Исследование совместимости активных красителей в процессах крашения материалов из целлюлозных волокон тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Николаева, Наталья Валерьевна

• Николаева, Наталья Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Николаева, Наталья Валерьевна

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Понятие совместимости красителей

1.2. Критерии совместимых красителей

1.3. Факторы, определяющие совместимость красителей

1.4. Методы оценки совместимости красителей

1.5. Совместимость активных красителей в процессах колорирования

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Объекты исследования

2.2. Подготовка образцов для исследования

2.3. Методы исследования

2.3.1. Оценка колористических характеристик окрашенных образцов

2.3.2. Определение содержания красителей в индивидуальных и смесевых растворах

2.3.3. Определение величины сродства активных красителей к целлюлозному волокну

2.3.4. Определение коэффициента выбираемости активных красителей

2.3.5. Определение коэффициента диффузии активных красителей в целлюлозное волокно

2.3.6. Определение степени выбираемости красителей при крашении в индивидуальных и смесевых растворах

2.3.7. Определение степени фиксации и степени использования красителей

2.3.8. Определение константы скорости реакции химического взаимодействия активных красителей с целлюлозой

2.3.9. Определение содержания красителей в образцах, окрашенных бинарными смесями красителей

2.3.10. Определение устойчивости красителей к действию окислителей и восстановителей

2.3.11. Оценка совместимости красителей методом последовательного крашения

2.3.12. Оценка аддитивности поведения бинарных смесей красителей в процессах крашения

2.3.13. Анализ продуктов деструкции красителей

2.3.14. Хроматографические методы оценки качества красителей и их смесей

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Изучение физико-химических свойств активных красителей

3.1.1. Изучение сродства активных красителей к целлюлозным волокнам

3.1.2. Определение коэффициентов выбираемости активных красителей

3.1.3. Изучение диффузии активных красителей в целлюлозное волокно в различных условиях крашения

3.1.4. Изучение реакционной способности активных красителей

3.1.5. Изучение химической устойчивости активных красителей в процессах колорирования

3.2. Определение рациональных условий крашения активными красителями материалов из целлюлозных волокон

3.2.1. Изучение рациональных условий крашения активными красителями по периодическому способу

3.2.2. Изучение рациональных условий крашения активными красителями по плюсовочно-запарному способу

3.2.3. Изучение рациональных условий крашения активными красителями по плюсовочно-термофиксационному способу

3.2.4. Сравнительный анализ степени использования активных красителей при различных способах крашения

3.3 Исследование влияния использования смесей активных красителей на результаты крашения

3.3.1. Изучение совместимости активных красителей в периодических способах крашения

3.3.2. Изучение совместимости активных красителей в крашении по плюсовочно-запарному способу

3.3.3. Изучение совместимости активных красителей в процессах крашения по плюсовочно-термофиксационному способу

3.3.4.Изучение возможности химического взаимодействия активных красителей

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование совместимости активных красителей в процессах крашения материалов из целлюлозных волокон»

Во введении обоснована актуальность темы данной работы, сформулированы ее цель и задачи, а также определена научная новизна работы и ее практическая значимость.

В литературном обзоре рассмотрено понятие совместимости красителей, определяющие ее факторы, а также достижения в области исследования совместимости активных красителей.

В методической части представлены объекты и методы исследования.

Экспериментальная часть состоит из трех глав. В первой главе изучены свойства большинства активных красителей, выпускаемых в Российской Федерации. Вторая глава посвящена определению рациональных условий крашения отдельными марками активных красителей по периодическому (при малом модуле), плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофиксационному способам. В третьей главе изучено взаимное влияние активных красителей на их выбираемость и фиксацию в различных процессах крашения.

В приложении представлен список авторских публикаций, документы, подтверждающие внедрение научных разработок в производство, а также частично - экспериментальный материал.

Работа изложена на 176 страницах, содержит 24 рисунка, 46 таблиц и приложение.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В 2004 году в научном мире широко отмечалось 50-летие выпуска первых активных красителей, которых в настоящее время производится несколько сотен различных марок в Европе, Америке и Азии. В Советском Союзе на шести заводах выпускалось до 60-ти марок активных красителей.

На рубеже двух веков отечественные производители химической и текстильной продукции оказались включенными в международный рынок без достаточной подготовки к конкурентной борьбе.

В настоящее время в Российской Федерации осталось два предприятия, которые выпускают стабильный ассортимент активных красителей с характеристиками на уровне мировых стандартов. Задача заключается в том, чтобы уберечь и развить ассортимент отечественных активных красителей, расширить сферу их применения.

Совместимость красителей в процессах крашения является важнейшим условием получения качественных и воспроизводимых окрасок. Таким образом, определение совместимости красителей на основе всестороннего изучения их свойств - одна из основ их успешной конкурентоспособности на рынке текстильных красителей.

Цель и задачи работы

Основной целью настоящей работы является предоставление потребителям активных красителей научно-практического материала, позволяющего выбирать марки совместимых красителей и рациональные рецептуры крашения ими тканей и трикотажа из целлюлозных волокон.

Для этого изучались физико-химические, химические и технологические свойства отдельных активных красителей и особенности их поведения при крашении многокомпонентными растворами.

Научная новизна

На количественном уровне охарактеризованы свойства большинства отечественных активных красителей: сродство к целлюлозному волокну, коэффициенты диффузии и коэффициенты выбираемости в различных условиях крашения, константы скорости реакции красителей с целлюлозой, их устойчивость к действию высоких температур и химических реагентов; Разработан комплексный метод анализа совместимости красителей в процессах крашения, учитывающий их физико-химические, химические и технологические свойства;

Впервые показаны случаи химического взаимодействия отдельных марок активных красителей между собой в процессах крашения, приводящие к деструкции хромофора химически неустойчивого красителя; Обоснована возможность использования в одной красильной ванне красителей, относящихся к различным группам по реакционной способности;

Разработаны критерии совместимости активных красителей в процессах крашения по периодическому и непрерывным способам.

Практическая значимость и реализация результатов

Всесторонне исследованы свойства отечественных активных красителей, позволяющие аргументировано выбрать технологию их использования в крашении;

Разработаны рациональные технологические условия крашения тканей из целлюлозных волокон по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофиксационному способам, как индивидуальными марками красителей, так и их смесями;

Определены группы совместимых и несовместимых красителей в различных способах крашения, предложены пути преодоления частичной несовместимости некоторых пар красителей.

Результаты исследований и рациональные технологии использования активных красителей внедрены в красильно-отделочном производстве ОАО «Трехгорная Мануфактура».

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на:

- 3-ем Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов, г. Москва, 2000 г.;

- Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РосЗИТЛП, г. Москва, 2000 г.;

- Научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые

- развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск - 2003)», Ивановская государственная текстильная академия, г. Иваново, 2002 г.;

- 4-ом Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов, г. Москва, 2002 г.;

- Конференции «Прорывные технологии в производстве текстиля: волокна, красители, ТВВ, оборудование», г. Москва, 2003 г.;

- Семинаре «Активные красители. 50-летие производства», РСХТК, г. Москва, 2004г.

Общая характеристика объектов и методов исследования

Исследования проводились в лабораторных условиях с последующей проверкой полученных результатов в производстве.

В работе использованы ткани из целлюлозных волокон: главным образом, хлопчатобумажные и, в некоторых опытах, вискозно-штапельные. Объектами изучения являлись технические порошки и пасты активных красителей, выпускаемых на заводах Российской Федерации: АО «Пигмент» - фирма «Крата», АО «Колорос», ЗАО «Катион», Заволжский химический завод.

Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического анализа, спектрофотометрии, программного обеспечения расчетов цветовых характеристик и рецептур крашения. Работа выполнялась в соответствии с ГОСТ и с использованием стандартных методик оценки свойств красителей и показателей качества окрасок.

Автор защищает:

1. Последовательность решения вопросов совместимости красителей с трех точек зрения: физико-химической, технологической и химической;

2. Рациональные технологии крашения материалов из целлюлозных волокон, как индивидуальными марками красителей, так и их смесями по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофикса-ционному способам. Предложения о способах применения в крашении смесей красителей с ограниченной совместимостью;

3. Критерии совместимости активных красителей в процессах крашения по периодическому, плюсовочно-запарному и плюсовочно-термофикса-ционному способам.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Николаева, Наталья Валерьевна

ВЫВОДЫ

1. Определены величины сродства активных красителей к хлопковому волокну. Показано, что большими значениями сродства могут обладать не только дихлортриазиновые, но также отдельные марки монохлортриазиновых и винилсульфоновых красителей;

2. Определены коэффициенты диффузии активных красителей в хлопковое волокно в различных условиях крашения;

3. Определены коэффициенты выбираемости красителей из красильных ванн, которые на первом этапе могут являться основанием для выбора красителей совместимых по показанию скорости сорбции;

4. Измерены константы скорости взаимодействия активных красителей с целлюлозным волокном. Показано, что при плюсовочно-запарном способе различие в реакционной способности у отдельных марок активных красителей выше, чем при плюсовочно-термофиксационном. Выявленный факт теоретически обосновывает возможность одновременного использования при плюсовочно-термофиксационном способе марок красителей относящихся к различным группам;

5. Исследована устойчивость активных красителей в процессах крашения. Выявлены марки красителей неустойчивые к действию щелочей при высоких температурах. Для них рекомендуется более низкие значения рН в процессах колорирования;

6. Исследовано взаимное влияние красителей на их химическую устойчивость в процессах крашения. Показано, что металлокомплексные азокрасители могут ускорять деструкцию хромофора некоторых химически неустойчивых красителей. Эти явления особенно сильно проявляются в процессах периодического и плюсовочно-запарного крашения. Выявлены пары красителей, не рекомендуемых для совместного использования по химическому признаку;

7. Изучены рациональные условия крашения тканей по периодическому способу при малых модулях. Определены концентрации щелочных агентов и электролита, позволяющие получать наивысшие показатели окрасок. Для красителей несовместимых по технологическому признаку, разработаны новые двухстадийные технологии крашения;

8. Исследованы рациональные условия крашения тканей из целлюлозных волокон по плюсовочно-запарному способу. Показано, что едкий натр можно использовать только при крашении двумя-тремя марками винилсульфоновых красителей. Для остальных красителей с индексом «Т» рекомендуется карбонат натрия. Мочевина, лудигол и хлорид натрия рекомендуется использовать только в единичных случаях;

9. Изучены рациональные условия крашения ткани по плюсовочно-термофиксационному способу. Определены концентрации щелочных агентов и мочевины, при которых наблюдаются самые высокие показатели интенсивности окрасок. Показана возможность использования винилсульфоновых и монохлортриазиновых красителей в одном красильном растворе;

10. Изучено взаимное влияние активных красителей на результаты крашения их бинарными смесями по периодическому способу. Получено, что критерием совместимости активных красителей в этом случае можно считать произведение C(npD-eR^ - аналогичный критерию Мегги. При АС(П) < 60 см2/с активные красители можно считать совместимыми, а при AC<n> > 95 см2/с — они проявляют очевидные признаки несовместимости;

11. При крашении по плюсовочно-запарному способу в качестве критерия совместимости было принято произведение С(з> = K(3)BV К(3)цЕлл. Красители совместимы при крашении их смесями, если ДС(з> < 0,12 мин1/2 и несовместимы, если ДС(3) >0,17 мин ~1/2;

12. Было получено, что при крашении активными красителями по плюсовочно-термофиксационному способу критерием их совместимости в смесях является произведение С(тф> = КВ(ТФ) К(тф)целл- Если величина ДС(тф), определенная для пары красителей менее 0,07 мин"1, то их можно считать совместимыми, а при АС(ТФ) >0,1 мин"1 красители несовместимы. . Для ассортимента отечественных активных красителей разработаны таблицы их совместимости в периодическом, плюсовочно-запарном и плюсовочно-темофиксационном способах крашения, исходя из полученных значений критериев совместимости, оптимальных технологических условий крашения и возможности химического взаимодействия их в смесях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Николаева, Наталья Валерьевна, 2005 год

1. Capponi М., Senn R.C. Relations between some physicochmical properties of reactive dues and their behaviour in padding processes.// Journal The Society of Dyers and Colourists. 1996. - № 82. - c. 8-13.

2. Meggy A.B. Some recent developments in the theory of dyeing.// Journal The Society of Dyers and Colourists. 1950. - № 66. - c. 510-515.

3. Lemin D.R., Vickerstaff T. The measwrement of the affinity of monobasic acid dyes for wool.// Journal The Society of Dyers and Colourists. 1947. -№ 63. - c. 405.

4. Mayer U. Exhaustion eur ves of cationic dyes for acrylic fibers.// Amer. Dyes. Rep. 1967. - № 56. - c. 23, 30-35.

5. Boulton J., Reading B. // Journal The Society of Dyers and Colourists. — 1944.- №60.

6. Виккерстафф Т. Физическая химия крашения. // М.: Гизлегпром. — 1956.-с. 310-315, 466-467.

7. MacCartny J. Problems of printing fabries with reactive dyes. // Textile Recorder. 1964. - № 973. - c. 60-62.

8. Sumner H. M. How the chemist and physicist assist the practical dyes. // Journal The Society of Dyers and Colourists. 1965. - № 81. — c. 193.

9. Лапкина З.С. Исследование процессов крашения целлюлозных материалов бинарными смесями прямых красителей. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. ВЗИТЛП — МТИ. 1956.

10. Лапкина З.С., Росинская Ц.Я., Золотарева С.В. Применение смесей прямых красителей для колорирования шелковых материалов. // М.: -ЦНИИТЭИлегпром. 1972.

11. П.Бакшеева М.С. Исследование кинетики фиксации активных красителей и их смесей при печатании на целлюлозных материалах. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МТИ. 1975.

12. Athrton Е., Peters R.H. Studies of the dyeing of nylon with acid dyes. Kinties of the pricess. // Text. Res. D. 1956. - № 26. - c. 497-507.

13. Конькова Т.А. Исследование поведения активных красителей в бинарных смесях при крашении целлюлозных материалов. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1969.

14. Мовшович И.М., Бакшеева М.С., Беленький Л.И. Сорбционные свойства активных красителей при крашении целлюлозных волокон из ванн малого модуля. // ИВТТП. 1975. - № 2. - с. 91-92.

15. Беленький Л.И. Совместимость красителей в смесях в процессах • крашения и печатания. Сборник «Химия и технология крашения, синтеза красителей и полимерных материалов». // Иваново.: 1977. — с. 37-41.

16. Мовшович И.М. Кинетика процессов крашения текстильных материалов. // М.: Легкая индустрия. - 1979. -с. 166.

17. Мельников Б.Н., Морыганов П.В. Теория и практика интенсификации процессов крашения. // М.: Легкая индустрия. - 1969.

18. Куликова М.А. Исследование зависимости между состоянием активных красителей в растворе и кинетикой фиксации активных красителей целлюлозными красителями. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1975.

19. Лапкина З.С., Российская Ц.Я., Золоторева С.В. Применение прямых красителей для колорирования текстильных материалов. // М.: 1972.

20. Яковлева Т.П., Петрова О.В., Бакшеева М.С. Особенности поведения активных красителей в смесях при фиксации перегретым паром. Сборник трудов ИВНИТИ-М. // ЦНИИТЭИЛегпром. 1983. - с. 90-93.

21. Bentley P., Mc Kellar J.P. // Philipsg. Rev. Progs. Color. 1974. - № 5. -c. 33-38.

22. Capponi M., Barlhold A. Uber das kontinuier und halbkontinuierliche Farben mit Drimaren-Z-Farbstofftn. // Textil Praxis. 1962. — 17. - № 2. -c. 155-162.-№3.-c. 255-259.

23. Dr. Baumgarte U. Popierchromatographisshe Untersuchungen uber Umsetzungen von Reaktionsfarbstoffen mit Zellulose Modellen. // Melliand Textilderichte. - 1962. - v. 43. - № 2 - c. 182.

24. Scott D.F. // Interational Dayer. 1966. - № 5. - c. 136.

25. Datye K.V., Mishra S. Evaluation of compatibility of dyes in a mixture. // Textilveredlung. 1983. - Bd 18. - № 6. -c. 211-213.

26. Зигель E. Подвижные группы активных красителей. В кн.: Химия синтетических красителей. т. 6. // JL: - 1977. - с. 15—157.

27. Реддинг В. Запросы рынка на активные красители. // Milliand Text. -1997.-№ 11-12.

28. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. // М.: 1977.

29. Шюндехютте К.Х. Хромофорные системы активных красителей. В кн.: Химия синтетических красителей. т. 6. // JL: - 1977. - с. 158— 244.

30. Чекалин М.А., Мур В.И. Активные красители для натуральных волокон.//Химическая промышленность.- 1981.- № 10- с. 585— 588.

31. Активные красители для натуральных волокон. // М.: -НИИТЭХим. 1982.

32. Fujioka S., Abeta S. Development of novel reaktive dyes with a mixed bifunctionalreaktive system. // Dyes and Pigments. 1982. - 3. - № 4.-c. 281—293.

33. Sumifix Supra Colors. // Japans Textil News. 1981. - № 11. - c. 97— 100.

34. Халл М. Исследование поведения бифункциональных красителей в различных рН среды. // Journal The Society of Dyers and Colourists. — 1996.-№5/6.-c. 167.

35. Georgieva A., Pishev A. Dueng of cellulose textile materials with mono-and polifunctional reactive dues. // Vlakna a text. 2001. 8. - №3. - c. 195197. Библ. 3. Англ.

36. Карпов В.В. Проблема выбора красителей для колорирования текстильных материалов из целлюлозных волокон. // Текстильная промышленность, спец. выпуск. 2002. №1 (20).

37. Пикуля С.Г. Синтез и свойства бифункциональных активных красителей для хлопко-полиэфирных материалов. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Иваново: -1993.

38. Активные красители. // Каталог Мин. хим. промышленности. В/о Союзанилинпром.

39. Лапкина З.С., Беленький Л.И. Исследование процессов взаимодействия прямых красителей в бинарных смесях при крашении целлюлозных материалов. // ИВТТП. 1966. - № 6. — с. 96-101.

40. Кричевский Г.Е. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания. // М.: Легкая индустрия. - 1981. - с. 208.

41. Mc Gregor R., Milicevic В. Zur thermodynamish Phanomenologishen Beschreibung der Farbevorgange. // II. Kontinuerlisches Modelsystem. Helv., 1966. - № 49. — c. 1319-1330.

42. Кричевский Г.Е. Физико-химические основы применения активных красителей. // М.: Легкая индустрия. - 1977.

43. Стифеева Г.П., Беленький Л.И. Повышение активности красителей при печатании ткани из вискозного волокна. Информационный листок ЦНИИТЭИЛегрпром. // Шелковая промышленность. — 1970. № 10.

44. Стифеева Г.П., Беленький Л.И. Контроль совместимости активных красителей в бинарных смесях печатных красок. // Крашение и отделка. РС-7. - 1971.

45. Стифеева Г.П., Бакшеева М.С. Кинетика фиксации активных красителей при одностадийной печати. // Сборник «Крашение и отделка». РС-7. - 1975.

46. Конькова Т.А., Беленький Л.И. Изучение взаимодействия активных красителей с целлюлозным волокном при крашении бинарными смесями. // ИВТТП. 1970. - № 5. - с. 7-80.

47. Мовшович И.М., Стифеева Г.П., Беленький Л.И. О критериях совместимости активных красителей в печати. // ИВТТП. — 1974. № 2. - с. 94-98.

48. Золотарева С.В., Беленький Л.И. К вопросу о совместимости кислотных красителей в смесях при крашении чистошерстяных тканей.//ИВТТП. 1969.-№4.-с. 107-111.

49. Технологические расчеты в химической технологии волокнистых материалов, /под ред. Беленького Л.И.//. М.: Высшая школа. - 1985.

50. Beckmann W., Hildebrand D. // Journal The Society of Dyers and Colourists.-1965.-№81.-c. 1-11.

51. Калонтаров И.Я. Свойства и методы применения активных красителей. //Душанбе. Издательство «Дониш». - 1970.

52. Романова М.Г., Гордеева Н.В. Активные красители в текстильной промышленности. // М.: Легпромбытиздат. - 1986.

53. Липперт Г., Мроцек У., Куену Б. Триада красителей Ремазоль RR: новый подход для воспроизводимого и экономичного крашения активными красителями периодическим способом. // Текстильная химия. 1997. - №3. - с. 40, 44, 45. - Рус.

54. Зуйкова Е.С., Сенахов А.В. Реакции, определяющие эффективность использования активных красителей. // ИВТТП. — 1994. № 2. - с. 4851.

55. Активные красители. // Каталог Химпром. Россия.

56. Отделка хлопчатобумажных тканей. // Справочник, т. 1. /Под ред. Мельникова Б.Н./ М.: 1990.

57. Проционы Н/НЕ. // Каталог фирмы ICI. Великобритания.

58. Активные красители. // Каталог Катион. Россия.

59. Красители для текстильной промышленности. // Колористический справочник, /под ред. Карпова В.В. и Бяльского А.Л./ М.: 1971.

60. Остазины V, Рывалоны. // Каталог фирмы Остаколор. Чехия.

61. Остазины Н. // Каталог фирмы Остаколор. Чехия.

62. Дримарены К. // Каталог фирмы Сандоз. Швейцария.

63. Левафиксы и Ремазоли. // Каталог фирмы ДайСтар.

64. Активные красители. // Каталог фирмы Барва.

65. Активные красители. // Каталог фирмы Крата.

66. Красители Цибакроны LS/C. // Проспект фирмы ЦИБА. Швейцария.69. Колориндекс 81.

67. Справочник химика. Часть I. // М.: Химиздат. - 1980.

68. Виленская Б.М. Изучение закономерностей поглощения красителей волокнистым материалом. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1965.177