Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1 Строение и свойства шерсти 10
1.2 Крашение шерсти при температуре ниже 100 С 18
1.2.1 Физические способы активирования процесса крашения 21
1.2.1.1 Вакуумирование 21
1.2.1.2 Электромагнитная обработка воды 23
1.2.1.3 Плазмохимическая обработка 24
1.2.1.4 Использование высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева 25
1.2.1.5 Использование частиц высоких энергий 27
1.3 Химические методы активации процессов крашения при пониженных температурах 28
1.3.1 Предварительная обработка шерстяного волокна как средство интенсификации процесса крашения 29
1.3.2 Применение интенсификаторов в крашении при пониженной температуре 33
1.4 Применение ферментов при крашении шерстяных материалов 38
1.5 Применение окислительно-воосстановительных реагентов в отделочном производстве текстильных материалов 41
1.6 Заключение по литературному обзору 44
Глава 2 Методическая часть 47
2.1 Характеристика объектов исследования 47
2.1.1 Текстильные материалы 47
2.1.2 Химические материалы и реактивы 47
2.1.3 Красители 48
2.2 Методы исследований 50
2.3 Методы испытаний текстильных материалов 63
2.4 Обработка результатов измерений 66
Глава 3 Экспериментальная часть 67
3.1 Исследование влияния окислительно-восстановительных систем на процесс низкотемпературного крашения шерсти 67
3.1.1 Влияние концентрации окислительно- восстановительных систем на процесс крашения шерсти кислотными красителями 71
3.1.2 Влияние концентрации окислительно- восстановительных систем на процесс крашения шерсти активными красителями 81
3.1.3 Влияние температуры на процесс крашения шерсти кислотными и активными красителями в присутствии интенсификаторов 91
3.1.4 Исследование кинетики выбирания кислотных и активных красителей шерстяным волокном в присутствии редокс систем 97
3.1.4.1 Расчет константы скорости и энергии активации процесса крашения шерсти кислотными и активными красителями 102
3.1.5 Определение содержания кислотных и активных красителей и коэффициенты удельного
светопоглощения на шерстяном волокне в результате крашения в присутствии редокс систем 110
3.2 Изучение диффузионных свойств окрашенной шерсти 112
3.2.1 Исследование поперечных срезов шерстяного волокна 120
3.3 Определение валкоспособности шерстяных материалов, окрашенных в присутствии окислительно- восстановительных систем 122
3.4 Обоснование механизма интенсифицирующего действия окислительно-восстановительных систем в процессах крашения шерсти кислотными и активными красителями 123
3.4.1 Определение количества свободных амино- и карбоксильных групп в шерстяном волокне 124
3.4.2 Определение количества образовавшихся органических кислот 128
3.4.3 Исследование изменения поверхностных свойств шерстяного волокна методами сорбции паров бензола, воды и йода 131
3.4.4 Расчет сродства кислотных и активных красителей к шерстяному волокну 134
3.4.5 Исследование электрических свойств внешней поверхности шерстяного волокна 137
3.5 Определение окислительно-восстановительного потенциала редокс систем 150
3.6 Исследование спектров поглощения красильных растворов в присутствии окислительно-восстановительных систем 152
3.7 Исследование спектров поглощения окрашенных шерстяных текстильных материалов 155
3.8 Кислотный гидролиз связи «активный краситель -шерстяное волокно 159
3.9 Определение спектральных и колористических характеристик окрашенной шерстяной ровницы 164
3.10. Влияние окислительно-восстановительных систем на сохранность шерсти в процессе крашения 168
3.10.1 Определение степени повреждения шерстяной ровницы 169
3.10.2 Термогравиметрический и дифференциально- термический анализ шерстяной ровницы, окрашенной с использованием редокс систем 170
3.10.3 Изучение физико-механических свойств окрашенной шерстяной ровницы 176
3.11 Исследование возможности применения окислительно-восстановительных систем при крашении кислотными и активными красителями текстильных материалов из полиамидного волокна, натурального шелка, хлопка и гидратцеллюлозного волокна 180
3.12 Оценка потребительских свойств окрашенных текстильных материалов 187
3.13 Производственная апробация низкотемпературного крашения шерсти в присутствии редокс систем 193
Глава 4 Технологическая проводка низкотемпературного крашения шерстяных текстильных материалов 195
Глава 5 Технико-экономическое обоснование низкотемпературного процесса крашения шерсти 201
Основные выводы 206
Список используемых источников 209
Приложение
- Крашение шерсти при температуре ниже 100 С
- Применение ферментов при крашении шерстяных материалов
- Влияние концентрации окислительно- восстановительных систем на процесс крашения шерсти кислотными красителями
- Технологическая проводка низкотемпературного крашения шерстяных текстильных материалов
Введение к работе
В настоящее время роль шерсти в текстильной промышленности возрастает, хотя она дороже синтетических волокон и хлопка и занимает 3 место в мировом производстве волокон. Доля шерсти среди волокон, используемых в материалах для одежды, составляет 16%, например, в Германии по данным Woolmark Company, в ближайшие 5 лет потребление шерсти будет ежегодно увеличиваться на 2,5%.
Технология крашения шерстяных текстильных материалов развивается по двум основным направлениям: совершенствование существующих технологических процессов и создание принципиально новых схем крашения, обеспечивающих экономию материальных ресурсов (воды, электроэнергии, химических материалов и т.п.) и рациональное использование сырья.
Совершенствование технологических режимов предусматривает ускорение процессов крашения в результате использования высокоэффективных текстильно-вспомогательных веществ, повышающих сорбцию красителей волокном; предварительной активации текстильного материала путем обработки в растворах препаратов и соединений, вызывающих модификацию волокон; широкого использования методов физической активации процесса посредством вакуумирования, предварительного намагничивания красильных растворов, плазменного травления поверхности волокнистого материала и др. и использование оптимальных температурно-временных программ, рациональной организации производства, внедрения локальной и полной систем автоматизации цехов крашения.
Отделка тканей из шерстяных волокон в значительной степени определяет качество и конкурентоспособность готовых текстильных изделий. Процесс крашения шерсти традиционно осуществляется при температуре кипения раствора. Это может приводить к нерациональному использованию сырья и энергетических ресурсов. Известно, что шерсть, которая была предварительно повреждена крашением, а также действием света, нагревом, щело-
7 чью, хлорированием и окислением, особенно чувствительна к механическим нагрузкам (давление, скручивание, сдвиг). При проведении механических операций на шерстяных волокнах возникают в зависимости от содержания влаги различные поперечные и продольные трещины, которые создают предпосылки к пылеобразованию из-за разрушения кутикулы при обработке на быстровращающихся машинах, что представляет потенциальную опасность для здоровья человека. Наибольшее количество шерстяного кнопа образуется на стадии получения пряжи. Но при крашении шерсти заболевания дыхательных путей возникают чаше, чем на других рабочих местах, так как окрашенная пряжа, содержит больше пыли, чем неокрашенная.
Степень деструкции волокна при крашении может и должна быть существенно уменьшена, например, снижением температуры крашения. Однако при температуре ниже 100 С происходит падение скорости крашения и интенсивности окраски волокнистых материалов, которые можно компенсировать, используя специальные препараты - интенсификаторы.
Теоретические предпосылки для поиска веществ, интенсифицирующих процесс крашения шерстяных материалов при пониженной температуре, заключаются в том, что эти вещества должны либо увеличивать доступность волокна, либо активизировать краситель, а лучше, действовать в указанных направлениях одновременно. Многие интенсификаторы, например, такие как: концентрированные растворы аминов, хлорсодержащие препараты, органические растворители, приводят либо к снижению прочностных показателей шерстяного волокна, либо ухудшают экологическую обстановку, требуют специального оборудования.
В связи с введением в Европе единой системы стандартов "Эко-текс 100" особенную актуальность приобретает создание экологически чистых текстильных материалов с использованием экологически безопасных технологий.
Целью настоящей диссертации является оценка возможности использования окислительно-восстановительных (редокс) систем в качестве
интенсификаторов крашения шерстяных текстильных материалов при пониженной температуре (80 С) с получением окрасок высокого качества, не снижая при этом прочностных свойств шерстяного волокна.
Работа выполнена в области приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации по разделу «Рациональное природопользование».
Научная новизна:
Предложен и теоретически обоснован ряд новых редокс систем в качестве интенсификаторов процесса крашения шерсти при пониженной температуре (80 С). Исследованы основные закономерности процесса. Определен состав и концентрации предлагаемых редокс систем в красильной ванне.
Установлен комплексный механизм интенсифицирующего действия окислительно-восстановительных систем на процесс крашения шерсти кислотными и активными красителями.
Изучены сорбционные, кинетические и диффузионные характеристики процесса крашения шерсти с использованием редокс систем.
Проведена оценка влияния редокс систем на структуру шерстяного волокна, на сродство красителей к волокну и состояние красителей в красильных растворах.
Исследована устойчивость связи «активный краситель-субстрат» в кислой среде. Установлено сохранение прочностных свойств шерсти при ее низкотемпературном крашении с исследуемыми интенсификаторами.
Установлено интенсифицирующее действие окислительно-восстановительных систем на процесс крашения текстильных материалов из полиамидного волокна, натурального шелка кислотными и активными красителями, а также хлопка и гидратцеллюлозного (вискозного) волокна активными красителями.
Получен патент на изобретение №2211265 «Способ крашения текстильных материалов» от 27.08.2003.
Практическая значимость работы:
-проведен анализ технологических аспектов применения окислительно-восстановительных систем в качестве интенсификаторов процессов крашения шерстяных материалов кислотными и активными красителями при пониженной температуре (80 С), на основании чего установлена их высокая эффективность для увеличения интенсивности и ровноты окраски, для сокращения продолжительности крашения, сохранения прочностных свойств окрашенного волокна. Это позволит получить экономию сырья, химических препаратов, энергетических ресурсов, повысить качество выпускаемой продукции и снизить нагрузку на природную среду.
-проведены производственные испытания процесса низкотемпературного крашения шерстяного волокна кислотными красителями с использованием редокс систем на предприятии ОАО «Невская мануфактура», г. Санкт-Петербург. Полученное волокно соответствует требованиям ГОСТ и отличается более высокими прочностными и колористическими показателями.
Крашение шерсти при температуре ниже 100 С
Традиционно шерсть окрашивают при кипении красильных водных растворов в присутствии органических или минеральных кислот. При этом степень повреждения шерстяного волокна в значительной мере определяется температурой красильного раствора и рН ванны. Наиболее подходящим интервалом значений рН при температуре 100 С следует считать 3,5 - 5,0 поскольку в таких условиях обеспечивается достаточно эффективная защита волокна от повреждения и высокая скорость крашения.
Очевидно, несмотря на сравнительную устойчивость пептидных связей к действию кислот, в кислых растворах они гидролизуются. Цистиновые связи более устойчивы к кислотному гидролизу, чем пептидные, однако с ростом рН и продолжительности кипения, особенно в присутствии электролита, гидролиз значительно усиливается. Таким образом, высокая температура и кислотность раствора, являясь одними из главных технологических параметров процесса крашения, регулирование которых позволяет значительно ускорять процессы сорбции и диффузии красителя в волокно, одновременно могут стать факторами, приводящими к необратимым процессам деструкции шерстяного волокна. Степень повреждения шерстяного волокна в процессе крашения зависит и от класса используемых красителей. Так, при крашении хромовыми красителями ухудшение физико-механических свойств более заметно, чем, например, при крашении кислотными.
Одним из наиболее эффективных и рациональных путей сохранения или минимального изменения свойств и структуры кератина шерсти в процессе переработки является использование низкотемпературных способов крашения. Для компенсации уменьшения скорости процесса предлагаются физические и химические способы воздействия на красильную систему, а также совершенствование периодических способов крашения путем снижения модуля ванны или увеличения скорости циркуляции красильного раствора.
При крашении шерсти при температурах ниже 100 С возникают новые проблемы: достижение равномерной окраски по всему объему текстильного материала, повышение длительности процесса крашения, изменение глубины окрашивания волокна. Крашение при пониженной температуре целесообразно проводить при использовании интенсификаторов. Физические методы воздействия на красильную систему предусматривают использование вакуумирования, высокочастотного нагрева, применение ультразвука, магнитной обработки и повышенного давления, модификацию шерстяного волокна путем обработки низкотемпературной плазмой [3]. Однако, физические методы интенсификации требуют сложного аппаратур 20 ного оформления, а это усложняет технологическую цепочку и увеличивает стоимость готовой продукции.
Химические способы воздействия на красильную систему предполагают добавление в красильные растворы соединений, влияющих или на состояние красителя в растворе, или на структуру волокна.
Наибольший интерес представляют препараты или соединения, одновременно активирующие сорбцию красителя путем диспергирования красителя и увеличения размера микропор шерстяного волокна. Эффективность действия отдельных вспомогательных реагентов так высока, что позволяет осуществлять процесс крашения даже при комнатной температуре. Это реализуется в полунепрерывных (холодных) способах крашения. Однако многие интенсификаторы приводят либо к снижению прочностных показателей, либо ухудшают экологическую обстановку, либо из-за неприятного запаха, токсичности требуют специального оборудования. Кроме того, многие интенсификаторы увеличивают продолжительность процесса.
Крашение при температуре ниже 100 С имеет большую экономическую эффективность, так как позволяет значительно сократить энергозатраты, расход воды, снизить потери дефицитного дорогостоящего сырья (каким является шерстяное волокно), уменьшить объем сточных вод. Снижение температуры только на 10 - 15 С позволяет сократить энергозатраты на 25%. По данным международного секретариата шерсти, процесс крашения на холоду - самый экономичный, поскольку позволяет экономить более 20 кг жидкого топлива и 2000 л воды на 100 кг окрашенной шерсти по сравнению с обычным способом крашения. Кроме того, снижение температуры крашения способствует сохранению прочности волокна и предохраняет волокно от пожелтения [4].
Способ крашения при пониженной температуре наиболее целесообразен для волокна, так как обеспечивает его лучшую сохранность и перера-батываемость при последующих производственных процессах. Вследствие улучшения технологических свойств шерсти более экономично расходуется сырье - выход пряжи из волокна повышается на 0,2 - 3,4% [1].
Однако при крашении шерсти при температурах ниже 100 С возникают новые проблемы: достижение равномерной окраски по всему объему текстильного материала, изменение глубины окрашивания волокна, повышение длительности процесса крашения. Таким образом, крашение при пониженной температуре красильного раствора (75-80 С) целесообразно при использовании интенсификаторов, в этом случае им отводится основная роль.
Применение ферментов при крашении шерстяных материалов
Последнее десятилетие характеризуется проникновением биотехнологий практически во все области человеческой деятельности. Одним из важнейших направлений биотехнологии является промышленная энзимология, связанная с крупномасштабным производством и применением ферментов. Расширение применения биотехнологий дает возможность обеспечить реализацию перспективных технологических процессов.
Ферменты представляют собой биокатализаторы с избирательной и специфической активностью, ускоряющие определенные реакции и остающиеся неизменными после реакции. С экологической и экономической точки зрения мягкие параметры реакции катализируемых ферментами процессов и возможность переработок для вторичного использования делают ферменты особенно привлекательными в качестве катализаторов.
Вводя ферменты в текстильный материал необходимо контролировать и управлять ферментативными реакциями, чтобы защитить текстильный материал от биодеструкции и не навредить здоровью человека.
Ферменты классифицируются по типу реакции, катализируемой ими [57]. По этому признаку все ферменты были разделены на 6 классов: оксидо-редуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, синтетазы [58]: Внутри классов ферменты делятся на подклассы, руководствуясь строением субстратов. В подклассы объединяют ферменты данного класса, действующие на сходно построенные субстраты. Ферменты каждого подкласса делятся на подподклассы. Подподкласс - это последняя низшая степень классификации. Внутри подподклассов перечисляются уже отдельные, индивидуальные ферменты [59].
Многие операции отделочного комплекса могут быть переведены на экологически чистую и сырьесберегающую энзимную технологию. Ферменты уже используются в процессах при расшлихтовке, биоотварке, биополировке и отделочно-технологических процессах текстильной промышленности [60].
Ферменты, как и все белки, обладают амфотерностью, в зависимости от рН среды могут существовать в форме аниона, катиона и биполярного иона, и характеризуются изоэлектрической точкой. Диффузия фермента из раствора внутрь шерстяного волокна имеет сходство с диффузией красителя. Имеет место следующая последовательность: -диффузия фермента в ванне; -адсорбция фермента на поверхности волокна; -диффузия с поверхности внутрь волокна; -катализируемая ферментом реакция. Ферменты обладают специфичностью и селективностью, они или изначально пригодны или специально разработаны для отделочного процесса.
Первые работы по изучению действия ферментов протеолитической активности относятся к исследованию особенностей биоповреждения шерстяного волокна под действием различных микроорганизмов, так как модификация шерсти сопряжена с деструкцией биополимера и потерей им прочностных свойств. Так, исследованиями Британского и Российского научно-исследовательского центра доказано [61,62], что после воздействия спонтанной микрофлоры, находящейся в нативной шерсти, например, бактерий Ва 40 cillus subtilis и микроскопических грибов Aspergillus oryzae, на образцы мериносовой полугрубой овечьей шерсти происходит накопление функциональных карбонильных групп. Особенность действия микроорганизмов на мериносовую шерсть заключается в изменении конформации белковых цепей - происходит переход от а-формы к р-форме. Установлено, что процесс биодеструкции инициируется бактериями Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas indigofera, Chromobacterium violaceum и различными Bacillus spp, которые не только повреждают волокно, но и окрашивают его.
Установлено, что шерсть, обработанная нейтральной протеазой, являющейся ферментом, разрушающим белок, не обнаруживает повреждений при кратковременной обработке, но значительно увеличивает скорость крашения.
Авторы [39-42] отмечают, что условия проведения процесса ферментативной обработки строго ограничены, так как это существенно повышает растворимость шерстяного субстрата в щелочной среде.
Установлено, что применение ферментов для обработки шерсти увеличивает белизну и накрашиваемость. Известен способ биообработки - способ обработки шерсти с эффектом памяти формы. Рассматривается роль энзимов в снижении усадки шерсти. Во многих работах проводят сравнительные исследования влияния обработки шерсти ферментом и Na-дихлоризоциануратом. Обработку проводили с целью снижения усадки. Показана эффективность обработки ферментом, которая одновременно значительно повышает белизну волокна. С целью повышения качества мытой шерсти разработан способ ее промывки с использованием ферментов. Доказана возможность уменьшения усадки шерсти путем обработки ее протеинолитическим энзимом. Обработанная энзимом шерсть приобретает такой же гриф, как у кашемира, при этом не наблюдается ухудшение долговечности и прочности [33-35].
Влияние концентрации окислительно- восстановительных систем на процесс крашения шерсти кислотными красителями
Крашение шерстяного субстрата, в качестве которого использовалась шерстяная ровница, осуществлялось красителями кислотным бордо, который относится к группе средневыравнивающих красителей, и кислотным зеленым антрахиноновым Н2С, который относится к группе плоховыравнивающих красителей. При исследовании интенсифицирующего действия редокс систем на процесс крашения их содержание варьировалось в соответствии со стехио метрическими соотношениями, согласно выше приведенным уравнениям окислительно-восстановительных реакций. В процессе крашения определяли разницу в накрашиваемости шерстяной ровницы при температуре кипения красильного раствора, близкой к 100 С по традиционной технологии и при 80 С с использованием исследуемых систем в красильной ванне. Интенсивность окраски оценивали путем измерения коэффициента отражения окрашенных образцов на лейкометре фирмы Карл Цейс при Хмах=522нм для красителя кислотного бордо и Аъих=614нм для кислотного зеленого антрахинонового Н2С. Поскольку коэффициент отражения не связан линейно с концентрацией красителей в текстильном материале, интенсивность окраски характеризовали функцией Гу-ревича-Кубелки-Мунка (ГКМ), определяемой по формуле [82]: где (К/8)-функция ГКМ; Кгспектральный коэффициент отражения окрашенного материала; RxH0- спектральный коэффициент отражения неокрашенного материала.
Значения функции ГКМ и коэффициентов отражения окрашенных образцов шерстяной ровницы в зависимости от концентрации редокс систем в красильной ванне для кислотного бордо и кислотного зеленого антрахинонового Н2С приведены в таблице 3.1. Значения функции ГКМ, соответствующие измеренным величинам коэффициентов отражения определены из справочных данных [82].
Анализ полученных результатов таблицы 3.1 показал, что введение окислительно-восстановительных систем в красильную ванну значительно улучшает накрашиваемость шерстяного субстрата как при крашении кислотным бордо, так и кислотным зеленым антрахиноновым Н2С, по сравнению с крашением без редокс систем. Об этом свидетельствует увеличение значений функции ГКМ и уменьшение коэффициента отражения окрашенных с использованием редокс систем образцов по сравнению с крашением без добавок. Достижение высоких колористических результатов окрашенного шерстяного субстрата наблюдается при использовании редокс систем в концентрации (0,0075-0,06) моль/л, а дальнейшее повышение концентрации не способствует существенному повышению накрашиваемости текстильного материала. На рисунках 3.1 и 3.2 приведены зависимости значений функции ГКМ от концентрации редокс систем в красильной ванне. Из анализа рисунков 3.1 и 3.2 следует, что интенсивность окраски волокнистых материалов, окрашенных как кислотным бордо, так и кислотным зеленым антрахиноновым Н2С в присутствии окислительно-восстановительных систем, выше, чем у образцов, окрашенных по традиционной технологии. Наилучшие колористические результаты окрашенных шерстяных материалов достигаются при использовании редокс системы пероксид водорода-глюкоза в концентрации (0,0075-0,015) моль/л, пероксид водорода-зтиленгликоль - (0,03-0,06) моль/л, пероксид водорода-пропантриол 1,2,3 - (0,03-0,06) моль/л, пероксид водоро-да-полиоксиметилен - (0,022-0,045) моль/л и пероксид водорода-гексаметилентетрамин - (0,022-0,045) моль/л. Дальнейшее увеличение концентраций окислительно-восстановительных систем в красильной ванне не способствует существенному повышению накрашиваемости текстильных материалов. Эффективность окислительно-восстановительных систем при крашении шерстяной ровницы красителями, как кислотным бордо, так и кислотным зеленым антрахиноновым Н2С можно представить в ряду: пероксид во-дорода-глюкоза пероксид водорода-этиленгликоль пероксид водорода-пропантриол 1,2,3, пероксид водорода-полиоксиметилен пероксид водоро-да-гексаметилентетрамин.
Таким образом, введение интенсифицирующих добавок позволяет получать более насыщенные окраски при крашении шерсти кислотными красителями, чем при традиционных режимах крашения.
Полученные данные согласуются с результатами по определению концентраций красителей кислотного бордо и кислотного зеленого антрахино-нового Н2С в остаточной ванне после соответствующего процесса крашения с использованием окислительно-восстановительных систем. На рисунках 3.3 и 3.4 представлены кривые истощения красильной ванны в зависимости от концентрации редокс систем. Содержание красителей в остаточной ванне определяли по плотности отработанных растворов, которую измеряли на фотоколориметре КФК-2 при Аъизг ЗОнм для кислотного бордо и ХмаХ=670нм для кислотного зеленого антрахинонового Н2С.
Из анализа кривых на рисунках 3.3 и 3.4 следует, что при крашении шерстяной ровницы как красителем кислотным бордо, так и кислотным зеленым антрахиноновым Н2С, в присутствии редокс систем концентрация красителя в остаточной ванне ниже, чем по традиционным условиям крашения (без добавок), что свидетельствует о лучшей вибираемости красителей. Максимальное истощение красильной ванны наблюдается при использовании окислительно-восстановительных систем пероксид водорода-глюкоза в концентрации (0,0075-0,015) моль/л, пероксид водорода-этиленгликоль -(0,03-0,06) моль/л, пероксид водорода-пропантриол 1,2,3 - (0,03-0,06) моль/л, пероксид водорода-полиоксиметилен - (0,022-0,045) моль/л и пероксид водорода-гексаметилентетрамин - (0,022-0,045) моль/л. Дальнейшее увеличение концентраций окислительно-восстановительных систем в красильной ванне не способствует существенному повышению накрашиваемости текстильных материалов. Эффективность окислительно-восстановительных систем при крашении шерстяной ровницы как красителем кислотным бордо, так и кислотным зеленым антрахиноновым
Технологическая проводка низкотемпературного крашения шерстяных текстильных материалов
Учитывая результаты, полученные в процессе эксперимента, рекомендуется низкотемпературное крашение шерстяных материалов проводить по рецептурам. Предложен и теоретически обоснован ряд окислительно восстановительных (редокс) систем в качестве интенсификаторов процесса крашения шерсти при пониженной температуре (80 С). Исследованы основ ные закономерности процесса. Определен состав и концентрации редокс сис тем в красильной ванне. Изучена кинетика сорбции и диффузии кислотных и активных красителей. Показано, что в присутствии редокс систем константа скорости выбирания кислотных и активных красителей шерстяным волокном увеличивается в среднем в 1,5-2,0 раза, энергии активации снижаются в среднем в 1,3 раза, диффузия кислотных и активных красителей вглубь полимера ускоряется в 1,3-1,7 раза по сравнению с традиционным высокотемпературным крашением. Это свидетельствует о более глубоком проникновении красителя в волокно и высоких колористических характеристиках окраски в присутствии редокс систем.
Предложен механизм интенсифицирующего действия редокс систем на процесс крашения шерстяного материала, заключающийся в повышении активности красителя, изменении свойств поверхности, и проницаемости волокна. Установлено изменение морфологии поверхности волокна, связанное с частичным разрушением гидрофобного чешуйчатого слоя (эпикутикулы) волокна, снижение свойлачиваемости, что приводит к увеличению диффузионной проницаемости и сорбционной способности волокна при взаимодействии с красителем. Увеличение реакционной способности волокна подтверждено увеличением количества свободных амино- и карбоксильных групп, приводящее к повышению сорбции красителей волокном.
Установлено изменение электрокинетического потенциала шерстяного волокна, который снижается, уменьшая отрицательную величину поверхностного заряда. Очевидно, в присутствии окислительно-восстановительных систем, красители при переходе из жидкой в твердую фазу легче преодолевают двойной электрический слой, что сказывается на повышении их сорбции волокном.
Спектрофотометрическими исследованиями с использованием микроспектрофотометра марки МСФУ и спектрофотомера «Greatag Magbeth» определены спектральные и колористические характеристики окрашенных волокон. Установлено, что цветовые характеристики исследованных образцов свидетельствуют о том, что.использование редокс систем при крашении не изменяет оттенок получаемых окрасок, что важно при крашении волокнистых материалов в заданный цветовой тон. Показатели АЕ (%), характеризующие ровноту окраски, свидетельствуют о более равномерном окрашивании в присутствии редокс систем. Спектры поглощения окрашенного волокна свидетельствуют о повышении интенсивности окраски при крашении с интенсификаторами при пониженной температуре, а отсутствие бато- и гип-сохромных сдвигов максимумов на спектральных кривых свидетельствуют о сохранении хромофорной системы красителей.
Установлено увеличение стандартного термодинамического сродства кислотных и активных красителей к волокну в присутствии редокс систем. Исследовано состояние красителей в водных растворах содержащих редокс системы. На спектрах поглощения водных растворов кислотных и активных красителей в присутствии редокс систем наблюдается гиперхромный эффект при отсутствии бато- и гипсохромных сдвигов максимумов поглощения в сторону длинных или коротких длин волн, что подтверждает неизменность хромофорной системы красителей. Наличие гиперхромного эффекта связано с тем, что интенсификаторы способствуют образованию вокруг молекул красителей сольватных оболочек, препятствуя агрегации и, как следствие, увеличивая диффузионную подвижность красителей.
Исследована кинетика гидролиза связи «активный краситель - шерстяное волокно». Константы скорости гидролиза связи снижаются в среднем в 1,5 раза в присутствии редокс систем по сравнению с образцами, окрашенными при температуре кипения, что свидетельствует о появлении дополнительных связей между красителем и волокном и объясняет повышение интенсивности и прочности получаемых окрасок к физико-химическим воздействиям.
С помощью химических методов (метод Гарриса и Смита), термогравиметрического, дифференциально-термического анализа и физико-механических испытаний на приборе «Instron 1122», установлено снижение растворимости волокна, уменьшение потери массы, сохранение прочности на разрыв шерстяных материалов, окрашенных кислотными и активными красителями с применением редокс систем при пониженной температуре по сравнению с крашение при температуре кипения без интенсификаторов.
Разработан технологический режим и рецептура низкотемпературного крашения шерстяного волокна кислотными и активными красителями, который апробирован в производственных условиях ОАО «Невская мануфактура». Применение редокс систем в концентрации (0,0075-0,0600) моль/л способствовало выпуску продукции более высокого качества, равномерно и интенсивно окрашенной, снижало энергопотребление, продолжительности процессов и расход красителей. Показана эффективность использования редокс систем в качестве интенсификаторов крашения полиамидных и вискозных текстильных мате риалов, натурального шелка и хлопка, с получением более интенсивных ок расок по сравнению с крашением материалов из этих волокон без интенси фицирующих добавок.
