крашение волокон
КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН
проводят с целью придания им одного определенного цвета (в отличие от печатания тканей). Различают след, стадии: 1) диффузию красителя в водном растворе к поверхности волокна. Диффузия существенно ускоряется перемешиванием красильного раствора, а также созданием на поверхности волокна заряда, противоположного заряду красителя, или снижением величины одноименного заряда, что достигается изменением pH красильного раствора введением электролита. Например, поскольку белковые волокна обладают амфотерными свойствами, создают кислую среду, в которой протоны подавляют ионизацию карбоксильных групп волокна. В результате волокно приобретает положит, заряд H2N—Бел—СООН+H+:H3N+—Бел—СООН, что благоприятствует взаимод. его с анионом красителя с образованием соли 
На диффузию дисперсных красителей в растворе (в результате и на скорость крашения в целом) влияет скорость перехода дисперсного красителя из твердой тонкодисперсной фазы в раствор, при этом решающее значение имеет степень дисперсности красителя. 2) Сорбцию красителя активными центрами поверхности волокна, зависящей от диаметра и длины волокна, а также образуемой порами. Сорбция обусловлена сродством, т. е. разностью хим. потенциалов ( -Dm; в кДж/моль), красителя в волокне и растворе:
-Dm=RTlncв/cp
здесь R — газовая постоянная [в кДж/(моль∙град)]; Т — абс. температура; св и сp — концентрации красителя при равновесии соотв. в волокне (в моль/кг) и растворе (в моль/л); знак минус перед Dm обозначает, что хим. потенциал красителя в растворе выше, чем в волокне. Чем выше сродство красителя к волокну, тем быстрее и в большем количестве он сорбируется волокном. Сорбции способствует также повыш. концентрация красителя на границе фаз волокно — раствор. Эта стадия в значит. степени определяет равномерность получаемой окраски. 3) Диффузию сорбированного красителя внутрь волокна; обусловлена выравниванием концентраций на поверхности и внутри волокна. Чем выше сродство, тем ниже скорость диффузии и, следовательно, крашения. Это самая медленная стадия, лимитирующая длительность крашения. Скорость диффузии зависит от величины пор волокна и строения красителя. Обычно на практике ускорения диффузии добиваются повышением температуры крашения, а также изменением pH красильного раствора и использованием текстильно-вспомогат. веществ. При повышении температуры крашения увеличивается растворимость красителя, уменьшается степень ассоциации его молекул, а также возрастает и ускоряется степень набухания волокон, разрыхляется их структура, снижается взаимод. красителя с активными центрами волокон; все это способствует быстрому прониканию красителя внутрь волокна. 4) Фиксацию (закрепление) красителей на активных центрах волокна. Стадия протекает быстро, практически мгновенно. Характер образуемой связи краситель-волокно зависит от вида волокна и природы красителя и определяет гл. обр. устойчивость окраски к стирке и др. "мокрым" обработкам. Например, активные красители на целлюлозных волокнах удерживаются в результате образования прочной ковалентной связи (энергия связи 110–630 кДж/моль), на белковых волокнах — ковалентных, ионных (41–82 кДж/моль) и водородных (21–42 кДж/моль) связей, кислотные красители на белковых волокнах — в результате образования ионных, водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил (энергия до 8,5 кДж/моль), прямые и кубовые красители на целлюлозных волокнах — водородных связей и ван-дер-ваальсовых сил. При наличии в молекуле иона тяжелого металла (см., напр., протравные красители) краситель с белковыми волокнами образует координац. связи (до 100 кДж/моль), а также ионные и водородные. На хим. (синтетич.) волокнах краситель удерживается благодаря ван-дер-ваальсовым силам и водородным связям (дисперсные красители), ионным связям (кислотные и катионные красители на полиамидном и полиакрилонитрильном волокнах соотв.), ковалентным связям (активные красители на полиамидном волокне), ионным и координац. связям (кислотные металлсодержащие красители на полиамидном волокне). О механизмах и особенностях К. в. разл. классами красителей см. также активные красители, дисперсные красители, катионные красители, кислотные красители, кубовые красители, прямые красители и др. Чем прочнее связь красителя с волокном, тем более устойчивы окраски к мокрым обработкам, однако тем сильнее ограничена подвижность молекул красителя в волокнах и, следовательно, тем ниже способность его к выравниванию окрасок. Поэтому выбор красителя для К. в. определенного хим. состава определяется требованиями, предъявляемыми к качеству окраски. Способ крашения зависит от хим. природы волокон, их качества, требований к устойчивости окрасок и хим. природы красителя. Технология крашения определяется также составом и формой волокнистого материала (волокно, пряжа, ткань, трикотаж). Так, полиэфирное волокно красят в аппаратах периодич. действия под давлением, ткани из них — гл. обр. непрерывным термозольным способом, а трикотажные полотна и ткани из текстурированных полиэфирных нитей — периодич. способом в аппаратах эжекторного типа. Осуществляют К. в., как правило, в водном растворе красителя (красильной ванне). Перед крашением для повышения качества окрасок волокнистые материалы подвергают разл. обработкам: отварке (нагреванию в водном растворе, содержащем текстильно-вспомогат. вещества, соду, щелочь или др., способствующие удалению загрязнений и таких веществ, как замасливатели и шлихты, нанесенных на волокно при изготовлении и переработке), белению (обработке окислителями, напр. H2O2, NaClO4), мерсеризации и др.
Крашение природных волокон. Растительные (целлюлозные) волокна (хлопок, лен, пенька, джут) окрашивают прямыми, активными, кубовыми, сернистыми красителями, кубозолями, азогенами. При этом материалы из хлопкового волокна окрашиваются практически всеми перечисл. классами красителей, льняные — гл. обр. кубовыми, кубозолями и активными красителями. Шерсть окрашивают активными, кислотными, протравными, кислотными металлсодержащими (комплексы красителя с металлом состава 1:1 и 1:2) красителями гл. обр. в виде волокна, гребенной ленты, а также в виде ткани и пряжи, натуральный шелк — активными, нeкоторыми прямыми и металлсодержащими (комплексы 1:2) в виде ткани и ниток. Чтобы получить окраску высокого качества (т. е. светостойкую, устойчивую к мокрым обработкам) прир. волокна должны быть очищены прежде всего от примесей, напр. из целлюлозных волокон удаляют естеств. спутники, из шерсти-остатки жировых и "потовых" веществ, растит. примесей, из натурального шелка-серицин. Технология подготовки тканей для крашения зависит от вида волокна, назначения ткани, применяемых красителей. Подготовка хл.-бум. тканей включает удаление замасливателей и шлихты, отварку, беление и мерсеризацию; шерстяных — промывку, карбонизацию (обработка конц. H2SO4 для удаления растит. примесей), иногда беление. Шерстяным тканям в ряде случаев придают устойчивость к мех. деформациям, необходимую при послед. обработках и в эксплуатации. Так, суконные ткани перед крашением подвергают валке, а иногда ворсованию, гребенные платьевые и костюмные ткани — опаливанию. Ткани из натурального шелка для удаления серицина отваривают, отбеливают.
Крашение химических волокон. Гидратцеллюлозные волокна окрашивают теми же красителями, что и хлопковые. Для крашения ацетатных, триацетатных и полиэфирных волокон применяют в осн. дисперсные красители. Полиамидные волокна легко окрашиваются мн. классами красителей; наиб. широко используют дисперсные и кислотные, в т. ч. металлсодержащие, красители обоих этих классов, реже — некоторые прямые и активные. Полиакрилонитрильные волокна окрашивают преим. катионными красителями; для окраски в светлые тона м. б. использованы дисперсные красители. Крашение поливинилхлоридных волокон в светлые тона осуществляют дисперсными красителями при температурах не выше 60 °C (термостабилизированных — не выше 90 °C), т. к. при более высоких температурах волокна усаживаются; причем для получения более интенсивных окрасок процесс проводят в присутствии переносчиков. Полипропиленовое волокно, ввиду высокой кристалличности и отсутствия активных групп, способных взаимод. с красителем, окрашивают гл. обр. в процессе получения (в массе). Способность красителя к выравниванию окрасок весьма важна при крашении синтетич. материалов, особенно текстурированных, которые м. б. структурно неоднородны. Поэтому при крашении определенного типа волокна из всех применяемых для него красителей предпочитают те, которые удовлетворяют конкретным требованиям, предъявляемым к ровноте и устойчивости окраски. Например, полиамидное волокно красят дисперсными красителями в тех случаях, когда требуется высокая ровнота окраски или ровные и устойчивые к мокрым обработкам окраски светлых тонов. Кислотные красители применяют для получения на этих волокнах окрасок преим. средней и высокой интенсивности, т. к. в светлых тонах неровнота окраски наиб. заметна. Металлсодержащие дисперсные и кислотные красители, уступающие по ровноте окрасок др. классам красителей, используют, когда необходимы особо прочные окраски гл. обр. темных тонов. Более ровных окрасок при крашении этими классами красителей добиваются введением в красильную ванну выравнивателей (см. текстильно-вспомогательные вещества). Для повышения качества окрасок хим. волокна перед крашением подвергают отварке. Триацетатные ткани часто обрабатывают в щелочном растворе для создания на поверхности слоя гидратцеллюлозы толщиной 1–2 мкм, понижающего электризуемость. Ткани из синтетич. волокон обычно термофиксируют (в расправленном виде подвергают действию высоких температур), что снимает внутр. напряжения и повышает равномерность окрашивания. Ткани, окрашиваемые в светлые и яркие тона, подвергают белению. После крашения текстильные материалы промывают водой, если необходимо, обрабатывают в щелочно-гидросульфитном растворе для удаления сорбированного на поверхности нефиксированного красителя, а в случае кислотных красителей — спец. закрепителем, после чего следует отделка (аппретирование, термостабилизация и др.). Хим. волокна можно также окрашивать в процессе их получения на предприятиях хим. волокон (крашение в массе); при этом красящие вещества вводят на стадии синтеза полимеров или формования из них волокон. Достоинства способа: совмещение производства волокна с его крашением, исключение трудоемких операций крашения готового волокна, отсутствие сточных вод, равномерность и высокая прочность окрасок, которые в большинстве случаев не м. б. достигнуты при крашении сформованных волокон. Однако метод экономически выгодно применять для крашения больших партий волокон (обычно в т. наз. массовые цвета — черный, синий, коричневый), т. к. замена красителей одного цвета на другой связана с трудоемкими операциями, напр. с отмывкой оборудования. Выбор красящего вещества определяется свойствами полимера, условиями его получения и формования. Для крашения в массе используют красители, хорошо растворимые в растворах или расплавах полимеров, либо высокодисперсные пигменты, способные равномерно распределяться в полимерах и давать устойчивые дисперсии в условиях получения волокон. Для крашения волокон, формуемых из растворов (вискозные, ацетатные, полиакрилонитрильные, поливинилхлоридные), широко используют пигменты в спец. выпускных формах, которые вводят в прядильный раствор. Так, для крашения вискозного волокна применяют орг. пигменты (азопигменты, фталоцианиновые, кубовые, сажу), выпускаемые в виде водных паст, содержащих диспергирующие вещества. В состав выпускных форм пигментов для крашения ацетатных, полиакрилонитрильных и поливинилхлоридных волокон входят наполнители — волокнообразующие полимеры, напр. для ацетатных волокон м. б. использована ацетилцеллюлоза, для поливинилхлоридных — ПВХ. Для крашения вискозных и ацетатных волокон применяют также красители, растворимые в прядильном растворе. Например, вискозные штапельные волокна красят в темные тона водорастворимыми сернистыми красителями, ацетатные волокна — ацетонорастворимыми красителями. Окрашенные в массе ацетатные волокна характеризуются высокой устойчивостью окрасок к мокрым обработкам, что почти недостижимо при крашении этих волокон обычными способами. При крашении волокон, формуемых из расплавов (полиамидных, полиэфирных, полиолефиновых), красящие вещества вводят на стадии синтеза полимера или в готовый полимер перед формованием из него волокна. В последнем случае красящие вещества наносят на гранулы полимеров, напр. "опудриванием", окрашивают гранулы из водных ванн обычными методами крашения сформованных волокон или вводят в расплав концентраты красящих веществ в полимерах (тех же, что предназначены для крашения, или совместимых с ними). Крашение концентратами наиб. перспективно, т. к. их можно вводить непрерывно непосредственно перед формованием волокон. Красящие вещества должны иметь высокую термостабильность (получение и формование волокон проводят при высоких температурах, достигающих 300 °C) и быть устойчивыми в полиэфирной и особенно полиамидной средах, химически агрессивных при высоких температурах. Для крашения полиамидных и полиэфирных волокон разработаны спец. термостойкие полимерорастворимые красители. Из пигментов используют гл. обр. производные фталоцианина, хинакридоны, сажу, а также кадмиевые и железооксидные.
Лит.: Виккерстафф Т.. Физическая химия крашения, пер. с англ., М., 1956; Мельников Б. Н., Блипичева И. Б., Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов, М., 1978; Беленький Л. И., Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности, М., 1979; Мельников Б. Н., Захарова Т. Д., Кириллова М.Н., Физико-химические основы процессов отделочного производства, М., 1982; Краткий курс химической технологии волокнистых материалов, М., 1984.
М. Г. Романова, Г. И. Шилова
