Зачем нужен анализ ванны крашения прямым красителем
Процессы крашения прямыми красителями волокнистых материалов тесно связаны с индивидуальными свойствами молекул красителей, определяемыми их химическим строением, состоянием красителей в растворе (красильной ванне), температурой и временем крашения, концентрацией красителя, электролита и другими составными частями красильной ванны, а также состоянием и поведением в красильной ванне волокнистого материала. Красители названы прямыми, или субстантивными, в связи с их способностью непосредственно окрашивать волокнистые материалы.
Состояние прямых красителей в растворе зависит от множества факторов: температуры, концентрации красителя, электролита, добавок ПАВ и ТВВ, рН раствора и др. Прямые красители при растворении в воде диссоциируют на ионы. Предельная растворимость их в воде достигает 15—30 г/л, они склонны к образованию агрегатов — коллоидных частиц, распадающихся при повышении температуры. Растворимость прямых красителей в значительной степени зависит от их химической природы. Растворы эти представляют собой сложные системы.
При растворении технических выпускных форм прямых красителей в водных растворах находятся высокомолекулярные окрашенные анионы (/?KpSOi
), молекулы красителей в недиссо-циированной форме (/?KpS03Na), низкомолекулярные ионы электролитов Na+ Н + , ОН-, С1-, SO 2 -, —S— 2 — и др.) и в отдельных случаях ПАВ и ТВВ различных типов. Присутствие электролитов снижает растворимость красителей. Величина частиц красителей в водном растворе различна, так как разные красители имеют разную степень ассоциации (чаще 10—100 молекул), радиус частиц достигает 10—50 А, в то время как размер пор у набухшей в воде целлюлозы по радиусу составляет 20—30 А, т. е. если в растворе имеются частицы красителя с радиусом большим, чем размеры пор волокна, то адсорбция их целлюлозой замедляется.
В кислых растворах и в присутствии нейтральных электролитов резко увеличивается фактор ассоциации молекул красителя и снижается растворимость в связи с подавлением» диссоциации молекул красителя и устранением фактора электроотрицательности частиц красителя. Избыток электролита не нужен и даже вреден, так как при этом идет процесс агрегирования частиц красителя. В жесткой воде и в воде, содержащей соли кальция, магния, железа и других тяжелых и щелочноземельных металлов, прямые красители образуют липкие нерастворимые осадки. В этой связи для повышения растворимости прямых красителей в раствор добавляют фосфаты натрия, а крашение целлюлозных волокон большинством прямых красителей ведут в слабощелочной среде, обеспечивающей повышение растворимости их в воде. Для повышения растворимости прямых красителей рекомендуются добавки органических гидрофильных растворителей (моно- или диэтаноламина). При этом их влияние сказывается положительно и на диффузии красителей в волокне.
Процесс крашения целлюлозных волокон прямыми красителями связан с различными факторами: температурой, модулем красильной ванны и концентрацией красителя в ванне, введением нейтральных электролитов, изменением рН, применением вспомогательных веществ, вариацией длительности обработки. Совершенствование и интенсификация процессов крашения приводят к использованию неводных сред для крашения, предварительной активации волокнистых материалов перед крашением, изменением физической структуры волокон во время крашения и др.
Группы прямых красителей
Изучение влияния разнообразия химической структуры прямых красителей на их техническую характеристику — выбираемость из ванны на волокно — привело к делению их на три группы:
I группа — красители с низкой выбираемостью — за 1 ч из раствора выбирается до 50 % красителя;
II группа — красители со средней выбираемостью — до 50—80 % красителя;
III группа — красители с высокой выбираемостью — более 80 % красителя.
Различия в поведении красителей при крашении наиболее четко проявляются при исследовании кинетики поглощения их волокном в различных режимах, при этом отчетливо наблюдается разница в действии на процесс крашения температуры, концентрации электролита, гидрофильных органических растворителей, выравнивателей и других ТВВ. Вот почему при наличии явных общих принципиальных положений по применению прямых и других красителей в крашении целлюлозных материалов режим и рецептура крашения индивидуальными марками красителей имеют не только свои особенности, но и отступления от общих правил и положений.
Модуль ванны при крашении играет вполне определенную роль. Так, при одинаковом количестве красителя, взятого для крашения по отношению к массе окрашиваемой ткани, но при равном модуле ванны получаются окраски разной интенсивности. Чем выше модуль ванны, тем светлее получается окраска. Модуль ванны обычно различен и изменяется в зависимости от оборудования и способа крашения: на роликовых красильных аппаратах 3—6, на проходных аппаратах и плюсовках 6—12, на жгутовых красильных барках 20—30.
6. Крашение прямыми красителями
При крашении прямыми красителями в красильную ванну добавляется электролит (обычно хлорид натрия NaCl или лучше, сульфат натрия Na2 S04) для более полной выбираемости красителя и обеспечения ровного окрашивания.
Для каждого красителя существует оптимальная температура крашения, при которой выбираемость красителя наибольшая, однако можно успешно использовать общую схему крашения для всех прямых красителей.
Крашение шелка
Предварительно подготовленный и замоченный шелк вносят в красильную ванну при температуре 40°С, содержащую: красителя 1-3% от веса шелка; электролита 30% от веса шелка. Модуль ванны 50.
Температуру повышают до 75-80°С в течение 15 мин. при постоянном помешивании. Электролит можно ввести сразу перед крашением, но лучше добавлять в два приема. Для этого соль предварительно растворяют в воде и вводят в ванну в виде раствора. При добавлении электролита ткань вынимают, так как в противном случае может получиться неровная окраска. Все крашение проводят при непрерывном перемешивании окрашиваемой ткани.
Первый раз электролит вводят в раствор при достижении температуры 75°С, красят при этой температуре 10 мин., вторично вводят электролит и красят в остывающей ванне еще 15 мин. Затем ткань тщательно промывают теплой, затем холодной водой и, наконец, обрабатывают при 30°С в течение 10 мин.в ванне, содержащей 5 г/л 30%-ной уксусной кислоты, промывают и высушивают.
Крашение хлопчатобумажных и льняных тканей
Целлюлозные ткани окрашивают аналогично, только крашение ведут при более высоких температурах (90-95°С) и в красильную ванну добавляют кальцинированную соду. Красильная ванна имеет следующий состав (процент от веса ткани): краситель 3%, сода 2%, соль глауберова 20%, соль поваренная 10%, Модуль ванны 50.
Список рекомендуемых прямых красителей (См. табл. 17, 18)
1. Прямой светопрочный желтый ЗХ
2. Прямой светопрочный желтый К
3. Прямой светопрочный желтый 0
4. Прямой светопрочный оранжевый 2Ж
5. Прямой светопрочный красный С
6. Прямой светопрочный розовый С
7. Прямой светопрочный бордо СМ
8. Прямой светопрочный красно-фиолетовый 2КМ
9. Прямой светопрочный синий 125%
10. Прямой светопрочный синий КУ
11. Прямой светопрочный алый 2Ж
12. Прямой светопрочный голубой 200%
13. Прямой светопрочный зеленый 100%
14. Прямой светопрочный ярко-зеленый 4Ж
15. Прямой светопрочный красно-коричневый 100%
16. Прямой светопрочный коричневый 2КХ
17. Прямой светопрочный коричневый ЖХ
18. Прямой черный З
19. Прямой черный 2С
7. Крашение кислотными и комплексными металлосодержащими красителями
Рекомендуемые кислотные и комплексные металлсодержащие красители (вофоланы, осталаны, грифоланы и рыланы) окрашивают только белковые волокна, т.е. шерсть и шелк. Красители растворимы в воде при температуре от 20 до 100°С или при кипячении. Для растворения красители обычно пастируют с мягкой тепловатой водой, затем разбавляют горячей водой и, если надо, перемешивая, доводят до кипения.
Основное влияние на кинетику крашения и способность к выравниванию окраски на волокне наряду с температурой оказывает величина рН. Крашение проводят в слабокислой или нейтральной среде (рН больше 7 недопустимо).
Температура начала крашения ткани в светлые оттенки составляет 30°С, при крашении в интенсивные тона 50°С. Красильную ванну в течение 30 мин. нагревают до температуры 100°С, и ткань красят при слабом кипении 30-60 мин. Температура крашения натурального шелка 95°С. В середине процесса в красильную ванну добавляют раствор уксусной кислоты для создания слабокислой среды. При получении очень интенсивных окрасок для улучшения выбирания красителя также добавляют глауберову соль. Крашение проводят при постоянном перемешивании. После окрашивания ткань тщательно промывают и высушивают.
Красители необходимо хранить в тщательно закрытых емкостях в сухих помещениях, так как избыточное содержание влаги и повышение температуры оказывает на них отрицательное влияние. При правильном хранении срок использования красителей неограничен.
Определение компонентов ванн крашения кислотными красителями
Введение 1. Обзор литературы на тему «Методы определения красителей» 2. Описание методов, установок и обработки результатов определений 2.1.Установка для прямой фотометрии 2.2. Установка для полуавтоматического потенциометрического титрования. 2.3. Установка для высокочастотного титрования 3. Результаты и их обсуждение 3.1. Исследование условий фотометрического определения красителей в кислотной ванне крашения кислотными красителями 3.2. Определение концентрации красителя в технологической ванне крашения кислотными красителями методом прямой фотометрии 3.3. Исследование условий определения концентрации уксусной кислоты в кислотных ваннах крашения методом полуавтоматического потенциометрического титрования 3.4. Определение концентрации уксусной кислоты в технологической ванне крашения кислотными красителями методом полуавтоматического потенциометрического титрования 3.5. Исследование условий определения концентрации сульфата натрия в кислотных ваннах крашения методом высокочастотного титрования 3.6. Определение концентрации сульфата натрия в технологической ванне крашения кислотными красителями методом высокочастотного титрования Сводная таблица Выводы Список литературы
Определение содержания красителей в красильных и плюсовых ваннах.
1. Составить обзор литературы на тему: «Методы определения красителей».
2. Исследовать условия определения и определить содержание: красителя методом прямой фотометрии, уксусной кислоты методом полуавтоматического потенциометрического титрования, Nа2SO4 методом высокочастотного титрования.
3. Установить метрологические характеристики результатов определения.
ВВЕДЕНИЕ.
Красителями называются органические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитных излучений (световую энергию) в видимой, ближних ультрафиолетовой и инфракрасных областях спектра и применяемые для придания (сообщения) этой способности другим телам[4].
Кислотными красителями называют водорастворимые соли органических кислот, главным образом сульфо-, реже – карбоновых кислот, иногда соли фенолов. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов красителя. Компенсиррующим катионом чаще всего является катион натрия Na + , реже аммония NH4 + . В качестве хромофора используют моноазо−, диазо−, антрахиноновые и трифенилметановые структуры. В качестве ауксохромов в молекулу вводят –ОН; −NH2; −NHR и другие полярные электроно-донорные или электроно-акцепторные группы. Таким образом, чаще всего кислотные красители являются натриевыми солями сложных органических сульфокислот и имеют молекулярную массу 300−500[3]. Общая формула кислотных красителей выглядит следующим образом КрSO3 — Na + . К типичным представителям кислотных красителей относятся кислотный красный 2С:
и кислотный антрахиноновый ярко-зеленый Н2С:
По количеству марок в мировом ассортименте кислотные красители занимают 1 место. В отечественном ассортимете насчитывается более 60 наименований кислотных красителей, ими окрашивают белковые (шерсть и натуральный шелк) и полиамидные (ПА) волокна[1].
Кислотные красители отличаются яркостью и сочностью окрасок, присущих хромофорам достаточно простого строения, а в целом красители этого класса характеризуются широким спектром цвета. Они обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный характер (т.е. к шерстяным, шелковым и синтетическим полиамидным волокнам), и окрашивают их из водного раствора в присутствии кислот, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержания в них основных групп (-NH 2), приобретающих положительный заряд (-NH 3 + ). Отрицательно заряженный анион красителя КрSO3 — взаимодействует с волокном за счет ионных (солевых) связей. К целлюлозным волокнам кислотные красители сродства не имеют.
Недостатками кислотных красителей являются:
· способность ионной связи к гидролизу в водных растворах и, следовательно, невысокая устойчивость окраски к мокрым обработкам;
· мгновенное проявление сродства красителя к волокну приводит к его неровному окрашиванию.
Крашение кислотными красителями проводят в присутствии нейтрального электролита Na2SO4, который способствует более равномерной окраске (анионы SO4 -2 конкурируют с анионами красителя за положительные активные центры волокна).
По ровняющей способности кислотные красители делят на 3 группы: хорошо, средне и плохо ровняющие. Для улучшения ровноты крашения кислотными красителями белковых, полиамидных и других волокон, содержащих в своем составе основные группы −NH2, >HN, варьируют рН, температуру, вводят в красильную ванну электролиты, ТВВ и ПАВ, снижающие скорость выбирания красителей.
Кислотные красители различаются между собой по скорости перехода на полиамидное волокно, по выравнивающей способности и прочности получаемых окрасок к мокрым обработкам. Красители делят на хорошо, средне и плохо выравнивающие красители.
Хорошо выравнивающиеся красители обладают малым сродством к волокну, высокой диффузионной подвижностью, они окрашивают с высокой равномерностью, но малоустойчивы к мокрым обработкам.
Средне выравнивающиеся красители имеют хорошую устойчивость окраски к мокрым обработкам.
Плохо выравнивающиеся красители характеризуются низкой диффузионной подвижностью и высоким сродством к волокну. Они обладают высокой устойчивостью к мокрой обработке, но получаемая окраска недостаточно равномерная. Эта группа красителей является наиболее ценной, так как равномерность окраски можно повысить путем применения выравнивателей.
В зависимости от ровняющей способности красителей изменяется рецептура и режим крашения. Красильная ванна содержит % массы волокна: красителя 3−6, глауберовой соли 10, серной кислоты 2−4 (ρ=1,84; рН=2-4) для хорошо выравнивающих. Для средневыравнивающих вместо минеральной кислоты вводят 30%−ную уксусную кислоту 3−5% (рН=4-6), а в случае использования плоховыравнивающих красителей − сульфат или ацетат аммония 3−5% (рН=6-7).
Прочность окраски кислотными красителями шелка ниже, чем на шерсти, и ниже, чем на шелке, окрашенном прямыми и, конечно, активными красителями. Полиамидные волокна имеют относительно низкую кислотную емкость, но достаточно интенсивно окрашиваются кислотными красителями по режимам, близким к крашению шерсти, окраски отличаются высокой устойчивостью к мокрым обработкам.
Сильные минеральные кислоты в крашении полиамидных волокон не используются во избежании кислотного гидролиза. В случае хорошовыравнивающих красителей серную кислоту заменяют на муравьиную (85% −ная, 2 −4% массы волокна).
Определение класса красителя, используемого для крашения? имеет большое значение для достижения желаемого оттенка, способа заключительной обработки волокна.
Поскольку состав красильной ванны влияет на качество крашения, то целью нашей работы было исследование условий определения и установление содержания красителя методом прямой фотометрии, уксусной кислоты методом полуавтоматического потенциометрического титрования, сульфата натрия методом высокочастотного титрования в кислотных ваннах крашения.
Состав технологического раствора:
| Кислотный краситель | 0,1 — 0,4 г/л |
| Nа2SO4(М=142,04) | 2 — 10 г/л |
| CH3COOH (М=60,05 г/моль) | 0.2 — 0,4 г/л |
| ПАВ(смачиватель Ва(CH3COO)2 ) | 0.2 — 0,5 г/л |
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ НА ТЕМУ: «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ»
Количесвенные методы анализа красителей имеют как научное, так и практическое значение. Количественный анализ самих красителей, их растворов или дисперсий, а также окрашенных волокон полезен для оценки новых красителей, разработки процессов крашения, исследований прочности красителей или механизмов крашения. При крашении количественный анализ также важен для контроля качества продукции.
Для успешной разработки эффективных процессов крашения требуется количественная оценка степени использования красителя и точное понимание соответствующих механизмов. При крашении краситель либо адсорбируется на волокне или в нем, либо остается неиспользованным; при крашении до истощения ванны часть красителя все же остается в красильном растворе. Изучение процессов крашения становиться более значимым, когда измеряют каждую из этих частей.
Определение содержания красителей в красильных и плюсовых ваннах.
Содержание красителей в ваннах определяют колориметрическим методом сравнения с помощью фотоэлектроколориметра оптической плотности исследуемого раствора и раствора с известной концентрацией красителя.
Определение водорастворимых красителей в водных красильных ваннах не представляет затруднений, если контролируются факторы, влияющие на поглощение красителя (значение рh, ионная сила). Если же красильная ванна содержит нерастворимые в воде красители или вспомогательные вещества, то для получения однородной пробы необходимо добавлять к ванне смешивающейся с водой растворитель, такой, как ацетон, метанол, пиридин или ДМФ[3].
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: