ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы крашения из "Применение красителей" Роль каждой стадии не всегда однозначна и определяется условиями проведения процесса крашения, природой красящего вещества и окрашиваемого волокна, а также средой, в которой осуществляется этот процесс. [c.53] Переход красителя из раствора в волокно. С определенной степенью приближения любой волокнистый материал можно представить в виде модели, которая состоит из волокон, пронизанных системой субмикроскопических пор, и межволоконных пространств. При погружении волокнистого материала в красильную ванну в первый момент происходит впитывание раствора и заполнение им межволоконных пространств. Одновременно начинается расширение субмикроскопических пор в волокне вследствие его набухания. Из раствора, непосредственно прилегающего к поверхности волокна, краситель постепенно проникает внутрь волокна через раскрывающиеся при набухании субмикроскопические поры. В результате поверхностный микрослой раствора обедняется красителем, и для успешного протекания процесса крашения его необходимо непрерывно пополнять молекулами красителя путем диффузии их из внешнего раствора или конвективного обмена путем перемешивания. Чем эффективнее перемешивание, тем менее важна стадия диффузии красителя в растворе. [c.53] Коэффициент диффузии в растворе составляет 10 — 10 см /с. Ускорить процесс диффузии можно только путем повышения температуры, вызывающего снижение вязкости раствора, уменьшение степени ассоциации частиц красителя и повышение кинетической энергии молекул или ионов красителя, выделившихся из состава ассоциатов. При использовании водных растворов красителей повышение температуры на каждые 10 °С приводит в зависимости от степени начальной ассоциации красителя к возрастанию скорости его диффузии на 20—30%. [c.53] Особенно заметно сказывается перемещивание раствора красителя при непрерывных процессах кращения, когда время пребывания окращиваемого материала в красильной ванне очень невелико и исчисляется секундами и даже долями секунды. В этих условиях краситель, находящийся во внешнем растворе,, в основном не принимает участие в процессе крашения, так как его молекулы за малый промежуток времени нахождения волокна в красильной ванне не успевают продиффундировать через увлекаемые волокнистым материалом слои обедненного раствора и достичь поверхности волокон. Поэтому при непрерывных способах крашения конвективный обмен поверхностных слоев красильного раствора совершенно необходим. [c.54] Из двух других физико-химических стадий процесса крашения—адсорбции молекул красителя поверхностью волокна и диффузии их внутри волокнистого материала — наиболее медленной является стадия диффузии и в большинстве известных технологических процессов она определяет общее содержание и распределение красителя в волокне. [c.54] Адсорбция красителей волокнистыми материалами. Движущую силу самопроизвольного перехода молекул красителя из. красильного раствора в волокно при погружении его в красильную ванну обычно выражают в виде разности химических потенциалов красителя в волокне и в растворе в стандартных условиях, иными словами, стандартным сродством красителя к волокну (уравнение 1). [c.54] В общем случае величина К характеризует распределение красителя между раствором и волокном в момент достижения равновесия в красильной системе и равна отношению соответствующих активностей (уравнение 2). [c.54] Действительное распределение красителей различных классов в разнообразных волокнистых материалах, которое достигается в процессе адсорбции, неизвестно, поэтому в зависимости от принятого в каждом конкретном случае механизма процесса крашения величины Лв и Лр могут быть выражены по-разному. [c.54] Если обозначить [Кр]в/[Кр]р через К, то уравнение (3) примет вид (4). [c.55] В реальной практике крашения такой процесс адсорбции наиболее близко отвечает крашению гидрофобных синтетических волокон дисперсными красителями. Равновесные изотермы адсорбции в этом случае имеют линейный вид, и коэффициент распределения красителя между фазами волокна и раствора является величиной постоянной, численно равной тангенсу угла наклона таких прямых. Принято считать, что адсорбированный по этому механизму краситель образует в фазе гидрофобного волокна твердый раствор, т. е. переходя из красильной ванны в волокно, краситель как бы растворяется в нем. Однако такой процесс с равным успехом можно относить и к типично адсорбционным, когда степень насыщения волокна молекулами дисперсного красителя очень невысока. Краситель в волокне удерживается силами Ван-дер-Ваальса, водородными связями и ди-поль-дипольным взаимодействием. [c.55] Движущая сила переноса ионов из красильной ванны в эффективный объем волокна определяется в этом случае уравнением (7). [c.55] Расчет сродства по уравнению (7) основан на допущении что в процессе кращения переход анионов красителя из раствора в волокно обусловлен одновременным действием двух типов сил сил избирательного притяжения анионов красителя к активным центрам волокна в пределах его эффективного объема и сил электростатического отталкивания этих анионов от одноименно заряженной поверхности волокна. В результате проявления действия этих противоположных влияний и устанавливается диффузное распределение анионов красителя в эффективном объеме волокна. Ионы натрия локализуются в нем для компенсации отрицательного заряда, возрастающего в результате адсорбции анионов красителя. [c.56] Концентрацию ионов натрия в волокне, необходимую для вычисления сродства анионов красителя к целлюлозе, обычно-рассчитывают по уравнению (8). [c.56] Соответствующие эффективные объемы (см. уравнения 7 и 8) составляют (в л/кг) 0,3 (хлопок), 0,45 (вискозное волокно н мерсеризованный хлопок), 0,65 (медноаммиачное волокно). [c.56] При наличии в красильной ванне одновременно неокрашенных анионов нескольких типов, как, например, при крашении целлюлозных волокон кубовыми красителями по восстановительному способу, в уравнение (8) необходимо ввести соответствующую поправку вместо концентрации ионов хлора [С1 ]р. нужно брать суммарную концентрацию всех имеющихся в растворе неорганических анионов ([С1 ]р+2[5204 ]р+/С[0Н ]р). [c.56] Если считать, что анионы красителя локализуются в эффективном объеме волокна не диффузно, а адсорбируются в форме мономолекулярного слоя, то активность красителя в фазе волокна Лв следует выражать как функцию числа занятых им активных центров 0кр (уравнение 9). В этом случае уравнение (7) принимает вид (10). [c.56] По мере протекания процесса хемосорбции прореагировавшие с анионами красителя аминогруппы выбывают из сферы реакции, и в тот момент, когда прореагируют все группы, наступает насыщение волокна красителем. Степень заверщенно-сти реакции и весь ход процесса адсорбции регулируется концентрацией водородных ионов в системе. При их избытке подавляется диссоциация всех карбоксильных групп волокна, а аминогруппы приобретают положительный заряд. Только в этом случае достигается максимальное поглощение красителя волокном (рис. 7). [c.57] Для белковых волокон щерсти и шелка максимальное поглощение красителей анионного типа составляет соответственно 0,8—0,9 и 0,2—0,3 моль/кг, для полиамидных оно равно 0,04—0,06 моль/кг. Это позволяет вычислить значения вн и бкр и определить активность красителя в волокне по уравнению (II). [c.57] Сродство красителей анионного типа, в первую очередь кислотных красителей, к белковым, полиамидным и другим волокнам, содержащим аминогруппы, может быть определено по уравнению (13). [c.57] кроме того, ограничиться рассмотрением только такога варианта сорбции, когда поглощение красителя волокном составляет 50% от максимально возможного поглощения, та 0кр = О,5 и уравнение (14) примет вид (15). [c.58] Вернуться к основной статье