Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Колорирование целлюлозосодержащих текстильных материалов активными красителями 12
1.1 Целлюлоза (на примере хлопка) как объект колорирования 12
1.2 Характеристика активных красителей как средства получения окрасок на текстильных материалах из целлюлозных волокон 23
1.2.1 Общие сведения 23
1.2.2 Взаимодействие активного красителя с целлюлозным волокном 25
1.2.3 Гидролиз активных красителей 34
1.3 Характеристика технологических способов крашения и печатания целлюлозных материалов активными красителями 37
1.3.1 Характеристика процесса печатания активными красителями 47
1.4 Свойства и особенности применения бн- и полифункциональных активных красителей 51
Экспериментальная часть 72
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование и создание технологий крашения и печатания х/б тканей бифункциональными активными красителями 72
2.1 Сравнительная оценка растворимости активных красителей и их состояния в водных растворах 77
2.2 Сравнение диффузионно-сорбционных характеристик моно- и бифункциональных активных красителей 88
2.3 Сравнение реакционной способности, степени фиксации и гидролиза исследуемых активных красителей 96
ГЛАВА 3. Выбор и оптимизация технологии крашения хлопчатобумажных тканей бифункциональными активными красителями 121
ГЛАВА 4 Разработка рациональной технологии печатания при использовании бифункциональных активных красителей 137
4.1 Исследование реологических свойств загусток и печатных красок т
4.2 Устойчивость печатных красок при хранении 144
4.3 Оценка качества печати хлопчатобумажных тканей 146
ГЛАВА 5 Оценка технико-экономической эффективности и экологической безопасности разработанных технологий колорирования бифункциональными активными красителями 153
5.1 Технологические регламенты крашения и печатания хлопчатобумажных
тканей бифункциональными активными красителями 153
5.1.1 Крашение 153
5.1.2 Печатание 156
5.2 Технико-экономические преимущества применения бифункци ональных активных красителей 157
5.3 Рекомендации по локальной очистке сточных вод при колорировании текстильных материалов 158
ГЛАВА 6 Методическая часть 164
6.1 Характеристика используемых объектов 164
6.1.1 Текстильный материал 164
6.1.2 Активные красители 164
6.1.3 Щелочные агенты 166
6.1.4 Загустители 166
6.1.5 Стабилизаторы вспененных печатных красок 167
6.1.6 Текстильно-вспомогательные вещества (ТВВ) 167
6.2 Методы экспериментальных исследований 168
6.2.1 Определение растворимости активных красителей в воде 168
6.2.2 Определение степени агрегации активных красителей 169
6.2.3 Определение коэффициента диффузии активных красителей в целлюлозный субстрат 169
6.2.4 Определение сродства активных красителей к целлюлозному волокну. по
6.2.5 Определение реакционной способности активного красителя пі
6.2.6. Определение степени ковалентной фиксации активных красителей 172
6.2.7 Определение константы скорости гидролиза активных красителей пз
6.2.8 Определение остаточного содержания езафиксированногокрасителя на волокне пз
6.2.9 Режимы крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями. 174
6.2.10 Определение интенсивности окрасок 175
6.2.11 Определение показателей цветового различия и насыщенности цвета... 175
6.2.12 Определение устойчивости окрасок 175
6.2.13 Печатание образцов хлопчатобумажной ткани 176
6.2.14 Приготовление загусток и печатных красок 176
6.2.15 Оценка реологических характеристик загусток и печатных красок П7
6.2.16 Определение резкости контура печатного рисунка 178
6.2.17 Определение степени пропечатки ткани 178
6.2.18 Определение степени закрашивания белого фона при промывке
напечатанной ткани 179
6.2. 19 Оценка биоразлагаемости водных растворов красителей 179
6.2. 20 Оценка погрешности результатов измерений 179
Список литературных источников 180
- Характеристика активных красителей как средства получения окрасок на текстильных материалах из целлюлозных волокон
- Сравнение диффузионно-сорбционных характеристик моно- и бифункциональных активных красителей
- Устойчивость печатных красок при хранении 144
- Технико-экономические преимущества применения бифункци ональных активных красителей
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования
Активные красители, наряду с дисперсными и пигментными, занимают ведущие позиции в процесасах колорирования текстильных волокнистых материалов. По последним данным доля их использования среди остальных классов красящих веществ возросла до 30-35 %. Такое повышенное внимание к активным красителям обусловлено возможностью получения, прежде всего, на целлюлозосодержащих текстильных материалах широкой гаммы интенсивных, ровных и прочных окрасок, соответствующих современным требованиям к качеству и безопасности текстильной продукции.
Высокие колористические и прочностные характеристики окрасок активными красителями обусловлены образованием прочных химических (ковалентных) связей с функциональными группами волокнообразующего полимера. В то же время применение активных красителей связано с проблемой их гидролиза (ниактивации) в водной среде, который имеет место в красильных растворах, а также при хранении печатных красок и окрашенных текстильных материалов. Следствием гидролиза является снижение степени полезного использования красителя, уменьшение интенсивности и прочности окрасок, повышение степени загрязнения сточных вод красильно-отделочных предприятий. Применение традиционных активных красителей сопряжено с их не универсальностью по отношению к текстильным волокнам, вследствие способности к ковалентной фиксации только на субстратах с нуклеофильными группами (целлюлозные, белковые, полиамидные). Достаточную технологическую сложность представляет удаление (отмывка) 20-30% незафиксированного красителя.
Во многом решение указанных проблем при колорировании текстильных материалов активными красителями может быть эффективным
при переходе к новым типам красящих веществ данного класса, содержащих в хромофорной системе две и более функциональные группы, способные к образованию ковалентных связей с волокном (би- и полифункциональные активные красители). Применение этих красителей обеспечивает почти 100%-ную (92-96%) фиксацию на субстрате при сведении к минимуму их гидролиза, повышение эффективности промывки и снижение загрязнения окружающей среды.
В связи с изложенным задача комплексного теоретического и экспериментального исследования свойств бифункциональных активных красителей, особенностей их технологического использования, оптимизации рецептур и режимов крашения и печати и качества окрашенных целлюлозосодержащих текстильных материалов является актуальной и важной для развития современных технологий колорирования текстиля.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с главным научным направлением кафедры химической технологии и дизайна текстиля по созданию интенсифицированных и экологически адаптированных технологий отделки текстильных материалов. Отдельные разделы работы выполнены по госбюджетной тематике в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (Лентек 12.06-07). Ряд экспериментальных исследований и испытаний разработанной технологии осуществлены в учебно-научно-инновационном комплексе «Текстиль: цвет и дизайн» при кафедре химической технологии и дизайна текстиля СПГУТД с использованием современного красильного и печатного оборудования.
Результаты диссертационной работы представляют интерес для текстильных предприятий Сирийской Арабской Республики при выпуске окрашенных и набивных хлопчатобумажных и смесовых тканей.
Цель работы состоит в комплексном исследовании свойств бифункциональных активных красителей и создании на этой основе оптимизированных технологий крашения и печати целлюлозосодержащих текстильных материалов с повышением степени полезного использования
красителей и снижением загрязнения промышленных стоков текстильных предприятий.
Для решения поставленной задачи работа проводилась в следующих основных
направлениях:
Анализ свойств и способов применения существующих типов активных красителей;
Ознакомление с информацией об особенностях би- и полифункциональных активных красителей;
Сравнительное изучение коллоидно-химических, термодинамических и спектральных характеристик бифункциональных активных красителей;
Исследование гидролиза бифункциональных красителей и поиск путей его снижения в условиях крашения волокнистых материалов;
Оценка влияния технологических параметров процесса колорирования на степень ковалентной фиксации бифункциональных красителей целлюлозным волокном;
Обоснование и выбор наиболее эффективной технологии крашения и печатания хлопчатобумажных тканей бифункциональными активными красителями;
Технико-экономическое обоснование разработанных процессов и оценка экологической безопасности созданных технологий и текстильной продукции.
Научная новизна результатов работы заключается:
В получении данных о растворимости, сорбционной и диффузионной способности молекул бифункциональных активных красителей в сравнении с известными монофункциональными аналогами;
В оценке специфики гмдролиза бифункциональных активных красителей и нахождения путей его минимизации;
В выявлении закономерностей ковалентной фиксации бифункциональных активных красителей от основных технологических параметров процесса колорирования целлюлозосодержащих текстильных
материалов и создания на этой основе оптимизированных технологий
крашения и печати; 4. В установлении особенностей состояния бифункциональных активных
красителей в водных растворах и целлюлозном субстрате и
определения условий получения окрасок с высокими
колористическими и прочностными показателями. Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит:
В разработке оптимизированной технологии колорирования целллюлозосодержащих текстильных материалов бифункциональными активными красителями, реализация которой позволяет:
Повысить степень полезного использования красителя за счет увеличения ковалентной фиксации на текстильном материале и снижения гидролиза в красящих растворах и составах;
Расширить цветовую гамму окрасок заданного цвета с высокими колористическими и прочностными показателями;
В снижении содержания красителей в промывных водах, что обуславливает улучшение экологической ситуации, благодаря уменьшению их поступления в промышленные стоки красильно-отделочных предприятий;
В возможности широкого использования бифункциональных активных красителей в процессах крашения, нанесения рисунка и свободной росписи тканей с обеспечением высокого качества их художественно-колористического оформления.
Результаты диссертационной работы рекомендованы к практическому использованию на текстильных предприятиях и фирмах, имеют применении при выпуске изделий на ООО «Юнти» (Санкт-Петербург) и производственном участке УНИК «Текстиль: цвет и дизайн» при кафедре химической технологии и дизайна текстиля СПГУТД.
Результаты работы используются в учебном процессе кафедры XT и ДТ при подготовке специалистов по спец. 240202 «Химическая технология и
оборудование отделочного производства», 240203 «Химическая технология
реставрации и облагораживания текстильных материалов, кожи и меха» и
052407 «Дизайн текстиля». Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждены и получили положительную оценку на Юбилейной научно-методической конференции, посвященной 170-ти летию кафедры химической технологии и дизайна текстиля (СПБ, СПГУТД, октябрь 2004 г.), научной конференции молодых ученых СПГУТД, посвященной 60-ти летию Победы (СПБ, СПГУТД, апрель 2005 г.), научно-технической конференции «Конъюктура рынка текстиля и пути создания конкурентоспособной продукции» (Москва, МГТУ им. А.Н.Косыгина, ноябрь 2005 г.), научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты окружающей среды» (Чебоксары, Чувашский государственный университет, 2006), Всероссийской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Дни науки» (СПБ, СПГУТД, 2006-07 г.г.)
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 7 печатных работ
Структура и объем диссертационной. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав (литературно-аналитической (1), экспериментальной (2-4), технико-экономической и экологической (5), методической (6), общих выводов, выводов, списка использованных источников (168 наименований) и 2 приложений,. Работа изложена на 130 с. машинописного текста, 27 рисунков и 46 таблиц. Общий объем диссертации составляет 190 страниц
Характеристика активных красителей как средства получения окрасок на текстильных материалах из целлюлозных волокон
Несмотря на расширение производства химических волокон, спрос на натуральные волокна не уменьшается, а имеет тенденцию к увеличению в связи с чем возрастает и потребление активных красителей. Для колорирования хлопчатобумажных материалов в настоящее время потребляется более 120 тыс.тонн активных красителей, шерстяных - около 2 тыс.тонн. В целом прогнозируется дальнейшее увеличение выпуска активных красителей, в том числе би- и полифункциональных / 39 /.
Активные красители наиболее молодой и динамично развивающийся класс красящих веществ. Они используются для крашения текстильных материалов по различным способам, включая периодические и непрерывные технологии. За рубежом для крашения активные красители применяются шире, чем в России, в печатании - наоборот (соответственно 30 и 9 и 25 и 45%) / 40 /
Впервые созданные фирмой «ICI» (Великобритания), 1956 г.) первые промышленные моно-и дихлортриазиновые красители в дальнейшем получили широкое распространение, включая ряд новых хромофорных систем с различными реакционноспособными группами. Для всех них были созданы и оптимизированы процессы крашения и печати / 41,42 /. Обычные (монофункциональные активные красители имеют ряд несомненных преимуществ (пригодны для крашения и печати, широкая гамма цветов, высокая растворимость, читота тона и прочность окрасок), но одновременно имеют некоторые недостатки: высокий расход электролита при крашении, сравнительно невысокая выбираемость и степень ковалентной фиксации на волокне (45-70 %), потеря прочности окрасок при не соблюдении режима промывки и др.
Прочность окрасок активными красителями зависит от строения их хромофорной системы и вида группы, ответственной за образование ковалентной связи с волокном / 43 / (табл. 1.1)
Для повышения степени фиксации активных красителей в их хромофорные системы вводится две одинаковые активные группы (дихлордифтор, винилсульфоновые и др.). Однако не всегда увеличение числа реакционноспособных групп повышает количество зафиксированного на волокне красителя, так как в реакцию с субстратом может вступать только одна активная группа. Поэтому еще в 50-е годы прошлого столетия были запатентованы активные красители с двумя и более различными активными группами (например, винилсульфоновая и две монохлортриазиновые) / 44 /. Однако в то время такие красители не получили коммерческого признания и должного развития. Только через 25 лет появился новый вид активных красителей с двумя разными активными группами, связанными через триазиновое кольцо (бифункциональные красители фирмы «Сумитомо», Япония- «Сумификс супра») / 45 /. Ниже будет дана более подробная информация о строении и свойствах би- и полифункциональных активных красителях.
Активные красители - первый и пока единственный класс красителей химически реагирующих с текстильными волокнами. Процесс крашения в данном случае может быть описан с позиций гетерогенной химической кинетики /41,42,46 / следующим образом dC _, d С . _,„ - = D-——kC" (i.i) dt dx2 v где первый член описывает скорость диффузии красителя внутри волокна (по 2-му закону Фика), а второй - скорость химической реакции красителя с функциональными группами волокна. Соотношение скоростей этих реакций должно быть компромиссным, но, в целом, следует стремиться к их повышению.
При рассмотрении реакции активных красителей с целлюлозой важно выяснение вопроса о сравнительной реакционной способности различных гидроксильных групп субстрата (первичных при 6-ом ивторичных при 2 и 3 атомах углерода пиранового кольца, а также концевых ацетильных при первом и концевых гидроксильных при 4-ом атомах углерода). Изучению данного вопроса было уделено достаточное внимание со стороны многих исследователей / 41,42, 47 /. В результате было показано, что все гидроксильные группы целлюлозы способных к реакции с активным красителем (рис. 1.2)
Сравнение диффузионно-сорбционных характеристик моно- и бифункциональных активных красителей
Сорбция активных красителей целлюлозным волокном является обязательной стадией, предшествующей истинной химической реакции, протекающей с образованием ковалентной связи. В последовательности процессов «диффузия-сорбция-химическая реакция», в которых участвует молекула красителя, сорбция занимает промежуточное, но важное место. Роль сорбции заключается в расположении молекул красителя в непосредственной близости и необходимом стерическом положении по отношению к активным центрам волокна/106,107/.
Процессу сорбции предшествует диффузия молекул красителя в объеме волокнистого субстрата Независимо от методов крашения или печатания массоперенос молекул (или ионов) красителя к активным центрам волокна, с которыми он вступает в химическую реакцию, является обязательной стадией, без которой не может произойти фиксация активного красителя. Вопросу диффузии активных красителей посвящено сравнительно немного работ / 108-110 / что объясняется сложностью трактовки механизма диффузии красителя в волокно, вследствие протекания химической реакции при образовании ковалентной связи. Знание диффузионных характеристик активных красителей необходимо по той причине, что именно они определяют продолжительность процессов колорирования и позволяют правильно подобрать красители при воспроизведении окрасок сложного цвета. Большинство исследований скорости диффузии выполнено применительно к целлюлозным субстратам. При этом в работах различных авторов затронуты все типы монофункциональных активных красителей (моно-и дигалоидтриазиновые, винилсудьфоновые, хлорпиримдиновые и др.) / 111-113 /. В табл.2.5. приведены значения коэффициентов диффузии для некоторых марок моно- (Н) и ди- (М) хлортриазиновых (проционовых) и винилсульфоновых (ремазолевых) активных красителей. Анализ представленных данных свидетельствует о достаточно широком диапазоне значений D (от 2.2 до 200 10" см/мин), что «вязано с использованием различных методов измерения, допускающих колебания показателей рН температуры и концентрации красителей.
Обращает на себя внимание тот факт что для дихлортридаиновых красителей смесовых цветов (с повышенно молекулярной массой) коэффициенты диффузии ниже, чем для индивидуальных красителей основного (спектрального) цвета.
Сведений о диффузионных характеристиках бифункциональных красителей очень мало. В настоящей работе определены коэффициенты диффузии для ряда исследуемых активных красителей ( № 1-7) с использованием стандартной методики, основанной на расчетах времени половинного крашения, определенного по кинетическим кривым сорбции этих красителей целлюлозным волокном. Коэффициент диффузии определяли по времени половинного накрашивания образцов хлопчатобумажной ткани. Крашение проводилось при температуру 20С, концентрации красителя - 10 % от массы образца. Для построения кинетических кривых сорбции колориметрически оценивали количественное содержание красителя на волокне через 0,3; 1; 2; 5; 15- и 90 минут. Коэффициент диффузии рассчитывали по формуле
Анализ кинетических кривых сорбции показывает, что диффузия монохлортриазиновых красителей (ярко-красный 6С, ярко-голубой К) в условиях проведения эксперимента является максимальной, а для красителей с повышенным сродством к целлюлозному волокну (ярко-красный 5СХ, ярко голубой КХ и бордо 4СТ) коэффициенты диффузии ниже, вследствие затрудненности диффузии термодинамическими и стерическими факторами. Скорость диффузии бифункциональных красителей занимает промежуточное место между указанными типами активных красителей. Возможно это связано с тем, что хромофорная система бифункциональных красителей (БФ-красный 6С и БФ-синий) одновременно содержит монохлортриазиновую и винилсульфоновую реакционные группы.
Достаточно высокая реакционная способность этих красителей обеспечивает относительно быструю диффузию молекул в объеме целлюлозного субстрата при их продвижении к активным центрам волокна. Данные выводы подтверждаются значениями времени половинного крашения и расчетными значениями коэффициентов диффузии, представленными в табл.2. Значения D определялись для сухого хлопкового волокна со средним радиусом 2.3 10 2мм
Следует отметить, что между молекулярной массой активных красителей и скоростью их диффузии в целлюлозное волокно не выявлено определенной зависимости. Так, красители 2 и 5 (монохлортриазиновые), имеющие максимальные значения коэффициента диффузии (4.67 и 4.20 10 9 см2/с соответственно) обладают высокой молекулярной массой (801.5 и 840.1 а.е.м.), а бифункциональные красители (6 и 7), имеющие максимальную молекулярную массу (995.5 и 837.2 а.е.м), достаточно быстро приникают во внутренний объем волокна (D=3.50 и 3.36 10 см /с). Повидимому тип хромофорной системы активного красителя, ее строение и расположение в пространстве играют в данном случае более существенную роль.
Достаточно высокая скорость диффузии бифункциональных красителей в хлопковое волокно, определяющая продолжительность процесса крашения, позволяет прогнозировать возможность их использования по различным технологическим схемам (периодическое, полунепрерывное, непрерывное), а также для печатания текстильных материалов.
Как показано выше, увеличение концентрации красителя и нейтрального электролита способствует агрегации активных красителей, а а повышение температуры, напротив, снижению степени их ассоциации. Можно ожидать, что такое влияние соответствующим образом отразиться на скорости диффузии этих красителей в целлюлозный субстрат. Однако, проведенные исследования (для бифункциональных красителей) показали, что закономерное увеличение коэффициента диффузии наблюдается только с ростом концентрации мочевины и температуры. При этом краситель с большей молкуцлярной массой (БФ-красный 6С) имеет более низкие значения (по сравнению с БФ-синим) (табл. 3.26).
Устойчивость печатных красок при хранении 144
Ровнота и насыщенность цвета окрасок после крашения являются важными показателями в комплексной оценке качества колорирования. Измерение величин ДЕ и АС производилось с использованием стандартного источника освещения D 65 в равноконтрастной системе Lab.
Результаты измерения указанных цветовых характеристик для образцов хлопчатобумажной ткани, окрашенных исследуемыми активными красителями по четырем способам представлены в Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие основные выводы: - По насыщенности окрасок
Насыщенность окраски образцов можно сравнивать только между различными способами крашения, так как каждый краситель обеспечивает собственную насыщенность и оттенок цвета, определяемые химической структурой и строением его хромофорной системы. Однако, с достаточной долей уверенности можно утверждать, что применение бифункциональных активных красителей обеспечивает получение более насыщенных окрасок по сравнению с монофункциональными, что особенно заметно при реализации непрерывных способов крашения. Объяснение этому выводу заключается в повышенном содержании красителя на волокне, вследствие значительно более высокой степени фиксации бифункциональных красителей (в среднем на 10-15 %) и их повышенного содержания на волокне после промывки. в определенной степени прослеживается корреляция между интенсивностью и насыщенностью окрасок, так как уровень обоих показателей определяется абсолютным количеством зафиксированного на образце красителя. Поэтому для бифункциональных красителей значения А С и АЕ максимальны для всех вариантов проведенного эксперимента. По ровноте окрасок
Ровнота окрасок уменьшается с увеличением сорбционной (сродства) и реакционной способности активного красителя. Поэтому для дихлортриазинового (ярко-красный 5СХ) и бифункциональных (красный 6С и синий) красителей показатели А Е имеют несколько более высокие значения, чем для остальных красителей; - максимальные цветовые различия отмечены для окрасок образцов, окрашенных по периодическому способу (достаточноя временная продолжительность для более равномерного распределения красителя на субстрате); максимальная неровнота окрасок выявлена для образцов, окрашенных по плюсовочно-термофиксационному способу, то есть для условий, соответствующих наибольшей термической миграции красителя на волокне; показатели АЕ для образцов, окрашенных по плюсовочно-запарному и плюсовочно-накатному способам близуи между собой
3. Устойчивость окрасок к физико-химическим воздействиям
Устойчивость окрасок к внешним воздействиям оценивали по стандартным методам в соответствии с ГОСТ 9733-083. Результаты испытаний сведены в табл. 3.5 Таблица 3.5 - Устойчивость окрасок к физико-химическим воздействиям Анализ прочностных показателей окрасок позволяет сделать следующие выводы:
При сравнении активных красителей разного типа можно выявить тенденцию к повышению устойчивости окрасок на 0.5-1 балл при использовании бифункциональных красителей по сравнению с монофункциональными. Это связано с повышенным количеством ковалентных связей, закрепляющих краситель на целлюлозном волокне. Меньшая часть гидролизованной формы красителя для бифункциональных хромофорных систем определяет увеличение прочности окраски к мокрым обработкам (стирке), трению и химической чистке, (воздействию органических растворителей) Показатели светостойкости окрасок изменяются незначительно (в сторону повышения)
- Влияние способа крашения на устойчивость полученных окраксок выражено слабо, в целом, прочностные показатели тнемного выше при периодическом и плюсовочно-запарном крашении хлопчатобумажной ткани.
4. Степень десорбции красителя с окрашенной ткани
Степень удаления незафиксированного активного красителя в процессе интенсивной промывки окрашенной ткани в целом, характеризует результаты крашения. Это обусловлено следующими причинами: - меньшая десорбция красителя в условиях интенсивной промывки ткани свидетельствует свидетельствует о его преимущественном закреплении на волокне посредством прочных химических связей; - пониженные показатели десорбции говорят о снижении доли гидролизованного активного красителя; - меньшая десорбция красителя при промывке обуславливает понижение загрязнения промстоков красильно-отделочного производства (улучшение экологической ситуации) Степень десорбции исследуемых красителей с окрашенных образцов хлопчатобумажной ткани (по различным технологическим способам) определяли следующим образом: - образцы идентичной массы, окрашенные по конкретному режиму, (см. табл. 3.2) подвергали обработке при 90 С в растворе неионогенного ПАВ (2 г/л) в течение 30 мин. при интенсивной циркуляции раствора (магнитная мешалка). - степень десорбции красителя с окрашенного образца рассчитывали по формуле
Анализ данных 3.6 показывает, что минимальная остаточная десорбция после различных способов крашения наблюдается для дихлортриазинового (ярко-красный 5СХ-6-9 % и бифункциональных (БФ-красный 6С-4.1-5.8 % и БФ-синий - 3.3-4.4 %) красителей. Это хорошо согласуется с ранее сделанными выводами о повышенной реакционной способности и устойчивости к гидролизу активных красителей с двумя реакционными группами.
При сравнении различных способов крашения выявлено, что более прочное закрепление красителя (меньшая десорбция) отмечается при применении плюсовочно-термофиксационного метода, а менее прочное (большая десорбция)- при использовании холодного способа крашения (плюсовочно-накатного). Однако эти различия невелики и можно говорить о том, что при любом способе крашения бифункциональными красителями их десорбция выражена в минимальной степени..Комплексный анализ результатов данного раздела работы, цель которого состоит в выборе оптимальной технологии крашения бифункциональными красителями, позволяет сделать следующие выводы: интенсивность окрасок БФ-красителями выше, при применении непрерывных технологий крашения; насыщенность окрасок максимальная при плюсовочно-термофиксационном крашении; - максимальная ровнота окрасок получается при периодическом крашении, минимальная - при плюсовочно-накатном способе; прочность окрасок максимальна при периодическом и плюсовочно-запарном способах крашения; БФ-красители практически не смываются с окрашенных образцов (степень десорбции 3-6%) в процессе промывки и поступают с стоки в минимальном количестве.
Используя обобщенную функцию желательности, целесообразность использования способов крашения можно расположить в следующей убывающей последовательности: П-3 П П-Т П-Н Таким образом, для крашения целлюлозных материалов бифункциональными красителями наиболее целесообразно и практически оправдано использование плюсовочно-запарного и периодического способов, позволяющих получить высокое качество окрасок при минимальном загрязнении окружающей среды.
Технико-экономические преимущества применения бифункци ональных активных красителей
Для решения экологических проблем, возникающих при отделке текстильных материалов необходим комплексный подход, учитывающий особенности химико-технологических процессов, соответствие красителей и ТВВ требованиям стандартов, экологическую ориентированность операций колорирования, эффективность способов водоподготовки и очистки сточных вод/158/.
Процессы крашения и печати бифункциональными активными красителями можно отнести к современным и экологически адаптированным (максимально безопасным) технологиям, так как, благодаря их высокой степени фиксации на волокне и минимальной десорбции при промывке окрашенных или напечатанных тканей. Вследствие этого, в сточные воды красильных и печатных цехов отделочных предприятий при применении таких красителей поступает значительно меньшее количество красителя по сравнению с использованием монофункциональных активных красителей. В этой связи для обесцвечивания стоков с разрушением красителей целесообразно использовать способ их локальной очистки, рекомендуемый в работе С.В.Поповой, выполненной на кафедре инженерной химии и промышленной экологии Санкт-Петербургского университета технологии и дизайна / 159 /. Данный способ основан на сочетании фотохимического обесцвечивания промывных вод и стоков с микробиологической очисткой продуктов фотодеструкции красителей до их глубокого разрушения (минерализации).
Способ эффективен для красителей, содержащих в хромофорной системе азогруппы (в частности к ним относится БФ-красный 6С). При обработке растворов, содержащих такие красители на установке с УФ-излучением определенной мощности и при условии введения в раствор пероксида водорода происходит достаточно быстрая деструкция молекул красителя с образованием промежуточных продуктов (производные анилина, сульфированные ароматические соединения нафтохинон, фталевая кислота и др.), которые в случае последующей микробиологической обработки распадаются до формы простых веществ (соли, диоксид углерода, азот, вода и др.). Эти формы в экологическом отношении можно считать практически безопасными.
Предварительная обработка окрашенных растворов в системе « УФ-излучение + Н202» существенно повышает способность красителей (с -N=N-группами) к биодеструкции /159/
Известно, что за 6 суток инкубации активным илом деструкция красителей в отработанных растворах без их предварительной фотохимической обработки происходит не более, чем на 10% (в основном за счет биосорбции, а не минерализации). В том случае если такая обработка проведена (при концентрации пероксида водорода 90 мг/л, рН=7 и температуре 25 С) промежуточные продукты распада красителей минерализуются за 24 часа инкубации.
Обесцвечивание окрашенных промывных вод происходит практически полностью за 20 минут фотохимической обработки. На основании результатов испытаний растворов усредненных вод после стадий колорирования и промывки подтверждена целесообразность их локальной фотохимической обработки, позволяющей обесцветить растворы до уровня требований их повторного использования в технологических процессах и сократить, в целом, потребление и сброс воды в процессах крашения и печатания текстильных материалов (в том числе, бифункциональными активными красителями).
1. На основании анализа научно-технической информации установлена перспективность использования бифункциональных активных красителей (БФК) в процессах крашения и печатания текстильных материалов из целлюлозных волокон. Определены проблемы их применения, сформулированы задачи, требующие проведения комплексных исследований с целью оптимизации указанных технологий.
2. Установлено, что высокая растворимость БФК, обусловленная повышенным содержанием сульфогрупп в хромофорной системе не приводит к снижению устойчивости окрасок к мокрым обработкам, вследствие высокой степени ковалентной фиксации красителя на целлюлозном субстрате. Экспериментально доказано, что степень ассоциации молекул БФК увеличивается с ростом температуры и концентрации гидротропного вещества (мочевины). Показаны пути регулирования состояния БФК в растворе с помощью основных технологичебских параметров.
3. Путем расчета коэффициентов диффузии установлено, что диффузионная вктивность БФК занимает промежуточное положение между хлортриазиновыми и винилсульфоновыми активными красителями. Выявлены высокие значения термодинамического сродства и выбираемости БФК по отношению к целлюлозному волокну сопоставимые с аналогичными показателями для дихлортриазиновых красителей.
4. На основе электронных представлений дано объяснение экспериментально установленной высокой реакционной способности БФК. Найдена корреляция между реакционной способностью и степенью ковалентной фиксации красителей на целлюлозном субстрате, которая для БФ-красного 6С и БФ-синего превышает 90 % при крашении по периодической и непрерывной (плюсовочно-запарной) технологиям
