышленность выпускает специальные    красильные линии. При крашении суспензионным спосо­бом, если обеспечить равномер­ный отжим в плюсовке хорошо подготовленной ткани, окраска получается равномерной, так как пигмент кубового красителя не имеет сродства к целлюлозе. Не­достатком способа является не­обходимость применения специ­альной выпускной формы краси­теля, производство которой тру­доемко.

При   крашении   по   лейкокислотному  способу используют обычный грубодисперсный порошок кубового красителя, применяя для диспергирования химический метод. При таком кра­шении вначале готовят обычный раствор восстановленной формы кубового красителя, как для щелочно-восстановительного спосо­ба, затем осторожным подкислением переводят соль лейкосоеди­нения в лейкокислоту, при этом получают кубовый краситель высокодиспергированной формы в виде лейкокислоты (рис. 41). Для предупреждения агрегирования молекул лейкокислоты про­цесс ведут в присутствии диспергаторов. Рецепт красильного раствора, г/л: диспергатора НФ 0,25—0,5; уксусной кислоты 0,35—2; едкого натра 0,5—3; гидросульфита натрия 0,33—2. Тонкодиспергированной суспензией лейкокислоты пропитывают ткань в плюсовке при температуре 50—55 °С, а затем обрабаты­вают щелочным раствором с добавлением гидросульфита натрия и поваренной соли, после чего направляют в воздушный зрельник, где лейкокислота растворяется под действием щелочи и диффундирует в набухшее волокно. Дальнейшие заключитель­ные операции такие же, что и при суспензионном способе: окис­лительная обработка, промывка, мыловка.

Крашение по лейкокислотному способу выполняют на кра­сильной линии.

Сернистые красители. Сернистые красители используют для крашения целлюлозных изделий как в виде волокна, так и в ви­де ткани. Технология крашения сернистыми красителями сходна с технологией крашения кубовыми: нерастворимые в воде сер­нистые красители переводят в растворимую форму восстановле­нием в щелочной среде, а затем на волокне окислением перево­дят в исходную нерастворимую форму (см. с. 91).

Для растворения сернистых красителей при крашении ис­пользуют сернистый натр Na₂S, который в воде выделяет едкий натр и восстановитель — сероводород

Технологический процесс проводят на специальном оборудо­вании следующим образом: ткань пропитывают восстановлен­ным щелочным раствором сернистого красителя, содержащим красителя до 100 г/л, запаривают, окисляют и промывают. Кра­шение волокна, ниток и пряжи выполняют в аппаратах АКД периодическим способом.

Окраски сернистыми красителями неярки, умеренны по ус­тойчивости. Сернистые красители применяют в большом количе­стве при крашении массовых тканей для спортивной и рабочей одежды.

Большим недостатком окраски сернистыми красителями яв­ляется то, что с течением времени красители на волокне разру­шаются, выделяющаяся сера окисляется до серного ангидрида, образующего серную кислоту, которая гидролизует целлюлозные волокна, прочность их падает. Этот процесс особенно заметен на швейных нитках.

После крашения сернистыми красителями в сточные воды попадают серосодержащие продукты, являющиеся биологичес­кими ядами и затрудняющие очистку промышленных стоков. Поэтому планами народного хозяйства предусмотрена разработ­ка безотходной технологии крашения сернистыми красителями, а в ряде случаев сокращение их применения в текстильной промышленности.

Крашение путем образования красителей на волокне. Краше­ние путем образования красителей на волокне сочетает достоин­ства ранее рассмотренных классов красителей: подобно раство­римым красителям они не осложняют процесса крашения спе­циальными приемами приготовления красильных ванн и подоб­но нерастворимым красителям образуют окраски, устойчивые к мокрым обработкам.

Азоидные красители. Для получения красителя ткань после­довательно обрабатывают растворами двух составляющих, кото­рые, соединяясь на волокне, образуют нерастворимый краситель.

В общем виде схему образования нерастворимого азоидного красителя можно изобразить следующим образом:

Азосоставляющие (азотолы) легко растворяются в щелочах, образуя растворы, пригодные для обработки ткани (см. с. 91). Диазосоставляющая используется в двух видах:

1) азоамины — первичные ароматические амины R—NH₂, на­пример анилин

Азоамины пассивны и в реакцию с азотолом не вступают. Для образования красителя   азоамин   необходимо перевести в активную форму, провести реакцию диазотирования, т. е. обра­ботку нитритом натрия в кислой среде.

Полученная соль диазония способна реагировать с азотолом, образуя нерастворимый краситель по реакции азосочетания

Соль диазония крайне неустойчива и разлагается при повы­шении температуры и даже хранении в растворе. Обработку тка­ни производят при температуре 0—5 °С свежеприготовленным раствором, поэтому азоидные красители называют холодными и даже ледяными;

2) диазоли — соли диазония, стабилизированные органическими или минеральными соединениями, например диазоль жел­тый О

стабилизирован хлористым цинком ZnCl₂. Для использования диазоля в крашении его достаточно растворить в воде, как он приобретает способность реагировать с азотолом. При пользо­вании диазолем отпадает необходимость производить трудоем­кую операцию диазотирования в условиях отделочного производ­ства.

Завершают крашение мыловкой ткани при температуре 85— 90 °С для удаления с поверхности волокна непрочно фиксирован­ного красителя и повышения устойчивости  окраски  к трению.

Азотолы обладают различным строением и сродством к цел­люлозе. По названию отличаются маркой, например азотол А, ПА, МНА. Азотол может вступать в реакцию с различными диазосоставляющими, при этом получаются красители разного цве­та. В название азоамина или соответствующего ему диазоля вводят название цвета той комбинации с азотолом, которая от­личается наилучшими колористическими или прочностными по­казателями.

Для образования нерастворимого азокрасителя на ткани Можно использовать линии, состоящие из двух плюсовок для Последовательного нанесения азо- и диазосоставляющей, воз­душного зрельника и промывных ванн. Концентрация азотолов в растворах 10 г/л, диазолей — 4—30 г/л в зависимости от мар­жей азотола и требуемой интенсивности окраски.

В воздушном зрельнике происходит продолжение взаимодей­ствия составляющих, нанесенных на волокно, и образование не­растворимого красителя.

Азиновые красители — черный анилин. Краситель применяют для крашения хлопчатобумажных тканей в черный цвет, высо­кой устойчивости и глубины. Получают черный краситель из анилина путем окислительной конденсации в кислой среде

При крашении ткань пропитывают раствором следующего со­става, г/л: анилин 50—70; кислота (смесь соляной и молочной в соотношении 2,5 : 1) 90; окислитель (хлорат калия) 20—35; катализатор (соли меди, железа) 10—15; гигроскопическое ве­щество (хлористый аммоний) 10—15.

Оплюсованную ткань подвергают тепловой обработке, при которой на ткани образуется черный краситель с зеленоватым оттенком. Для завершения химического процесса окисления пос­ле тепловых воздействий ткань обрабатывают окислительным раствором, обычно бихроматом калия в кислой среде.

Существуют два технологических способа крашения черным анилином, отличающихся условиями тепловой обработки и ката­лизаторами: окислительный и запарный. При окислительном способе крашения в качестве катализатора используют соль ме­ди, а тепловую обработку проводят путем высушивания при тем­пературе 80 °С. Для запарного способа применяют соли железа и запаривают при температуре 102 °С.

Окислительный способ выполняют на специальной линии черно-анилинового крашения. Запарный способ в основном при­меняют  при  печатании по хлопчатобумажным тканям.

Крашение черным анилином применяют редко, так как спо­соб получения красителя трудоемок, при крашении выделяются токсичные вещества, под действием окислителей и кислоты час­тично разрушается целлюлоза.

Особенности крашения гидратцеллюлозных волокон. Ввиду того что обычные гидратцеллюлозные волокна обладают пони­женной прочностью в сравнении с природными целлюлозными волокнами, особенно в мокром состоянии, и неоднородны по структуре, крашение этих волокон имеет ряд особенностей.

Не все рассмотренные классы красителей можно использо­вать для окрашивания гидратцеллюлозных волокон. Исключение необходимо сделать для черного анилина, так как образование красителя происходит в жестких условиях (кислая реакция сре­ды, присутствие окислителя, высокая температура). При этом образуются продукты кислотного гидролиза и окислительной деструкции целлюлозы, непрочное гидратцеллюлозное волокно-еще более ослабляется.

Быстрое набухание гидратцеллюлозы при крашении также является препятствием для окрашивания волокна в аппаратах большой емкости: набухшие наружные слои паковки препятству­ют проникновению раствора красителя в толщу волокна, возни кает порок — непрокрашивание середины паковки. Аналогичная трудность возникает при крашении нитей и пряжи, намотанных на бобину или навой.

Для крашения тканей из гидратцеллюлозных волокон необ­ходимо подбирать оборудование, работающее с минимальным натяжением полотна, в противном случае ткань деформируется, вытягивается, качество ее ухудшается.

Вискозное волокно неоднородно по длине и диаметру, поэто­му равномерную окраску получают с трудом. Для выравнива­ния окраски, например прямыми красителями, процесс краше­ния вискозного волокна необходимо замедлить, для чего краше­ние ведут в присутствии нейтрального электролита, взятого в меньшем количестве, чем при крашении природных целлюлозных волокон, а также при температуре, выше оптимальной для хлоп­ка, а затем оставляют ткань в остывающей ванне. В присутствии меньшего количества электролита и при более высокой темпе­ратуре, чем оптимальная, переход красителя на волокно замед­ляется, волокно полнее набухает, структура его выравнивается, окраска получается более равномерной.

Вискозные высокомодульные и полинозные волокна окраши­ваются по технологии крашения хлопчатобумажных тканей, как правило, более интенсивно, чем хлопковые.

Крашение текстильных изделий из белковых волокон

Белковые волокна — шерсть и шелк — имеют мно­го общего в химическом составе и строении полимерных макро­молекул, но принципиально различаются   структурой:   кератин шерсти относится к редко сшитым полимерам, макромолекула имеет α-конфигурацию. Шелк — линейный полимер, обладающий β-конфигурацией макромолекулы. Очевидно, химическая приро­да и пространственное строение  различных белковых  волокон определяют сходство и различие в выборе красителей для кра­шения шерсти и шелка. Шерстяные волокна окрашиваются кис­лотными, хромовыми, КМК 1:1 и 1 : 2 и активными красителя­ми. Для крашения   натурального  шелка   кислотные   красители применяют в меньшей степени, так как они дают неустойчивую окраску. Значительно лучшие результаты по качеству  окраски получают   при   использовании   некоторых   прямых   красителей, особенно из числа светопрочных. Хромовые красители для кра­шения шелка не применяют по двум причинам: в условиях кра­шения сильно повреждается волокно и окраска этим классом не обладает яркостью, что особенно важно для изделий из шелка. КМК 1:2 и активные красители играют большую роль при кра­шении и особенно печатании  шелковых  тканей.   В   небольшом количестве для крашения шелковых волокон применяют кубозоли.

Шерсть в значительном объеме окрашивают в виде волокна или гребенной ленты, используя для этой цели красители, даю­щие наиболее устойчивую окраску. В полотне окрашивают в ос­новном легкие платьевые ткани.

Натуральный шелк практически всегда подвергают краше­нию в виде готового полотна.

Свойства красителей и общие закономерности процесса кра­шения. Практически все перечисленные классы красителей, при­меняемые для белковых волокон, относятся к числу растворимых в воде, содержат сульфогруппы в виде натриевых солей, диссоци­ирующие с образованием окрашенного аниона

Кислотные, хромовые и активные  красители  в растворе  менее агрегированы, чем прямые.

Известно,  что белковые   волокна   обладают   амфотерными свойствами за счет  свободных  амино-  и  карбоксильных  групп

Аминогруппа волокна способна взаимодействовать с кислота­ми, приобретая положительный заряд

Следовательно, в кислой среде у белковых волокон появля­ются положительно заряженные группы, способные за счет элек­тростатического (ионного) взаимодействия образовать соединения типа солей с анионами красителей

В присутствии кислоты ускоряется поглощение анионных кра­сителей белковыми волокнами.

К красителям, обладающим малым сродством к белковым во­локнам, в красильную ванну добавляют сильную серную кисло­ту H₂SO₄. Крашение красителями с высоким сродством к белко­вым волокнам проводят в присутствии кислых солей, которые постепенно разлагаются в условиях крашения и обеспечивают слабокислую реакцию среды. К таким солям относятся сульфат и ацетат аммония

Красители со средним значением сродства окрашивают бел­ковые волокна в присутствии органической уксусной кислоты.

Управляют скоростью перехода красителей на волокно, регу­лируя кислотность реакции среды и вводя в красильную ванну нейтральный электролит, чаще всего сульфат натрия Na₂SO₄, который диссоциирует на ионы.

Анион минеральной кислоты SO₄ ^-2 в составе красильной ван­ны является своеобразным конкурентом аниону красителя в про­цессе присоединения к положительно заряженной группе во­локна

В первую очередь к положительно заряженной аминогруппе подойдет анион SO₄^-2  как более подвижный, меньшего размера (І), но так как анион SO₄^-2 нe обладает сродством к волокну, то постепенно он будет вытесняться более крупным анионом кра­сителя (ІІ). В целом процесс крашения замедлится, окраска вследствие этого получится более равномерной. Следовательно, сульфат натрия при крашении анионными красителями белковых волокон играет роль своеобразного выравнивателя окраски.

Для этой же цели в состав красильных ванн вводят специ­альные препараты — выравниватели. Обычно это вещества с по­верхностно-активными свойствами: катионные, анионные или не-ионогенного характера.

Выравнивающее действие препаратов складывается из спо­собности растворов, содержащих ПАВ, равномернее смачи­вать текстильный материал и из способности выравнивателей взаимодействовать с красителем или волокном, что замедля­ет поглощение красителя. Катионоактивные выравниватели

(ВыравнХ  Выравн⁺ + Хˉ) образуют с анионом красителя не­устойчивое соединение: Bыравн⁺∙O₃ˉS—Кр, медленно поглощае­мое волокном. С течением времени соединение разрушается, ани­он красителя восстанавливает способность взаимодействовать с волокном. Анионоактивные выравниватели

(ВыравнХ    Выравнˉ + Х⁺) взаимодействуют с положительными центрами во­локна, конкурируя с анионом красителя и замедляя переход кра­сителя в волокно. Неионогенные выравниватели, взаимодействуя с красителем (рис. 42), обычно образуют оболочку вокруг анио­на красителя (сольватируют).

Такая частица красителя имеет пониженное сродство к во­локну, что также замедляет процесс крашения. Со временем под влиянием температуры крашения сольватная оболочка анио­на красителя разрушается, у красителя возникает возможность взаимодействовать с волокном.

Регулятором скорости крашения является также температу­ра. Белковые волокна обычно окрашивают при температуре ки­пения, так как на поверхности шерстяного волокна имеется че­шуйчатый слой, охраняющий внутренний корковый слой от про­никновения в него химических материалов при температуре до 60 °С, а шелковая нить имеет плотную структуру.

Обычно анионные красители полно­стью переходят из красильной ванны на волокно, так как их содержание в растворе существенно меньше кислот­ной емкости белковых волокон, опре­деляемой числом свободных амино­групп.

Помимо ионной связи, образующей­ся на стадии адсорбции всех анионных красителей белковыми волокнами, при их фиксации возникают дополнитель­ные силы. Иногда ионное взаимодей­ствие полностью заменяется взаимо­действием иного характера, как это происходит при крашении активными красителями, кубозолями.

При фиксации кислотных и прямых красителей на шерсти и шелке соответственно кроме ионных сил развивается дополни­тельно межмолекулярное взаимодействие хромофорной системы красителя с текстильным полимером. Принципиальное отличие кислотных красителей от прямых заключено в пространствен­ном строении хромофорной системы: прямые красители имеют вытянутую молекулу, в то время как кислотные — более ком­пактную. В остальном — по химическому строению хромофорной системы, характеру групп, придающих красителям раствори­мость, — они очень близки (см. с. 72). Пространственная струк­тура полимера диктует выбор красителей для различных волокон. Более рыхлая структура кератина шерсти, относитель­но большое расстояние между полипептидными цепями, связан­ными дисульфидными связями, обеспечивает более интенсивное взаимодействие волокон с компактными, приближающимися к сферическим, молекулами кислотных красителей:

Линейные макромолекулы фиброина шелка создают условия для более прочного закрепления молекул прямых красителей:

При фиксации хромовых красителей  кератином шерсти дополнительно к ионному и межмолекулярному взаимодействию возникают координационные связи между кра­сителем, волокном и ионом трехвалентного хрома Сг+. Трехва­лентный ион хрома способен взаимодействовать с тремя молекулами красителя, образуя ионную связь с гидроксилами. Допол­нительно с волокном или красителем образуется координацион­ная связь с карбонильным кислородом, имеющим неподеленные пары электронов

Таким образом, краситель дополнительно связывается с волокном через атом хрома. Устойчивость окраски повышается.

Ковалентная фиксация активных красителей на белковых во­локнах происходит во второй стадии, после поглощения за счет ионного взаимодействия. Для этого температуру ванны пони­жают до 50—60 °С, вводят кальцинированную соду до слабоще­лочной реакции. Это приводит к диссоциации малоустойчивой со­левой связи активного красителя с белковым волокном, в ре­зультате чего аминогруппа нейтрализуется и создаются условия: для ковалентной фиксации активного красителя на неионизиро-ванной аминогруппе волокна

Степень ковалентной фиксации обычных активных красите­лей на белковых волокнах ниже, чем на хлопке, и составляет 30—70 %, так как нельзя создавать высокую щелочность среды при образовании ковалентной связи ввиду малой устойчивости белковых волокон к щелочным обработкам.

В связи с этим созданы специальные группы активных кра­сителей, способных ковалентно фиксироваться на белковых волокнах в слабокислой среде, и разработаны новые способы кра­шения белковых волокон, обеспечивающие высокую степень ко­валентной фиксации активных красителей.

При крашении кубозолями первоначально возникает ионная связь, которая при образовании пигмента заменяется водород­ными связями и межмолекулярным взаимодействием.

Крашение шерстяных материалов. Для крашения шерстяных волокон и изделий из них используют различные классы краси­телей.

Кислотные красители. Эти красители дают на шерсти полную гамму цветов высокой яркости, умеренной устойчивости. Отече­ственная промышленность использует для крашения платьевых тканей, реже ленты, в основном красители, производимые в на­шей стране.

В зависимости от величины сродства кислотного красителя к волокну требуется различная степень кислотности ванны. Раз­личают несколько видов красителей:

сильнокислые, или хорошо выравнивающие, красители, обла­дающие невысоким сродством к волокну, окрашивающие в при­сутствии сильной минеральной серной кислоты, дающие невысо­кую устойчивость окраски;

среднекислые красители, окрашивающие в присутствии ук­сусной кислоты, характеризующиеся умеренным сродством и ус­тойчивостью окраски;

слабокислые, или плохо выравнивающие, красители, краше­ние которыми происходит в присутствии слабокислых солей — сернокислого или уксуснокислого аммония. Сродство этой груп­пы красителей к волокну и устойчивость окраски самые высо­кие, но выравнивание окраски затруднено. Это наиболее ценная в техническом отношении группа кислотных красителей.

В основном кислотными красителями окрашивают шерсть по периодическому способу, непрерывные процессы начали приме­нять недавно.

В состав красильных ванн для периодического крашения вво­дят, % от массы волокна: красителя 0,5—5; кислоты 2—5 или кислой соли 2—4; выравнивателя 0,5—1. Пропитку материалов при непрерывном плюсовочно-запарном способе производят рас­творами, содержащими краситель до 40 г/л. При крашении по непрерывному способу полезно использовать специальные вещества, способствующие диспергированию красителя и набуханию волокна (мочевина); ПАВ, обладающие сродством к красителю и волокну и способные в определенных условиях создавать двух­фазные капельные системы, например, отечественный препарат диэтаноламид (ДЭА) синтетических жирных кислот.

Этот препарат растворим в воде, но под влиянием электро­литов, кислоты, ионов красителя утрачивает растворимость и су­ществует в красильном растворе в виде микрокапель. В силу высокого сродства к ДЭА практически весь краситель, находя­щийся в плюсовочной ванне, сосредоточен в каплях ДЭА. При нанесении такой двухфазной системы на волокно капли сосредо­точиваются у поверхности волокна, так как ДЭА обладает так­же повышенным сродством к кератину шерсти. При запарива­нии капли сливаются в общий слой, пленкой обволакивающий Волокно. Диффузия красителя идет из очень концентрированного слоя красильного раствора быстро, окраска получается более высокой интенсивности, чем без подобного препарата. Одновре­менно за счет разрыхления наружного эпикутикулярного слоя волокна под влиянием ДЭА устраняется порок «седоватость» ок­раски, который практически всегда сопровождает непрерывное крашение шерсти из-за плохого прокрашивания плотного наруж­ного слоя волокна.

Хромовые красители. Хромовые красители используют в ос­новном для крашения шерстяного волокна и гребенной ленты, идущих на изготовление тканей для верхней одежды, так как окраска хромовыми красителями обладает высокой устойчиво­стью в эксплуатации.

Крашение хромовыми красителями происходит в две стадии: нанесение красителя в кислой среде в присутствии электролита при температуре кипения (аналогично крашению кислотными красителями); хромирование окраски, т.е. обработка солями хрома для повышения ее устойчивости.

В первой стадии крашения хромовые красители фиксируют­ся на волокне за счет ионного взаимодействия, во второй стадии происходит дополнительное взаимодействие красителя с волок­ном через ион трехвалентного хрома (см. с. 113).

В качестве хромирующего агента используют бихромат ка­лия (хромпик) в кислой среде. В этих условиях хром из шести­валентного состояния переходит в трехвалентное и взаимодей­ствует с волокном и красителем

В зависимости от очередности проведения стадий крашения хромовыми красителями различают:

крашение с последующим хромированием. При таком спо­собе крашения трудно воспроизвести заданный цвет, так как при хромировании часто изменяется не только оттенок, но и цвет ок­раски;

крашение с предварительным хромированием. При этом способе крашения наблюдается заметное разрушение неокрашенно­го волокна хромпиком в кислой среде;

крашение с одновременным хромированием. Способ экономи­чески самый выгодный, так как в отличие от двух предшествую­щих является однованным. Пригоден только для красителей, скорость взаимодействия которых с волокном выше, чем с хро­мом. В противном случае краситель, взаимодействуя с хромом в растворе, выпадает в осадок; окраска получается неровной и непрочной. Красители, пригодные для такого способа крашения, называют однохромовыми, например однохромовый оливко­вый Ж.

Применяют хромовые красители преимущественно для перио­дического способа крашения по следующему рецепту, % от массы волокна: краситель до 6; сульфат натрия 5—10; уксусная кислота 1—4; бихромат калия 0,5—1,5.

Крашение хромовыми красителями заметно ослабляет шер­стяное волокно, так как бихромат калия в кислой среде являет­ся сильным окислителем и разрушает волокно. Кроме того, в ос­таточной ванне после крашения хромовыми красителями при­сутствуют ионы хрома: Сг+3 и особенно токсичный и осложняющий очистку сточных вод Сг+6. Поэтому ассортимент хромовых красителей в настоящее время не развивается.

Кислотные металлкомплексные красители (КМК). Свойст­ва КМК различных групп и условия их применения существен­но различаются: КМК 1 : 1 обладают малым сродством к кера­тину, окрашивают шерстяное волокно в сильнокислой среде; КМК 1 : 2 обладают высоким сродством к кератину, окрашива­ют шерсть в слабокислой среде в присутствии сульфата или аце­тата аммония.

По качеству окраски КМК приближаются к хромовым кра­сителям. В марку КМК 1 : 1 вводят букву М, КМК 1 : 2— буквы НиМ. Например, кислотный розовый М, кислотный серый НСМ. На предприятиях страны в основном используются КМК, произ­водимые в странах СЭВ: КМК 1 : 1 под названием хромоланы (ЧССР): КМК 1 :2 под названием осталаны (ЧССР), вофаланы (ГДР) и польфаланы (ПНР).

Крашение КМК 1 : 1 проводят в две стадии: I стадия — кра­шение в присутствии большого количества серной кислоты (5—10 % от массы волокна) при температуре кипения в течение 1,5 ч. В этих условиях все аминогруппы кератина шерсти заря­жены положительно, между красителем и волокном возможно только ионное взаимодействие; II стадия — обработка в ней­тральной или слабощелочной среде. В этих условиях аминогруп­пы, не связанные с анионом красителя, утрачивают положитель­ный заряд и образуют с атомом металла в молекуле красителя дополнительную координационную связь за счет   неподеленной пары электронов у азота

В первой стадии добиваются    равномерного распределения красителя в волокне, во второй обеспечивают его прочную фик­сацию.

Ввиду высокого сродства КМК 1 : 2 к кератину шерсти кра­шение ими проводят в слабокислой среде в присутствии 6 % сульфата или ацетата аммония при температуре кипения. Вы­сокая устойчивость окраски КМК 1 : 2 к мокрым обработкам объ­ясняется образованием ионной связи красителя с волокном и возниковением большого набора водородных и межмолекулярных сил между хромофорной системой красителя и текстильным полимером.

Активные красители. Активные красители для шерстяной под­отрасли промышленности маркируются индексом Ш, например активный ярко-красный 2СШ.

Эти красители характеризуются пониженной реакционной способностью и более устойчивы к гидролизу (см. с. 99), чем большинство применяемых для крашения целлюлозных волокон. Этого требуют более жесткие условия крашения шерсти: темпе­ратура кипения на стадии поглощения красителя волокном и образования ионной связи. Пригодны для крашения шерсти и не­которые красители, типичные для целлюлозных волокон, из числа устойчивых к гидролизу при повышенной температуре. Кра­шение шерсти, помимо красителей советского производства, вы­полняют красителями зарубежных фирм: ланазолями, хосталанами и ремазолями (ФРГ), ксиронами (ГДР).

При формировании современного ассортимента активных красителей для шерсти в основном исходили из следующих принципов: реакционная способность активных красителей по отношению к шерсти должна проявляться в кислой среде, а не в щелочной, при этом повышается степень ковалентной фикса­ции активных красителей и снижается опасность повреждения шерсти; не должно быть существенной разницы между условия­ми адсорбции и фиксации активных красителей; реакционная способность должна обеспечивать ковалентную фиксацию не ме­нее 90 % от красителя, внесенного в ванну; краситель должен иметь высокое сродство к волокну, чтобы незафиксированный ковалентно краситель не снижал устойчивость окраски.

Периодический способ крашения активными красителями проводится аналогично кислотным красителям при рН 4,5—5 и отличается только слабощелочной обработкой (NH₄OH при рН 8—8,5) в конце процесса.

Для шерсти разработан специальный холодный плюсовочно-накатный способ крашения активными красителями, при кото­ром достигается высокая (90—95%) степень фиксации. Этот способ относится к полунепрерывным и выполняется по следу­ющей схеме: пропитывание ткани красильным раствором при 100—120%-ном отжиме, накатывание в ролик, выдерживание ролика в течение 24—48 ч без нагревания, промывка. Для пре­дупреждения обсыхания ткани при выдерживании ролик покры- вают полимерной пленкой. Ввиду того, что переход красителя из раствора в волокно протекает при низкой температуре, в состав плюсовочной ванны вводят вещества, ускоряющие набухание полимера: мочевину и слабый восстановитель бисульфит натрия NaHSO₃. Известно, что мочевино-бисульфитные растворы ис­пользуют для растворения шерсти при определении степени ее повреждения в технологических операциях. В рассматриваемом случае эти препараты разрушающе действуют только на поверх­ностный слой волокна, повышая его проницаемость для краси­теля. Действие бисульфита натрия связывают с восстановлени­ем дисульфидных связей, преимущественно в чешуйчатом слое, а мочевина дополняет эффект, вызывая набухание волокна в целом. При этом в волокне возникают новые группы, способные вступать в реакцию с волокном, и степень ковалентной фикса­ции активных красителей повышается.

Роль мочевины не ограничивается указанным действием: она способствует дезагрегации красителей в плюсовочном растворе, способствует их лучшему растворению. Растворы мочевины об­ладают щелочной реакцией, что благоприятно для ковалентной фиксации красителей. В состав плюсовочного раствора кроме бисульфита натрия и мочевины вводят ПАВ (например диэтано-ламид жирных кислот), которые, помимо улучшения смачивания волокна, обладают сродством к шерсти и способны создавать микрогетерогенные двухфазные системы (см. с. 115).

Для предупреждения миграции красильного раствора на тка­ни при вылеживании в него вводят загустители, которые также принимают участие в образовании и стабилизации микрогетеро­генной двухфазной системы в плюсовочной ванне.

Состав красильного раствора, г/л: краситель 10—30; моче­вина 250—300; бисульфит натрия 10; загуститель 2—5.

Завершают процесс тщательной промывкой на любом про­мывном оборудовании для удаления незафиксированного краси­теля и всех остальных компонентов красильного раствора.

Описанный способ применяется также для крашения гребен­ной ленты. Вылеживание ленты, пропитанной красильным рас­твором, осуществляют при этом в тележках, промывку — на сушильно-гладильных линиях.

Крашение натурального шелка. Изделия из натурального шелка окрашиваются красителями различных классов.

Кислотные красители. Шелк могут окрашивать красители всех групп, но большинство из них дает неустойчивую окраску и уступает в этом отношении другим классам. Наилучшие ре­зультаты получаются при использовании КМК 1 : 2 и отдельных марок кислотных. Крашение ведут в присутствии уксусной кис­лоты (2% от массы материала) при температуре 95 °С. Для сла­бокислых красителей рекомендуют снижать температуру до 70—80 °С и проводить процесс в присутствии ацетата аммония.

Крашение проводят в красильно-промывных или эжекторных ма­шинах.

Прямые красители. Эти красители, особенно прямые свето­прочные, образуют на тканях из натурального шелка достаточ­но яркие и устойчивые окраски. Процесс проводят в красильно-промывной машине в нейтральной или слабощелочной среде при температуре 90°С, применяя умягченную воду. После крашения полезна обработка препаратом ДЦУ для повышения устойчиво­сти окраски. Для крашения изделий из натурального шелка при­годно около 30 марок обычных и светопрочных прямых краси­телей.

Активные красители. Они наиболее равномерно окрашивают натуральный шелк в красильно-промывных или эжекторных ма­шинах. В состав красильной ванны вводят помимо красителя нейтральный электролит (Na₂SO₄) и слабощелочной реагент (Nа₂СО₃). Температура крашения красителями с индексом X не превышает 50 °С, с индексом Т—70 °С. Начинают крашение в нейтральной среде и только в конце вводят раствор соды. За­вершают процесс мыловкой горячим (80°С) раствором моющих средств для удаления ковалентно незафиксированного красителя.

Кубозоли. Большой интерес для крашения натурального шелка представляют кубозоли. Крашение проводят в кислой среде (2—4% СН₃СООН 30%-ной). Во избежание разложения кубозолей в ванну вводят небольшое количество восстановите­ля. Максимальная температура — 90 °С. Проявление окраски проводят по хроматному способу. Завершают обработку опера­цией оживки для восстановления блеска волокна. Наилучшие результаты получают при крашении в красильно-роликовой ма­шине.

Крашение тканей из синтетических и ацетилцеллюлозных волокон

Синтетические и ацетилцеллюлозные волокна, не­смотря на различный химический состав, характеризуются ря­дом общих свойств, которые и определяют выбор классов кра­сителей и условий крашения. Этими свойствами являются: вы­сокая плотность волокон, сильно развитое межмолекулярное взаимодействие между полимерными цепями, низкая способность взаимодействовать с полярными молекулами воды, малая склон­ность к набуханию в водных растворах, т.е. гидрофобные свой­ства, малое содержание групп, способных взаимодействовать с красителями.

Конечно, эти свойства у волокон различной природы прояв­ляются в разной степени: ацетатное волокно менее гидрофобно, чем триацетатное, так как содержит определенное количество по­лярных гидроксильных групп; полиамидное и модифицированное полиакрилонитрильное волокна содержат функциональные груп­пы, обеспечивающие химическое взаимодействие с некоторыми классами красителей; полиэфирное волокно обладает наивысшей плотностью структуры. Эти различия в свойствах волокон опре­деляют специфические условия крашения и дифференцирован­ный подход к выбору классов красителей.

Свойства красителей и общие закономерности процесса кра­шения. Свойства химических волокон обусловливают специфи­ческие требования, предъявляемые к красителям: они должны обладать сродством к гидрофобным полимерам, т.е. быть нера­створимыми в воде; должны иметь малые размеры молекул для обеспечения достаточной скорости диффузии в плотную структу­ру волокна. Этим требованиям отвечают дисперсные красители: они практически нерастворимы в воде, молекулярная масса боль­шинства красителей находится в пределах 200—600, в то время как другие классы красителей характеризуются значениями этой величины на уровне 800—1000 и более. Окраски дисперсными красителями, как правило, достаточно ярки и устойчивы к боль­шинству условий эксплуатации, за исключением устойчивости окраски к дымовым газам, которые содержатся в городском воз­духе, и высокой температуре. Последнее обстоятельство ограни­чивает возможность использования большого числа дисперсных красителей для крашения изделий из химических волокон, кото­рые в процессе крашения и отделки подвергаются высокотемпе­ратурным обработкам. Под действием высокой температуры дисперсные красители возгоняются (сублимируют), окраска из­делия при этом осветляется, загрязняются рабочие органы обо­рудования сконденсировавшимися парами дисперсных красите­лей. Характеристика технологических свойств дисперсных кра­сителей содержит показатель «устойчивость к сублимации», которым следует руководствоваться при выборе красителей для конкретных тканей и условий крашения.

Дисперсные красители закрепляются на волокне за счет во­дородных связей и межмолекулярного взаимодействия.

В случае крашения полиамидных волокон, имеющих свобод­ные аминогруппы, возможно применение активных красителей, способных ковалентно фиксироваться волокном. Причем наи­больший эффект дают активные красители, не имеющие групп, придающих им растворимость, так называемые дисперсные ак­тивные красители Кр—Cl (Кр — хромофорная система; С1 — ре-акционноспособная группировка). Ассортимент отечественных дисперсных активных красителей только начинает склады­ваться. В основном текстильщики пользуются красителями под названием процинайлы фирмы «Ай-Си-Ай» (Велико­британия).

Присутствие в полиамидном волокне аминогрупп создает предпосылки для использования анионных красителей в кислой среде: прямых, кислотных и особенно металлкомплексных ти­па 1 : 2. Хромовые красители практического значения не имеют, так как полиамидное волокно неустойчиво к окислению и обра-ботка его окислителем — бихроматом калия — при хромирова­нии нежелательна.

Особенного подхода к выбору класса красителей требует полиакрилонитрильное (ПАН) волокно. Дисперсные красители образуют на нитроне малоинтересную в колористическом отно­шении окраску. В настоящее время ПАН-волокно для текстиль­ной промышленности выпускается в виде тройного сополимера, содержащего помимо акрилонитрила метилметакрилат и итаконовую кислоту. В готовом волокне содержится карбоксильная группа ПАН — СООН. Это создает возможность получить менее плотное волокно и придает ему способность окрашиваться катионными красителями, растворимыми в воде

Ввиду того что условия крашения катионными красителями проще, качество окраски по яркости и устойчивости очень высо­кое, дисперсные красители для нитрона потеряли свое значение.

Итак, основной ассортимент красителей для химических во­локон: ацетилцеллюлозных и полиэфирных — дисперсные; поли­амидных— дисперсные, дисперсные активные, прямые, кислот­ные КМК. 1 : 2, полиакрилнонитрильных — катионные.

Дисперсные красители практически нерастворимы в воде — всего около 10—40 мг красителя в 1 л красильной ванны нахо­дится в растворимом состоянии. Растворение происходит благо­даря малому размеру красителей и наличию в их молекуле не­большого числа полярных групп (—ОН, —NH₂), способных вза­имодействовать с водой. Синтетические и ацетилцеллюлозные Волокна, для крашения которых применяются дисперсные кра­сители, представляют собой труднопроницаемую для химичес­ких соединений систему. Поэтому основные усилия при крашении указанных полимеров направлены на повышение диффузи­онной способности красителей и диффузионной проницаемости Волокна.

Красильная ванна при крашении дисперсными красителями является сложной системой, содержащей небольшую долю мономолекулярной фракции (часть растворимого красителя), аг­регированную форму красителя (другая часть растворимой фра­кции), нерастворимую часть (осадок), которая является резер­вом для пополнения растворимой фракции красителя по мере ее расходования. Все формы красителя находятся в равновесии и могут переходить одна в другую. В плотные химические волокна способны проникать только отдельные молекулы красителя. Ввиду того что концентрация мономолекулярной фракции мала, процесс перехода красителя в волокно протекает медленно. Для увеличения концентрации мономолекулярной формы дисперсных Красителей в воде в красильную дисперсию вводят диспергаторы, например диспергатор НФ. При этом ускоряется переход красителя в волокно. Для облегчения использования дисперсных красителей их выпускают в виде порошков или паст, содер­жащих тонкодиспергированный краситель (размер частиц 0,5— 2 мкм) и диспергаторы в достаточно большом количестве — до 50—80 % от общей массы.

Для ускорения диффузии красителя в волокне помимо воз­действия на краситель используют технологические приемы, по­вышающие проницаемость волокна. Для этой цели применяют температурную активацию процесса, когда крашение проводят при температуре существенно выше 100˚С. При этом разрыхля­ется структура волокна и облегчается проникновение красите­лей внутрь полимера. Объясняют это частичным нарушением взаимодействия между полимерными цепями, увеличением под­вижности отдельных участков полимерной цепи, что способству­ет более свободному продвижению красителя внутрь волокна. Для реализации высокотемпературного крашения требуется спе­циальное оборудование. Кроме того, на ускорение диффузии красителя в волокне влияет введение в красильную ванну спе­циальных веществ, называемых интенсификаторами процесса или ускорителями. Это обычно нерастворимые в воде соедине­ния— производные бензола, с меньшими размерами молекул, чем дисперсные красители. Обладая сродством к гидрофобному полимеру, эти вещества поглощаются волокном, разрывают меж­молекулярные связи внутри полимера, разрыхляют структуру волокна, облегчают диффузию в волокно дисперсных красите­лей. По механизму воздействия на волокно интенсификаторы аналогичны действию температуры: они повышают диффузион­ную проницаемость субстрата. Достоинством крашения с интен­сификаторами является возможность проведения процесса при температуре до 100°С, что существенно улучшает технико-эко­номические показатели. Однако большинство используемых пре­паратов токсичны или обладают неприятным запахом. Это затрудняет их использование. Кроме того, они трудно удаляются из волокна при промывке и понижают устойчивость окраски го­товых изделий к мокрым обработкам, а иногда и свету. Имея в виду высокую экономическую целесообразность крашения в при­сутствии ускорителей, расширяются исследования по созданию интенсификаторов, свободных от отмеченных недостатков.

Переход активных дисперсных красителей на полиамидное волокно подчиняется закономерностям, свойственным обычным дисперсным. После распределения красителей в полимере про­исходит химическая реакция с аминогруппами аналогично обыч­ным активным красителям

Устойчивость окраски выше, чем у обычных дисперсных кра­сителей.

Полиамидные волокна можно окрашивать водорастворимы­ми красителями анионного типа, используя наличие NН₂-группы. Управление крашением полиамидных волокон анионными кра­сителями осуществляется аналогично процессу крашения этой группой красителей белковых волокон: кислотными и прямыми красителями окрашивают в присутствии уксусной кислоты, КМК 1:2 — в присутствии кислых солей (NH₄)₂SO₄ или CH₃COONH₄. В кислой среде аминогруппы полиамидных волокон заряжаются положительно и обеспечивают ионное взаимодействие с рас­сматриваемыми красителями

Существует закономерность: сродство хорошо растворимых кислотных красителей, содержащих ионизирующиеся сульфо-группы в виде натриевых солей, к полиамидным волокнам ни­же, чем к шерсти. Прямые красители, обладающие вытянутой конфигурацией молекулы, что обеспечивает ей энергетически выгодное размещение вдоль линейной цепи полиамида и образо­вание достаточно сильного межмолекулярного взаимодействия хромофорной системы с полимером, имеют более высокое срод­ство к полиамидам, чем к шерсти, примерно на уровне сродства к натуральному шелку. В сравнении с кислотными и даже пря­мыми красителями КМК 1 : 2, являющиеся солями комплексных кислот и обладающие пониженной растворимостью, имеют самое высокое сродство к полиамидам из всех анионных красителей. Устойчивость окраски также возрастает в этом же ряду. Это доказывает, что при фиксации анионных красителей на полиа­мидном волокне существенную роль играет межмолекулярное взаимодействие. Для обеспечения более быстрого проникновения анионных красителей внутрь волокна применяют те же приемы активации процесса, что и при крашении дисперсными краси­телями: высокотемпературное крашение и интенсификаторы.

ПАН-волокно (нитрон) окрашивают катионными красителя­ми. Управляют скоростью перехода красителей в полимер, варь­ируя рН красильной ванны и температуру. Причем в отличие от большинства рассмотренных ранее случаев основные усилия технологов направлены на замедление процесса крашения для обеспечения более равномерной окраски.

Катионные красители фиксируются на нитроне за счет элек­тростатического взаимодействия, т. е. ионными связями. Так как карбоксильная группа волокна в красильном растворе диссоции­рована ПАН —СООН      ПАН —СООˉ+Н⁺, то между разнои­менными группами волокна и красителя взаимодействие проте­кает очень быстро:

Для замедления процесса и получения более равномерной окраски в красильную ванну вводят кислоту, которая подавля­ет диссоциацию карбоксильной группы. Под действием кислоты диссоциация карбоксильных групп может быть подавлена полностью, процесс крашения может прекратиться. Для исключения этой возможности часть кислоты заменяется нейтральным электролитом, обычно сульфатом натрия. При диссоциации соли об­разуется катион натрия (I), который конкурирует с катионом красителя (ІІ) за место у диссоциированных карбоксильных групп, процесс крашения замедляется, окраска получается бо­лее ровной

После фиксации катионного красителя на нитроне за счет ионных сил между хромофорной системой и полимером разви­вается межмолекулярное взаимодействие, повышающее устойчи­вость окраски в целом.

Основной переход катионных красителей на волокно проис­ходит в узком интервале температуры (80—100°С), что также осложняет получение равномерной окраски, так как разница температуры отдельных участков красильной системы даже в 1°С изменяет скорость диффузии красителя в несколько раз.

Для обеспечения высококачественных результатов предложе­но два варианта температурного режима крашения нитрона катионными красителями: во-первых, быстрый нагрев красильной ванны до максимальной температуры (100°С) и крашение в этих условиях. График процесса изображен на рис. 43 пунктиром. При таком режиме исключается нежелательное воздействие не­равномерного разогрева красильной системы, возникающего при медленном повышении температуры; во-вторых, ступенчатый разогрев красильной ванны, предполагающий прекращение по­вышения температуры на 15—30 мин при определенном уровне и быстрое повышение    температуры    между этими областями (сплошная линия на рис. 43).

Крашение   тканей из полиэфирных материалов дисперсными красителями.

Дисперсные красители — основной класс, применяемый для крашения по­лиэфирных волокон, на которых они образуют достаточно яркую и устой­чивую окраску. Наилучший результат дают красители, специально выпускае­мые для этих волокон и отмеченные индексом «полиэфирный», например дисперсный желтый 23 полиэфирный, синий полиэфирный. В небольшом ко­личестве отечественная промышлен­ность применяет импортные дисперс­ные красители: синтены Р (ПНР), остацеты (ЧССР).

Крашение дисперсными красителями полиэфирных волокон или тканей производят периодическим способом в водной среде при температуре кипения в присутствии интенсификаторов или при избыточном давлении и температуре до 140°С в аппаратах под давлением. Ткани можно окрашивать, используя в качестве теплоносителя сухой нагретый воздух при температуре 190— 200 °С — непрерывный термозольный способ. Волокно в виде комплексных нитей в жгуте окрашивают в среде перегретого па­ра при температуре до 140°С на непрерывнодействующем обору­довании.

Красильная ванна для крашения по периодическому способу в водной среде содержит: красителя до 10%, диспергатора 1— 2 г/л и при необходимости интенсификатора 3—5 г/л. Длитель­ность процесса при температуре 100°С около 1—2 ч. При кра­шении под давлением (аппараты АКД, эжекторные красильные машины) скорость возрастает в 1,5—2 раза.

Термозольный способ крашения осуществляют только для тканей или трикотажных полотен (рис. 44). При этом изделия в плюсовке 1 обрабаты­вают водной суспензией, содержащей, г/л: красителя до 50, диспергатора 2—5; подсушивают с помощью ИК-подогревателя 2 и подвергают их термо­обработке 3 в течение 60—120 с при температуре на 30—40 °С более низкой, чем температура плавления волокна (190—200 °С). Полиэфирное волокно в этих условиях размягчается, увеличивается его диффузионная проницаемость и краситель легко диффундирует в волокно. После термообработки ткань охлаждают в специальной зоне 4. Завершают крашение обработкой ткани щелочно-восстановительным раствором, при которой с поверхности ткани уда­ляется краситель, ухудшающий устойчивость окраски.

Крашение химических волокон жгутом в аппарате для плюсовочно-запарного способа крашения в среде перегретого пара проводится аналогично, но длительность обработки в среде пе­регретого пара составляет 30—60 мин за счет более низкой тем­пературы теплоносителя (140°С).

Крашение изделий из полиамидных волокон. Для этих целей используют дисперсные и растворимые в воде красители.

Дисперсные красители. Ассортимент отечественных дисперс­ных красителей для полиамидных волокон весьма разнообразен и помимо обычных дисперсных содержит: металлкомплексные красители типа 1 : 2, маркируемые буквами МП (металлсодер­жащие для полиамида), например дисперсный коричневый МП; дисперсные активные красители.

Окрашивают полиамидные материалы в виде волокна, три­котажных штучных изделий или полотен и тканей в основном по периодическому способу в водной среде при температуре ки­пения или при повышенной температуре до 140°С. В красиль­ную ванну вводят помимо красителя диспергаторы, иногда интенсификаторы. Термозольный способ крашения применяют ред­ко, так как большинство устойчивых к сублимации дисперсных красителей на полиамидах дают малоинтересные в колористи­ческом отношении окраски. При крашении дисперсными активными красителями процесс завершают слабощелочной обработ­кой для обеспечения более полной ковалентной фиксации кра­сителя.

Растворимые в воде красители. При крашении полиамидных материалов существенное значение имеют некоторые классы растворимых в воде красителей: прямых, кислотных, КМК 1 : 2, обычных активных. Технология крашения этими классами кра­сителей аналогична технологии крашения изделия из белковых волокон.

Ионное и дополнительное межмолекулярное взаимодействие хромофорной системы с полимером обеспечивает высокий уро­вень устойчивости окрасок. При использовании обычных актив­ных красителей после щелочной обработки возникает ковалентная связь красителя с волокном.

Общим недостатком использования водорастворимых кра­сителей при крашении полиамидных материалов является то, что эти красители подчеркивают неоднородность структуры химиче­ских волокон, что проявляется в виде неравномерной, полосатой «зебристой» окраски. Поэтому эти классы красителей применя­ют в основном при крашении штучных трикотажных изделий, где указанный дефект проявляется в меньшей степени.

Крашение изделий из ацетилцеллюлозных волокон. Для кра­шения изделий из ацетилцеллюлозных волокон применяют прак­тически только дисперсные красители, но ввиду существенной разницы в химическом строении и надмолекулярной структуре ацетатные и триацетатные волокна требуют различных условий крашения.

Ацетатные волокна, имеющие недостаточно плотную струк­туру обладают высокой диффузионной проницаемостью уже при температуре 70—80°С. При более высокой температуре возмож­ны необратимые изменения волокна, поэтому крашение прово­дят при температуре не выше 80 °С.

Крашение триацетатного волокна проводят при более высо­кой температуре. По периодическому способу более эффектив­ным является крашение под давлением при температуре до 140°С. Используют термозольный способ крашения при темпе­ратуре 190—200°С. При необходимости для крашения триаце­татного волокна применяют интенсификаторы.

В составе красильных дисперсий при крашении ацетилцел­люлозных волокон не должны содержаться щелочные агенты, так как волокна, являясь сложными эфирами целлюлозы и ук­сусной кислоты, легко омыляются в щелочной среде (см. с. 14).

Крашение ПАН-волокон катионными красителями. Катионные красители для волокна нитрон создают яркую и устойчивую окраску полной гаммы цветов. Отечественная анилинокрасочная промышленность полностью удовлетворяет потребность текстиль­щиков в этих красителях. Крашению в основном подвергают во­локно или трикотажные изделия.

Для облегчения приготовления красильного раствора раство­рение катионных красителей производят в кислой среде, для че­го используют часть кислоты, необходимой по рецепту для кра­шения. Крашение проводят при рН 4,5—5,5 в присутствии ней­трального электролита.

В зависимости от скорости взаимодействия катионных кра­сителей с волокном их разделяют на две группы: быстровыбирающиеся, для которых содержание кислоты и электролита в ванне высоко; медленновыбирающиеся, содержание замедляю­щих процесс добавок заметно меньше.

Максимальная температура крашения катионными красите­лями не превышает 100°С, так как большинство красителей это­го класса неустойчиво к высокой температуре.

Ввиду того что сродство катионных красителей к ПАН-волокну очень велико, для получения равномерной окраски необ­ходимо хорошо растворить краситель, с учетом скорости пере­хода красителя на волокно составить красильную ванну, точно выдержать оптимальный температурный режим крашения. Пе­рекрашивание изделия, окрашенного неравномерно, представля­ет большую трудность и не всегда эффективно, так как число —СООН-групп в волокне ограниченно и предельное количест­во химически чистого красителя, способного присоединиться к волокну, составляет не более 3 %. Если учесть, что технические красители обычно содержат около 50 % красящего вещества, то при первом крашении даже в темные цвета предел насыщения редко достигается, но активных центров на волокне для повтор­ного перекрашивания остается мало.

Особое внимание следует уделять подбору катионных краси­телей в красильную ванну для крашения смесями красителей в целях обеспечения модной гаммы цветов и оттенков: они обяза­тельно должны входить в одну группу по скорости крашения, в противном случае разнооттеночности окраски избежать не уда­ется.

Крашение текстильных изделий из смеси волокон

Главную и основную роль в расширении ассортимен­та играет выпуск новых тканей и других текстильных изделий из смеси волокон. Для создания таких изделий используют ком­бинации из двух-трех видов природных и химических волокон, дополняющих друг друга по свойствам. В итоге получают изде­лие комфортное и удобное в эксплуатации, с высокими показа­телями формоустойчивости. Однако крашение таких готовых изделий нередко либо вообще невозможно, либо требует специ­альных условий.

Если невозможно получить высококачественную окраску на готовом изделии из смеси волокон, когда для крашения отдель­ных волокон требуются условия, неприемлемые для других компонентов смеси (высокая температура, реакция среды, введение ТВВ, разрушающих другие волокна), крашение волокон смеси проводят раздельно, выбирая для этого наиболее пригодные классы красителей и условия крашения (описано в предыду­щих разделах). Затем вырабатывают пряжу и ткань из окра­шенных волокон. Помимо снижения опасности повреждения ком­понентов смеси раздельное крашение волокон позволяет разнооб­разить оформление готовых изделий: таким образом получают Пестротканые материалы с геометрическим рисунком из пряжи разного цвета или меланжевые, пряжа для которых вырабатыва­ется из смеси разноцветных волокон. Раздельное крашение во­локон применяется также при выработке плотных тканей, кра­шение которых в готовом виде требует больших затрат времени и не всегда позволяет получить равномерную окраску.

Химические волокна, используемые в смеси с природными или для создания однокомпонентных изделий, можно вырабатывать уже окрашенными. Такой способ называют «крашение в массе». При этом красители добавляют в прядильный раствор или рас­плав, наносят на поверхность полимерной крошки («опудривают») перед получением прядильных систем. В этих целях приме­няют различные пигменты или специально синтезированные кра­сители, способные давать однородные смеси с прядильными системами химических волокон. Ассортимент таких красителей приведен в таблице.

Таблица

Пигменты должны быть тонко измельчены. Величина частиц 1—2 мкм (максимум 5—8). Крашение в массе полихлорвинильных и полиолефиновых волокон особенно перспективно, так как эти волокна практически не окрашиваются в готовом виде. Спе­циальных красителей для этой цели нет, применяют уже извест­ные продукты.

Несмотря на большое преимущество крашения химических волокон в массе, этот способ применяется в основном для окра­шивания в наиболее широко применяемые цвета: черный, серый, коричневый, синий, голубой, зеленый. Это объясняется тем, что крашение в массе экономически целесообразно лишь для больших партий (не менее 20 т), что лишает текстильную промышлен­ность возможности выпускать продукцию   модных цветов и оттенков, вызывает необходимость хранить большие запасы окра­шенного волокна на складах.

Наряду с тканями из окрашенных волокон вырабатываются текстильные изделия из смеси волокон, которые необходимо ок­рашивать в готовом виде. Выбор пригодных для этой цели клас­сов красителей осуществляют с учетом следующих требований:

по возможности это должен быть один класс красителей, обеспечивающий на волокнах смеси окраски, близкие по интен­сивности, яркости, устойчивости к физико-химическим воздейст­виям. Например, для хлопковискозных тканей это могут быть прямые, кубовые или активные красители, для смеси шерсти с полиамидным волокном — кислотные;

в случае отсутствия такого класса красителей каждое волок­но должно окрашиваться красителем наиболее пригодного для него класса в условиях, не повреждающих остальные компонен­ты смеси. Например, закрашивание целлюлозных волокон в сме­си с шерстью кубовыми красителями невозможно, так как ще­лочная среда, создаваемая при крашении кубовыми красителя­ми, разрушает кератин шерсти;

классы красителей, выбранные для крашения изделий из сме­си волокон, должны соответствовать один другому по колори­стическим показателям (яркости) и устойчивости окраски. На­пример, нельзя получить высококачественную окраску на ткани из смеси шерсти и вискозного волокна хромовыми и прямыми красителями, так как устойчивость окраски ими различна; при­менение смеси прямых и дисперсных красителей для крашения хлопколавсановых тканей нежелательно, так как красители об­ладают различной яркостью и устойчивостью окраски.

Крашение компонентов смеси можно производить в одной ванне одновременно (однованный способ) или последовательно в разных красильных системах (двухванный способ). Во втором случае получают более яркую и устойчивую окраску.

Крашение изделий из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон. Наибольшее распространение получили материалы из смеси льна, хлопка или вискозного волокна с лавсаном в соотно­шении 33% целлюлозных и 67% полиэфирных волокон. Льня­ная промышленность перерабатывает также смесь в соотношении 1 : 1. Область применения этих материалов обширна: платьевые, костюмные, сорочечные, плащевые, декоративные  ткани и т.п.

В последние годы в нашей стране для крашения указанной смеси волокон разработан ассортимент кубовых красителей, способных окрашивать оба волокна с равноценными по качест­ву результатами. С использованием их получают окраску свет­лых и средних тонов (в основном по термозольному способу крашения). При этом ткань пропитывают суспензией кубового кра­сителя марки Д, сушат в воздушной сушилке и пропускают через термокамеру при температуре 200—210°С в течение 30— 60 с. При этом кубовый краситель фиксируется на полиэфирномволокне аналогично дисперсному. На целлюлозной составляю­щей краситель фиксируется после обработки щелочно-гидросульфитным раствором и окисления. Обработка может быть произве­дена на красильно-роликовой машине или на плюсовочно-запарной линии.

Также по термозольному способу окрашивают льно- и хлопколавсановые ткани смесью кубовых и дисперсных красителей, устойчивых к сублимации. В этом случае отбирают такие кубо­вые красители, которые не закрашивают лавсановые волокна. Описанный выше режим существенно не меняется, но на стадии термоизолирования на лавсановой составляющей фиксируется дисперсный краситель, а при щелочно-восстановительной обра­ботке кубовый краситель окрашивает целлюлозное волокно.

В нашей стране выпускаются готовые композиции кубовых и дисперсных красителей для крашения целлюлозно-лавсановых тканей под названием полицеллы.

Окраску слабой интенсивности на целлюлозно-лавсановых тканях можно получить с помощью кубозолей по термозольному способу с проявлением по нитритному способу.

На кафедре ХТВМ Московского текстильного института им. А. Н. Косыгина разработана технология крашения тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон дисперсными красите­лями по термофиксационному методу. В состав красильных си­стем вводят высококипящий растворитель (полиэтиленгликоль) или вещество, расплавляющееся при высокой температуре (мо­чевина). Эти вещества при высокой температуре заполняют по­ры целлюлозного волокна и служат средой для диффузии дис­персных красителей внутрь полимера. Диффузия в полиэфир­ное волокно происходит обычным способом. Фиксация дисперс­ных красителей на волокнах смеси осуществляется водородными связями и межмолекулярным взаимодействием. В силу нераство­римости красителей в воде окраска устойчива к мокрым обра­боткам.

Для крашения тканей из смеси целлюлозных и лавсановых волокон пригодны текстильные пигменты. В этом случае в состав пропиточных ванн вводят вещества, образующие на волокнах при термообработке пленку из пластичной термореактивной смо­лы, которая фиксирует (приклеивает) пигмент к поверхности во­локон различной природы. Такое крашение можно совмещать с заключительной отделкой, придавая тканям свойства несминаемости или водоупорности за счет использования смолы с соот­ветствующими свойствами.

Крашение изделий из смесей волокон, содержащих шерсть. Шерстяная промышленность перерабатывает разнообразные смеси  волокон, технология  которых существенно  различается.

Крашение ткани из смеси шерсть, вискозное волокно, капрон в соотношении 4 : 5 : 1 осуществляется спе­циально выпускаемыми для этой цели красителями, которые являются смесями прямых и кислотных, однотонно окрашивающих в слабокислой ванне; КМК 1 : 2 или однохромовых красителей с прямыми светопрочными. В состав красильной ванны вводят ве­щества, резервирующие шерсть от поглощения прямых красите­лей, например эфектан S-13, так как известно, что прямые кра­сители на шерсти образуют малоустойчивую окраску. При ис­пользовании смеси красителей процесс ведут по однованному или двухванному способу, но всегда сначала закрашивают шерсть и капрон в слабокислой среде при температуре кипения, а затем вискозное волокно в остывающей нейтральной ванне. По окончании процесса полезно провести упрочнение окраски, используя для этого закрепители ДЦУ и ДЦМ.

14 Пиковый детектор - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Крашение ткани из смеси шерсти с лавсаном проводят периодическим способом на красильно-промывной ма­шине смесью дисперсных (полиэфирное волокно) и кислотных (шерсть) красителей. Для крашения выбирают дисперсные кра­сители, не фиксирующиеся на шерсти, чтобы избежать пониже­ния устойчивости окраски изделия. Крашение проводят по однованному (для светлых и средних тонов) или двухванному (для темных тонов) способу. Для получения темных тонов на лавсане пользуются интенсификаторами. Ввиду больших затруднений при получении однотонной окраски на компонентах волокнистой смеси в готовой ткани крашение лавсана чаще производят в во­локне или массе. В этом случае в готовом полотне крашению подвергают только шерсть по режимам крашения чистошерстя­ной ткани.

Крашение смешанной ткани из шерсти и нит­рона производят смесями кислотных и катионных красителей чаще всего по однованному способу, так как условия крашения каждым классом красителей соответствующего волокна идентич­ны. Кислотные и катионные красители при совместном присут­ствии могут частично взаимодействовать один с

другим как гетерополярные ионы

Такое взаимодействие играет положительную роль, так как образующееся соединение Кр—SO₂ˉ∙N ≡ Kp не вступает во взаи­модействие с волокном, концентрация активной части красите­лей снижена, крашение замедляется, окраска получается более равномерной. По мере связывания активных ионов красителей волокнами под действием высокой температуры образовавшееся соединение диссоциирует и поглощение ионов волокном продол­жается. В случае образования прочного соединения ионов кис­лотных и катионных красителей или возникновения осадков кра­шение ведут по двухванному способу, закрашивая сначала нит­рон катионными красителями, затем шерсть кислотными.

Крашение тканей из смеси волокон, содержащих натураль­ный шелк. Натуральный шелк в настоящее время перерабаты­вается в смеси с полиэфирными, полиамидными, триацетатными и вискозными волокнами. Наибольшую трудность представляет крашение смешанных тканей, содержащих полиэфирные и триа­цетатные волокна. В этом случае для окрашивания синтетических волокон используют дисперсные красители. Ввиду того что они интенсивно, но непрочно закрашивают натуральный шелк, целе­сообразно применять двухванный способ крашения: сначала ок­рашивают дисперсными красителями полиэфирное или триаце­татное волокно, затем проводят щелочно-восстановительную об­работку (Na₂S₂O₄+NaOH) для удаления дисперсных красителей из шелкового волокна, после чего окрашивают шелк прямыми, кислотными, активными или КМК 1 : 2 красителями.

Ткани из смеси натурального шелка и полиамидного волок­на окрашивают по однованному способу кислотными или актив­ными красителями, а из шелка и вискозного волокна тоже од-нованным способом прямыми красителями.

Ткани из смеси только синтетических волокон окрашива­ют дисперсными красителями, подбирая условия, обеспечива­ющие однотонную окраску с равными прочностными показа­телями.