Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 11
1.1. Строение, свойства активных красителей 12
1.1.1. Интенсификация процессов крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями 16
1.2. Строение, свойства прямых красителей 19
1.2.1. Интенсификация процессов крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями 23
1.3. Строение, свойства кислотных красителей 26
1.3.1. Интенсификация процессов крашения кислотными красителям и... 31
1.4. Химическое строение хитина и хитозана 33
1.5. Химические свойства хитина и хитозана 38
1.6. Применение хитозана в различных областях промышленности 48
2. Методическая часть 56
2.1.1. Характеристика объектов исследования 56
2.1.2. Характеристика используемых красителей 57
2.1.3. Характеристика используемых химических реагентов 59
2.2. Методы исследования 60
2.2.1. Периодический способ крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями 60
2.2.2. Периодический способ крашения хлопчатобумажной ткани прямыми красителями 60
2.2.3. Периодический способ крашения тканей из смеси шерстяных и вискозных волокон кислотными красителями 61
2.3. Методика определения содержания красителя на волокне 62
2.4. Методика определения взаимодействия хитозана с активными красителями методом УФ-спектроскопии 62
2.5. Методика определения содержания на волокне активных красителей по методу колориметрирования 62
2.6. Методика определения содержания активного красителя в красильной ванне 63
2.7. Методы оценки физико-механических показателей окрашенной ткани 63
2.8. Методы испытания устойчивости окрасок к различным физико-химическим воздействиям 64
2.9. Методы определения цветовых характеристик и цветовых различий окрасок хлопчатобумажных текстильных материалов 64
2.10. Методика определения коэффициентов диффузии активных красителей в волокно 65
2.11. Методика планирования трехфакторного эксперимента 68
2.12. Методика формования пленок из хитозана 72
2.13. Методика определения структуры хитозановых пленок и образцов ткани методом растровой электронной микроскопии 73
2.14. Методика определения структуры полимеров методом ИК-спектроскопии 73
3. Экспериментальная часть 74
3.1. Влияние хитозана на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей активными красителями 74
3.1.1. Изучение процесса взаимодействия хитозана с активными красителями в процессах крашения хлопчатобумажных тканей 78
3.1.1.1. Изучение процессов, протекающих в системе «активный краситель- хитозан - ткань» при крашении хлопчатобумажных тканей 83
3.1.1.2. Изучение воздействия хитозана на изменение поверхности целлюлозного волокна 87
3.1.2. Влияние концентрации гидроксида натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана 91
3.1.2.1. Влияние щелочи на структуру хитозана в условиях крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями 94
3.1.3. Влияние хитозана на степень фиксации красителя на волокне при крашении хлопчатобумажных тканей активными красителями 95
3.1.4. Изучение кинетики крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана I и хитозана II 101
3.1.5. Свойства текстильных материалов, окрашенных с применением хитозана 106
3.1.5.1. Влияние хитозана на разрывную нагрузку и удлинение окрашенных хлопчатобумажных тканей 106
3.1.5.2. Влияние хитозана на воздухопроницаемость окрашенных хлопчатобумажных тканей 110
3.1.6. Влияние хитозана на колористические характеристики хлопчатобумажных тканей, окрашенных активными красителями 112
3.1.7. Разработка рациональной технологии крашения хлопчатобумажной ткани активными красителями в присутствии хитозана 116
3.2. Влияние хитозана на накрашиваемость тканей из целлюлозных волокон прямыми красителями 117
3.2.1. Влияние концентрации карбоната натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей прямыми красителями в присутствии хитозана.. 119
3.2.2. Влияние концентрации различных солей металлов на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей прямыми красителями в присутствии хитозана 121
3.2.3. Изучение процесса взаимодействия прямых красителей с солями металлов в условиях крашения 127
3.2.4. Кинетика крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями с применением хитозана и солей металлов 133
3.2.5. Влияние хитозана на физико-механические характеристики хлопчатобумажных тканей, окрашенных прямыми красителями 138
3.2.5.1. Разрывная нагрузка и абсолютное удлинение хлопчатобумажных тканей, обработанных хитозаном 139
3.2.5.2. Воздухопроницаемость хлопчатобумажных тканей, обработанных хитозаном 143
3.2.5.3. Жесткость хлопчатобумажных тканей, обработанных хитозаном 145
3.2.5.4 Оптимизация технологии крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями с применением хитозана и солей металлов 147
3.2.6. Разработка оптимальной технологии крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями в присутствии хитозана и солей металлов 151
3.3. Влияние хитозана на накрашиваемость хлопчатобумажной ткани не традиционными классами красителей 152
3.3.1. Влияние концентрации хитозана на накрашиваемость хлопчатобумажной ткани кислотными красителями 152
3.3.2. Влияние температуры крашения на накрашиваемость хлопчатобумажной ткани кислотными красителями 153
3.3.3. Влияние времени предварительной термообработки на накрашиваемость хлопчатобумажной ткани кислотными красителями 156
3.3.4. Разработка технологии крашения тканей из смеси шерстяных и вискозных волокон в присутствии хитозана одним классом красителей... 159
Выводы 162
Список литературы 163
- Интенсификация процессов крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями
- Периодический способ крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями
- Влияние концентрации гидроксида натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана
- Влияние хитозана на накрашиваемость тканей из целлюлозных волокон прямыми красителями
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, учитывая рыночные отношения и нарастающую конкуренцию между текстильными предприятиями в условиях повышения требований к качеству текстильных материалов, наблюдается тенденция в создании ресурсосберегающих и экологически чистых технологий с использованием отечественного сырья.
В последние годы заметно увеличился интерес к полисахаридам, обладающим рядом ценных свойств (биоразрушаемостью, экологичностью, пленкообразующей и загущающей способностью), и в частности к хитозану.
Хитозан представляет собой продукт дезацетилирования хитина и является наиболее известным и изученным водорастворимым производным хитина. По распространенности уступает только целлюлозе и воспроизводится в природе из полностью возобновляемого природного сырья. Он входит в состав опорных тканей и внешнего скелета членистоногих (ракообразных, паукообразных), насекомых, водорослей, где находится в комплексе с минеральными солями.
Этот препарат обладает хорошей биологической активностью, радиационной устойчивостью, способностью к волокно- и пленкообразованию. Помимо всех этих свойств хитозан является экологически чистым продуктом, что обуславливает его широкое применение.
Несмотря на широкое применение хитозана в различных областях, внедрение его в процессы крашения текстильных материалов сдерживается из-за отсутствия технологий.
Работа проводилась в рамках координационного плана научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по синтезу, исследованию и применению адсорбентов РАН (отделение общей и технической химии, План научного совета РАН по адсорбции и хроматографии №2.15.1 Т-20).
Цель работы состояла в теоретическом обосновании и разработке технологии крашения хлопчатобумажных тканей водорастворимыми классами
7 красителей с использованием хитозана, обеспечивающих получение высококачественных готовых текстильных изделий.
Для решения поставленной цели были проведены следующие исследования:
изучено влияние внешних факторов (концентрации хитозана, длительности крашения, концентрации средообразующих добавок и др.) на красящую силу хлопчатобумажных тканей, окрашенных активными, прямыми, кислотными красителями;
изучена кинетика сорбции активных, прямых, кислотных красителей хлопчатобумажными тканями в присутствии хитозана;
физико-химическими методами изучено взаимодействие хитозана с целлюлозным волокном и водорастворимыми красителями в процессах крашения;
проведена оптимизация составов красильных ванн и технологий крашения хлопчатобумажных тканей активными и прямыми красителями с использованием хитозана;
обоснована технология крашения хлопчатобумажных тканей и текстильных материалов из смеси шерстяных и вискозных волокон нетрадиционными классами красителей.
Общая характеристика объектов и методов исследования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на подготовленной хлопчатобумажной бязи арт. 262, выработанной на ОАО «Трех-горная мануфактура», г. Москва. В работе использовали 2 образца хитозана: хитозан I (крабовый), предоставленный ф. «Сонат», хитозан II (крилевый), предоставленный ВНИИРО, (г.Москва), прямые красители (прямой оранжевый светопрочный, прямой красный 6С, прямой диазозеленый 4Ж) и активные красители (активный ярко-голубой КХ, активный ярко-оранжевый 2КТ, активный красный 6С) и кислотные красители (кислотный ярко-красный ан-трахиноновый Н8С, кислотный ярко-красный.
С помощью современных методов физико-химического анализа исследовано влияние хитозана на процесс крашения хлопчатобумажных тканей
водорастворимыми красителями. Колористические показатели оценивались на спектрофотометре 3600d ф.»МіпоІЇа» с программным обеспечением ф. «Orintex» (Италия). Основные экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик и в соответствии с требованиями ГОСТ. Все расчеты в работе проведены с использованием ЭВМ.
Научная новизна:
Впервые теоретически и экспериментально обоснована целесообразность использования экологически чистого препарата - хитозана в качестве интенсификатора в процессах крашения хлопчатобумажных тканей водорастворимыми красителями с целью получения качественной готовой продукции с высокими потребительскими свойствами.
Наиболее существенными результатами в работе являются:
- выявлены основные закономерности влияния хитозана на изменение
накрашиваемости хлопчатобумажных текстильных материалов прямыми и
активными красителями. Найдены оптимальные параметры процессов кра
шения;
современными методами исследования обоснован физико-химический механизм влияния хитозана на процесс крашения целлюлозных волокон активными и прямыми красителями, заключающийся в образовании на поверхности волокна окрашенной полимерной пленки, в которой фиксируется краситель;
показано улучшение физико-механических показателей хлопчатобумажных тканей, окрашенных в присутствии хитозана по разработанным технологиям;
разработаны экологически безопасные технологии крашения хлопчатобумажных тканей на основе хитозана с оптимальными соотношениями компонентов красильной ванны, при которых достигаются наилучшие колористические и эксплуатационные показатели;
обоснована технология крашения хлопчатобумажных тканей и текстильных материалов из смеси шерстяных и вискозных волокон нетрадиционными классами красителей.
Практическая значимость.
На основании полученных данных разработаны технологии крашения хлопчатобумажных тканей водорастворимыми классами красителей с применением хитозана в качестве пленкообразующего компонента красильных ванн, обеспечивающие улучшение колористических характеристик готовых текстильных изделий, экологичность процессов крашения, экономию энергоресурсов и химических реагентов.
Автор защищает:
теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования хитозана в качестве интенсификатора в процессах крашения хлопчатобумажных тканей водорастворимыми красителями различных классов (прямыми и активными);
кинетические закономерности поведения хитозана в условиях крашения водорастворимыми красителями тканей из целлюлозных волокон;
физико-химический механизм влияния хитозана на процесс крашения хлопчатобумажных тканей прямыми и активными красителями;
новые составы красильных ванн на основе экологически чистого препарата хитозана;
разработанные технологии крашения хлопчатобумажных тканей водорастворимыми красителями.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль -2002), (26 - 27 ноября 2002 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина, г. Москва); на V Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды». М.: МГУИЭ. 14-15 апреля 2003 г.; на VIII Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбционных процессов в пористых структурах». М.: ИФХ РАН, 21-25 апреля 2003 г.; на VII Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана». Санкт-Петербург- Репин, 15-18 сентября 2003 г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии
10 и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2003), (18- 19 ноября 2003 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина, г. Москва); на III Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры- 2004». М.: МГУ, 27 января- 1 февраля 2004 г.; на IX Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ». М.: ИФХ РАН, 19-23 апреля 2004 г.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В настоящее время хлопчатобумажные текстильные материалы окрашивают различными классами красителей. В эту группу можно отнести такие классы красителей, как прямые, активные, кубовые, сернистые, нерастворимые азокрасители [1].
Нерастворимые азокрасители дают яркие устойчивые окраски к мокрым обработкам, но устойчивость окрасок к трению и свету низкая.
Кубовые красители окрашивают целлюлозные полотна в яркие цвета, при этом полученные окраски имеют высокую устойчивость окрасок к стиркам и свету. Недостатком этих красителей является их высокая стоимость, сложная технология крашения, и низкая устойчивость окрасок к трению.
Сернистые красители имеют неполный спектр цветов, окраски неяркие. Многие марки сернистых красителей уменьшают светостойкость волокон.
Активные красители дают возможность получить яркие окраски с высокой устойчивостью к мокрым обработкам и трению. Красители обладают хорошей ровняющей способностью и полной цветовой гаммой. Но одним из недостатков этих красителей является их способность вступать в реакцию гидролиза с водой, трудности при промывке и невысокая устойчивость к свету красителей алых и красных цветов.
С помощью прямых красителей можно получить полную гамму цветов. Их широкому применению способствуют простота и экономичность технологического процесса крашения, универсальность применения, их сравнительно невысокая стоимость и простота производства, наличие большого количества красителей различных марок и то, что некоторые из них по многим основным показателям имеют удовлетворительную и даже хорошую прочность окрасок. Однако у этих красителей невысокая устойчивость окрасок к мокрым обработкам, поэтому для ее повышения необходимо прибегнуть к обработке окрашенных материалов закрепителями [2].
Интенсификация процессов крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями
Технологии крашения прямыми красителями периодически модернизируются. Появляются новые способы крашения, некоторые из них находят широкое применение, часть из них требует дальнейшей разработки и внедрения в промышленность.
В работе [23] предлагается способ применения электрического тока в крашении хлопчатобумажных тканей прямыми красителями. Эта технология основана на пропускании через ткань переменного электрического тока, содержащийся в ткани раствор красителя быстро закипает, это сопровождается бурным перемешиванием раствора при температуре 104С. Установлено, что применение такой технологии позволяет повысить интенсивность окраски хлопчатобумажных тканей на 20 %.
В статье [24] исследовано применение гиперзвука в процессах крашения. Данные исследования основаны на применении ультразвука, который способствует дезагрегации ассоциатов частиц красителя, обеспечивая тем самым более глубокое крашение и повышение равномерности окраски материала.
В статье [25] представлена технология крашения хлопчатобумажных тканей плюсовочно-запарным способом, который основан на том, ткань пропитывается концентрированным раствором красителя в ванне с вытеснителем, что дает возможность увеличить время пребывания ее в красильном растворе. После плюсования ткань отжимают, запаривают в течение 2-3 мин при температуре 102-105С, затем обрабатывают в ванне, содержащей раствор хлорида натрия (5-Ю г/л) и после промывки подвергают обработке катион-ными препаратами. Применение хлорида натрия снижает потери красителя при промывке.
При крашении плюсовочно-запарным способом обеспечивается равномерная окраска и хороший прокрас. Этот способ высокопроизводителен и экономичен. Установлено, что при запаривании ткани после плюсования на 30% увеличивается сорбция красителя. Запаривание облегчает промывку, т.к. малое количество оставшегося незафиксированного красителя очень легко удаляется с ткани даже при крашении в темные тона.
Фирма «Дюпон» (США) рекомендует проводить крашение целлюлозных волокон прямыми красителями в высококонцентрированном растворе без электролитов с применением диспергаторов и смачивателей (мочевина, триэтаноламин), после чего следует запаривание в течение 5-10 мин, обработка раствором хлорида натрия и промывка.
Добавка соды вместо хлорида натрия способствует повышению дисперсности красителя и его выбираемости. Запаривание в течение 5 минут при 100С можно заменить обработкой при 130С в течение 20-30 с.
Результаты эффективности совмещения процесса крашения хлопчатобумажных тканей в светлые тона с отбелкой представлены в статье [25].
Способ основан на том, что трикотажное полотно сначала обрабатывается при температуре 40С в растворе, содержащем (в г/л):
Растворы компонентов вливают постепенно в красильную ванну, модуль ванны 20:1. Красильную ванну нагревают до оптимальной температуры крашения и обрабатывают в течение 1-2 часов и промывают.
В статье [17] предлагается суспензионный метод крашения хлопчатобумажных материалов прямыми красителями. Как известно, прямые красители взаимодействуют с ВаС12 с образованием нерастворимых высокодисперсных бариевых солей красителя, которые адсорбируются целлюлозным волокном. Крашение начинают при температуре 40-45С, в этом случае бариевая соль не выпадает в осадок, а находится в высокодисперсном взвешенном состоянии. Красильный раствор постепенно нагревают до 90С, в этот период нерастворимые бариевые соли выбираются волокном. Затем крашение происходит при кипении в течение 10-15 мин, бариевая соль красителя при этом гидролизуется, а краситель диффундирует в волокно. Барий выделяется в виде осадка - гидроксида бария (Ва(ОН)2. В виде исключения для прямого алого рекомендуется применять хлорид магния.
В работе [26] предлагается использование ионов S-, р-и d-металлов в процессах крашения прямыми красителями различного строения (простыми азокрасителями, светопрочными и диазотируемыми) целлюлозных волокон с целью улучшения колористических и потребительских параметров окрашенной ткани. Комплексоны, взаимодействуют с металлами, с образованием соответствующих комплексонатов различной структуры. Поэтому рассматривались процессы протравливания в присутствии комплексонов различной структуры, в качестве которых использовали мочевину, трилон Б и ОЭДФ. Были изучены концентрационные, кинетические и температурные зависимости степени накрашиваемости от наличия системы: комплексон-ион металла - в красильной ванне.
Показано, что применение комплексонов может существенно изменять и в ряде случаев повышать колористические характеристики окраски, что, по-видимому, связано с образованием сложной системы комплексон-катион металла - краситель — волокно в двухстадийном процессе крашения. Найдены оптимальные режимы и последовательности процессов протравливания и крашения в концентрационном временном и температурном режимах.
В работе [27] оценены возможности применения бесформальдегидных закрепителей при крашении текстильных материалов прямыми красителями. Выявлена эффективность применения отечественных закрепителей нового поколения для повышения прочности окраски прямых красителей на текстильных материалах, окрашенных в светлые и темные тона.
Определены оптимальные концентрации закрепителей: БЗК-1, МФЗП, Бикола и Олигозола БФТ. Более низкую закрепляющую способность имеет препарат МФЗП. Эффективность закрепляющего действия других закрепителей сопоставима с закреплением ДЦУ. При крашении в светлые тона полученные окраски имеют высокие показатели прочности к мокрым обработкам (4-5 и 5 баллов). Для интенсивно окрашенных тканей прочность окрасок для большинства красителей в среднем ниже на 1 балл. Показано, что прочность окрасок прямых красителей после закрепления бесформальдегидными закрепителями БЗК-1, Бикол М, Олигозол БФТ соответствуют установленным нормам.
В патенте [28] предлагается способ крашения текстильных материалов из целлюлозных волокон прямыми красителями. Технология крашения заключается в том, что сначала ткань пропитывается солевым раствором, а затем окрашивается прямым красителем. После крашения, ткань промывается и обрабатывается препаратами для упрочнения окраски, с последующей сушкой. В солевой раствор дополнительно вводят сульфат натрия при соотношении от 1:3 до 1:5 при их общей концентрации в растворе от 20 до 80 г/л. Этот способ позволяет улучшить колористические показатели окраски за счет повышения прочностных показателей.
В работе [29] рассматривается возможность применения синтанов в процессах крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями. Крашение и обработка данным составом осуществлялась при модуле ванны 1:25. В процессе крашения было установлено, что синтаны повышают эффективность крашения.
В работе [30] предложен интересный способ крашения хлопчатобумажных тканей с предварительной обработкой диэтиламиноэтилолом крахмала. Обработка 2% раствором модифицированного крахмала с содержанием азота 1,18% улучшает накрашиваемость и прочность окраски при крашении в течение 3 мин при температуре 160С.
Периодический способ крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями
Крашение ведется при 80С, модуле ванны 30 в течение 15 мин, далее вводят NaCl и крашение ведут еще 45-60 мин. При применении красителей со средней ровняющей способностью электролит (NaCl) вводят постепенно в 2-3 приема с интервалом 5-7 мин [151].
Периодический способ крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями Крашение осуществляется в соответствии с каталогом НИОПиК [152]. На первой стадии крашение ведут в нейтральной среде в присутствии красителя и электролита в течение 30 мин при температуре, оптимальной для данной марки красителя. Затем через 30 мин от начала крашения вводят щелоч ной агент. Общее время крашения 90-120 мин. Затем образцы промывают и сушат. В красильную ванну вносят раствор сульфата натрия, раствор сульфата аммония, хлорид натрия, растворы кислотного и прямого красителей. Кра шение начинают при температуре 40С, в течение 10 мин обрабатывают образцы ткани, затем в течение 30 мин нагревают красильную ванну до кипения, красят 30-60 мин, охлаждают, промывают образцы ткани теплой и холодной водой, высушивают. Методика определения содержания красителя на волокне Содержание красителя на волокне оценивали спектрофотометрическим методом с использованием уравнения Гуревича-Кубелки-Мунка. Для этого снимали спектры отражения окрашенных образцов на спектрофотометре «Spectroton», подключенном к ЭВМ. Из полученных спектров отражения находили наименьшее значение коэффициента отражения R, соответствующее максимуму поглощения. Полученные значения Rn,jn переводили в значения функции K/S, используя таблицу зависимости функции Гуревича-Кубелки-Мунка от спектрального коэффициента отражения. Изменение оценочного содержания красителя на волокне относительно стандартного образца определяли по формуле: где: K/SD и K/So - функция Гуревича-Кубелки-Мунка для исследуемых образцов и эталона. Ошибка метода не более 0,5% [154]. Методика определения взаимодействия хитозана с активными кра сителями методом УФ-спектроскопии Спектры пропускания растворов хитозана, красителя и их смеси снимали на спектрофотометре «Specord М-40», управляемым персональным компьютером. Измерения проводились в видимой и УФ-области спектра.
Методика определения содержания на волокне активных красите лей по методу колориметрирования [155] Навеску окрашенной ткани массой 0,1 г, взвешенную с погрешностью до 0,0001 г, смачивают несколькими каплями дистиллированной воды. Затем в стакан наливают 15-20 мл химически чистой H2SO4 (р=1,84) и растворяют в течение 60 мин. Полученный раствор выливают в мерную колбу вместимостью 250 мл, доводят до метки дистиллированной водой и колориметрируют. Для построения графика взвешивают 1 г красителя с точностью до 0,0001 г. Концентрацию красителя, находящуюся на ткани, рассчитывают по калибровочному графику, Методика определения содержания активного красителя в кра сильной ванне Содержание красителя в красильной ванне определяли колориметрическим методом сравнения оптической плотности исходного раствора, остаточного после крашения раствора и промывных ванн. Оптическую плотность растворов определяли на спектрофотометре КФК-2 [155]. Для получения градуировочного графика навеску красителя (1 г), взвешенную на аналитических весах, затирают с водой и переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл. Объем доводят водой до метки и тщательно перемешивают. Затем 25 мл приготовленного раствора переносят в колбу вместимостью 500 мл и разбавляют до метки. Далее последовательно отбирают 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 100 мл полученного раствора, разбавляя до 100 мл водой, и колориметрируя. На основании полученных данных строили градуировочные графики для красителей (активный красный 6С, активный ярко-голубой КХ, активный желтый 2КТ). Методика определения коэффициентов диффузии активного краси теля волокно Коэффициенты диффузии красителя в волокно рассчитывали по времени половинного крашения, по формуле: где: г - радиус волокна, см2(г =0,12-10"2см2), tm - время половинного крашения, с. Методика определения жесткости ткани при изгибе Жесткость ткани оценивали консольным бесконтактным методом на приборе ПТ-2 в соответствии с ГОСТ 5001.30-92. Ошибка опыта не превышала 3%. Жесткость ткани определяли по формуле: масса образца, А - коэффициент, зависящий от (fo). Методика определения разрывной нагрузки Разрывную нагрузку полоски ткани 25 х 10 см определяли на разрывной машине РТ-250М-2 согласно ГОСТ 38-13-72. Точность метода 3% [36]. Методика определения воздухопроницаемости окрашенных образцов Сущность метода заключается в измерении объема воздуха, проходящего через заданную площадь испытуемого материала за единицу времени при определенном разряжении под образцом. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 12088-77 на приборе ВПТМ-2. Погрешность измерения со-ставляла 0,1 дм /м с. Воздухопроницаемость ткани вычисляли по формуле: где: Vcp - средний расход воздуха по одному образцу, дм3/с, S - испытуемая площадь образца, см [157].
Влияние концентрации гидроксида натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана
В предыдущей части работы было выявлено, что обработка ткани щелочным агентом приводит к повышению физико-химических показателей хлопчатобумажных тканей, окрашенных активными красителями. Поэтому было интересным посмотреть влияние щелочи на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана.
В данной серии опытов было исследовано влияние гидроксида натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей при крашении активными красителями в присутствии хитозана -I. Концентрация NaOH изменялась от О до 20% от м.в. Концентрация красителя оставалась постоянной и составляла 1% от м.в., концентрация хитозана I составляла 1,5% от м.в. На рис. 12 представлены кривые зависимости интенсивности окраски от концентрации гидроксида натрия при крашении хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана I. Кривая 1 показывает зависимость накраши-ваемости при крашении активным ярко-голубым КХ от концентрации NaOH от 5-20%. Кривая 2 представляет собой зависимость K/S от концентрации NaOH от 5-20% при крашении активным желтым 2КТ, кривая 3 - зависимость накрашиваемости ткани, окрашенной активным красным 6С от концентрации NaOH от 5-20%.
Из рис. 12 видно, что в случае активного ярко-голубого КХ при низких концентрациях NaOH 5-10% от м.в. наблюдается уменьшение накрашиваемости, но дальнейший рост концентрации раствора NaOH до 20% приводит к возрастанию интенсивности окраски. В случае активного желтого 2КТ и активного красного 6С увеличение интенсивности окраски наблюдается во всем интервале концентраций раствора NaOH от 5 до 20% от м.в. Оптимальной концентрацией гидроксида натрия является концентрация раствора 20% от м.в.
В следующей серии опытов было исследовано влияние гидроксида натрия на накрашиваемость целлюлозных волокон активными красителями в присутствии хитозана с меньшей молекулярной массой -И. На рис. 13 представлены зависимости красящей силы K/S от концентрации гидроксида натрия при крашении хлопчатобумажных тканей активными красителями в присутствии хитозана П. Кривая 1 соответствует активному голубому КХ, кривая 2 - активному желтому 2КТ, кривая - 3 активному красному 6С. Из рисунка видно, что при крашении активным голубым КХ как и в случае с XT-I при низких концентрациях NaOH наблюдается понижение красящей силы, а дальнейшее повышение концентрации NaOH приводит к росту накрашиваемости. В случае активного желтого 2КТ и активного красного 6С накрашиваемость ткани также возрастает во всем диапазоне концентраций отО до 20% от м.в.
Из полученных данных следует, что щелочь оказывает существенное влияние на накрашиваемость окраски хлопчатобумажных тканей, окрашенных активными красителями в присутствии хитозана. Видимо это связано с тем, что под действием щелочи происходит структурное изменение, как самого полимера, нанесенного на ткань, так и хлопкового волокна. Из литературы известно [34] известно, при обработке хлопкового волокна концентрированными растворами щелочей изменяется надмолекулярная структура волокна, повышается реакционная способность волокна ко всем реагентам за счет набухания волокна, что облегчает проникновение красителя вглубь волокна. При этом хитозановая пленка, образовавшаяся на волокне после обработки, под действием щелочи переходит из формы С в форму О. При этом так же, как и в случае хлопкового волокна происходит набухание полимера [48] и это предположительно тоже способствует лучшему проникновению красителя в хитозановую пленку. Что касается молекулярной массы хитозана, то она существенного влияния не оказывает.
Влияние щелочи на структуру хитозана в условиях крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями В следующей части работы было исследовано влияние щелочи на изменение структуры полимерной пленки, образующейся на волокне после обработки ткани хитозаном.
Для исследования использовались хитозановые пленки толщиной 50 мкм, отлитые по методике, описанной в методической части. На рис. 14 представлены микрофотографии хитозановых пленок (увеличение ЮООх).
Сопоставление фотографий хитозановых пленок С-формы (рис. 14, а) и формы-0 (рис. 14, б) наблюдается следующая картина: пленка, необработанная щелочью имеет рыхлую поверхность, тогда, как поверхность пленки, обработанной гидроксидом натрия, наоборот, гладкая поверхность. На рис. (14, в) представлена полимерная пленка (О-форма), окрашенная активным желтым 2КТ, из рисунка видно, что на поверхности пленки появляются мелкие частицы - кристаллы, которые, видимо, соответствуют остаткам нераство-ренного хитина, находящегося на поверхности хитозановой пленки.
Таким образом, основываясь на результатах исследований, приведенных в данной части, можно заключить, что щелочь оказывает существенное влияние не только на волокно, но и на пленку хитозана, образующуюся на поверхности хлопкового волокна.
Влияние хитозана на накрашиваемость тканей из целлюлозных волокон прямыми красителями
Поскольку хитозан оказывает существенное влияние на сорбцию активных красителей, представляющих собой отрицательно заряженные ионы в растворе, то можно предположить, что он благоприятно влияет и на сорбцию таких же анионных прямых красителей. Поэтому представляло интерес изучить влияние хитозана на накрашиваемость целлюлозных тканей прямыми красителями, когда не образуется ковалентная связь.
В первой части данного раздела было исследовано влияние хитозана на процесс крашения хлопчатобумажных тканей прямыми красителями. Концентрация красителя оставалась постоянной и составляла 1 % от массы текстильного материала. Концентрация хитозана изменялась от 0 до 1,5 %. Раствор хитозана (в уксусной кислоте) наносили на ткань перед крашением, затем ткань высушивали при температуре 100-110С в течение 10 мин и окрашивали. На рис. 26 представлены кривые интенсивности от концентрации хитозана при крашении хлопчатобумажных тканей прямыми красителями.
Кривая 1 показывает значения накрашиваемости хлопчатобумажной ткани, окрашенной прямым оранжевым светопрочным 2Ж, от концентрации хитозана; кривая 2 представляет значения накрашиваемости ткани, окрашенной прямым красным 2С, от концентрации хитозана; кривая 3 — значения накрашиваемости ткани, окрашенной прямым диазозеленым 4Ж, от концентрации хитозана. Из рис. 26 видно, что нанесение хитозана на хлопчатобумажную ткань перед крашением прямыми красителями способствует увеличению накрашиваемости. При этом с увеличением концентрации хитозана накрашиваемость равномерно возрастает.
Можно предположить, что хитозан, положительно заряженный в кислой среде, взаимодействует с хлопковым волокном, которое имеет отрицательный поверхностный заряд, а также образует комплекс с анионом прямого красителя: Целл" — XHT-NH3+ - "C S - Кр.
Влияние концентрации карбоната натрия на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей прямыми красителями в присутствии хитозана
В данной серии опытов было исследовано влияние карбоната натрия на накрашиваемость при крашении хлопчатобумажных тканей прямыми красителями в присутствии хитозана. Концентрация карбоната натрия изменялась от 0 до 10 % от массы текстильного материала. Концентрация красителя оставалась постоянной и составляла 1 % от массы ткани. Перед крашением ткань обрабатывали 1,5%-ным раствором хитозана в уксусной кислоте, затем ткань высушивали при температуре 100-110С в течение 10 мин и окрашивали. На рис. 27 представлены кривые изменения красящей силы от концентрации карбоната натрия при крашении хлопчатобумажной ткани прямыми красителями в присутствии хитозана. Кривая 1 показывает изменения накрашиваемое при крашении ткани прямым оранжевым светопрочным 2Ж от концентрации карбоната натрия. Кривая 2 представляет собой изменение величины K/S от концентрации карбоната натрия при крашении ткани прямым красным 2С, кривая 3 - изменение накрашиваемости ткани, окрашенной прямым диазозеленым 4Ж, от концентрации карбоната натрия. Из рис. 27 видно, что при концентрации карбоната натрия до 2 % от массы ткани накрашиваемость уменьшается, а при дальнейшем увеличении концентрации ИагСОз до 8 %, наоборот, возрастает.
Руржно предположить, что при малых концентрациях карбонат натрия способствует уменьшению красящей силы вследствие уменьшения диссоциации и растворимости молекул хитозана, а с дальнейшим ростом концентрации карбоната накрашиваемость увеличивается за счет набухания волокна и лучшего проникновения хитозана внутрь волокна.
Из литературы [169, 170] известно, что соли металлов могут использоваться в крашении прямыми красителями в качестве закрепителей окраски, поскольку этот класс красителей имеет низкие устойчивости к мокрым обработкам. Метод закрепления основан на взаимодействии катиона металла с функциональными группами (ОН, -СООН ), находящиеся в орто-положении по отношению к азогруппе с образованием 5-6 членных ненапряженных циклов Эта методика закрепления заключается в том, что происходит снижение растворимости комплекса красителя с металлом. Полученные комплексы имеют повышенную светостойкость в связи с тем, что металл гасит возбужденные под действием света протоны. Поэтому была поставлена задача — закрепить окраску хлопчатобумажной ткани в процессе крашения, применяя при этом соли двух- и трёх-валентных металлов.
В данной серии опытов было исследовано влияние добавок солей металлов на накрашиваемость хлопчатобумажных тканей при крашении прямыми красителями в присутствии хитозана и карбоната натрия. Концентрация солей металлов изменялась от 0 до 1 % от массы текстильного материала. Концентрация красителя и карбоната натрия оставалась постоянной и составляла соответственно 1 % и 8 % от массы ткани. Перед крашением ткань обрабатывали 1,5%-ным раствором хитозана и высушивали при температуре 100-110С 10 мин. Крашение начинали при 40-50С, раствор соли металла добавляли через 40 мин после начала крашения, а затем красили еще 15 мин. На рис. 28 представлены кривые изменения накрашиваемости от концентрации солей различных металлов при крашении прямым оранжевым светопрочным 2Ж. Кривая 1 соответствует накрашиваемости ткани от концентрации ацетата хрома (III) при крашении прямым оранжевым светопрочным 2Ж. Кривая 2 представляет собой зависимость значения K/S от концентрации нитрата кобальта (II). Кривая 3 показывает изменение накрашиваемости от концентрации хлорида железа (III).
