РОЗДІЛ 1

Літературний огляд

Барвники — хімічні сполуки, які використовуються для надання забарвлення різним матеріалам. Хімічна класифікація відображає структуру і способи отримання барвників, але не відображає їх технічних властивостей і призначення. Між тим для тих галузей промисловості, які використовують барвники, важливо знати їх технічні властивості для фарбування яких матеріалів призначений барвник і в яких умовах його застосовують. Тому існує технічна класифікація барвників, в якій вони об'єднані в групи по їх технічному використанню.

Фарбування - складний процес, в якому барвник може взаємодіяти з фарбуючим матеріалом хімічно, а може адсорбуватися на поверхню матеріалу і утримуватися з допомогою адсорбційних сил. В залежності від властивостей барвника і фарбуючого матеріалу, фарбування ведуть в різних умовах, додаючи в розчин барвника різні добавки, змінюючи при цьому температуру ванни, концентрацію і ін.

В найпростішому випадку барвник розчиняють у воді і тканину фарбують, занурюючи у фарбувальну ванну, інші барвники вимагають попередньої обробки тканини спеціальними речовинами – «протравками». Ще інші потребують наступної обробки для закріплення барвника на волокні, існують групи барвників нерозчинних у воді, їх переводять в розчин відновленням у форму лейкосполуки і в такому вигляді вони переходять на волокно. Деякі барвники синтезують на самому волокні: тканину обробляють послідовно розчинами промилених продуктів, які реагують між собою на волокні, утворюючи барвник.

Ряд нерозчинних у воді барвників розчиняється в органічних розчинниках. До них відносяться жиро-, спирто-, і ацетонорозчинні барвники, а також барвники розчинні в полімерах, поліамідах і поліефірах.

1.1. Кислотні барвники

Багаточисельний клас кислотних барвників об'єднує сполуки з різною хімічною структурою. Це сульфопохідні моноазобарвників, триарилметанових і антрахінонових барвників, а також окремі представники сульфопохідних ксантенових, азинових і хінофтолонових барвників.

Кислотні барвники фарбують білкові і поліамідні волокна. Вони дають викраски широкої гами кольорів і відтінків. Зафарбовані тканини в більшості випадків володіють високою стійкістю до світла.

Кислотні барвники являються натрієвими солями сульфокислот, добре розчиняються у воді, дисоціюючи на іони.

Бр. - SO3Na Бр.- SO3 + Na+

У водних розчинах кислотні барвники не утворюють асоціати навіть в присутності електролітів. У випадку утворення асоціатів ступінь дисоціації рівний 2-3.

Кислотні барвники проявляють спорідненість до білкових волокон, яка коливається в доволі широких межах (42-113 КДж/моль) і залежить від числа і положення в молекулі барвника сульфогруп.

Кислотні барвники володіють спорідненістю до вказаних вище волокон, сорбуються на їх поверхні, дифундують через субмікроскопічні пори в середину волокна і закріплюються на активних центрах його внутрішньої поверхні силами міжмолекулярних зв'язків. Головним чином іонних зв'язків, які утворюються між іонізованими аміногрупами волокноутворюючого полімеру і від'ємно зарядженим аніоном барвника. При наявності в молекулах кислотних барвників гідроксі- чи аміногруп, а також великих алкільних залишків барвники можуть фіксуватися на волокні і шляхом утворення водневих зв'язків, силами Ван-дер-Ваальса,

OOC – B - +NH3 + Бр.SO3Na + Н+HOOC – B - +NH3 – O3SБр.

В даному випадку залежить від числа аміногруп в макромолекулі, а також від позитивного заряду волокнистого матеріалу, який в свою чергу визначається кислотністю фарбувальної ванни.

При надлишку водневих іонів в системі (РН2-3,5) всі аміногрупи білкових волокон заряджаються позитивно і в цьому випадку спостерігається максимальне поглинання барвника волокнами, В практичних умовах фарбування шерсті не проходить насиченням всіх іонізованих аміногруп. Вивчення механізму фарбування білкових волокон кислотними барвниками показало, що іони кислот завжди присутні у фарбувальній ванні, за рахунок своїх малих розмірів швидко проникають в тканину. Після досягнення максимуму поглинання іонів кислоти починається витіснення їх з активних центрів волокнистого матеріалу аніонами барвника, що пояснюється більш високою спорідненістю останніх до волокна. Таким чином, процес переходу кислотного барвника на білковий волокнистий матеріал розглядається, як обмін іонів.

Не дивлячись на значно вищу спорідненість іонів барвника в порівнянні із спорідненістю неорганічних іонів, між ними все ж проявляється конкуренція за активні центри. Тому введення в підкислену фарбувальну ванну нейтрального електроліту, а послідовно з тим збільшення концентрації неорганічних іонів, приводить до зміщення рівноваги в розподіленні барвника між розчином і волокнистим матеріалом в сторону розчину. Це сповільнює процес фарбування і сприяє тим самим вирівнюванню викраски.

Кислотні барвники значно відрізняються між собою по швидкості переходу на тканину, по вирівнюючій здатності, здатності швидко і легко перерозподілятися з інтенсивно зафарбованих участків волокнистого матеріалу до більш світліше зафарбованих. Ці властивості барвників тісно пов'язані з їх спорідненістю до волокнистого матеріалу і їх дифузійної властивості. Кислотні барвники прийнято поділяти на три групи: добре-, середньо-, і погановирівнюючі.

Добревирівнюючі барвники володіють відносно малою спорідненістю до матеріалу і високою дифузійною рухливістю. Вони повільно вбираються матеріалами навіть із сильнокислої ванни, порівняно легко переходять із пофарбованого матеріалу в розчин, легко перерозподіляються у волокнистому матеріалі в процесі фарбування. В результаті отримані зразки відрізняються високою рівномірністю.

Погано вирівнюючі барвники володіють великою спорідненістю до волокна і низькою дифузійною рухливістю. Вони швидко вбираються тканиною із слабокислих ванн і закріплюються на ній.

Середньовирівнюючі барвники по своїх властивостях займають проміжне положення між барвниками перших двох груп.

В практиці найбільш цінними є погановирівнюючі барвники, так як отримані викраски більш стійкі до валки, їх низьку здатність утворювати рівномірні викраски знижують, створюючи такі умови фарбування, при яких сповільнюються швидкість переходу барвника з ванни на фарбувальний матеріал.

Процес фарбування білкових волокон кислотними барвниками можна регулювати слідуючим чином;

- встановленням оптимального значення РН фарбувальної ванни;

- введенням в неї нейтральних електролітів;

- встановлення постійного температурного