Хімічна технологія волокнистих матеріалів Фарбування тканин

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ

Державні освітні установи

ВИЩОЇ ОСВІТИ

«МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕКСТИЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені А. М. Косигіна »

Контрольна робота

«Хімічна технологія волокнистих матеріалів. Фарбування тканин »

Москва. 2009

1. Підготовка тканин з вовняних волокон

Метою підготовки до фарбування таких матеріалів є не тільки видалення домішок, а й поліпшення експлуатаційних властивостей: посилення опірності механічних деформацій, валка, ворсування.

Основні домішки видаляються з вовняних тканин в процесі промивання і карбонізації.

Промивання-операція з видалення всіх основних домішок, крім целюлозних і пігментів, з метою поліпшення змочуваності, додання тканини м'якості. Найбільш важко видаляються жирові речовини, заоливлювача, жиропіт.

Найчастіше ця операція заснована на емульгуванні і омиленні жирів і масел. За допомогою миючих засобів-ПАР та соди. При 40 ^о С. тканина обробляється в цьому розчині. Сода сприяє набухання волокна, пом'якшення води, омилюваного жирні кислоти. ПАР мають омилюваного і емульгуючими властивостями. Фізико-хімічна сутність цієї операції схожа на видалення гідрофобних домішок. Після обробки тканину просочують - спочатку малою кількістю тплой води, потім великим. Використовуване обладнання: жгутомойние машини і лінії безперервної дії. У випадку досить помітного кількості шліхти проводять расшліхтовку, зазвичай ферментативну. Іноді використовують органічні розчинники, але цей спосіб вимагає герметичності обладнання, рекуперації органічних розчинників, що економічно не завжди вигідно.

Для деяких видів шерсті може проводитися відбілювання пероксидом водню або відновниками.

Карбонізація - це процес обробки вовняної тканини розчином H ₂ SO ₄ c наступною термообробкою і промиванням для видалення погіршують зовнішній вигляд тканини целюлозних домішок. Карбонізація заснована на різне ставлення білкових речовин і целюлози до кислот. Целюлозні речовини під дією кислоти руйнуються з утворенням тендітної гідроцеллюлози, тоді як білкові сполуки до кислот відносно стійкі.

Процес включає в себе наступні стадії:

- Обробка тканини 3-6%-й H ₂ SO ₄ при 20 ^о С;

- Віджимання 70-100%;

- Сушка при 80 - 100 С для того, щоб волокно не втратило міцність;

- Термообробка при 110 - 115 ^о С протягом п'яти хвилин (на цій стадії утворюється тендітна гідроцеллюлоза);

- Промивка холодною водою, нейтралізація розчином або знову промивання.

При високій температурі шерсть залишається небайдужою до розчинів кислот: - утворюються сульфати каротину;

- Утворюються сульфоефіри;

- Відбувається руйнування пектідних зв'язків;

- Мають місце зшивання молекул.

Обладнанням зазвичай служать лінії для карбонізації, де послідовно йдуть операції. Черговість процесу відмінна, але найбільш поширена карбонізація після фарбування.

Валка - це процес ущільнення суконних і драпові тканин з одночасним звалювання волокон у поверхневому шарі при масовому переміщенні під дією механічних сил удару або тиску. Ця особливість характерна лише для вовни через лускатого шару, його пружності і звитості, викликані різницею у властивостях лускатого і коркового шарів. Тоді волоконця починають переплутуються, поступово утворюючи ущільнений продукт. Одночасно відбувається зменшення розміру тканини, поліпшуються теплофізичні характеристики.

Процес валки прискорюється в кислому і лужному середовищах. Але оскільки в кислому середовищі волокна стають грубими, процес зазвичай проводять у слабощелочной середовищі з ПАР = 2-3 г / л і ПАР = 0,3-0,5 г / л. При високих рН волокно погано скорочується. З підвищенням температури до 40-45 ^о С в лужному середовищі створюються більш сприятливі умови, але при подальшому збільшенні температури погіршується здатність волокна до скорочення. Оцінка валки часто роблять за усадці. Устаткуванням є сукновальня машини. Тканина просочується розчином ПАР і Na ₂ CO _3, піддається численним механічних впливів. Час процесу - від 30 хвилин до декількох годин.

Ворсування - процес отримання пухнастого ворсу (покриву) на поверхні тканини шляхом вилучення кінців волокон і ниток та розташування цих кінців у певному напрямку і порядку. Застосовуються машини двох типів: з голчастою гарнітурою і з шішечной гарнітурою.

Процес полягає в багатократних коротких соприкосновениях поверхні тканини з гострими кінцями лусочок шишок або голок, що знаходяться на барабанах. Потім слід Стригальня машина.

Заварка (фіксування) - обробка тканини в розплавленому стані під натягом у киплячій воді з наступним охолодженням. Метою є надання тканини стійких лінійних розмірів, усунення внутрішніх напруг, що виникають у процесі прядіння і ткацтва і викликають нерівномірну усадку. При високій температурі α - спіраль переходить в β - конфігурацію, рвуться старі Н-зв'язку, і при охолодженні у фіксованому стані виникають нові (релаксація). При заміні киплячої води на насичений пар процес називається декатіровкой. Ця операція відбувається в той час, коли ролик з тканиною знаходиться в рН = 5,5 - 6,0; тривалість процесу 5 - 30 хв. Обробка на перфорованому циліндрі здійснюється при пропущенні через нього пара. Ця операція сприяє поліпшенню нафарбовуваності тканини.

Відбілюють лише малопігментную шерсть - або H ₂ O _2, або відновниками. Зразковий склад отбельную ванни: H ₂ O ₂ - 70г / л; Na ₄ Р ₂ O ₇ - 1,5 г / л; NH ₄ OH - 1,5 г / л; ПАР - 1 г / л. Температура 40 - 50 ^о С, час 8 - 12 годин. У кислому середовищі (рН = 5 - 6) замість пірофосфату і аміаку вводять гідрофосфат натрію (2 - 3 г / л).

2. Теорія і технологія фарбування дисперсними барвниками

Фарбування - це процес нанесення на текстильний матеріал офарблюючих речовин (барвників) з метою надання йому не тільки кольору, але і стійкості забарвлення. У фарбуванні беруть участь 3 компоненти: барвник, волокно, навколишнє середовище.

Дисперсні барвники (ДК) відносяться до неіонних малорозчинний у воді (їх розчинність звичайно 0,1 - 0,5 мг / л при 60 - 100 ^о С), але розчинною у ацетоні, спирті, ПХЕ, трихлоретиленом, ДМФА. Іншою особливістю, крім гідрофобності, є їх компактне будова і невелике значення молекулярної маси (приблизно 300 у.о.)

За хімічною будовою ДК поділяються на моноазокраситель, α - амінаантрахіновие і похідні нітродіфеніламіна. Ними фарбують ацетатні (30 марок), ТАЦ (20 марок), ПАР (25 марок), ПЕ (30 марок), ПАН (10 марок) і синтетичні волокна. Гамма кольорів - широка. Недоліки: не завжди стійка, крім ПЕ, ПАН, забарвлення до мокрих обробок (3 - 4). Мають групами-NH _2,-NHR. -N-(R) ₂ -, OH,-NO _2.

Мають спорідненість гідрофобним волокнах.

Розрізняють такі групи ДК:

- Звичайні;

- Діазотіруемие (містять NH - групу);

- Металовмісні (МП) для поліамідних волокон;

- Тимчасово розчинні, в процесі фарбування втрачають розчинність.

Забарвлення ДК яскраві, з добре вирівнює здатністю.

Випускні форми дисперсних барвників:

- Порошки, що містять диспергатори і змочувачі;

- Пасти (крім диспергаторов і змочувачів, в них входять антифризи, вода). Для них характерна наявність диспергаторов. У воді ці барвники утворюють дисперсії, через які, головним чином, і проводять фарбування.

Вважають, що у волокні ДК утворюються водневі і міжмолекулярні зв'язки з волокном - між полярними групами ОН, NH, NHR барвника утворюються водневі зв'язки з групами волокна:-CONH,-OCOC-,-COOC-, а так само має місце гідрофобна взаємодія. Спорідненість до ацетатного волокна становить 14,6 - 26 кДж / мол. Барвник проникає у волокно через вільний об'єм. Отже, при Т _кр <Т _ст воно не сприймає барвник, тобто фарбувати дисперсними барвниками термопластичні волокна необхідно при Т _{фарбування} вище Т _{склування.}

Температура склування для поліамідних волокон складає 50 ^о С, для нітронів - 75 - 85 ^о С, для поліефірного волокна - близько 100 ^о С. У структуру волокна можуть проникнути тільки окремі молекули, тому для освіти як можна більшої кількості мономолекулярної фракції необхідне введення диспергаторов. Диспергатор може становити 30 - 40% від маси барвників.

Температура фарбування дисперсних барвників на термопластичних волокнах приблизно на 50 ^о С перевищує температуру склування, що забезпечує високі швидкості фіксації барвника. Знижуючи Т _ст, вводячи інтенсифікатори, можна домогтися ефективного проникнення при більш низьких температурах.

Дисперсні барвники не дуже чутливі до фізичної структурі волокна, і проблем з ровнотой забарвлення зазвичай не виникає.

3. Технологія фарбування

Розрізняють такі способи фарбування ДК:

1. при температурі 80 - 95 ^о С;

2. при температурі до 100 ^о С у присутності інтенсифікатора;

3. при температурі вище 100 ^о С;

4. термозольний спосіб.

Фарбування з водних дисперсій проводиться для ацетатних волокон при температурі не вище 80 ^о С у ванні, яка містить дисперсний барвник і диспергатор.

Фарбування поліамідних волокон

До складу красітельной ванни входять: барвник - 0,05 - 4% від маси волокна, диспергатор - 1 г / л.

Тканина обробляють у розчині диспергатора при 40 ^о С протягом 10 хв., Вводять суспензію барвника, нагрівають до 98 - 100 ^о С і фарбують при кипінні 1 -1,5 години. Потім промивають. Для отримання рівномірного забарвлення застосовують Вирівнювачі та диспергуючі речовини; яскравість збільшується з введенням гідротопних речовин, наприклад сечовини.

Фарбування ПЕ волокон

Через найбільш щільної структури волокон і більш високої температури склування фарбування проводять наступним чином:

1. високотемпературний спосіб - при температурі вище 100 ^о С під тиском (120 - 130 ^о С); технологія вимагає герметичного обладнання типу автоклава АК, АКД і ежекторних машин;

2. термозольний спосіб;

3. фарбування з интенсификатором; склад ванни: барвник; ПАР -1 - 2 г / л; СН ₃ СООН до рН = 5 - 5,% (при більш низькому значенні рН знижується яскравість, змінюється відтінок, погіршується гриф; вище цього значення барвник може руйнуватися ).

Високотемпературний спосіб фарбування.

Барвник (порошок) затирають з водою при 40 - 50 ^о С і ½ кол-ва диспергатора і оцтової кислоти. Операцію починають при 40 ^о С, протягом 40 - 60 хв нагрівають до 130 ^о С і фарбують ще 46 - 60 хв. Потім промивають, піддають відновної обробці і Милення (2 г / л НПАВ, 20 хв, 80 - 85 ^о С). Склад 4,5 мл / л NaOH (32%) 2 р / л гідросульфат, 1 г / л ПАР (для видалення поверхневого закріплений. Барвника). Час обробки складає 15 - 20 хв при 75 ^о С.

Фарбування з застосуванням інтенсифікаторів

Високотемпературне фарбування вимагає спеціального обладнання. Даний спосіб дозволяє фарбувати в середні і темні тони тканини з поліефірних волокон на барках, фарбувально - роликових машинах при температурі до 100 ^о С. В якості інтенсифікаторів використовуються речовини ароматичні окислювачі (О - фенол-ароматичні кислоти (бензойна, саліцилова) та їх похідні (ефіри), знаходять деяке застосування і вуглеводні.

Основна їх функція - збільшення рухливості ланцюгів, пластифікація, і за рахунок цього - зниження температури склування. Ідеальний интенсификатор повинен відповідати наступним вимогам:

- Високий ефект прискорення при низьких концентраціях;

- Незначна летючість з водяною парою;

- Оптимальна ефективність вирівнювання;

- Незмінна міцність фарбування;

- Відсутність при його застосуванні усадки;

- Зручне і повне видалення після фарбування;

- Дешевизна;

- Безбарвність.

Механізм дії інтенсифікатора полягає в тому, що він з-за менших розмірів дифундує швидше барвника, руйнуючи міжмолекулярні зв'язки, знижуючи Т _ст зі 100 ^о С до 30 - 40 ^о С.

Склад фарбувальної ванни:

Барвник - Х г / л;

Диспергатор - 1 - 2 г / л;

Интенсификатор - 3 - 5 г / л;

Оцтова кислота - до рН = 5,5 - 6,0.

У фарбувальну ванну при 40 ^о С вводять интенсификатор, ½ диспергатора, нагрівають до 70 ^о С, додають СН ₃ СООН до рН = 5,5 - 6,0. Потім нагрівають до кипіння (95 - 98 ^о С) і обробляють 10 -15 хв, охолоджують і вводять суспензію барвника.

Негативні властивості інтенсифікаторів:

1. токсичні, як правило, забруднюють воду, погіршуючи екологічну обстановку;

2. викликають необхідність у більш тривалих промивання;

3. якщо залишаються на тканині, погіршується міцність останньої до світла.

Термозольное фарбування

Сутність цього способу полягає в просочуванні матеріалу дисперсією барвника при 80 ^о С; підсушування до 30% вологості для виключення міграції; остаточної сушці і термічній обробці фіксування. Температура фарбування на 20 - 40 ^о С менше температури плавлення. При тривалості процесу 30 - 90 з температура досягає 200 - 210 ^о С. Склад: барвник - 20 - 50 г / л; загустка - 2 - 3 г / л; дісперг. - 1 г / л. Загущувач вводять для зменшення міграції фарбника і збільшення його сорбції.

Велику роль відіграє підготовка текстильного матеріалу. Так, термостабилизация знижує нафарбовуваності на 10 - 40%.

Дисперсні барвники, на відміну від інших, мають помітною пружністю пари (помітне парціонное тиск) через їхню малу молекулярної маси - зазвичай вище 130 - 140 ^о С.

Перехід з твердого в газоподібний стан називається сублімацією або сублімацією. Це явище може впливати на процеси фарбування. Використовується при переказному способі друкування.

Способи отримання білих і кольорових візерунків

Отримання білих і кольорових візерунків по пофарбованій тканини називається витравной печаткою. Це процес при якому по пофарбованій тканини друкують складом, що забезпечує руйнування барвника в місцях друку. Хоча є й окисні витравние склади, але здебільшого використовують відновники. Основне обмеження - неприпустимість деструкції тканини.

На тканині, пофарбовані прямими барвниками, можна наносити тільки витравние забарвлення, а по тканинах, пофарбованим нерозчинними азобарвниками, активними і кубовими барвниками, забарвлення можна отримувати витравним і резервним способами; по чорно-анілінової забарвленням - тільки резервним. Для чистоти і яскравості витравной забарвлення необхідно повністю видалити витравлює барвник.

При витравка по тканинах, пофарбованим кубовими барвниками, використовується ронгаліт, а для запобігання окислення - лейкотроп В. Склад, г / кг:

- Ронгаліт - 300;

- Лейкотроп - 120;

- ZnO (1:1 з водою) - 150;

- NaOH (32%) - 50;

- Солюц. Сіль - 30;

- Вода - 150;

- Загустка крохмаль - до 1000.

Надрукована і висушена тканину запарюється протягом 3 - 5 хв і промивається.

Витравка по тканинах, пофарбованим нерозчинними азобарвниками, можна здійснити складом:

- Ронгаліт - 200;

- Антрахіон - 20;

- Загустка крохмальна - до 1000.

Запарюється 6 - 8 хв в паровій середовищі.

При витравка по тканинах, пофарбованим прямими барвниками, застосовують відновники, наприклад, ронгаліт (100 г / кг) з загустку. Час запарювання 8 - 10 хв. Закріплення ДЦУ тільки після закріплення витравной друку.

Витравная друк по тканинах, пофарбованим активними барвниками, здійснюється друкарським складом, г / кг:

- Ронгаліт - 120;

- Гексаметафос - 50;

- Лейкотроп В - 25;

- Загустка - до 1000.

Час запарювання 8 - 10 хв.

При способі отримання білих і кольорових візерунків на пофарбованій тканини резервної печаткою, на неї до фарбування наносять відповідні склади, що перешкоджають утворенню забарвлення на волокні.

Фарбування проводиться після друку.

Розрізняють резерви механічні, при яких резервний склад утворює на тканині плівку, не проницаемую для розчину барвників, і хімічні, перешкоджають утворенню забарвлення хімічною взаємодією резервного складу з компонентами фарбувального розчину.

Використання АК у резервних кольорах.

З початку на бавовняне полотно наносять резервну друковану пасту, що містить АК і органічну кислоту. Після сушіння тканину плюсують у фарбувальній ванні, що містить інший АК і луг, сушать, запарюють, обробляють у гарячому лужному розчині для прояву барвника, що міститься в резервному складі.

Резервне фарбування АК під фарбування нерозчинними азобарвниками

Склад друкарської фарби для бавовняної тканини, г / кг:

-АК - 30

- Вода - 200

- Сечовина - 40

- Тіосечовина - 40

- Загустка - до 1000

- Металін - 100

- NH ₄ Сl - 30

- Вода - 70

Технологія

1. плюсування лужним розчином азотолов (7 - 9 г / л);

2. друкування з висушеної азотолірованной тканини друкарською фарбою;

3. термічна обробка в зрельніке при 140 ^о С 4 -5 хв;

4. обробка диазосоставляющих і промивання.

Резерви при фарбуванні нерозчинними азобарвниками.

Використовуються відновники (солі Sn ^+2? Cульфіти) і солі Al ^+3, Zn ^+2, Fe ^+3. Тканина просочується азотолов, сушиться і друкується фарбою резервного складу (для білих візерунків), г / кг:

- Загустка - 600;

- NaHSO ₃ (1,8) - 170;

- Na OH (40%) - 60;

- NH ₄ Cl - 7;

- Вода - до 1000.

Після друку тканину висушують і просочують розчином диазосоединений, пропускають через повітряний зрельнік і промивають.

Сутність відновного резервування полягає в перетворенні під дією відновників солей діазонію в похідні арілгідразінов.

4. Заключна обробка спеціального призначення. Додання тканинам вогнезахисних властивостей

Самостійне горіння волокна протікає тільки в тому випадку, коли енергія, що виділяється більше або дорівнює сумі енергій, витрачених на його запалення. Тому принципово підвищення вогнезахисної текстильного матеріалу зводиться до того, що він повинен мати властивість самозатухання після видалення джерела запалення. У процесі горіння не повинно виділятися багато диму та токсичних газів. Горіння текстильних матеріалів складається з наступних основних етапів:

- Тепловіддача від джерела до матеріалу;

- Термічний розклад полімерної структури;

- Дифузія і конвекція продуктів термічного розкладання;

- Кінетичні реакції атмосферного кисню та продуктів термічного розкладання.

Вогнезахисні властивості можуть надаватися матеріалами на будь-якій стадії горіння.

Горіння - це гетерогенний процес. Зі збільшенням маси тканини швидкість горіння зменшується через уповільнення дифузії кисню, температурних перепадів між зовнішніми і внутрішніми шарами.

У залежності від енергетичного балансу горіння речовини, що уповільнюють цей процес - антипірени-поділяються на три класи:

1 - поглащают тепло, активні у конденсованій фазі, ефективні в субстраті і зменшують кількість газів за рахунок уповільнення деструкції; до них відносяться розкладаються при підвищених температурах з поглинанням великої кількості тепла: Al (OH) _3, MgSiO ₃ (ДН>> 0), зменшують виділення енергії;

2 - активні в газовій фазі, що зменшують кількість виділився тепла за рахунок уповільнення процесу окислення шляхом обриву ланцюга; антипірени другого класу уповільнюють горіння, що зменшує кількість звільнилася енергії, знижує температуру горіння, - це галогеносодержащіх з'єднання, (NH _{4) 2} CO ₃ щавлевокислий амоній, що розкладається на СО ₂ і NH _3, не підтримують горіння;

3 - антіперени, що сприяють утворенню карбонизовані залишку шляхом ізолювання маси полімеру від доступу кисню.

* КД - це мінімальна концентрація О _2, що підтримує горіння.

Всі методи додання вогнезахисних властивостей засновані на введенні антипіренів, що змінюють або заміняють окремі стадії горіння.

Більшість фосфоровмісних сполук мають вогнезахисними властивостями, особливо в суміші з галогеном або азосодержащімі сполуками.

Маркування вогнезахисної обробки - 03. Приклад обробки: тканина просочується розчином, що містить ДЦУ, Н ₃ РО _4, (NH _{4) 2} НРО ₄ і висушується. Однак такий спосіб не має стійкість до прання.

Вовняні матеріали мають більш високими вогнезахисними властивостями, для них використовують з'єднання Р, Ti, Fr, Cr, Г, В, наприклад 1,5% Na ₂ Cr ₂ O ₇ + 3% HCHO. Обробка ведеться в кислому середовищі при 100 ^о С протягом 45 хв.

Синтетичні волокна з великими труднощами піддаються вогнезахисній обробці, особливо легко займаються ПАН. Найбільш поширений препарат піроватекс ЦП.

Зазвичай він застосовується з металмеламіном або меламиноформальдегидной смолою (5 - 6%) для бавовняних тканин. Тканина просочують аппретірующім розчином, плюсують, сушать і термофіксіруют. Маркування: ОЗ - У.

Широко поширені антіперени на основі тетракіс (оксиметил) фосфоній гідроксиду (ТНРОН) і його хлориди. Для вовняних волокон використовуються циклічні фосфазени.