Окрашивание хлопчатобумажной ткани реактивными красителями

Разработка реактивных красителей:
Окрашивание хлопка прямыми красителями имеет плохую стойкость к стирке. Потому что он имеет слабую связь с молекулами красителя с полимерными цепями целлюлозы. Таким образом, прямые красители могут легко выходить из молекул ткани. Для лучшей стойкости к стирке нерастворимый пигмент прикрепляет его к хлопковым волокнам. Этот тип процесса окрашивания чанных и азойских красителей намного сложнее, чем прямое крашение.

Идея формирования ковалентной связи молекулы красителя с реакционноспособной группой в волокне возникла в начале 1900-х годов. Были обнаружены различные химические вещества, которые вступали в реакцию с гидроксильной группой целлюлозы и, в конечном итоге, превращались в цветные производные целлюлозы. Целлюлоза была относительно нереакционноспособным полимером. В результате известно, что ряд красителей способен образовывать связи с шерстью. Изначально хлопок не считался волокнисто-реактивным красителем, хотя и обладает хорошей стойкостью к стирке.

В 1955 году разработал методику окрашивания хлопка волокнисто-реактивными красителями. Они установили, что окрашивание хлопка этими красителями в слабых щелочных условиях приводит к образованию реакционноспособного атома хлора. Роль щелочи заключается в том, чтобы вызвать кислотную диссоциацию некоторых гидроксильных групп целлюлозы, и именно ион целлюлозы вступает в реакцию с красителем.

Крашение обладает очень хорошей стойкостью к стирке. Единственная возможность вытеснения красителя из хлопка - после гидролиза ковалентной связи между красителем и целлюлозой. В течение пяти лет после этого развития все основные производители красителей продавали реактивные красители для хлопка, а также для шерсти. Благодаря хорошей стойкости к стирке, ярким оттенкам, универсальному периодическому и непрерывному методу окрашивания реактивные красители стали одним из основных классов красителей.

Реактивные красители для хлопка:

Структура реакционноспособных красителей для хлопка:
Молекулярная структура реакционноспособных красителей напоминает таковую у кислотных и простых прямых хлопковых красителей, но с добавлением реакционноспособной группы. Типичные структуры, такие как азо а) антрахинон б) трифенодиоксазин или фталоцианин меди хромофоры

Структурными ключевыми особенностями реакционноспособных красителей являются хромофорная система, сульфонатная группа для растворимости в воде, реакционноспособная группа и мостиковая группа, которая присоединяет реакционноспособную группу либо непосредственно к хромофорной группе, либо к какой-либо другой части молекулы красителя. Каждая из этих структурных особенностей может влиять на свойства окрашивания и стойкости в процессе производства красильной ткани

Большинство коммерческих реактивных красителей имеют полную цветовую гамму, многие из которых особенно яркие. Реакционноспособные красители часто имеют простую структуру, которая может быть синтезирована с минимальным количеством окрашенных изомеров и побочных продуктов, которые имеют тенденцию притуплять оттенок более сложных прямых красителей полазо. Некоторые цвета трудно получить с помощью простых хромофоров. Темно-синие и темно-синие реактивные красители часто представляют собой довольно тусклые медные комплексы азокрасителей, и производство ярко-зеленых реактивных красителей остается проблемой.

Целый ряд возможных реакционноспособных групп волокон был изучен и оценен производителями красителей. Окончательный выбор коммерческих красителей ограничен рядом ограничений. Реакционноспособная группа должна проявлять адекватную реакционную способность по отношению к воде, которая может дезактивировать ее путем хтдролиза. Гидролиз реакционноспособной группы красителя аналогичен его реакции с целлюлозой, но включает гидроксильный ион в воде, а не ион целлюлозы в волокне. Кроме того, связующее красительное волокно, однажды сформировавшись, должно обладать достаточной стабильностью, выдерживать многократную стирку. Другими факторами являются простота изготовления, стабильность красителя при хранении и стоимость конечного реакционноспособного красителя

HO- + краситель -Cl = краситель-OH + Cl-

Виды реактивных красителей:

1. Те, которые реагируют с целлюлозой путем нуклеофильного замещения хлора, флорина, метилсульфона или никотинила, оставляют группу, активируемую соседним атомом азота в гетероциклическом кольце.
2. Те, которые реагируют с нуклеофильным присоединением к двойной углерод-углеродной связи, обычно активируются соседним этроном, атакующим сульфонную группу. Этот тип винилсульфоновой группы обычно образуется в красильной ванне путем удаления сульфат-иона из 2-сульфатоэтилсульфоновой группы-предшественника щелочью.

Хотя многие из ранних реакционноспособных красителей имели только одну реакционноспособную группу в молекуле красителя, многие из новых реакционноспособных красителей имеют бифункцию с двумя или более идентичными или разными реакционноспособными группами. Некоторые типичные волокна в реакционноспособных группах и обычно используемые сокращения для этих групп. Красители с реакционноспособными группами никотинилтриазина вступают в реакцию с хлопком при нагревании в нейтральных условиях.

Основной принцип окрашивания хлопка реактивными красителями:
относительно простая процедура периодического окрашивания хлопчатобумажных материалов реактивными красителями по-прежнему используется для всех типов реактивных красителей, независимо от их конкретной реакционноспособной группы. Окрашивание начинают в нейтральном растворе, часто в присутствии соли, чтобы способствовать истощению красителя на хлопке. В этот период краситель не вступает в реакцию с волокном и возможна миграция из волокна в волокно. Затем в красильную ванну добавляют соответствующую щелочь для повышения ее pH. Это инициирует желаемую реакцию волокна красителя. Гидроксильные группы в целлюлозе слабокислые, и поглощение гидроксид-ионов вызывает некоторую диссоциацию, образуя ионы целлюлозы. Именно они вступают в реакцию с красителем путем нуклеофильного присоединения или замещения. Как правило, чем ниже реакционноспособная способность реакционноспособных групп по отношению к щелочной целлюлозе, тем выше конечная температура окрашивания и тем выше рН ванны с красителем.

К сожалению, в щелочных условиях гидроксид-ионы также вступают в реакцию с реакционноспособной группой красителя. При этом образуется гидролизованный краситель, который не способен вступать в реакцию с волокном. Гидролиз красителя происходит медленнее, чем реакция со щелочным хлопком, но он значителен и снижает эффективность процесса фиксации. После окрашивания непрореагировавший и гидролизованный краситель, присутствующий в хлопке, должен быть удален путем стирки. Это гарантирует, что цвет не будет вытекать из хлопка при последующей стирке во время использования. Чем выше содержание реакционноспособного красителя для хлопка, тем труднее вымыть незакрепленный краситель из материала. Многие из первых реакционноспособных красителей имели довольно простую молекулярную структуру и низкую субстантивность для хлопка, так что удаление гидролизованного красителя из материала путем промывки было относительно легким. Это не обязательно верно для реакционноспособных красителей с более сложной молекулярной структурой.

Реакционная способность красителя, хранение и применение реакционноспособных красителей:
Реакционноспособные группы различных типов красителей имеют разную химическую структуру и демонстрируют широкий диапазон реакционной способности. Первоначально они были разделены на холодные и горячие типы окрашивания, но многие современные диапазоны лучше было бы назвать теплым окрашиванием. Наиболее реакционноспособные красители, такие как реактивные красители DCT, наносятся при более низкой температуре (20-40) ° C и требуют только слабой щелочи, такой как NaHCO3 или Na2СО3 для фиксации. Менее реакционноспособные красители, такие как красители MCT, нуждаются в более высоких температурах (80-90) ° C и более сильных щелочах, таких как Na2СО3 Плюс NaOH. Многие производители красителей в настоящее время продают несколько линеек реактивных красителей для хлопка, каждый из которых имеет свою собственную рекомендуемую процедуру окрашивания. Ниже приведены некоторые примеры, основанные на типе реактивной группировки:

• Реактивная группа (DCT) - Коммерческое название: (Procion MX) BASF - Реакционная способность (высокая) - Температура (25-40) °C
• Реактивная группа (MCT) - Коммерческое название: (Procion H, Basilen) BASF & Cibacron (Ciba) - Реакционная способность - (низкая) температура (80-85) °C
• Реактивная группа (MFT) - Коммерческое название: (Cibacron F) Ciba - Реакционная способность (умеренная) - Температура (40-60) °C
• Реактивная группа (DCQ) - Коммерческое название: (Левафиз Е) Дистар - Реакционная способность (низкая) - Температура (50-70) °C
• Реактивная группа (DFCP) - Коммерческое название: (Drimarene K) Clarient, (Levafix EA) Dystar - Реакционная способность (от умеренной до высокой) - температура (30-40) °C
• Реактивная группа (VS) - Коммерческое название: (Ремазол) Dystar -Реакционная способность- (умеренная) - Температура (40-60) °C
• Реактивная группа (TCP) - Коммерческое название: (Drimarene X) Clarient - Реакционная способность - (Низкая) - Температура (80-95) °C
• Реактивная группа (NT) - Коммерческое название: (Kayacelon React) Nippon Kayaku - Реакционная способность - (от умеренной до высокой) - Температура (100-130) °C

Вышеуказанные реактивные группы реагируют в нейтральных условиях. Поскольку большинство реакционноспособных красителей склонны к гидролизу, обращение с ними и их использование требуют осторожности. Большинство из них легко растворимы в воде, и раствор красителя готовят обычным способом, склеивая его водой, а затем добавляя больше воды. Температура используемой воды зависит от легкости растворения и реакционной способности красителя. Горячая вода не рекомендуется для растворения красителей с высокой реакционной способностью, поскольку существует риск гидролиза реакционноспособной группы, но она подходит для менее реакционноспособных красителей. После того, как раствор красителя приготовлен, его нельзя хранить на потом без некоторого риска гидролиза реакционноспособной группы. Это снижает его фиксирующую способность, и это особая проблема с большей частью реакционноспособного красителя. Красители, содержащие 2-сульфатоэтилсульфонную группу, однако могут быть растворены в нейтральной воде при кипячении без риска гидролиза. Образование реакционноспособной группы винилсульфона требует добавления щелочи.

Реакционноспособные красители для печати обычно представляют собой красители с низкой реакционной способностью, так что печатная паста может храниться в течение некоторого времени при комнатной температуре без ухудшения качества в результате гидролиза реакционноспособной группы. Реакционноспособные красители с низкой реакционной способностью и относительно высокой существенностью ценны для окрашивания с использованием длинных соотношений щелока с использованием лебедочного станка. Крашение выхлопных газов красителями с низкой реакционной способностью при более высокой температуре, необходимой для фиксации, позволяет лучше проникать красителям в хлопковые волокна. Для непрерывного окрашивания реакционноспособных красителей доступны стабилизированные жидкие формы. Хотя они содержат специальные буферы и стабилизаторы рН для минимизации реакции гидролиза, они имеют ограниченный срок годности

Многие коммерческие реактивные красители представляют собой пыльные порошки, но со всеми физическими формами следует обращаться осторожно. Эти красители вступают в реакцию с аминогруппами белков в коже и на слизистых поверхностях. Вдыхание пыли опасно, и во время работы с ней обязательна пылезащитная маска. Порошки и зерна реакционноспособных красителей иногда гигроскопичны, и барабаны должны быть тщательно запечатаны. Большинство реактивных красителей имеют ограниченный срок хранения, после чего можно ожидать некоторого ухудшения. Стандартизация и сравнение порошков или жидкостей реакционноспособных красителей не могут быть выполнены с помощью обычной спектрофотометрической процедуры, включающей измерения абсорбции стандартных растворов. Как реакционноспособные красители, так и их гидролизованные формы имеют одинаковую окраску. Но только первый способен вступать в реакцию с целлюлозой во время окрашивания. Хроматографические методы обычно позволяют разделять и количественно измерять относительное количество реакционноспособного красителя и продукта его гидролиза в данном красителе.

Свойства стойкости реактивных красителей на целлюлозных волокнах:
Как правило, реактивные красители на целлюлозных волокнах дают хорошее окрашивание с очень хорошей стойкостью к стирке и другим влажным процессам. Кажущаяся меньшая стойкость к стирке обычно возникает из-за неполного удаления непрореагировавшего и гидролизованного красителя из материала при стирке после окрашивания. Наличие нефиксированного красителя можно легко проверить горячим прессованием влажного образца красителя, зажатого между двумя кусками сухого белого хлопка. Перенос цвета на белый материал указывает на наличие незакрепленного красителя в крашении. Это, скорее всего, будет проблемой для глубокого окрашивания.

Использование реактивных красителей быстро растет, быстрее, чем для любого другого класса нанесения красителей. Это связано с тем, что эти красители также дают окрашиванию от умеренной до хорошей стойкости к стирке, допускают относительно простые и разнообразные методы окрашивания и доступны в различных ярких цветах. Они внесли значительный вклад в снижение прямых хлопковых красителей. Их свойства стойкости, хотя в целом хорошие, не соответствуют свойствам пигментированного хлопка, окрашенного красителями для ванн. В частности, стойкость к отбеливанию хлором и, в меньшей степени, перекисью, присутствующей в современных бытовых детергнетах, часто бывает умеренной.

Доказательства образования ковалентной связи реакционноспособной группы с целлюлозой:
хорошая стойкость к смыву красителей с реактивными красителями на целлюлозных волокнах является следствием стабильной ковалентной связи, образующейся между реакционноспособной группой красителя и целлюлозным полимером. Существует много доказательств, подтверждающих образование этой связи краситель и волокно. Крашение устойчиво к снятию цвета горячим водным пиридином, растворителем, который эффективно удаляет прямые красители из хлопка. Окрашивание хлопка, полученного с помощью бифункциональных красителей, часто демонстрирует уменьшение набухания и снижение растворимости в растворе купраммония. Молекула красителя с двумя реакционноспособными группами, сшивающими две разные целлюлозные цепи, объясняет это. Если цвет красителя, полученного с помощью азореактивного красителя, разрушается химическим восстановлением щелочным гидросульфитом натрия, который расщепляет азокраситель на два первичных ароматических амина, амин, оставшийся присоединенным к целлюлозе, может быть диазотирован и соединен с соответствующим фенолом для преобразования окрашенного волокна. Наконец, бактериальная деградация реактивных красителей хлопка, которая деполимеризует целлюлозу, но позволяет избежать разрыва связи краситель-волокно, дает окрашенные продукты, содержащие исходный краситель, все еще связанный с глюкозой.

Периодическое окрашивание хлопка реактивными красителями в текстильном машиностроении:

Подготовка к окрашиванию химически активных красителей:
Уровень хорошо проникающих красителей требует тщательной подготовки материала. Все проклеивающие химические вещества, способные вступать в реакцию с красителем, такие как крахмал или поливиниловый спирт, должны быть удалены из материала, а любые следы остаточной щелочи должны быть равномерно нейтрализованы. Хорошее кипячение щелочи для удаления воска необходимо для изделий, окрашиваемых химически активными красителями холодного окрашивания, поскольку проникновение красителей в волокна затруднено при более низких температурах окрашивания. Реактивные красители часто дают такие яркие цвета, что отбеливание может и не понадобиться. После удаления размера изделия из серого хлопка иногда можно одновременно чистить и окрашивать с использованием реактивных красителей горячего окрашивания и эффективного моющего средства. Из-за чувствительности к отбеливанию хлором некоторых химически активных красителей следует избегать чрезмерного хлорирования воды или обрабатывать ее восстановителем, таким как бисульфит натрия или тиосульфат.

Трехступенчатый процесс окрашивания выхлопных газов химически активных красителей:
Типичный процесс окрашивания выхлопных газов целлюлозных материалов с использованием реакционноспособных красителей состоит из трех различных процессов;

1. Начальная фаза истощения: окрашивание начинают в нейтральном растворе, так что вероятность реакции красителя с целлюлозой мала. На этой стадии окрашивания некоторые реакционноспособные красители будут поглощаться волокнами, количество которых зависит от их содержания. Этот краситель способен к миграции в ровное окрашивание. Хлорит натрия или сульфит часто будут присутствовать первоначально или постепенно добавляться в ванну с красителем во время этой фазы, чтобы способствовать истощению. Температуру красильной ванны можно постепенно увеличивать, чтобы облегчить проникновение красителя в волокна и облегчить миграцию
2. Фаза фиксации: После начальной фазы истощения рН ванны с красителем увеличивается путем полного или постепенного добавления соответствующего типа и количества щелочи. Это вызвало диссоциацию некоторых гидроксильных групп в целлюлозе, и в нуклеофильных целлюлозных ионах они начали вступать в реакцию с красителем. Затем процесс фиксации приводит к дополнительному поглощению красителя, чтобы восстановить равновесие красения. Абсорбция красителя из раствора и реакция с волокном продолжаются до тех пор, пока краситель не перестанет поглощаться. Изменение истощения красильной ванны и степень фиксации во время типичного окрашивания выхлопных газов.
3. Стирка после окрашивания: промытый краситель содержит краситель, связанный с целлюлозой, абсорбированный, но не прореагировавший краситель, а также гидролизованный краситель. Также будут остаточные щелочи и соли. Последние относительно легко удаляются последовательным ополаскиванием в холодной, а затем в теплой воде. Перед окрашиванием необходимо смыть как можно больше незакрепленного красителя. Если этого не сделать, то десорбция этого красителя во время стирки потребителем может вызвать окрашивание других материалов при стирке. Некоторое количество незакрепленного красителя удаляется во время первоначального ополаскивания, которое удаляет щелочь и соль. Благодаря промывке красителя с помощью кипящего раствора моющего средства удаляются остатки. Окрашивание окончательно смывается в теплой воде. Мыловарение необходимо часто повторять для глубоких красителей, или остаточный нефиксированный краситель должен быть комплексован с катионным агентом.