Кислотні металовмісні барвники
Металовмісні барвники є готовими внутрішньокомплексними сполуками моноазобарвників з металами — хромом або кобальтом. Залежно кількості молекул барвника, що припадають на 1 атом металу, розрізняють комплекси складу 1:1 чи 1:2.
Кислотні металовмісні барвники, що є комплексами складу 1:1, дозволяють отримувати забарвлення з більш високою світлостійкістю та стійкістю до мокрих обробок, ніж звичайні кислотні барвники. Їх застосовують для фарбування вовни, поліамідного волокна та їх сумішей у середні та світлі тони. Зі збільшенням інтенсивності забарвлення її стійкість до мокрих обробок та тертя знижується.
Внаслідок наявності в їх молекулах сульфогруп такі барвники добре розчиняються у воді і дисоціюють на іони подібно до звичайних кислотних барвників. Вони можуть взаємодіяти з поліамідними та білковими волокнами шляхом утворення як іонних зв'язків між сульфогрупами барвника та іонізованими аміногрупами, а також амідними групами волокна (як при фарбуванні звичайними кислотними барвниками), так і координаційних зв'язків між атомом хрому та неіонізованими. Так, наприклад, Кислотний зелений ЖМ може взаємодіяти з кератином шерсті наступним чином:
Для барвників, що містять у молекулі одну сульфогрупу, переважне значення мають сили координаційних зв'язків; для барвників з великим числом сульфогрупп зростає роль іонних зв'язків. Якщо обидва види зв'язків утворюються одночасно, барвник міцно фіксується волокном, різко втрачаючи свою рухливість, у результаті забарвлення виходить дуже нерівномірної. Для отримання рівномірного фарбування процес фарбування здійснюють за режимом, що забезпечує послідовне утворення іонних та координаційних зв'язків.
Фарбування проводять у сильнокислому середовищі при рН 19-22. У умовах практично всі аміногрупи волокна іонізуються, у результаті утворення координаційних зв'язків з атомом хрому стає неможливим. На цій стадії барвники закріплюються на волокні тільки іонними зв'язками і зберігають дифузійну рухливість, що сприяє вирівнюванню забарвлень. При промиванні пофарбованої вовни кислота видаляється, частина аміногруп волокна знову перетворюється на неіонізований стан. При цьому виникають необхідні умови для комплексоутворення, що тягне за собою міцніше закріплення барвника в полімері. Оскільки фарбування в сильнокислих розчинах при підвищених температурах протягом тривалого часу призводить до руйнування волокна, фарбувальну ванну зазвичай вводять вирівнювачі, що дозволяє дещо знизити кислотність ванни і отримувати рівне забарвлення.
Фарбування вовняного волокна здійснюють наступним чином. У фарбувальну ванну, нагріту до 40-50 ° С, вводять вирівнювач і сірчану кислоту. Вовну замочують у цій ванні, потім вливають розчин барвника. Протягом 30-40 хв ванну нагрівають до температури кипіння і фарбують в цих умовах не менше 1,5-2 години. (1-2 мл/л) і 5% розчин ацетату натрію (1-2 мл/л).
Кислотні металовмісні барвники, що є комплексами складу 1:2, застосовують для фарбування вовни та поліамідного волокна, а також для друку вовняних і поліамідних тканин. Фарбування барвниками цієї групи проводять у нейтральному або слабокислому середовищі, що сприяє збереженню механічної міцності волокна. Забарвлення такими барвниками мають високустійкістю до світла навіть у світлих тонах. Вони стійкі до всіх мокрих обробок, крім заварювання. Дані барвники добре комбінуються між собою, а також барвниками деяких інших класів, що дає можливість отримувати широку гаму кольорів. До недоліків цих барвників слід віднести невисоку яскравість забарвлень, що отримуються. Комплекси складу 1:2 відносяться до комплексів аніонного типу, проте, на відміну від комплексів складу 1:1, негативний заряд у них обумовлений не наявністю сульфо- або карбоксигруп, а справакалізований по всьому комплексу. Як приклад наведено нижче формулу одного з таких барвників ― Кислотного рубінового Н2СМ:
 |
Натрієві, калієві та амонієві солі цих комплексів помірно розчиняються у воді. Підвищенню розчинності барвників сприяє введення в їх молекули сульфонамідних (SO2NH2) або метилсульфонільних (SO2CH3) груп.
Як метали-комплексоутворювачі при отриманні цих барвників зазвичай використовують хром або кобальт, рідше - нікель, залізо. Зазвичай колір кобальтових комплексів вищий за колір відповідних хромових комплексів, а світлостійкість забарвлень дещо більша. Оскільки атом металу у комплексі складу 1:2 координаційно насичений, при фарбуванні не відбувається комплексоутворення з волокном. Незважаючи на це барвники комплексу 1: 2 мають високу спорідненість до вовняного волокна. Барвник утримується волокном силами Ван-дер-Ваальса та водневими зв'язками. У кислому середовищі утворюються також і іонні зв'язки між позитивно зарядженими центрами волокна (NN3) і негативно зарядженим комплексом барвника. Однак цей процес може здійснюватися при рН 5-6, що дуже важливо для запобігання деструкції волокна.
З метою отримання рівномірних забарвлень при фарбуванні вовни таПоліамідного волокна комплексами складу 1:2 застосовують вирівнювачі типу препарату ОС-20. Крім того, швидкість переходу барвника із фарби на волокно регулюють зміною температурного режиму. Барвники погано вибираються до 70 ° С і лише після 75-80 ° С починається помітний перехід на волокно. Тому повільне підвищення температури від 70 до 100 ° С забезпечує отримання рівного забарвлення. Оптимальне значення рН фарби становить 5,5-6; у сильнокислому середовищі відбувається руйнація комплексу 1:2. Введення в фарбувальну ванну нейтральних електролітів може призвести до коагуляції барвника.
Фарбування такими фарбниками здійснюють наступним чином. У фарбувальну ванну, нагріту до 30-40 ° С, вводять розчини сульфату або ацетату амонію або оцтову кислоту і вирівнювач і обробляють в ній волокнистий матеріал протягом 15 хв. Далі у ванну подають розчин барвника, повільно нагрівають фарбувальну ванну до температури кипіння і фарбують у цих умовах не менше 1 години. Після закінчення фарбування волокнистий матеріал ретельно промивають теплою і холодною водою.
Як уже зазначалося, кислотні металовмісні барвники, що є комплексами складу 1:2, можуть бути використані для друку вовняних і поліамідних тканин. Нижче наведено склад друкарської фарби (г/кг) для друку по тканині з поліамідного волокна:
| Барвник | Резорцін |
| Сечовина | Загустка трагантна, 8%-я |
| Сульфатамонія | Вода (80 0 С) |
Резорцин у складі друкарської фарби виконує роль прискорювача фіксації барвника на синтетичному гідрофобному волокні. Надруковану тканину після сушіння запарюють при 102-104 ° С протягом 20-25 хв, потім промивають.
До недоліків першого поколінняметалокомплексних барвників комплексу 1:2 відносяться їхня низька розчинність і складність отримання рівномірних забарвлень на текстильних матеріалах. З метою усунення цих недоліків різними зарубіжними та вітчизняними анілінофарбовими підприємствами в даний час виробляються металовмісні барвники комплексу 1:2, що включають одну або дві сульфогрупи. Розчинність таких барвників сягає 50-80 г/л. До вітчизняних металовмісних барвників з сульфогрупами відносяться дешери і совелани.
ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
1. Охарактеризуйте будову та основні властивості кислотних, кислотно-протравних і металовмісних барвників.
2. Якою є роль кислоти при фарбуванні кислотними барвниками? Поясніть вплив рН фарбової ванни на зміну сорбції (вибирання) барвника білковими та ПА-волокнами?
3. Чому при фарбуванні добре-, середньо-і погановирівнюються кислотними барвниками використовують різні кислотні реагенти?
4. Які типи взаємодій існують між кислотними барвниками та волокнами різної природи?
5. Яким чином домагаються вирівнювання забарвлень при фарбуванні кислотними барвниками, що погано вирівнюються?
6. Які переваги та недоліки мають різні способи фарбування кислотно-протравними барвниками?
7. Якими зв'язками фіксуються кислотно-протравні барвники на вовняному волокні? Напишіть схему хімічних реакцій.
8. Як змінюється якість забарвлень при фарбуванні кислотно-протравними барвниками порівняно із звичайними кислотними?
9. Який механізм фіксації барвників КМК 1:2 та КМК 1:1 кератином вовни?
10. Які оптимальні умови фарбування барвниками КМК 1:1 та КМК 1:2?