Содержание к диссертации
Введение
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12
1.1. Характеристика активных красителей 12
1.2. Взаимодействие активных красителей с целлюлозным субстратом
1.3. Способы крашения и печатания целлюлозных текстильных материалов
1.4. Пути совершенствования технологий использования активных красителей
1.5. Проблемы и перспективы использования ТВВ в процессах колорирования текстильных материалов
1.5.1. Строение и свойства полиэлектролитов и их систем 46
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 53
3. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 55
3.1. Характеристика объектов исследования 55
3.2. Методики исследования процесса колорирования хлопчатобумажной ткани
3.2.1. Методика крашения хлопчатобумажной ткани по непрерывному способу
3.2.2. Методика крашения хлопчатобумажной ткани по непрерывному термофиксационному способу
3.2.3. Методика крашения целлюлозных материалов формой активных красителей
3.2.4. Методика печатания целлюлозных материалов активными красителями по запарному способу
3.2.5. Методика проведения промывки целлюлозных материалов, колорированных активными красителями
3.2.6. Методика определения содержания активного красителя на ткани
3.2.7. Методика определения активной и гидролизованной форм активного красителя с помощью метода бумажной хроматографии
3.2.8. Методики определения цветовых характеристик окрасок 64
3.2.9. Методики определения устойчивости окрасок 66
3.3. Методики определения свойств закрепляющих составов 68
3.3.1. Методика определения заряда катионного полиэяектролита 68
3.3.2. Спектрофотометрический метод исследования взаимодействия закрепляющих составов с активными красителями
3.3.3. Методика оценки возможности закрепления гидролизованной формы активных красителей
3.4. Оценка точности проводимых измерений 69
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Использование производных алкиламина в химико-текстильном производстве
4.2. Исследование влияния катионных полиэлектролитов на состояние активных красителей в растворе
4.3. Изучение влияния строения и свойств катионных полиэлектролитов на их закрепляющую способность
4.4. Исследование влияния катионных поверхностно-активных веществ на состояние активных красителей в растворе
4.5. Установление возможности закрепления гидролизованного активного красителя с помощью ТВВ на основе алкиламинов
4.6. Исследование влияния различных факторов на процесс закрепления гидролизованного красителя на целлюлозном материале
4.7. Оптимизация состава композиционного закрепителя
4.8. Экспериментальное сравнение существующих закрепителей и разработанного композиционного препарата
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Характеристика активных красителей
- ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
- Характеристика объектов исследования
- Изучение влияния строения и свойств катионных полиэлектролитов на их закрепляющую способность
Введение к работе
Актуальность работы. Активные красители в настоящее время завоевали особенно устойчивую позицию в колорировании текстильных материалов из целлюлозных волокон. Эти красители превосходят другие классы красящих веществ по универсальности и простоте способов применения, широте цветовой гаммы, яркости и чистоте тонов. Однако наряду с достоинствами они имеют и недостатки. Параллельно с реакцией взаимодействия красителя с волокном протекает побочная реакция гидролиза, которая способствует снижению степени фиксации красителя на текстильном материале. Это влечет за собой нежелательное расходование дорогостоящих красящих веществ и увеличивает стоимость очистки сточных вод.
В связи с этим актуальной становится задача разработки отечественных препаратов для крашения и печатания активными красителями, позволяющих максимально повысить степень полезного использования красителей на целлюлозных тканях и получать высококачественную конкурентоспособную текстильную продукцию.
Наиболее широкие перспективы для создания препарата, улучшающего прочностные показатели окрасок текстильных материалов, имеют катионные пространственно-структурированные полиэлектролиты. Они являются производными алкиламина и характеризуются наличием в составе макромолекул ряда активных групп, определяющих возможность прохождения различных химических превращений с волокном и красителем.
В связи с этим изучение физико-химических явлений, происходящих в системе красящее вещество - синтетический полимер, установление характера взаимодействия между полиэлектролитом и анионным красителем в растворе является приоритетным направлением развития химической науки и технологии.
Цель работы заключалась в исследовании закономерностей взаимодействия производных алкиламина с активными красителями различного химического строения и создании на их основе препаратов для получения высоких прочностных и колористических показателей окрасок текстильных материалов, колорированных активными красителями.
Для решения поставленной задачи исследования проводились в следующих направлениях:
изучение эффективности применения ТВВ на основе производных алкиламина в процессах колорирования хлопчатобумажных тканей активными красителями;
оценка возможности использования новых катионных полиэлектролитов и ПАВ для повышения прочности окрасок текстильных материалов, колорированных активными красителями;
выявление особенностей взаимодействия ПАВ и полимерных электролитов с активными красителями в растворе и на целлюлозном субстрате;
создание подхода к изучению влияния текстильных вспомогательных веществ на возможность закрепления гидролизованного активного красителя на хлопчатобумажной ткани;
разработка препарата для упрочнения окрасок целлюлозных материалов, колорированных активными красителями;
определение оптимальных параметров использования разработанных композитов для совершенствования технологии колорирования текстильных материалов активными красителями.
Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования использовали подготовленную под крашение хлопчатобумажную ткань; предварительно очищенные и технические активные красители различного химического строения; текстильно-вспомогательные вещества отечественного и зарубежного производства.
Колорирование текстильного материала осуществляли по периодической и непрерывной технологиям.
Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных методов анализа: спектрофотометрического в видимой и инфракрасной части спектра, вискозиметрического, колориметрического, хроматографическо-го, сорбционного.
Показатели устойчивости окрасок тканей к физико-химическим воздействиям оценивали в соответствии с действующим ГОСТ 9733.0-83.
Для математической обработки экспериментальных результатов использовалась ПЭВМ. Оценка погрешностей измерений при проведении экспериментов проводилась с использованием методов математической статистики.
Научная новизна. Впервые исследованы закономерности поведения активных красителей в растворе и целлюлозном субстрате в присутствии катион-ных полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ на основе алкилами-нов:
проведено экспериментальное и теоретическое обоснование эффективности использования изучаемых химических соединений в качестве закрепителей окрасок хлопчатобумажных тканей;
разработана оригинальная методика, позволяющая оценить влияние препаратов на основе алкиламина на возможность закрепления гидролизованного активного красителя на текстильном материале;
осуществлен подбор системы полиэлектролит - поверхностно-активное вещество, позволяющей осуществлять эффективное закрепление окрасок текстильных материалов.
Практическая значимость. На основании экспериментальных данных и их анализа разработаны составы закрепляющих композиций, обеспечивающие эффективное упрочнение окрасок текстильных материалов, колорированных
активными красителями, что подтверждено двумя положительными решениями по заявкам на патенты РФ № 2005121178 и № 2005121179. Автор защищает:
выявленные закономерности влияния производных алкиламина на состояние активных красителей в растворе и целлюлозном материале;
обнаруженные зависимости между содержанием катионного препарата в закрепляющем растворе и эффективностью его действия при упрочнении окрасок текстильных материалов, колорированных активными красителями;
предложенную методику оценки упрочняющего действия производных алкиламина посредством изучения перехода гидролизованного активного красителя из целлюлозного субстрата в раствор закрепителя;
установленные возможности усиления эффективности действия закрепляющей композиции на основе катионного полимерного электролита при введении поверхностно-активных веществ и добавок солей;
разработанные составы композиционных закрепителей (Тексалонов), позволяющие повышать устойчивость окрасок текстильных материалов к мокрым обработкам до 4,5-5 баллов для активных красителей различного химического строения;
оптимальные концентрационные параметры и предложенную технологию применения разработанных закрепителей окрасок.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих научных конференциях:
Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2004), г. Иваново, 2004 г.;
Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2004), г. Иваново, 2004 г.;
IX Международной конференции «Проблемы сольватации и комплек-сообразования в растворах», г. Плес, 2004 г.;
56-ой межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ производству», г. Кострома, 2004 г.;
II Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии в производство» (Текстильная химия 2004), г. Иваново, 2004 г.;
Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2005), г. Иваново, 2005 г.;
Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни науки - 2005», г. Санкт - Петербург, 2005 г.;
Научно-технической конференции «Технология котонизации и отделки тканей из льняных волокон», г. Москва, 2005 г.;
Научно-технической конференции «Конъюнктура рынка текстиля и пути создания конкурентоспособной продукции», г. Москва, 2005 г.;
Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни науки - 2006», г. Санкт - Петербург, 2006 г.;
Международной научно-технической конференции «Вступление России в ВТО. Повышение экономической эффективности льноперераба-тывающего комплекса», г. Вологда, 2006 г.;
I Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в индустрии текстиля», г. Москва, 2006 г.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит аннотацию, введение, литературный обзор, цели и задачи исследования, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением полученных результатов, выводы, список литературы (141 наименование) и приложение. Основная часть работы изложена на 151 странице машинописного текста и включает 24 рисунка и 16 таблиц.
Характеристика активных красителей
В настоящее время в текстильной промышленности используется множество красителей разных классов, позволяющих на натуральных и химических волокнах получать окраски необходимых цветов, требуемой яркости и прочности [1].
Во всех странах, в том числе в России, важнейшими красящими веществами в отделке целлюлозных волокон становятся активные красители (25% мирового рынка) благодаря образованию ковалентной химической связи с гадроксильными группами целлюлозы. Они занимают очень весомое и достойное место в общем объеме производства и потребления «текстильных» красителей. Нет ни одной солидной анилинокрасочной фирмы не производящей активные красители, ни одной текстильной фабрики, которая не использовала бы красители данного класса для художественно-колористического оформления выпускаемой продукции. Несмотря на расширение производства химических волокон, спрос на натуральные волокна в мире растет и в связи с этим увеличивается потребление активных красителей. Сегодня оно оценивается примерно в 120 тыс. т для целлюлозных волокон. Во многих странах создаются новые мощности, что дает основание прогнозировать дальнейшее увеличение производства активных красителей, которые представляют собой водорастворимые красители общего строения S-Kp-A, где S - группы, придающие растворимость; Кр - хромофорная часть молекулы красителя; А - активный центр молекулы красителя [2-4].
Число групп в молекулах активных красителей, придающих им растворимость, колеблется от одной до четырёх, а поскольку молекулярная масса для большинства активных красителей не велика, то обеспечивается высокая растворимость красителей даже при низкой температуре [4].
Часть молекулы красителя, которая содержит реакционноспособный атом углерода и группировки, обеспечивающие активность данного красителя в реакциях с волокном, называется активным центром [5-17].
В качестве активной системы известны гетероциклические соединения ароматического характера (триазины, пиримидины, хиноксалин, пиридазон и другие) [6, 8].
Хромофорная часть молекулы красителя с группами, сообщающими ему растворимость (-S03H, -S03Na, -СООН), определяет цвет, растворимость, сродство к волокну, способность к диффузии, устойчивость окраски к свету, действию окислителей и восстановителей [2, 6]. В качестве хромофорных структур используют разнообразные системы: моноазо- и дисазосоединения, металлокомплексные азокрасители, фталоцианиновые, трифеноксазиновые, антрахиноновые и другие.
Активные красители отличаются широкой цветовой гаммой, исключительной яркостью и чистотой тоыов[4].
В молекулах многих активных красителей имеется мостиковая группа (-NH-,-NCHr,-NHCO-,-S02NH-), соединяющая хромофорную часть с активным центром.
Существует много различных по химическому строению и свойствам типов активных красителей (табл. 1.1), однако широко используются в промышленных условиях производные хлористого цианура, винилсульфона или пиримидина. Триазиновые (производные хлористого цианура) и пиримиди-новые активные красители реагируют с гидроксильными группами целлюлозы с образованием сложноэфирных связей, а винилсуяьфоновые - с образованием простых эфирных связей [18].
Цели и задачи исследования
Оценивая вышеприведенные методы совершенствования процесса, колорирования хлопчатобумажных тканей активными красителями, с точки зрения получения высоких колористических и прочностных показателей окраски, можно утверждать, что ни один из них не отвечает в полной мере требованиям высокой эффективности и экологичности, низкой энергоемкости и простоты осуществления. В связи с этим возникает необходимость проведения дальнейших исследований повышения эффективности и универсализации процесса колорирования текстильных материалов активными красителями.
Цель настоящего исследования заключалась в исследовании закономерностей взаимодействия катионных полиэлектролитов и поверхностно-активных веществ на основе алкиламинов с активными красителями различного химического строения и создании на их основе препаратов для получения высоких прочностных и колористических показателей окрасок текстильных материалов, колорированных активными красителями.
С учетом целевой направленности диссертационной работы исследования проводились в следующих направлениях:
- изучение эффективности применения ТВВ на основе производных алкиламина в процессах колорирования хлопчатобумажных тканей активными красителями;
- оценка возможности использования новых катионных полиэлектролитов и ПАВ для повышения прочности окрасок текстильных материалов, колорированных активными красителями; - выявление особенностей взаимодействия ПАВ и полимерных электролитов с активными красителями в растворе и на целлюлозном субстрате;
- создание подхода к изучению влияния текстильных вспомогательных веществ на возможность закрепления гидролизованного активного красителя на хлопчатобумажной ткани;
- разработка препарата для упрочнения окрасок целлюлозных материалов, колорированных активными красителями;
- определение оптимальных параметров использования разработанных композитов для совершенствования технологии колорирования текстильных материалов активными красителями.
Характеристика объектов исследования
Для исследования использовали предварительно подготовленную к крашению и печатанию хлопчатобумажную ткань - миткаль артикул 43, бязь артикул 262 и артикул 276, фланель, напечатанную активными красителями.
В работе применяли активные красители отечественного производства. Для исследований использовали очищенные и технические красители различного химического строения.
Изучение влияния строения и свойств катионных полиэлектролитов на их закрепляющую способность
В результате ранее проведенных исследований, касающихся выяснения характера влияния катионных полимерных электролитов на состояние активных красителей в растворе, было показано, что полиэпихлоргидрин-диметиламин (каустамин-15) оказывает весьма универсальное воздействие на связывание активных красящих веществ. Однако практический интерес к созданию закрепляющего состава на основе этого препарата не может быть реализован в полной мере без изучения влияния химического строения и ряда технологических параметров его получения (заряд, молекулярная масса, вязкость, рН, концентрация) на эффективность связывания активного красителя, В связи с этим исследовались препараты из серии кау-стаминов-15, отличающиеся концентрациями, значениями молекулярных масс и зарядами:
- низкомолекулярные каустамины, являющиеся продуктами конденсации диметиламина и эпихлоргидрина;
- серийный каустамин-15;
- препараты с искусственно повышенной молекулярной массой, полученные за счет введения в реакционную смесь диметиламииопропиламина и эпихлоргидрина в избытке.
Молекулярные массы изучаемых химических соединений возрастают в ряду: каустамин НМ-2 каустамин НМ-1 серийный каустамин-15 каустамин ВМ-1 каустамин ВМ-2 каустамин ВМ-3.
Эффективность связывания активных красителей каустаминами оценивали оптическим методом по вышеописанной методике.
Диаграммы, иллюстрирующие влияние низкомолекулярных препаратов серии каустамин на состояние активного ярко-красного 5СХ в растворе представлены на рис. 4.6. Изучаемые полиэлектролиты обладают рН 8,5, концентрацией 20%, но отличаются зарядом на единицу массы 100%-ого вещества и вязкостью системы; для каустамина НМ-1 величина заряда составляет 7,7 мг экв/г, а для каустамина НМ-2 - 4,8 мг экв/г.
Анализ полученных экспериментальных данных рис. 4.6 показывает, что эффективность связывания активных красителей низкомолекулярными катионными полиэлектролитами возрастает при увеличении заряда полимерного электролита.
