Фарбування - Велика Радянська Енциклопедія
Кра шение,надання текстилю, шкірі, паперу, пластмас та ін. матеріалам забарвлення, що володіє достатньою для практичних цілей стійкістю до дії світла, водним і мильним обробкам, тертю тощо. нанесення на спеціально підготовлену поверхню шару рідкого лакофарбового матеріалу, що утворює після висихання суцільну тверду плівку, називають забарвленням (див. Лакофарбові покриття). Фарбування відомо з давнину, особливо широкого поширення набуло у зв'язку з розвитком великого мануфактурного виробництва. Велике значення для розвитку фарбування мав синтез (у 2-й половині 19 ст) органічних барвників, що майже повністю витіснили дорогі і менш міцні природні.
Методи фарбування визначаються властивостями барвників та матеріалу, що фарбується. Для фарбування паперу (підцвітання паперової маси та фарбування готового паперу) застосовують мінеральні пігменти (ультрамарин, охра та ін) та барвники (основні, кислотні, прямі, сірчисті, кубові). Про способи фарбування цими барвниками див. Для фарбування готового паперу її занурюють у розчин барвника (частіше кислотного) або наносять на її поверхню тонкий шар мінеральних речовин (бланфіксу та ін) з клеючими і барвниками. Глибинне фарбування шкіри (червонодубленої, хромової, лайки, замші) здійснюють протруйними, кислотними, основними, прямими барвниками та спеціальними барвниками для шкіри. Для покривного фарбування шкіри користуються головним чином пігментами у поєднанні зі сполучними та плівкоутворювачами (казеїном, нітроцелюлозою та ін.). Для фарбування хутра застосовують окислювальні, кубові, кислотні, протруйні барвники та спеціальні барвники для хутра. Методи фарбування пластмас визначаються технологією отримання та властивостями цих матеріалів. Дляфарбування полімеризаційних термопластів барвники вводять в мономер до полімеризації або готовий полімер перед литтям і пресуванням. Для отримання прозорих пофарбованих продуктів застосовують термостійкі жиророзчинні та основні барвники. Фарбування відбувається в результаті розчинення цих барвників у масі полімеру. Непрозорі пофарбовані продукти виходять при використанні барвників із наповнювачами або нерозчинних у пластмасі пігментів. Для фарбування конденсаційних термореактивних пластмас (фенопластів, амінопластів) барвники з наповнювачами та пігменти вводять при виготовленні прес-порошків.
Для фарбування волокнистих матеріалів готують т.з. фарбову ванну, до складу якої входять барвник, допоміжні речовини та вода. Процес фарбування полягає в мимовільному переході барвника з ванни в волокно до встановлення рівноваги. Швидкість досягнення рівноваги, отже, і швидкість фарбування загалом визначаються коефіцієнт дифузії барвника у волокні. Цей коефіцієнт у тисячі та сотні тисяч разів менший, ніж коефіцієнт дифузії у водному середовищі. Збільшити швидкість дифузії барвників у волокні, а отже, і швидкість фарбування можна трьома шляхами: підвищенням температури, введенням в фарбу ванну деяких типів гідрофільних органічних розчинників, створенням умов, що сприяють набухання волокна. Всі ці напрямки широко застосовуються для інтенсифікації фарбування. Волокна та вироби з них фарбують в апаратах періодичної та безперервної дії. Найбільшого поширення набули останні, тому що вони забезпечують високу продуктивність праці та обладнання. Фарбування називають гладким, якщо матеріал фарбують суцільно в один колір, і візерунчастим або друкованим, якщо він пофарбований у кілька кольорів.
Фарбуванняпрямими барвниками. Прямі барвники добре розчиняються у воді, причому в розчинах поряд з аніонами барвників присутні і їх агрегати більшої або меншої величини. До барвників цього типу належать азобарвники. Їх використовують головним чином для фарбування целюлозних волокон, а також шовку, шерсті та поліамідних волокон. Фарбувальна речовина на волокні утримується ван-дер-ваальсовими силами і, мабуть, завдяки утворенню водневих зв'язків. Залежно від бажаної інтенсивності фарбування витрата барвників становить 1-4% маси волокна. У фарбувальну ванну вводять до 20% (від маси матеріалу) кухонної солі або сульфату натрію для збільшення вибираності барвника з ванни та підвищення інтенсивності фарбування. Оптимальна температура у разі застосування періодичного фарбування 70-90 °С. По безперервному способу фарбування матеріал, що фарбується просочують при температурі 90-95°С розчином барвника з концентрацією 1-20 г/л, запарюють в запарній камері при 102°С протягом 60-90 сек (для інтенсифікації проникнення барвника в волокно) і промивають. Для кращого фарбування волокон та підвищення рівномірності фарбування у фарбувальну ванну необхідно додавати органічні розчинники типу етаноламінів, т.з. вирівнювачі (10 г/л). Забарвлення прямими барвниками не має достатньо високої міцності, тому його зміцнюють за допомогою спеціальних препаратів.
Фарбування активними (реактивними) барвниками.Активні барвники використовують для фарбування целюлозних, білкових та поліамідних волокон. Фарбування складається з двох стадій: просочення волокнистого матеріалу розчином барвника та фіксації його в лужному середовищі. На цій останній стадії барвник реагує з волокном і утворює з ним нове пофарбоване з'єднання, наприклад:
Частина барвника (до 30%)взаємодіє із водою. Гідролізований водою барвник необхідно повністю видалити з волокна під час промивання, інакше різко знизяться показники міцності фарбування до мокрих обробок. Фарбування активними барвниками проводять періодичним, напівбезперервним та безперервним способами. Найбільш поширений однованний плюсовочно-запарний спосіб, при якому після просочення матеріалу, що фарбується розчином барвника в присутності бікарбонату натрію проводять (з проміжною сушкою або без неї) запарювання волокна при температурі 100-103 ° С, після чого забарвлене волокно промивають і висушують.
Фарбування кубовими і сірчистими барвниками.Кубові барвники нерозчинні у воді і тому для фарбування їх попередньо відновлюють у лужному середовищі гідросульфітом натрію, в результаті чого виходять розчинні натрієві солі лейкосполук, поглинаються целюлозними волокнами з водних. Окисленням киснем повітря або ін окислювачами лейкосполуки переводять у вихідні нерозчинні барвники, які міцно утримуються в порах волокна. До кубових барвників відносяться поліциклічні барвники та індигоїдні барвники. Залежно від типу фарбника фарбування ведуть при температурах від 30 до 80°С. Аналогічним чином застосовують нерозчинні сірчисті барвники. Відмінність полягає в тому, що як відновник використовують не гідросульфіт, а сульфід натрію. Фарбувальна здатність сірчистих барвників невелика, тому при фарбуванні в темні кольори беруть до 20% барвника від волокна. Фарбування ведуть при температурі близької до 100 °С. Існують і розчинні у воді препарати сірчистих барвників. При їх використанні текстильний матеріал просочують водяним розчином барвника, висушують гарячим повітрям і обробляють в розчині, що міститьсульфід натрію та їдкий натр. У цьому розчині при 80-90 ° С протягом 30 с відбувається прояв барвника, тобто перехід його у вихідну нерозчинну у воді форму.
Крім відновного способу фарбування кубовими фарбниками, широко застосовується т.з. суспензійний метод. У цьому випадку волокнистий матеріал просочують суспензією високодисперсної кубового барвника, висушують, а потім обробляють лужним гідросульфітним розчином. Нерозчинний барвник безпосередньо на волокні перетворюється на розчинну натрієву сіль лейкосполуки, яка сорбується волокном і дифундує всередину його при подальшому запарюванні. Окислення лейкосполуки у вихідний барвник і фіксація його на волокні відбуваються при обробці розчинами окислювачів, наприклад K2Cr2O7 або H2O2, після чого матеріал ретельно промивають.
Особливу групу кубових барвників становлять розчинні у питній воді препарати — кубозоли. Їх водними розчинами просочують волокнисті матеріали і потім різними способами (нітритним, біхроматним, запарним і т. д.) у кислому середовищі проводять гідроліз та окиснення кубозолів. В результаті на волокні фіксується початковий кубовий барвник, з якого отримано відповідний кубозоль.
Фарбування нерозчинними азобарвниками, що утворюються в волокні (холодне фарбування). При фарбуванні волокно просочують лужним розчином азотолу, висушують та обробляють на холоді при pH 7-9 водним розчином солі діазонію. На волокні відбувається реакція азопоєднання, і воно фарбується. Т. о. фарбують целюлозні волокна, але при відомій модифікації методу нерозчинні азобарвники можна синтезувати і вполіамідних, поліефірних та поліакрилонітрильних волокнах.
Крім нерозчинних азобарвників, на волокні можна синтезувати та ін пігменти, зокрема чорний анілін, що є найбільш поширеним окисним барвником. Його одержують шляхом окислювальної конденсації аніліну серед мінеральної кислоти. Як окислювач застосовують хлорат натрію і біхромат натрію або калію; каталізаторами окисного процесу є мідний купорос, залізисто-і залізосинєродистий калій та ін.
Для фарбування волокон використовують і готові органічні пігменти, для їх фіксування різні синтетичні сполучні речовини, наприклад передконденсати сечовино- і меламіноформальдегідних смол.
Фарбування катіонними барвниками.Катіонні барвники - зазвичай моноазобарвники (див. Азобарвники) і поліметинові барвники. Фарбують поліакрилонітрильні волокна в яскраві насичені кольори, забарвлення мають досить високу міцність. Барвник фіксується на волокні міжмолекулярними силами та завдяки утворенню іонних зв'язків:
,
де А - аніон, наприклад CH3SO4 - . Фарбування виробляють в оцтовокислому середовищі у присутності глауберової солі та вирівнюючих речовин; температура ванни 95-100 ° С, тривалість фарбування 60-90 хв. Витрата барвника 2-5%, оцтової кислоти 1-5%, глауберової солі 5-15% і вирівнювача 2-6% від маси матеріалу, що фарбується. Існують і безперервно-потокові методи фарбування поліакрилонітрильних волокон катіонними барвниками. У цьому випадку для прискорення проникнення барвника у волокно використовують резорцин, етиленкарбонат та інші речовини. Волокнисту масу просочують розчином барвника (5-10 г/л), що містить названі прискорювачі (10-50 г/л), запарюють при 103°С протягом 60-90 с і ретельно промивають.
Фарбування кислотними і протравними барвниками.Кислотні барвники розчиняються у воді завдяки наявності груп SO3M (рідше COOM, де М - Na, К або NH4), SO2NH2, SO2CH3 та ін, до них відносяться антрахінонові барвники та азобарвники. Застосовуються в основному для фарбування білкових та поліамідних волокон, а також шкіри, хутра, паперу, деревини та інших матеріалів. У процесі фарбування барвник взаємодіє з волокном за схемою:
У закріпленні барвника на волокні беруть участь також ван-дер-ваальсові сили. Фарбування здійснюють при pH 3-5 у присутності глауберової солі та вирівнювача. температура фарбування 85-90 ° С, тривалість 45 - 60 хв. Так само фарбують білкові та поліамідні волокна протруйними барвниками, що фарбують волокно і закріплюються на ньому при подальшій обробці деякими хімічними речовинами, які називаються протравами. Найважливіші протруйні барвники - хромові, які після просочення волокна обробляють розчином біхромату натрію, причому хром відновлюється з шести-тривалентний стан з утворенням на волокні нерозчинних комплексних сполук барвників: (рис.). Такі комплекси можуть утримуватися на волокні та ван-дер-ваальсовими силами. Хромові барвники дають фарбування великої міцності до дії світла та мокрих обробок. Залежно від будови барвників фарбування проводять у кислому чи нейтральному середовищі з добавкою вирівнювачів. Найбільше застосування як хромових отримали азо-і антрахінонові барвники.
Фарбування дисперсними барвниками.За хімічною будовою дисперсні барвники відносяться до азобарвників або антрахінонових барвників. Зазвичай їх застосовують для фарбування поліамідних, поліефірних, поліакрилонітрильних та ацетатних волокон. Молекули дисперсних барвників мають малі розміри та легкопроникають у щільні синтетичні волокна. Крім того, вони відсутні аніонні групи, що перешкоджають взаємодії барвника з волокном, що має у воді негативний заряд. Дисперсні барвники погано розчиняються у гарячій воді, тому їх подрібнюють (диспергують) до розміру частинок менше 2 мкм. Поліамідні та діацетатні волокна забарвлюють у ванні, що містить диспергатор. Фарбування починають при температурі 40-50°З потім ведуть протягом 1 години при 80°С. Поліефірні та поліакрилонітрильні волокна, що відрізняються підвищеною щільністю, в цих умовах практично зовсім не фарбуються. Тому для фарбування таких волокон необхідно підвищити температуру до 130-140 ° С або застосувати переносники - речовини, що розпушують структуру полімеру. Як переносники застосовують про-оксидифеніл, моно- і дихлорбензоли, бензойну та саліцилову кислоти, бетанафтол, крезоли і т. д. Їх оптимальна концентрація у фарбувальній ванні 3-8 г/л. Дуже ефективними для поліефірних волокон є безперервно-потокові методи фарбування - термозольний та вапокол-процеси. За цими способами волокно спочатку просочують злегка загущеною високодисперсною суспензією барвника і потім після сушіння прогрівають протягом 60-90 сек при температурі 200-210°С (термозольний процес) або піддають впливу парів трихлоретилену (вапокол-процес). Після таких обробок промивають волокно і висушують.
Літ.: Віккерстафф Т., Фізична хімія фарбування, пров. з англ., М, 1956; Мельников Би. Н., Мориганов П. Ст, Теорія та практика інтенсифікації процесів фарбування, М., 1969; Садов Ф. І., Корчагін М. Ст, Матецький А. І., Хімічна технологія волокнистих матеріалів, 3 видавництва, М., 1968: Застосування кубових барвників, пров. з англ. за ред. Ст Якобі, М., 1957, с. 113-24; Андросов Ст Ф., Фель Ст С., Фарбуваннясинтетичних волокон, М., 1965.