Ассортимент применяемых красителей для текстильных материалов

УДК 677.016.8

Б. И. Измайлов, Р. М. Шарипов, Л. Д. Валеева, Э. А. Гадельшина, А. И. Вильданова

АССОРТИМЕНТ ПРИМЕНЯЕМЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: красители, хлопок, текстильные материалы, пигмент, связь, молекула, волокна.

Рассматриваются виды красителей, которые применяются в текстильной промышленности, особенности их строения, классификация и новые методики окрашивания текстиля.

Keywords: colorings, cotton, textile materials, pigment, bond, molecule, fiber.

We consider the kinds of dyes are used in the textile industry, especially their structure, classification and new techniques of coloring textiles.

На протяжении столетий развитии искусства крашения текстильных материалов можно разделить на два периода. Первый, когда зародилось человечество до 1859 года, в то время преимущественно применялись минеральные, растительные или животные виды крашения. В древних культурах Египта, Евразии, Центральной и Латинской Америки окрашивали изделии из хлопка, шерсти и льна. Во времена Античности окрашивание проводили из пурпурных улиток, которые и по сей день обитают в Средиземном море. В основном ткани окрашивали по заказу королей, поскольку дороговизна пурпура была высока. Также для крашения применялся красный краситель, который добывается из корней морены, ализарин, экстракты красильной вайды и индиго, который дает весьма прочный синий окрас. Шафран чаще всего имело применение народами Греции, кермес - в римском хозяйстве, в Индии окрас жёлтого цвета добывали из мочи коров, которые питались листьями манго. Все эти красящие вещества получали в малых количествах, так как это обусловлено их дороговизной. Кроме того в то время трудно было достичь нужной потребности в развитии текстильной промышленности [1].

После того как произошло открытие Америки, появились новые вещества, такие как кошениль, красное дерево, синий сандал. Из кошениля получали карминовую кислоту (краситель алого окраса), применяемый и по сей день для производства губной помады. Из красного дерева получают бразилин. Синий сандал дает синий окрас [2]. В течение прошлого века из данных продуктов были получены собственно красящие вещества, и удалось установить их строение. К неорганическим пигментам относят берлинскую лазурь, марганцевую и другие виды пигментов, которыми начали пользоваться лишь в начале 19-гостолетия. Во втором периоде, использовали синтетические и искусственные красители. Начало было положено с появлением мовеина, цвет которого напоминал окрас цветка мальвы. Его строение в 1890 году установил О. Фишер, это одно из многократно замещённых феназинов [3].

С развитием новых отраслей промышленности и появлением новейших тканей, которые требуют создания новых видов красителей для этих материалов. Были разработаны новые методики

окрашивания текстиля, допустим, с образованием химический связи красителя с волокном,вследствии чего появляются новые группы, такие как активные красители, красители для анодированного алюминия, вещества для отбеливания и т.д.

Активные красители - это красители нового класса, которые обладают ценными свойствами, что обуславливается присутствием в их молекуле групп, способных связываться химически с волокном, образуя ковалентную связь. Строение молекулы активного красителя состоит из двух частей -хромофор (окраска) и активная группировка, которая обеспечивает прочную связь красителя с волокном. Активные красители имеют хорошую перспективу. Это обусловлено тем, что они дают прочные окраски, а также упрощают процесс крашения [4].

При изучении красителей сложного строения, удалось выделить и выявить продукты фотореакции. Трудность заключается в том, что очень медленно проходят фотохимические изменения красителей. Даже если удаётся выделить продукты разложения, то бывает непросто сделать отличие первичных и фотохимических изменений от последующих термических и других реакций, а также составить молекулярную цепь, из которой образуются конечные продукты разложения [6]. Вещества, которые предназначены для крашения текстильных материалов, делятся на красители и пигменты.. Краситель - это вещество, обладающее внутренним сродством к окрашиваемому материалу - имеет притяжение к нему. Растворение красителей происходит на определенной стадии в красильной среде. При попадании красителя внутрь материала, происходит образование прочной связи с волокнами. Все красители, предназначенные для текстиля, являются органическими веществами. Пигмент - это вещество, которое придает окрашиваемость поверхности текстильного

материала. Пигменты не обладают внутренним сродством с материалами из текстиля, но удерживаются за счет специальных химических препаратов. Бывают пигменты и органическими, и неорганическими. Красители классифицируются, как по химической структуре, так и по способу применения. Технологи, которые занимаются крашением текстильных материалов, подразделяют красители по способу применения. Химики,

которые занимаются синтезом красителей, изучают свойства веществ и взаимосвязи между структурой и далее эти красители по химической структуре классифицируют [3].

В текстильной промышленности в основном используются красители, состоящие из восьми классов. Первые из пяти классов, такие как сернистые, прямые, реактивные, азоидные и кубовые, используемые для крашения волокон из целлюлозы (хлопковые и вискозные). Остальные три класса красителей - это кислотные, дисперсные и основные, применимы при крашении остальных синтетических и натуральных волокон.

Прямые красители - это анионные водорастворимые красители, обладающие высоким сродством к целлюлозным волокнам и применимы без дополнительных химических продуктов. Но на практике скорость крашения и интенсивность окраски можно увеличить добавками неорганических солей, такие как №С1 или №2804 [3]. Прямые красители широко используются при крашениивискозных и хлопковых тканей. Достоинство их - простота применения, но есть и недостатки, это неустойчивость к мокрым обработкам. Устойчивость можно повысить введением закрепителей и применив различные технологические приемы.

Сернистые красители - это пигменты, которые получают путем нагрева соединений из группы фенолов или аминов в присутствии серы, они не обладают сродством к целлюлозе. При обработке сернистыми красителями применяются реакции окисления и восстановления. Реакция восстановления - сернистые красители переводят в водорастворимую форму, поэтому появляется сродство к целлюлозе. Далее после того, как произошло их поглощение волокнами, сернистые красители нужно окислить для того, чтобы обратно преобразоватьв пигментную форму. Главным достоинством сернистых красителей является низкая стоимость. Недостатки - это низкая устойчивость к мокрым обработкам и воздействию света, а также самое главное невысокая яркость [6].

Азоидные красители - это красители, синтезируемые внутри волокнав ходе реакции двух компонентов. Азоидные красители иногда называют нафтоловыми, потому что один из компонентов -это нафтол. Вещество, которое образуется при крашенииазоидными красителями, является пигментом. Важным достоинствомазоидных красителей является дешевый способ получения некоторых цветов, в особенности красного. А недостаток - недостаточная устойчивость к трению.

Следующий вид красителей - реактивные, так называемые активные или волоконно-реактивные. Реактивные это те красители, которые образуют химическое соединение красителя с волокном и далее становится его частью. Хорошая устойчивость к мокрым обработкам является важным достоинством этого красителя, обусловлено это тем, что имеется прочная связь между волокном и красителем. В отличие от прямых, сернистых и азоидных реактивные красители выше по цене. В

редких случаях реактивные красители менее устойчивы к воздействию хлора и других отбеливателей [4].

Кубовые красители. Эти красители более похожи на сернистые, дело в том, что они являются пигментами, то есть в процессе обработки сначала должны быть восстановлены, а потом окислены. Однако их сходство на этом завершается. Кубовые красители имеют очень высокую устойчивость к мокрым обработкам и воздействию света; за исключением индиго. Недостаток кубовых красителей - это их дороговизна.

Кислотные красители называются так, потому что ихструктура содержит кислотные группы. Кислотные группы красителя реагируют с основными группами белковых и полиамидных волокон, с дальнейшим образованием связей между красителем и волокном через солевые группы. Эти связи имеют прочность и придают красителю высокую устойчивость к мокрым обработкам.

Основные красители. Второе их название катионные, потому как молекула красителя содержит положительный заряд. Основные группы красителя реагируют с кислотными группами акриловых, полиэфирных и полиамидных волокон, поддающиеся крашению основными красителями, а также белковых волокон. Связь примерно такая же, что и в реакциях между кислотными красителями и волокнами. Недостатком можно назвать низкую устойчивость окраски к свету [5].

Дисперсные красители. Эти красители используются в частностипри крашении полиэфирных, полиамидных и ацетилцеллюлозных волокон, хотя они способны окрашивать и другие виды волокон. Дисперсные красители почти не растворяются в воде. Разработка их началась в 1920-х годах исключительно для крашения ацетилцеллюлозных волокон. Дисперсные красители - это единственный вид красителей, которые предназначенны для окрашивания ацетатных и немодифицированных полиэфирных волокон [4].

В молекулах красителей присутствуют разныегруппы. Но больше половины всех красителей классифицируются как азокрасители или антрахиноновые красители.

Азокрасители. Азогруппы-это два атома азота, соединенные двойной связью. Азогруппа является мощным хромогеном (источником цвета), и из-за этого азокрасители обычно обладают высокой способностью крашения. В молекуле азокрасителей содержатся от одной до четырех, а иногда и больше азогрупп. Азогруппы соединены с ароматическими соединениями (бензол или нафталин), которые содержат хлор в качестве заместителей, амино-, бром и нитро-, и другие группы. Все азокрасители -синтетические соединения, не имеющие натуральных аналогов [3].

Антрахиноновые красители. это органические вещества, в основе строения лежит структура Антрахинона, в отличии от азокрасителей имеют более яркий цвет, они подороже их и менее эффективны по красящей способности. В конце XIX

и в начале XX веков химиками были сделаны основные попытки связать химическое строение красителей и их светопрочность. Найдено, что окси-и аминогруппы ускоряют выцветание, а алкалирование аминогрупп ускоряет его ещё больше. Атомы хлора, брома, сульфо- и карбоксильная группы больше влияют на замедление выцветания, карбоксильная сильнее всего. Проводились исследования, в ходе которых удалось выявить, что светопрочность зависит от числа, природы и положения заместителей, кроме оксии аминогрупп, тиоловые группы и хинолиновое ядро усиливают выцветание, в то время как нитрогруппа ослабляет его. По многочисленным данным в настоящее времяследует, что выцветание красителей подразумевает собой сложное явление и никак не вызвано постоянным влиянием определённых групп. Например, в рядах индигоидов и антрахиноновых кубовых красителей галоидирование обычно повышает светопрочность, но в некоторых случаях, галоид может не оказывать влияния, возможно, даже снижать светопрочность. Наличие сульфогруппы часто благоприятствует светопрочности, однако исключением является более высокая светопрочность окрасок азоидными красителями по сравнению с прямыми красителями для хлопка. Можно сказать, что нитрокрасители выцветают вследствие восстановления до азокси- и азосоединений и, наконец, до первичных аминов. Светопрочность азокрасителей колеблется в больших пределах, чем светопрочность красителей других групп, так как азокрасители это очень многочисленный класс, включающий типы, отличающиеся количеством азогрупп, характером циклических систем, которые объединены азогруппами, числом и природой ауксохромов. Наличие в молекуле красителя первичных аминогрупп обусловливается низкой

светопрочностью, а ацилирование повышает светопрочность. Для повышения светопрочности

красителя в его молекулу вводятся особые группы, например - 802Я, -802Ж2, 0802Я, СБ3 и алкоксильные группы. Среди прямых красителей для хлопка жёлтые и оранжевые красители обладают более высокой светопрочностью, чем синие и зелёные. Прямые красители для хлопка бензидинового ряда обычно менее прочны к свету. Средняя светопрочность комбинаций

нерастворимых азокрасителей, которые

применяются в промышленности, около 5 баллов, а у многих достигает 6-7 (светопрочность определяется в баллах, наивысший балл - 10). У простых азокрасителей имеется зависимость между положением заместителя в ядре и соответственно сохранением прочности к свету и стирке [4].

В настоящее время естественные красители полностью вытеснены синтетическими [5]. Основным преимуществом синтетических красителей - низкая стоимость, простота и удобство в обращении, разнообразие оттенков, возможность создавать широкий ассортимент красителей с нужными свойствами. Последнее особенно более важно, так как число материалов, которые окрашивают органическими красителями, непременно растёт [6].

Литература

1. Кукин Г.Н. Текстильное материаловедение. Исходные текстильные материалы. - 1985. с.150-201.

2. Шеромова И.А. Текстильные материалы: получение, строение, свойства. - Легкая промышленность и бытовое обслуживание. 2006. с.5-55.

3. Перельман В. И.. Краткий справочник химика. - М. Л. Химия. 1964. с.619.

4. Гауптман, Грефе Ю., Ремане Х.. Органическая химия. -М. Химия. 1979. с.740-746.

5. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А.. Начало органической химии. Т.2. -М. Химия. 1970. с.823.

6. Венкатараман К.. Химия синтетических красителей. Т.2 -Л. Хим. литература. 1957. с.1664.

© Б. И. Измайлов - доцент каф. «Дизайн» КНИГУ, boris.izmailov@mail.ru; Р. М. Шарипов - техник каф. «Дизайн» КНИТУ, renat2702@mail.ru; Л. Д. Валеева - зав. учеб. мастерской каф. «Дизайн» КНИТУ, vleisan@mail.ru; Э. А. Гадельшина -инженер каф. «Дизайн» КНИТУ, el200686@mail.ru; А. И. Вильданова - зав. учеб. мастерской каф. «Дизайн» КНИТУ, dizainkstu@mail.ru.

© B. 1 Izmaylov, Associate Professor, Department of Design, KNRTU, boris.izmailov@mail.ru; R. M. Sharipov, the technician, Department of Design, KNRTU, renat2702@mail.ru; L .D. Valeeva, the manager of the workshop, Department of Design, KNRTU, vleisan@mail.ru; E. A. Gadelshina, the engineer, Department of Design, KNRTU, el200686@mail.ru; A. I Vildanova, the manager of the workshop, Department of Design, KNRTU, dizainkstu@mail.ru.