Файл: Лифенцев, О. М. Крашение и печатание тканей путем синтеза пигментов на волокне.pdf

каждые 20° подъема температуры [4]. Аналогичные результаты были получены Б. Н. Мельниковым, М. Н. Кирилловой и И. Б. Котовой [5] при крашении целлюлозы прямыми красителями. Приве­ денная ими графическая зависимость изменения коэффициентов диффузии некоторых красителей с ростом температуры весьма близко напоминает экспоненту, соответствующую уравнению (1).

Экспоненциальный характер зависимости коэффициента диф­ фузии от температуры позволяет в принципе получить беспредель­ ное увеличение скорости крашения. В реальных условиях верхний предел достигаемых скоростей ограничивается температурой, при которой обрабатываемый материал или сам краситель начинают изменять свои свойства.

Наиболее перспективным является оформление этого метода интенсификации в виде процесса термофиксации, сущность кото­ рого заключается в обработке ткани в атмосфере перегретого пара, горячего воздуха, продуктов сгорания природного газа, облучении ИК-лучами или соприкосновении с поверхностью металлических барабанов, обогреваемых изнутри соответствующим теплоносите­ лем.

Высокотемпературный метод интенсификации эффективен в це­ лом ряде случаев колорирования как для первой, так и второй групп. В последнем случае с увеличением температуры происходит не только увеличение скорости диффузии исходных полупродуктов в толщу волокна, но и скорости их химического взаимодействия.

Сольватационный метод интенсификации процессов крашения [6] основан на взаимодействии гидрофильных органических раство­ рителей и некоторых других веществ с агрегированными частицами красителя и его молекулами в растворе с образованием лабильных соединений, обладающих пониженным сродством к волокну. Введе­ ние в красильный раствор триэтаноламина, пиридина, целлозольва или других аналогичных гидрофильных органических растворите­ лей в количествах до 50 г/л повышает, например, скорость диффу­

Сольватационный метод интенсификации привлекает внимание своей универсальностью по отношению к красящим веществам и волокнам различных классов, низкими энергетическими затратами, простотой аппаратурного оформления и отсутствием деструктирующего воздействия на окрашиваемый материал и красители.

Интересные возможности открываются при совместном исполь­ зовании обоих интенсифицирующих факторов — применения гидро­ фильных органических растворителей и температур выше 100° С. Особое значение при этом приобретает мочевина, ведущая себя как гидрофильный органический растворитель при температурах выше температуры плавления ее самой или ее эвтектических сме­ сей с водой или другими соединениями. Благотворное влияние мо­ чевины при крашении прямыми, дисперсными, кубозолевыми и кис­ лотными красителями [7] объясняется, по мнению А, Ньюсела [8],

8

глубоким прониканием ее в толщу элементарного волокна. Запол­ няя внутренний объем целлюлозы, расплав мочевины выполняет роль той среды, в которой происходит диффузия молекул краси­ теля. Считают, что основными сторонами воздействия мочевины при термофиксационных способах крашения являются набухание волокна и нарушение исходных систем водородных связей между молекулами воды, красителя и субстрата [9].

Для способов колорирования второй группы применение такого совмещенного метода интенсификации — с использованием моче­ вины и высоких температур — имеет первостепенное значение. Экс­ периментально установлено, что синтез на волокне нерастворимых оксиазокрасителей [10] и фталоцианина меди [11] в этом случае приводит к наилучшим результатам.

Оба метода интенсификации процесса крашения являются по существу единым методом целенаправленного воздействия на энер­ гетику взаимосвязи между молекулами воды, красителя и суб­ страта. Оба метода основываются на обратимом изменении вели­ чины сродства красителей к волокну и ограничены в своем дей­ ствии неизменностью молекулярного строения диффундирующих веществ.

На основании математической обработки диффузионной модели процесса крашения с использованием закона Фика и закона дей­ ствующих масс выведено уравнение [12]:

где D — коэффициент диффузии красителя в волокне;

ства до минимума скорость диффузии красителя в субстрате не превысит значения, определяемого химическим и пространствен­ ным строением диффундирующей молекулы. В то время как зна­ чения сродства большинства красителей в пределах красящих ве­ ществ одного класса выражаются величинами одного порядка, скорости крашения ими волокнистых материалов различаются в 1000 и более раз. Это подтверждает высказанное выше положе­ ние о главенствующей роли молекулярного строения (степень агре­ гации и геометрические размеры, химический состав) красителя на его диффузионные характеристики.

Положения коллоидно-химической теории об оптимальном раз­ мере частиц красителя в растворе, использовавшиеся 30—40 лет назад для описания процесса крашения, трансформировались ныне в достаточно стройную систему, в соответствии с которой краше­ ние осуществляется молекулами красителя, находящимися в дина­ мическом равновесии с его частицами разной степени дисперсно-

9

рическими размерами и химическим строением молекул красителя. Связь между геометрическим размером и скоростью диффузии вы­

частиц сферической формы, к растворам красителей, частицы ко­ торых в большинстве случаев представляют собой двухмерные за­ ряженные образования, требует известной осторожности. Несмотря на это, становится наглядной идея о необходимости уменьшения

цветности органических соединений [14]. В отношении прямых кра­ сителей использование соединений низкого молекулярного веса ста­ новится проблематичным, поскольку субстантивные свойства кра­ сителей этого класса проявляются лишь при определенной степени сложности строения их молекул.

Наиболее сложен вопрос о взаимосвязи между диффузионными характеристиками красителя и его пространственным и химиче­ ским строением. Исследования [15, 16] показали, что разрыв це­ почки сопряжения в молекуле красителя приводит к резкому увели­ чению скорости диффузии, уменьшению агрегативной и сорбционной способностей. Подобные по своему характеру эффекты дости­ гаются и при введении в молекулу красителя различных замести­ телей (фтора, хлора, метальных групп и т. д.).

В связи с изложенным выше становится понятным, что способы крашения путем синтеза пигментов на волокне являются как бы идеальным выражением цели тех усилий, которые затрачивают химики отделочного производства, разрабатывая способы интенси­ фикации процессов крашения.

Одним из преимуществ способов крашения путем синтеза пиг­ ментов на волокне является возможность получения окрасок глу-

10

бокого (фиолетового, синего, зеленого) цвета без усложнения строения молекул исходных пигментообразующих компонентов. Примером может служить синтез на волокне черного анилина и фталоцианина, когда из простых производных бензола и индола образуются красящие вещества очень сложного строения и глубо­ кой окраски. Это преимущество становится особенно заметным при крашении синтетических волокон, плотная структура которых оказывает значительное сопротивление диффузии красителей с раз­ мером молекул большим, чем у бензола или нафталина [17].

Внедрение способов колорирования путем синтеза пигментов на волокне может привести к полной унификации технологических процессов крашения и печатания тканей из целлюлозных, синтети­ ческих и из смесей волокон. Основными стадиями процессов будут: пропитка (нанесение печатной краски), сушка, термофиксация и промывка. Причем на последней стадии возможно резкое сокраще­ ние расхода воды за счет использования органических раствори­ телей с последующей их регенерацией.

2. СИНТЕЗ НА ВОЛОКНЕ ПИГМЕНТОВ АРОИЛЕНИМИДАЗОЛОВОГО РЯДА

2.1. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА АРОИЛЕНИМИДАЗОЛОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ

Ароиленимидазолы представляют собой отдельную группу кра­ сящих веществ, содержащих в строении своих молекул одну или несколько характерных групп атомов, а также их сочетание:

Ароиленбензимидазолы образуются при конденсации ароматиче­ ских ортоили перидикарбоновых, или тетракарбоновых кислот с о-фенилендиамином и его производными. При замене о-фенилен- диамина на 1,8-нафтилендиамин получают периноны. Взаимодей­ ствием ароматических поликарбоновых кислот с алифатическими или ароматическими моноаминами, или диаминами не орто- и пе­ ри-рядов образуются производные ароилендикарбоимида. Соедине­ ния последних двух типов отличаются по своим свойствам от ароиленбензимидазолов, но включаются с ними в одну группу по причине общности способов получения.

В настоящее время известны кислотные, активные, кубовые, сернистые, азоидные, основные и дисперсные красители ароилен-

11

имидазолового ряда. Они охватывают всю цветовую гамму окрасок, причем основной цветовой тон обусловливается строением поликарбоновой кислоты, числом образующихся изомеров и в меньшей степени строением амина [18—20].

Наибольшее значение приобрели кубовые и дисперсные краси­ тели ароиленимидазолового ряда, образующие на целлюлозных и синтетических волокнах яркие окраски, устойчивые к действию света, дымовых газов, органических растворителей, высоких темпе­ ратур и мокрых обработок.

В то время как большинство ароматических диаминов яв­ ляется традиционными многотоннажными продуктами анилинокрасочных заводов, производство большинства ароматических поликарбоновых кислот еще находится на стадии интенсивной разра­ ботки. Неограниченные возможности превращения ароматических поликарбоновых кислот в ценнейшие продукты химической про­ мышленности и совершенно новые ранее не использовавшиеся ис­ точники сырья обусловливают высокую экономическую целесооб­ разность развития их производства.

Высококипящие фракции каменноугольной смолы содержат много различных ароматических углеводородов, служащих ценным сырьем для промышленности органического синтеза. По данным Харьковского углехимического института [21], среднее содержание

В настоящее время разработаны рациональные приемы выделе­ ния из смолы большинства указанных выше продуктов. В их числе находятся аценафтен и пирен, перерабатывая которые, можно полу­ чить наиболее ценные из известных ароматических поликарбоно­ вых кислот [22].

После открытия первых кубовых красителей ароиленимидазо­ лового ряда изучением этого класса красящих веществ занялись советские ученые во главе с А. Е. Порай-Кошицем. В послевоенные

Б. А. Порай-Кошица, Б. М. Красовицкого, Л. С. Эфроса и ряда других ученых были разработаны основные теоретические и прак­ тические вопросы синтеза ароиленимидазолов. В настоящее время исследования в этой области постоянно находятся в центре вни­ мания сотрудников НИОПиК, Рубежанского химического комби­ ната и Научно-исследовательского института монокристаллов.

12