Файл: Голомб, Л. М. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей.pdf

2—3 мкм [2, 3], встречаются отдельные агломераты с размером

10—15 мкм.

По классификации коллоидных систем суспензии и выпускные формы должны быть отнесены к грубодисперсным мнкрогетерогеи-

ническим свойствам и назначению выпускные формы должны быть

а в виде порошков для суспензионного крашения марки Д или дис­ персные красители для крашения полиэфирных волокон рассматри­

для частиц наиболее тонкой фракции (<0,1 мкм) она выражена слабо; поверхностная энергия у частиц этих размеров проявляется резко. Проходимость через специальные бумажные или коллодиевые фильтры определяется размерами их пор.

Для микроскопической оценки величины частиц, используют линейные размеры. В технологии органических красителей их выра­ жают стоксовскимп (0 ) или эквивалентными (с1ЭКВ) диаметрами, равными диаметру шара, имеющего ту же плотность, что и частицы, и ту же скорость свободного падения при ламинарном потоке в той же жидкости. Для частиц изометрической формы (кубов, шарообраз­ ных частиц) эта мера близка к истинной, а для анизодиаметрпчеекнх частиц (игл, палочек, частиц неправильной формы) такое измерение условно. Предложены другие способы измерения частиц, например с помощью диаметров Мартена, Фере и др. [61. При микросконнровании указывают длину I и ширину d проекции частиц и степень анизодиаметрии — отношение длины и ширины ltd [7].

Одним из основных технических показателей, определяющих свойства выпускных форм красителей, является их дисперсность [2—41. Оценка последней в связи с полндисперсностью, малыми размерами частиц, разнообразием их форм, склонностью к агрега­

2.2. МЕТОДЫ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА

Методы дисперсионного анализа разнообразных дис­ персных систем рассмотрены в ряде специальных руководств [11—16] и обзоров [17]. Большинство из них либо непригодны для определе­ ния дисперсности красителей, либо требуют изменений или усовер­ шенствований. Целесообразно остановиться на описании методов, находящих применение в анилинокрасочной промышленности. Кри­ терием пригодности метода считают соответствие его разрешающей способности порядку измеряемых величин частиц и удовлетвори­ тельную воспроизводимость полученных результатов. Отклонения в результатах определений одинаковых образцов равные 10—20 Id

29

считаются допустимыми [18]. При выборе метода дисперсионного анализа необходимо учитывать физико-химические условия получе­ ния и использования данных систем. Для этой цели можно восполь­ зоваться диаграммой (рис. 2.1).

Для характеристики дисперсных систем кроме линейных разме­ ров пользуются п их поверхностью. Из диаграммы следует, что

Рис. 2.1. Области применения методов дисперсионного анализа красителей и пигментов.

поверхность (м2/см3) частиц кубической или шаровой формы разме­ ром от 1 до 0,01 мкм составляет от 6 до 600 м2/см3. У пигментов в виде тонких порошков с нижним пределом размеров частиц менее 0,1 мкм и верхним 1,0 мкм площадь поверхности составляет десятки

30

Методы дисперсионного анализа красителей [2] делятся на прямые и косвенные. К прямым методам, в которых измерение частиц осуществляется с помощью масштабов — окуляр-микромет­ ров, ячеек сит, пор фильтров, относятся оптическая и электронная микроскопия; определение показателя фильтруемости через кали­ брованные бумажные (см. 2.2.2) или коллодиевые фильтры разной проницаемости.

В косвенных методах размеры частиц определяются по призна­ кам, зависящим только от этих размеров, например по скорости оседания в жидкой среде (седимептационные способы анализа в гра­ витационном или центробежном полях — см. 2.2.3) или по харак­ теру радиальных хроматограмм на бумаге или капельных проб. Сочетание нескольких методов анализа, например определение фильтруемости и седиментационного центрифугального с радиальной

размеров, формы последних и дисперсного состава исследуемой системы. Для получения статистически убедительной картины не­ обходимо измерить несколько сотен частиц. Оптическая микроскопия позволяет определить размеры частиц с диаметром Стокса не менее 0,5 мкм. Разрешающая способность обычных оптических микроско­ пов равна 0,2 мкм в условиях работы с масляной иммерсией и при косом освещении синим светом с К = 455 мкм [9]. Точность анализа повышается при применении микроскопов с проекционными или телевизионными устройствами. Их разрешающая способность до 0,1 мкм, а увеличение — до 8000 раз [6, 14, 15]. Этот анализ позво­ ляет определять содержание частиц данного размера, выраженное в процентах. Для практических целей целесообразнее получать распределение частиц по размерам в весовых процентах, для чего используют методы пересчета [15].

При анализе кубовых и дисперсных красителей принято м и к р о - с к о п и р о в а н и е разбавленных суспензий (в г/л в пересчете на 100% пигмент) при увеличении Х600 и Х120: в первом случае фон составляют наиболее тонкодисперсные частицы, а во втором — на фоне, образуемом частицами до 5 мкм, отчетливо просматриваются наиболее крупные частицы 0 10—15 мкм, они составляют фракцию, выходящую за пределы допустимого диапазона размеров (over-size [14, 22]). Согласно ТУ оценка дисперсного состава пробы при 600кратном увеличении производится по следующим градациям: основ­ ная масса частиц, не превышающих 2—3 мкм; частицы, встреча­ ющиеся в поле зрения — единичные более крупные кристаллы; агрегаты и агломераты.

31

Электронно-микроскопический метод рекомендуется для измере­ ния частиц от 10—5 до 0,001 мкм [0, 15, 18]; он сложен в аппаратур­ ном оформлении и трудоемок. Для характеристики поверхности и выявления дефектов структуры частиц и определения их толщины пользуются методом реплик, т. е. па образец напыляют в высоком вакууме пленку тяжелого металла под углом [23]. Если применять специальные экраны и счетные устройства, этот метод не только при­ годен для контроля других методов дисперсионного анализа, но и позволяет получить кривые распределения частиц по размерам. Источником ошибок, как и в оптической микроскопии, является агрегация частиц, которая усугубляется тем, что при электронной

2.2.2.Ситовый анализ и определение фильтруемости

Си т о в ы й анализ заключается в разделении порош­

ков па отдельные фракции просеиванием через набор специальных сит с размером ячеек от 45 мкм и выше. В производстве красителей для анализа дисперсного состава выпускных форм и пигментов

Рис. 2.2. Гранулометрический состав (Q) кубовых и дисперсных

красителей некоторых зарубежных фирм п отечественного про­ изводства:

1 — Каледоны (АйСиАй); 2 — Теразилы (ЦИБА); 3 — Сетацилы (Гейги); 4 — Кубовые и Дисперсные (РХК).

данный метод непригоден, но находит применение в контроле грану­ лометрического состава или для характеристик готовых порошков

■(ГОСТ 11279—65) или гранул [3] (рис. 2.2).

Для определения суммарного весового содержания частиц кра­ сителей с размерами меньше заданных пользуются вариантом сито­ вого анализа, в котором применяют специальные бумажные фильтры

32

со стандартным размером пор. Этот способ стали использовать за рубежом в 50-х гг. [28—30] для характеристики качества кубовых красителей для суспензионного крашения, хотя он был предложен в 40-х годах в ПИОПиК [31] и позже включен в ГОСТ 6849—54. Разбавленную водную суспензию красителей фильтруют через стандартный бумажный фильтр на воронке Бюхнера при определен­ ном разрежении [32] и фотометрически определяют величины опти­ ческой плотности или концентрации фильтрованной и исходной суспензий. Перед колориметрировапием суспензии кубовых краси­ телей переводят в лейкорастворы путем восстановления гидросуль­ фитом в щелочной среде (ГОСТ 6849—54), а в случае дисперсных красителей готовят гидросульфоили гидрацетозоли (см. 4.6.2).

Дисперсность системы характеризует так называемый п о к а ­

где С0 и Dn — соответственно концентрация и оптическая плотность суспензии до фильтрования; Сг и D г — концентрация и оптическая плотность суспензии после фильтрования.

Для определения D # пользуются стандартными фильтрами Ват­ мана № 3 и 4 [28, 29], а чаще фильтрами фирмы Шлейхер и Шюлль [33], размер пор которых установлен [34] по методикам [9] (табл. 2.1). Этот метод в различных вариантах широко применяется в контроле производства красителей в СССР [2, 31, 34], США [35], ЧССР, ГДР, ФРГ [30], Италии и других странах [29, 30].