НАУЧНЫЙ ЗАДЕЛ
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
План-конспект исследований
Впервые интенсифицирующее действие четвертичныхаммониевых солей (ЧАС) выявлено при крашении текстильных материалов из полиэфирных волокон дисперсными красителями. Получение интенсивных и устойчивых окрасок на гидрофобных волокнообразующих полимерах с низкой влагопоглощающей способностью имеет известные трудности и требует использования интенсифицирующих агентов.
При колорировании материалов из гидрофильных целлюлозных волокон с высокой сорбционной способностью проблема интенсификации является менее острой, но в применении к водорастворимым активным красителям она представляется актуальной. Это связано с необходимостью поиска путей повышения степени ковалентной фиксации красителя на волокне, что предопределяет снижение его десорбции при промывке окрашенного материала и, вследствие этого, уменьшение поступления в сточные воды.
Цель настоящей работы состояла в исследовании интенсифицирующего влияния ЧАС на процесс крашения целлюлозного материала активными красителями по периодической технологии.
Образцы хлопкового волокна, подготовленные к крашению по полному циклу (промывка, отварка, мерсеризация, беление) окрашивали периодическим способом активными красителями монохлортриазинового (МХТ) (I) и винилсульфонового (ВС) (II) типов:
| I | Reactive blue 13 | 
|
| II | Reactive red 35 | 
|
Режим крашения: в красильные растворы, содержащие интенсификатор (ЧАС), краситель – 3 % от массы волокна, хлорид натрия – 30 г/л, при модуле ванны 30 помещали образцы хлопкового волокна (при 20 °С), поднимали температуру до 75 °С (для красителя I) или до 40 °С (для красителя II) и продолжали крашение в нейтральном растворе в течение 30 мин. Затем, после добавления кальцинированной соды (2 г/л) обработку вели еще в течение 60 мин с контролем температуры в условиях термостатирования. По окончании крашения образцы интенсивно промывали горячей и холодной водой и высушивали при температуре 105–110 °С.
В качестве интенсификаторов использовали ЧАС (Sigma-Aldrich, чистота соединений – 98-99 %), характеристика которых представлена в табл. 1.
Общее содержание активного красителя на целлюлозном волокне рассчитывали по концентрациям остаточных и промывных ванн. Для расчета количества красителя, ковалентно связанного с волокном, использовали метод последовательной экстракции 25%-м раствором пиридина и 50%-м раствором мочевины при кипении в течение 30 мин. Экстракции подвергали образцы, окрашенные активными красителями в присутствии интенсификатора ЧАС концентрацией 1 г/л. После полной конденсации паров растворителей объем раствора в колбе доводили до 50 мл и колориметрировали на приборе КФК-2 с последующим определением концентрации красителя.
Цветовые характеристики окрасок измеряли с использованием спектрофотометра «Сolor I5» фирмы «Gretag Macbeth» для стандартного источника освещения в системе CIELab, прочность окрасок – в соответствии с ГОСТ 9733-83.
Таблица 1.
Свойства ЧАС, используемых в качестве интенсификаторов крашения
| Четвертичная аммониевая соль | Усл. обозн. | Тпл., ° С | ККМ, мМ |
хлорид бензилдиметилгексадециламмония
| BzС16Cl | 55-65 | 0,47 |
хлорид бензилтриэтиламмония
| BzCl | 190-192 | - |
бромид триметилгексадециламмония
| C16Br | 248-251 | 0,92 |
бромид бензилдиметилдодециламмония
| BzC12Br | 46-48 | 5,5 |
Обсуждение результатов:
Активные красители, имеющие широкую цветовую гамму (от желтого до черного цвета) широко используются для крашения целлюлозного волокна с получением прочных окрасок за счет образования ковалентной связи по механизму нуклеофильного замещения (I) или нуклеофильного присоединения (II):
Благодаря образованию ковалентных связей между активными группами красителя и первичными гидроксильными группами целлюлозы полученные окраски характеризуются высокими показателями устойчивости к мокрым обработкам (стирке), трению, химической чистке (действию органических растворителей).
Установлено (рис. 1, 2), что введение в красильную ванну ЧАС способствует повышению сорбции активных МХТ (Reactive blue 13) и ВС (Reactive red 35) красителей.
Анализ зависимостей, приведенных на рис. 1 и 2, показывает, что максимальные концентрации активных красителей на целлюлозном волокне достигаются при использовании интенсификаторов BzС16Cl и BzC12Br в концентрациях, соответственно, 1 и 3 г/л. Выявлено, что соединение BzCl в рассматриваемых условиях не обладает интенсифицирующим эффектом. Наличие максимумов для кривых 1 и 3 связано с тем, что поверхностно-активные вещества BzС16Cl и C16Br находятся в растворе в виде ассоциатов (ККМ приведены в табл. 1).
Рис. 1. Зависимость сорбции активного МХТ красителя (Reactive blue 13) целлюлозным волокном [ммоль] от концентрации ЧАС [г/л]:
1 –BzС16Cl, 2 – BzCl, 3 – C16Br, 4 –BzC12Br
Рис. 2. Зависимость сорбции активного ВС красителя (Reactive red 35) целлюлозным волокном [ммоль] от концентрации ЧАС [г/л]:
1 –BzС16Cl, 2 – BzCl, 3 – C16Br, 4 –BzC12Br
ЧАС BzС16Cl и BzC12Br имеют относительно невысокую температуру плавления (менее 100 °С), и как соединения в форме органических солей с азотсодержащими катионами относятся к ионным жидкостям (ИЖ), интерес к которым в последние годы постоянно возрастает . Известно, что по отношению к целлюлозе растворяющей способностью обладают ИЖ на основе пиридиния, имидазолия и аммония, при этом они не являются дериватизирующими растворителями. Например, хлорид бензилдиметилтетрадециламмония (BzC14Cl) растворяет биополимеры с их незначительной деполимеризацией (для сульфатной пульпы ели степень полимеризации снижается с 593 до 527, для хлопкового пуха – с 1198 до 966) . Механизм взаимодействия ИЖ с целлюлозой рассмотрен в ряде работ, однако до настоящего времени четко не сформулирован. Наиболее доказанной на наш взгляд является следующая точка зрения : при сольватации целлюлозы ИЖ происходит разрыв межмолекулярных водородных связей в полимере и анион (Cl¯, Br¯) образует водородные связи с протонсодержащими группами целлюлозы (–OH) при сохранении прочной связи с азотосодержащим катионом. Последний не вступает во взаимодействие с атомами кислорода гидроксильной группы целлюлозы из-за стерических затруднений, но препятствует восстановлению водородных связей между полимерными цепями. Существование подобного механизма взаимодействия исследуемых интенсификаторов (BzС16Cl и BzC12Br) с целлюлозой создает условия для активизации сорбции активных красителей и повышения степени их ковалентной фиксации на волокне (табл. 2).