СПОСОБ КРАШЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR DYEING OF TEXTILE MATERIALS

Изобретение относится к области красильно-отделочного производства, а именно парофазному крашению текстильных материалов из натуральных, синтетических и искусственных волокон, в том числе ворсованных тканей и полотен петлистой структуры.
В настоящее время известен способ крашения текстильных материалов из полиэфирных или триацетатных волокон обработкой их ненасыщенными парами сублимированного дисперсного красителя в воздушной среде при температуре 140-220°С в течение 20-50 мин (см. Мельников Б.Н. и др. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения текстильных материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, с.208). Недостатком данного способа является низкая степень фиксации красителя на материале, составляющая 10,2-11,8 г/кг, что обусловлено комплексным воздействием на процесс крашения нескольких факторов. Во-первых, даже в пределах одного класса красителей и одного и того же волокнообразующего полимера это обусловлено химической структурой красящих веществ и различной вследствие этого способностью к образованию связей с волокнистым материалом, а также диффузионной подвижностью в волокне. Во-вторых, в парах сублимированного дисперсного красителя происходит ассоциация молекул красителя, что затрудняет его адсорбцию на поверхности раздела твердое тело - пар. И наконец, поскольку адсорбция красителя происходит лишь в аморфных областях волокнообразующего полимера, то на скорость и степень поглощения красителя большое влияние оказывает не только химическая, но и физическая структура волокна, при этом достаточно длительный (20-50 мин) высокотемпературный (140-220°С) прогрев способствует протеканию релаксационных процессов в волокне, что приводит к увеличению (изменению) его кристалличности и, как следствие, к снижению адсорбции красителя и степени его фиксации на материале. В результате получение равномерно и интенсивно окрашенных текстильных материалов в данном случае возможно лишь при низкой производительности процесса крашения.
2
Наиболее близким к заявляемому способу является способ крашения текстильного материала из полиэфирных или триацетатных волокон обработкой его ненасыщенными парами сублимированного дисперсного красителя в воздушной среде при температуре 140-170°С. При этом в воздушную среду дополнительно вводят ненасыщенные пары бензилового спирта или фурфурола с парциальным давлением 25-345 мм рт.ст., а процесс крашения ведут 5-10 мин (см. а.с. СССР №730905; МКИ D06Р 5/00; Б.И. №16, 1980). К недостаткам данного способа также следует отнести низкую степень фиксации красителя на материале, составляющую 13,2-17,7 г/кг. При этом наблюдается специфическое влияние органического растворителя как на сублимационные свойства дисперсных красителей, так и на сорбционные свойства волокнообразующего полимера.
С одной стороны, при введении в газовую фазу паров органического растворителя происходит резкое снижение давления паров красителя, что обусловлено избирательной адсорбцией органического растворителя на поверхности кристаллов дисперсных красителей и образованием на них конденсированной пленки. Тем самым замедляется процесс сублимации и снижается эффективная концентрация красителя в газовой фазе. В результате для интенсивного и равномерного окрашивания текстильного материала указанным способом необходимо увеличить длительность процесса крашения при одновременном обеспечении весьма узких пределов изменения температуры и концентрации паров органического растворителя. В совокупности с достаточно высокой температурой крашения (140-170°С) это приводит к снижению адсорбции красителя и степени его фиксации на материале. С другой стороны, органический растворитель пластифицирует волокнообразующий полимер, что увеличивает адсорбцию красителя и степень его фиксации на материале, но повышение степени насыщенности паров красителя относительно уменьшает эффективность влияния органического растворителя. Однако с учетом того, что волокна не являются строго стандартизированным продуктом, практически невозможно обеспечить оптимальную концентрацию органического растворителя, которая позволила бы ему, пластифицируя волокнообразующий полимер, не снижать эффективную концентрацию дисперсного красителя в газовой фазе и обеспечить интенсивную и равномерную окраску текстильного материала с высокой степенью фиксации красителя на материале.
Необходимо отметить также, что текстильный материал в процессе крашения нагревается до температуры паров красителя 140-170°С и претерпевает при этом нежелательные структурные модификации, в частности увеличение кристалличности волокнообразующего полимера. Как и в случае известного способа крашения текстильного материала, это существенно влияет не только на качество крашения - снижение адсорбции красителя и степени его фиксации на материале, но и на свойства самого текстильного материала - увеличивается его жесткость, снижается драпируемость, то есть ухудшается гриф.
Кроме того, применение в качестве интенсифицирующего реагента паров органических растворителей предъявляет дополнительные требования к герметизации оборудования, системе регенерации и т.д. Следует отметить также ограниченность данного способа как по ассортименту окрашиваемого текстильного материала (полиэфирный или триацетатный), так и по ассортименту красителей (только дисперсные красители).
Технической задачей предлагаемого изобретения являлось повышение степени фиксации красителя на текстильном материале, а также сохранение физико-механических свойств текстильного материала за счет исключения нежелательных структурных изменений волокнообразующего полимера в процессе парофазного крашения.
-4
-7
-4
-7
-4
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что способ крашения текстильных материалов осуществляется путем получения ненасыщенных паров испарением красителя и последующего его нанесения на текстильный материал, причем испарение красителя ведут в присутствии термопластичного полимера при температуре 250-600°С, а крашение ведут в смеси паров красителя и термопластичного полимера, взятых в соотношении 1:3-1:5, при давлении 5.10-5·10 мм рт.ст. В этом случае пары термопластичного полимера, нагретого до необходимой для каждой конкретной пары краситель-полимер температуры испарения в пределах 250-600°С, смешиваются с парами красителя или с его дисперсными частицами и образуют дисперсно-паровую фазу. Дисперсно-паровая фаза при этом может содержать осколки макромолекул термопластичного полимера, различные по величине и химическому строению, свободные радикалы, пары красителя и дисперсные частицы красителя, в том числе активизированные свободными радикалами. При давлении 5.10-5·10 мм рт.ст. дисперсно-паровая фаза краситель-полимер осаждается на текстильном материале, и в процессе совместного осаждения красителя и термопластичного полимера в условиях вакуума на поверхности текстильного материала формируется окрашенная непрерывная пленка полимера, гладкая и однородная по толщине и интенсивности окраски, которая прочно фиксирована на волокнообразующем полимере. Процесс формирования окрашенной пленки возможен только в условиях вакуума, так как при совместном осаждении красителя и термопластичного полимера в присутствии воздуха при температуре испарения пары краситель-полимер происходит частичное окисление как термопластичного полимера, так и красителя, не приводя к образованию активной дисперсно-паровой фазы краситель-полимер. При этом частицы дисперсно-паровой фазы краситель-полимер приобретают способность к беспрепятственному осаждению на поверхности текстильного материала только при давлении менее 5·10 мм рт.ст., так как в таких условиях не происходит столкновений частиц дисперсно-паровой фазы краситель-полимер с молекулами остаточного газа. По мере дальнейшего снижения давления возрастает длина свободного пробега частиц дисперсно-паровой фазы краситель-полимер, что позволяет проводить испарение пары краситель-полимер в условиях, исключающих нагрев текстильного материала до температуры, близкой к температуре испарения пары краситель-полимер.
-4
-7
При этом проведение процесса в отсутствие или при недостатке одного из компонентов дисперсно-паровой фазы краситель-полимер нецелесообразно, так как при избытке термопластичного полимера (или при недостатке красителя) на поверхности текстильного материала образуется неравномерная гладкая пленка полимера, а ее фрагменты в виде капель. При избытке же красителя (или при недостатке термопластичного полимера) краситель не фиксируется на текстильном материале, то есть крашение вообще не происходит. Это связано с тем, что проведение процесса крашения текстильного материала при давлении 5.10-5·10 мм рт.ст. позволяет поддерживать температуру непосредственно окрашиваемого текстильного материала на уровне, не превышающем температуру стеклования волокнообразующего полимера. Температура текстильного материала при этом значительно ниже температуры испарения конкретной пары краситель-полимер (в пределах 260-600°С). В условиях низкой температуры текстильного материала собственно термопластичный полимер не способен образовать равномерную непрерывную тонкую пленку на его поверхности, а краситель из собственной паровой фазы не адсорбируется молекулами волокнообразующего полимера и не фиксируется на поверхности текстильного материала.
С другой стороны, проведение процесса крашения при температуре текстильного материала, не превышающей температуру стеклования волокнообразующего полимера, позволяет, по крайней мере, не ухудшить физико-механические свойства текстильного материала в процессе крашения. В этом случае не возрастают внутренние напряжения в текстильном материале из натуральных волокон и не увеличивается жесткость текстильного материала из искусственных или синтетических волокон, связанные с нежелательными структурными изменениями волокнообразующего полимера при его термообработке.
Все вышеизложенное в совокупности позволяет создавать на текстильном материале тонкую, непрерывную, гладкую и равномерно окрашенную пленку, которая, обволакивая каждый элемент (волокно) текстильного материала, не препятствует проникновению воздуха и пара через окрашенный материал. В то же время отсутствие непосредственного контакта красителя с воздухом защищает окраску от воздействия внешних факторов, повышая ее устойчивость к физико-механическим и физико-химическим обработкам. Гладкая поверхность пленки обеспечивает высокие оптические и, соответственно, эстетические качества окрашенного текстильного материала - однородность отражения и рассеивания света. При этом пленка не ухудшает гриф ткани, ее мягкость и драпируемость, а защитный характер образующейся на текстильном материале пленки исключает необходимость окончательной отделки ткани (несминаемость и т.п.).
Кроме того, предлагаемый способ крашения текстильных материалов позволяет использовать в качестве красителя пигменты, дисперсные красители и/или их смеси, фталоцианиновые красители и люминисцентные красители. Это значительно расширяет область применения предлагаемого способа и позволяет качественно окрашивать текстильные материалы из натуральных (шерсть, хлопок), искусственных (вискоза, диацетат, триацетат) и синтетических (капрон, лавсан, полиакрилонитрил) волокон и/или их смесей, в том числе ворсованных тканей и полотен петлистой структуры, а также бумагу и натуральную кожу.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, а также получение нового технического результата позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
-4
-7
-4
-7
Способ осуществляется следующим образом. Текстильный материал в рулоне помещается в вакуумную камеру, где происходит частичное удаление из пор материала воздуха, лишней влаги и препаратов, нанесенных на материал на предыдущих стадиях производства. Затем в процессе перемотки при давлении 5.10-5·10 мм рт.ст. происходит крашение текстильного материала в смеси паров красителя и термопластичного полимера. Для этого под полотном текстильного материала располагается испарительное устройство, в котором краситель и термопластичный полимер нагреваются до необходимой для каждой конкретной пары краситель-полимер температуры испарения в пределах 250-600°С. При этом пары термопластичного полимера смешиваются с парами красителя или с его дисперсными частицами и образуют дисперсно-паровую фазу краситель-полимер, причем соотношение красителя и термопластичного полимера составляет 1:3-1:5. Дисперсно-паровая фаза краситель-полимер при давлении 5.10-5·10 мм рт.ст. осаждается на текстильном материале, на котором в результате этого образуется окрашенная непрерывная пленка, гладкая и однородная по толщине и интенсивности окраски, прочно фиксированная на волокнообразующем полимере. При этом температура текстильного материала не превышает температуру стеклования волокнообразующего полимера, что позволяет, по крайней мере, не ухудшить физико-механические свойства текстильного материала в процессе крашения.
В предложенном способе могут быть использованы краситель и термопластичный материал в интервале 250-600°С вне зависимости от их индивидуальной температуры сублимации при совместном использовании.
Предложенный способ крашения относится к нанотехнологии - экологически чистый и экономичный, так как исключает использование жидкофазных процессов и, следовательно, затраты на очистку сточных вод от красителей и текстильных вспомогательных веществ. Способ крашения допускает применение дешевых, грубомолотых (непылящих) форм красителей и улучшает тем самым условия труда на подготовительных участках.
Примеры осуществления способа.
В качестве примеров конкретной реализации способа крашения текстильных материалов приведены примеры крашения текстильных материалов из натуральных, искусственных и синтетических волокон и/или их смесей, в том числе ворсованных тканей и полотен петлистой структуры, а также бумаги и натуральной кожи различными красителями - пигментами, дисперсными, фталоцианиновыми, люминесцентными красителями. В качестве термопластичного полимера использовались полиэфиры, полиамиды и полипропилены молекулярной массой 1500-20000.
Пример 1.
Текстильный материал в рулоне помещали в вакуумную камеру, где в условиях вакуума в процессе перемотки текстильного материала со скоростью 20 м/мин проводили процесс крашения текстильного материала. Для этого в испарительное устройство помещали термопластичный полимер и краситель, нагревали их и получали ненасыщенные пары красителя и термопластичного полимера.
Режимы проведения процесса крашения текстильных материалов из различных волокон различными красителями в сочетании с различными термопластичными полимерами, взятыми в различных соотношениях, а также достигаемый в результате эффект представлены в таблице 1.
-4
-7
Как видно из табл.1, оптимальными условиями для получения интенсивно и стойко окрашенного текстильного материала являются: температура испарения красителя и термопластичного полимера 250-600°С, давление смеси паров красителя и термопластичного полимера в процессе крашения 5.10-5·10 мм рт.ст.; соотношение компонентов краситель:полимер 1:3-1:5.
В таблице 2 представлены сравнительные данные по влиянию способа крашения текстильных материалов на качество крашения (степень фиксации красителя), а также на физико-механические свойства текстильного материала после крашения (гриф ткани).
Гриф ткани, характеризуемый жесткостью и драпируемостью ткани, определяли следующим образом: жесткость ткани по ГОСТ 10550-75; драпируемость ткани по методике М.И.Сухарева (см. Сухарев М.И. Текстильное материаловедение. - М. - Л., 1973, с.151).
В качестве текстильных материалов, представленных в табл.2, были использованы триацетатный шелк, капровелюр, лавсановое полотно хлопчатобумажное полотно и шерстяная ткань, окрашенные в соответствии с заявляемым способом (см. примеры 5, 1, 23, 15 и 19 табл.1), а также триацетатный шелк и лавсановое полотно, окрашенные в соответствии со способом по прототипу.
Как видно из табл.2, степень фиксации красителя при использовании заявляемого способа составляет 18,8-24,5 г/кг, а при использовании способа по прототипу 13,2-17,7 г/кг, то есть использование заявляемого способа крашения текстильных материалов позволяет повысить степень фиксации красителя в 1,5 раза. При этом в процессе крашения с использованием заявляемого способа не ухудшается гриф ткани (практически не изменяются жесткость и драпируемость), а при крашении с использованием способа по прототипу жесткость текстильного материала после крашения увеличивается в среднем на 2,5%, а драпируемость после крашения плохая, то есть после крашения ухудшается гриф ткани.
Экспериментальные исследования заявляемого способа крашения текстильных материалов показали, что заявляемый способ обеспечивает степень фиксации красителя на текстильном материале на уровне 18,8-24,5 г/кг, что в 1,5 раза выше, чем у способа по прототипу. При этом в процессе крашения не ухудшаются физико-механические свойства текстильного материала за счет исключения нежелательных структурных изменений волокнообразующего полимера в процессе парофазного крашения.