© 1998 Институт химии растворов РАН
Получено 17.10.97 г.
Изучены особенности активирующего действия неорганической соли на процесс термической фиксации дисперсного красителя ПЭТФ-волокном. Количественно определен расход соли на модификацию красителя, интенсификатора и полимера.
Основной задачей при реализации непрерывных способов колорирования текстильных материалов является создание условий для быстрого проникания молекул красителя в глубь волокна. Чаще всего такие условия создаются при использовании специально подобранных соединений - интенсификаторов крашения.
Наиболее широкое применение в качестве интенсификатора термической фиксации дисперсных и активных красителей на текстильных материалах находит мочевина. Ранее проведенными исследованиями [1,2,3] было показано, что, вводя в расплав мочевины различные по природе неорганические соли, можно в широком диапазоне изменять такие важнейшие теплофизические свойства мочевины, как температура плавления, вязкость и термическая стабильность расплава, кардинальным образом улучшать сольватирующую способность расплава по отношению к дисперсным красителям, создавая тем самым благоприятные условия для скорейшего переноса красителя в глубь волокна.
Вместе с тем следует отметить, что многие вопросы, касающиеся механизма активирующего действия неорганической соли в условиях термического способа фиксации красителей на волокне остаются невыясненными.
Целью настоящей работы явилось установление взаимосвязи между состоянием расплава композиционного интенсификатора мочевина - неорганическая соль, состоянием дисперсного красителя в среде интенсификатора и количеством красителя, фиксирующегося на волокне в условиях непрерывного способа фиксации красителя.
Вязкость расплава композиционного интенсификатора оценивали по методике, описанной ранее [1].
Влияние неорганических солей на состояние дисперсных красителей изучали спектрофотометрическим методом, анализируя характеристические полосы поглощения красителей в растворе, полученные на приборе &qout;Specord M 80". В качестве растворителя использовали ацетонитрил.
Пластифицирующую способность композиционного интенсификатора по отношению к ПЭТФ-волокну оценивали, анализируя зависимость величины усадки нити при термообработке от состава интенсификатора.
Проведенное ранее [1] изучение влияния ряда неорганических солей на температуру плавления мочевины и кинематическую вязкость расплава показало, что существует ярко выраженная экстремальная зависимость вязкости расплава от концентрации соли, минимальное значение которой определяется наличием и характером происходящего в системе комплексообразования.
Как показало дальнейшее исследование, введение
в расплав смеси мочевина - неорганическая соль
дисперсного антрахинонового красителя
оказывает существенное воздействие на
реологические свойства расплава (рис. 1), поскольку приводит к изменению
формы кривой и смещению экстремума в область
более высоких концентраций соли. По-видимому, это
связано с тем, что часть соли вступает во
взаимодействие с молекулами красителя.
Доказательством данного утверждения является рис. 2, на котором
представлена полоса деформационных колебаний
аминогруппы молекул дисперсных красителей,
находящихся в различных средах. Как видно из
приведенных на рис. 2
спектральных кривых, в отличие от
2-аминоантрахинона (кривая 4) для
1-аминоантрахинона в чистом растворителе полоса
деформационных колебаний аминогруппы (кривая 1)
практически не проявляется. Данное
обстоятельство обусловлено наличием в молекуле
1-аминоантрахинона сильной внутримолекулярной
водородной связи аминогруппы с карбонильным
кислородом. Ситуация совершенно меняется, когда
в растворе красителя присутствует
неорганическая соль с высокой плотностью заряда
на катионе. Как видно из рисунка, при введении в
раствор 1-аминоантрахинона хлорида лития (кривая
3), в отличие от добавок хлорида калия (кривая 2),
полоса деформационных колебаний аминогруппы
становится ярко выраженной. Исходя из известных
в литературе [4] данных о
прочности связи С=О...Li, равной 40-45 ккал/моль, можно
с уверенностью утверждать, что катион
взаимодействует в первую очередь с карбонильным
кислородом молекулы красителя.
Следует отметить, что у выбранной красильной
системы ПЭТФ - антрахиноновый дисперсный
краситель - мочевина все компоненты как
химические соединения в определенной степени
подобны друг другу, а именно, у них у всех имеется
карбонильная группа. Поэтому следует ожидать,
что введение в красильную систему
неорганической соли с высокой плотностью заряда
на катионе, в частности солей лития, существенным
образом скажется на состоянии всей системы в
целом. Действительно, введение в расплав
мочевины добавок LiCl существенным образом
увеличивает пластифицирующую способность
расплава по отношению к ПЭТФ-волокну (рис. 3), и в результате значительно
возрастает количество красителя,
зафиксированного на волокне. Несомненно,
возрастание степени фиксации красителя в данном
случае связано с изменением характера меж- и
внутримолекулярных взаимодействий во всех
компонентах исследованной красильной системы.
Сопоставление характера кривых, приведенных на рис. 1 и 3, указывает на несовпадение состава композиционного интенсификатора, отвечающего экстремальным значениям вязкости расплава, величины усадки нити и степени фиксации красителя на волокне. Данное несовпадение противоречит, на первый взгляд, всем изложенным выше экспериментальным данным и их трактовке, поскольку при переходе от расплава композиционного интенсификатора к красильной системе, состоящей кроме мочевины еще из волокна и красителя, оптимальное содержание соли должно возрастать, а не уменьшаться, как это происходит на практике.
Объяснение данному кажущемуся противоречию заключается в анализе влияния температуры на состояние расплава интенсификатора. Поскольку измерение вязкости расплава проводили при 363 К, а фиксацию красителей - при 453 К, т.е. существенно выше температуры начала разложения мочевины (405 К), то реальное содержание мочевины в красящем составе в процессе фиксации красителя непрерывно уменьшается и не соответствует заданному в начале эксперимента и представленному по оси абсцисс на рис. 1 и 3.
Изучение влияния температуры и состава
композиционного интенсификатора мочевина - LiCl на
степень фиксации дисперсного антрахинонового
красителя ПЭТФ-волокном показало (см. рис. 4), что с ростом температуры
фиксации оптимальная концентрация соли в смеси
непрерывно уменьшается. С учетом
незначительности степени разложения мочевины
при 413 К можно утверждать, что для выбранной
красильной системы истинным оптимальным
соотношением компонентов смеси мочевина - LiCl
является 0,80 : 0,20 м.д.
Исходя из анализа рис. 1 и 3, количественная оценка расхода соли отдельно на модификацию мочевины, волокна и красителя показывает, что 0,13 м.д. расходуется на мочевину, 0,02-0,04 м.д. - на краситель и 0,03-0,05 м.д. - на волокно.