Фарбування та друкування дисперсними
Красителями
Дисперсні барвники призначені для фарбування та друкування гідрофобних штучних та синтетичних волокнистих матеріалів: ацетатних, тріацетатних, поліамідних, поліефірних, поліакрилонітрильних. При синтезі цих барвників були враховані особливості будови та властивостей даних волокнистих матеріалів, що відрізняють їх від природних та гідратцелюлозних волокон: високий ступінь кристалічності та компактність структури, гідрофобність, знижена хімічна активність.
За хімічною будовою дисперсні барвники належать до барвників різних класів. Більшість їх складають азо- і антрахиноновие барвники. Азобарвники забезпечують гаму відтінків жовтого, помаранчевого, фіолетового, темно-синього та коричневого кольорів. Більш дорогі антрахінонові барвники застосовують для отримання яскравих та світлостійких рожевих, блакитних, синіх, зелених та фіолетових забарвлень. Відомі також дисперсні барвники на основі нітродіфеніламіну, похідні нафтохінону, бензантрону та ін.
Загальним всім дисперсних барвників є: відсутність у структурі сульфо–, карбокси– та інших іоногенних груп, надають барвникам здатність розчинятися у питній воді; невелика молекулярна маса та відносна простота будови молекул; в процесі фарбування барвники не зазнають жодних хімічних змін. Нижче наведено формули двох типових дисперсних барвників.
Дисперсні барвники погано розчиняються у воді та водних розчинах: від часток міліграма до кількох міліграмів в 1 л за кімнатної температури і до 50–350 мг/л при 80 °С. У той же час вони досить добре розчиняються в ряді органічних розчинників: в ацетоні, спирті, етилцеллозольве, диметилформаміді, фурфуролі та ін. Надзвичайно мала розчинність дисперсних барвниківу воді зумовлює необхідність застосування їх у процесах фарбування лише у вигляді водних суспензій, зазвичай з розміром частинок від 02 до 2 мкм. У зв'язку з цим особливого значення набувають ступінь дисперсності, однорідність та стійкість дисперсійного складу цих барвників у випускних формах.
Вітчизняні дисперсні барвники випускають у вигляді тонкодисперсних порошків та паст. Порошки зазвичай містять 15-50% барвника, диспергатори і змочувачі. Основна маса частинок має розміри до 2 мкм, але можуть бути окремі частинки розміром до 15 мкм. Від дисперсності барвника залежить ступінь його використання під час фарбування. Наявність грубодисперсних частинок може стати причиною нерівного забарвлення, кропу та інших пороків фарбування.
Вітчизняний асортимент налічує понад 40 дисперсних барвників, багато з яких застосовні для фарбування і ацетатних, і синтетичних волокон. Однак деякі барвники забезпечують кращі показники при фарбуванні поліефірних волокон (в їхню назву входить слово поліефірний) або при фарбуванні поліамідних волокон (їх позначають словом поліамідний).
Крім звичайних дисперсних барвників анілінофарбової промисловістю випускаються також дисперсні діазотовані та дисперсні металовмісні барвники.
Дисперсні барвники, що діазотуються, відрізняються від звичайних дисперсних барвників наявністю в молекулі вільної аміногрупи, здатної діазотуватися. Вони також фарбують хімічні волокна з водної суспензії, але потім барвник на волокні діазотують і поєднують з будь-якої азоскладної (2-гідроксинафтойної кислотою, резорцином або з одним з азотолов). В даний час випускають в основному два таких барвника - Дисперсний діазосиній 3 і Дисперсний діазочорний С. Вони дають глибокі насичені забарвлення,які мають хорошу стійкість до мокрих обробок.
Дисперсні металовмісні барвники (у найменуванні мають індекс МП) використовують для фарбування поліамідних волокон. Забарвлення, що отримуються, відрізняються високою стійкістю до різних видів фізико-хімічних впливів, проте за яскравістю і чистотою відтінку вони поступаються забарвленням звичайних дисперсних барвників.
Забарвлення одними і тими ж дисперсними барвниками на різних волокнах можуть мати різні відтінки та відрізнятися за стійкістю. Причиною цього може бути ряд факторів: природа волокнистого матеріалу, агрегація молекул барвників у волокні, яка залежить від щільності та пористості волокна; полярність барвника. Так, більшість дисперсних барвників дає на поліамідних волокнах забарвлення, менш стійкі до дії світла, ніж ацетатних. Світлостійкість фарб на поліефірних волокнах близька до світлостійкості фарб на ацетатних волокнах і значною мірою залежить від будови барвника. Дисперсні азобарвники і похідні нітродіфеніламінів дають на поліефірних волокнах забарвлення, що мають досить високу світлостійкість. Низька світлостійкість має деякі антрахінонові барвники синіх кольорів.
Чутливість дисперсних барвників до димових газів проявляється головним чином ацетатних волокнах; на синтетичних волокнах рідко спостерігається знебарвлення забарвлень. Стійкість забарвлень до мокрих обробок у дисперсних барвників на поліефірному волокні висока і дещо перевершує аналогічні показники інших волокнах.
Важливе практичне значення має стійкість дисперсних барвників до сублімації, тому що в процесах фарбування та обробки хімічні волокна часто піддають високотемпературним обробкам (180 °С). Більшість дисперсних барвниківвідрізняється незадовільною стійкістю до сублімації. Так, моноазобарвники сублімуються за 135–170 °С, дисазобарвники — за 160–180 °С.
Більшість похідних антрахинона також характерна невисока стійкість до сублімації; деякі барвники починають виганяти вже при 130-150 °С. Стійкість барвника до сублімації підвищують шляхом збільшення молекулярної маси або введенням в його молекулу певних груп. Для азобарвників найбільш ефективні групи SО2NH2, СОНН2, СN, ВІН, СНF2, СF3; для антрахінонових - С1, Вг, С2Н4ОН, С6Н4ОН, SО2NН2.
Фарбування ацетатних та синтетичних волокон дисперсними барвниками здійснюють із високодисперсних водних суспензій, що містять поверхнево-активні речовини та диспергатори. При цьому лише дуже невелика частина барвника утворює справжній розчин. Між істинно-і колоїднорозчиненою частиною барвника у водній ванні існує рухлива рівновага. У міру переходу молекул фарбника у волокно розчинена фракція поповнюється за рахунок диспергованої частини фарбника. Таким чином, процес фарбування здійснюється завжди з розчину барвника, як насиченого при даній температурі. Від розчинності барвника у воді значною мірою залежить швидкість фарбування. Ступінь дисперсності та розчинність барвників можна збільшити шляхом підвищення температури розчину, введення в фарбувальну ванну текстильних допоміжних речовин, деяких органічних розчинників, гідротропних речовин.
Існують дві точки зору на механізм фарбування хімічних волокон дисперсними барвниками. Згідно з однією з них, барвник у процесі фарбування розчиняється в волокноутворюючому полімері як у твердому розчиннику; згідно з іншою, - процес фарбування слід розглядати як адсорбцію ідифузію барвника в порах волокна та закріплення його на специфічних ділянках доступної внутрішньої поверхні полімеру. За сучасними уявленнями ці відмінності у поглядах на механізм фарбування не суттєві. Дисперсний барвник закріплюється в гідрофобному волокні за допомогою сил Ван-дер-Ваальса, диполь-дипольної взаємодії та шляхом утворення водневих зв'язків. Ефективність прояву дії сил адсорбції у процесі фарбування оцінюється спорідненістю дисперсних барвників до гідрофобних волокон, що дорівнює 12–25 кДж/моль.
При фарбуванні синтетичних волокон дисперсними барвниками виникають значні труднощі, зумовлені будовою та властивостями цих волокон. Найбільшою мірою ці труднощі виявляються при фарбуванні поліефірного волокна, що характеризується великою впорядкованістю та щільністю упаковки макромолекул та виключно високою гідрофобністю. Швидкість дифузії дисперсних барвників у поліефірні волокна приблизно в 10–50 разів нижча, ніж у поліамідні та ацетатні. У зв'язку з цим виникла необхідність створення спеціальних способів фарбування, що дозволяють полегшити проникнення барвників у синтетичні волокна. Основними напрямками вирішення цієї проблеми є: використання високотемпературних способів фарбування та застосування у фарбуванні спеціальних хімічних речовин – інтенсифікаторів процесу.
Прискорення фарбування і підвищення фарбування волокон можна досягти і введенням в фарбову ванну інтенсифікаторів, що прискорюють проникнення барвника всередину волокна. Швидкість дифузії молекул барвника під впливом різних інтенсифікаторів зростає у 10–100 разів. Використання цих речовин дозволяє проводити фарбування при температурі до 100 °С. Як інтенсифікатори застосовують різні хімічні сполуки: феноли,ароматичні кислоти та їх похідні, ароматичні кетони, альдегіди, первинні аміни, ароматичні вуглеводні та їх похідні та деякі інші сполуки. Всі ці продукти або зовсім нерозчинні, або дуже мало розчинні у воді, тому їх застосовують у вигляді водних дисперсій або емульсій.
Ефективність дії інтенсифікаторів залежить від їхньої хімічної природи, концентрації, від будови барвника. Проникаючи всередину волокна, інтенсифікатори послаблюють міжмолекулярну взаємодію волокнообразующем полімері; при цьому збільшується рухливість сегментів полімерних ланцюгів, а отже, і швидкість дифузії барвника у волокно. Відома також здатність інтенсифікаторів підвищувати розчинність дисперсних барвників. Тому вони можуть утворювати в волокні висококонцентровані фарбувальні мікрованни, з яких барвник швидше дифундує в глиб волокна.
Застосування перерахованих вище органічних сполук як інтенсифікатори процесу фарбування пов'язане з низкою труднощів. Більшість інтенсифікаторів відноситься до летких іноді токсичних сполук, що забруднює робочу атмосферу фарбувальних цехів, ускладнює очищення стічних вод і вимагає дуже ретельного відмивання забарвлених матеріалів від залишків цих речовин. Присутність деяких із них у волокні знижує світлостійкість забарвлень. Тому правильний вибір препарату, його концентрації, дотримання правил техніки безпеки обов'язкові для успішного використання інтенсифікаторів у практиці фарбування.