композиция для крашения материалов на основе ароматических гетероциклических волокон

Формула изобретения

Композиция для крашения материалов на основе ароматических гетероциклических волокон, состоящая из водного раствора катионного красителя, интенсификатора и текстильно-вспомогательного вещества ТВВ, отличающаяся тем, что в качестве интенсификатора содержит алкилсульфаты натрия: C₁₂H₂₅OSO₃Na, или C₁₅H₃₁OSO₃Na, или C₁₆H₃₃OSO₃Na в концентрации 0,5 - 2,0 г/л, в качестве текстильно-вспомогательного вещества включает уксусную кислоту в количестве 2 - 5 г/л, концентрация катионного красителя составляет 0,1 - 0,5 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть реализовано в производстве термоогнестойких высокопрочных волокнистых материалов на основе ароматических гетероциклических полимеров (ПГА) с высокими гигиеническими характеристиками.

Известны композиции для крашения трудноокрашиваемых структурно неоднородных ПГА волокон и материалов на их основе с использованием катионных красителей в растворе пиридина [Патент США 3595606, 1971; Moore R.A., Weigman H/D/ - AATCC, Nat. Tech. Conf., 1982. - vol. 6, p. 94-99.]. Состав обеспечивает получение высококачественных окрасок, отличающихся высокой интенсивностью, но его практическое использование ограничено экологическими требованиями, так как в качестве среды для предварительной обработки и последующего крашения предлагается использовать сильнодействующее ядовитое вещество.

Составы на основе катионных красителей и диметилформамида (ДМФ) или диметилацетамида (ДМАА) предложены [Патент США 4227885. - 1980; Сысоев В.А., Силантьева Т.Ю. Исследование в области крашения полиимидных волокон.- в сб. научн, тр. : Химия и химическая технология в текстильной и легкой промышленности. - Л, 1977, с. 101- 106] для крашения ПГА текстильных материалов в цветовую гамму средних и темных тонов. Технология основана на использовании герметичного оборудования и требует оснащения системой рекуперации ДМФ (ДМАА), что может быть реализовано лишь для малых экспериментальных партий волокна из-за высокой токсичности полярного органического растворителя.

С целью повышения равномерности окраски в водный раствор катионного красителя рекомендуется [Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. - М.: Легпромбытиздат, 1985, с. 405. Хархаров А.А. Подготовка и крашение текстильных материалов. - Л.: ЛГУ, 1988, с. 133] вводить поверхностно-активное вещество (ПАВ), например выравниватель А в количестве 2% от массы волокна и уксусную кислоту (30%) в количестве 2% от массы волокна при модуле ванны 20 или композицию ПАВ (в % от массы волокна): сульфанол - 2; "ОС-20" -1. Предлагаемые выравниватели эффективны в случае их применения для крашения ПАН материалов, но не пригодны для крашения ПГА, т.к. даже при высоких концентрациях красителя (20% от массы волокна) не обеспечивают ни интенсивной ни равномерной окраски ПГА.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является состав для крашения материалов на основе ПГА волокон [Дянкова Т.Ю., Вогман С. Д. Окрашенная декоративная ткань на основе волокна Тулен. - Информ. Листок, N 823-84, ЛенЦНТИ, 1984, с. 3], включающий (в г/л): катионный краситель 2,4: салициловую кислоту 7,5; ДМФ 30, воду. Крашение осуществляется при температурах 120^oC в течение 45 мин, затем материал промывают и сушат. Полученные окраски средних тонов устойчивы к мокрым обработкам и сухому трению. Недостатком является высокая концентрация красителя и интенсификатора салициловой кислоты, что увеличивает себестоимость отделки и снижает конкурентоспособность изделий. Кроме того, ароматическая карбоновая кислота, например салициловая, удерживаясь на волокне при промывке, возгоняется в процессе сушки, что приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий обслуживания технологического процесса. Крашение с использованием приведенной рецептуры не может быть реализовано для тканей или пряжи, выработанных из различных партий полимера, т.к. разнооттеночность отдельных партий волокна (от лимонного до темно-коричневого оттенков) усиливается и подчеркивается разноинтенсивной окраской.

Техническим результатом заявляемого решения является устранение указанных недостатков, а именно достижение равномерных и интенсивных окрасок, улучшение гигиенических характеристик, применение составов красильных растворов, соответствующих экологическим требованиям при сохранении физико-механических и огнезащитных характеристик ПГА материала на уровне прототипа.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве интенсификаторов при крашении катионными красителями из водных растворов используют алкилсульфаты натрия: C₁₂H₂₅OSO₃Na, или C₁₅H₃₁OSO₃Na, или C₁₆H₃₃OSO₃Na. Состав красильной ванны включает в г/л:

Краситель катионный - 0,1-0,5

Алкилсульфат натрия - 0,5-2

Уксусная кислота - 2 -5

Вода - x.

Модуль ванны - 200. Волокнистый материал окрашивают при температуре 95 - 100^oC в течение 30 мин, промывают 10 мин горячей и холодной водой и сушат. Композиция обеспечивает получение равномерных окрасок на ПГА средних и темных тонов, устойчивых к мокрым обработкам и сухому трению при сохранении ценных физико-механических и огнезащитных свойств материала при относительно низких значениях концентраций красителя и интенсификатора по сравнению с прототипом при одновременном улучшении санитарно-гигиенических условий обработки. Термоогнестойкие ткани на основе ПГА, предназначенные для защитной одежды, окрашивают в цвет "Хаки" с использованием красителя бриллиантового зеленого. Требуемый оттенок достигается при наложении колористических характеристик красителя и ПГА волокна, обладающего естественной желто-коричневой окраской. Используемый краситель применяется в медицине ("зеленка") для обеззараживания травмированных участков кожи, является экологически безопасным продуктом, что особенно важно для изделий, защищающих от пулевых ранений и травм.

Например для получения равноинтенсивных окрасок по прототипу требуется использовать краситель катионный розовый 2C в количестве 2,4 г/л, что соответствует значению функции Гуревича-Кубелки-Мунка, характеризующей интенсивность окраски 2,91; по предлагаемому нами рецепту количество красителя можно сократить до 0,5 г/л, а концентрацию интенсификатора уменьшить с 7,5 до 2 г/л. Кроме того, в отличие от прототипа, при использовании алкилсульфатов натрия указанного состава в качестве интенсификаторов процесса крашения ПГА материалов не требуется применение текстильно-вспомогательноных токсичных веществ ДМФ, салициловой кислоты и высокой температуры крашения 120^oC, создаваемой давлением сжатого воздуха, что позволяет реализовать техническое решение на любом установленном красильном оборудовании периодического действия при экономном расходовании энергии. Предлагаемая композиция благодаря использованию алкилсульфатов указанной структуры, взятых в оптимальных концентрациях, обеспечивает достижение окрасок более высоких показателей интенсивности и ровноты по сравнению с прототипом. Применение известных композиций не позволяет нивелировать природную неоднородность структуры волокна, составляющую отличительную особенность ПГА нитей по сравнению с традиционными природными и химическими волокнами и проявляющуюся при крашении в виде "зебристости" и "полосатости" ткани или меланжевости пряжи. Отличительной особенностью предлагаемого состава является придание материалу гигиенических свойств, так как используемые вещества безвредны для здоровья человека, а отдельные компоненты являются обеззараживающими лекарственными препаратами, например краситель бриллиантовый зеленый. Алкилсульфаты подобного состава широко используются в качестве моющих препаратов, смачивателей (ТУ 6-09-64-70; Фротшер Г. Химия и физическая химия текстильно-вспомогательных материалов. T. 1, стр. 136). Преимущество состава - экологическая безопасность, т.к. используемые продукты являются легко расщепляемыми соединениями и входят в состав обрабатывающей ванны в предельно малых концентрациях: по прототипу концентрация интенсификатора салициловой кислоты, требуемая по рецептуре, составляет 7 г/л; в соответствии с предлагаемым техническим решением концентрация интенсификатора не превышает 2 г/л. Особенность состава, имеющая важное практическое значение, состоит в том, что все используемые вещества являются дешевыми и легкодоступными продуктами. Кроме того, себестоимость композиции может быть снижена за счет осуществления синтеза интенсификатора (ПАВ) в условиях химической станции отделочного производства, или химической лаборатории, так как реакция протекает без выделения вредных веществ, не требует сложного аппаратурного оформления и применения труда специальной квалификации (Фротшер Г. Химия и физическая химия текстильно-вспомогательных материалов. T.1, стр. 136).

Для сравнения технического уровня показателей качества окраски и основных эксплуатационных характеристик (прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве) в таблице приведены данные испытаний и условия обработки, соответствующие предлагаемому техническому решению (примеры 3-5, 9, 10), и прототипу (примеры 1 и 2).

Сущность технического решения раскрывается в примерах.

Пример 1 (прототип). Готовят 100 мл красильного раствора, включающего, г/л:

Краситель катионный синий O - 2,4

Салициловую кислоту - 7,5

ДМФ - 30,0

Вода (MB 200) - 960,9

Раствор нагревают до полного растворения компонентов. Погружают образец комплексной нити СВМ в виде мотка массой 0,5 г. Крашение осуществляется при температуре 120^oC в течение 45 мин, затем красильную ванну охлаждают до 80^oC, моток нити промывают последовательно по 10 мин горячей водой (70^oC), раствором (0,05%) превоцела WOF-100, горячей водой, холодной водой и сушат при температуре 110^oC в течение 10 мин.

Пример 2 (прототип). Окрашивают образец (0,5 г) ткани из волокна Тулен (артикул: "Надежда") красителем катионным розовым 2C. Остальные условия обработки соответствуют примеру 1.

Ниже приведены примеры 4, 9, 10 реализации предлагаемого технического решения и анализ его эффективности.

Примеры 4 (оптимальные условия). Готовят 100 мл красильного раствора состава (в г/л):

Краситель катионный синий О - 0,5

Лаурилсульфат натрия C₁₂H₂₅OSO₃Na - 2,0

Уксусная кислота - 5,0

Вода (MB 200) - 992,0

Моток комплексной нити СВМ в количестве 0,5 г окрашивают при температуре 95 - 100^oC в течение 30 мин, промывают 10 мин горячей (80 - 85^oC) и холодной водой и сушат.

Пример 9. Окрашивают образец (0,5 г) ткани из волокна Тулен (артикул: "Надежда") красителем катионным розовым 2C в присутствии интенсификатора алкилсульфата C₁₅H₃₁OSO₃Na (2 г/л). Остальные условия обработки соответствуют примеру 4.

Пример 10. Окрашивают образец (0,5 г) пряжи из волокна Терлон красителем бриллиантовым зеленым, в качестве интенсификатора используют алкилсульфат C₁₆H₃₃OSO₃Na (2 г/л). Остальные условия обработки соответствуют примеру 4.

В примерах 3 и 6 показано влияние концентрации красителя в растворе на интенсивность окраски. Значения функции ГКМ (0,02%) ниже порога цветоразличения для окрашенных образцов при концентрации красителя в растворе меньше нижнего предела рекомендуемого интервала.

В примерах 4 и 7 приведены данные по интенсивности окраски, показывающие нецелесообразность превышения рекомендуемой концентрации красителя в растворе, т. к. это не приводит к получению более интенсивных окрасок, но снижает относительное удлинение при разрыве комплексных нитей СВМ.

В примерах 4, 11-14 содержатся данные, иллюстрирующие влияние концентрации кислоты на интенсивность окраски ПГА образцов и показатели физико-механических свойств, из которых видно, что присутствие в красильном растворе кислоты в количестве более 5 г/л приводит к потере физико-механических свойств, а снижение концентрации кислоты, например до 1 г/л, обусловливает нерациональное использование красителя: интенсивность окраски уменьшается до значений ГКМ 0,36%.

В примерах 14, 16 приведены результаты определения физико-механических свойств, а в примерах 3,15 - показатели интенсивности окраски, подтверждающие оптимальные значения концентраций алкилсульфата натрия в растворе.

В примерах 5, 13, 18 показано, что использование компонентов красильного раствора в количествах, соответствующих срединным значениям рекомендуемых интервалов концентраций, способствует достижению высоких показателей интенсивности и прочности окраски при сохранении физико-механических свойств ПГА материала.

У образца, обработанного по прототипу (пример 1), наблюдаются участки непрокраса в местах перевязывания (без затягивания) мотков нити. Нити, взятые от разных партий, окрашены с разнооттеночностью, составляющей 2 - 3 порога цветоразличения [Кириллов С.А. Цветоведение, M. - 1987.]. Значение функции Гуревича-Кубелки-Мунка (ГКМ), характеризующей интенсивность окраски, составляет 0,04%. Разрывная нагрузка снижается по сравнению с показателем для исходного необработанного волокна с 9,5 H до 6,25 H, относительное удлинение при разрыве после крашения уменьшается с 6% (для исходной нити) до 4%.

Нить, окрашенная в соответствии с примером 4, характеризуется равномерной и интенсивной окраской. ГКМ окрашенной нити 2,91%. Ровнота окраски, кроме того, проявляется в том, что в процессе крашения достигается равномерное распределение красителя на нитях, принадлежащих различным партиям и отличающихся по природной окраске, т.е. используемая композиция обеспечивает нивелирование естественной разнооттеночности ПГА, что обеспечивается существенным преимуществом предлагаемой композиции.

Данные дифференциального термического анализа образцов комплексных нитей СВМ, окрашенных в оптимальных условиях, показывают, что устойчивость к термоокислительной деструкции, характеризующей огнезащитные свойства материала, не снижается по сравнению с неокрашенным волокном. Температуры начала разложения у исходного и окрашенного образцов (пример 4) соответственно 490 и 495^oC (при прогреве на воздухе со скоростью 5^oC/мин).

Испытания устойчивости окраски к физико-химическим воздействиям определяли согласно стандартам: ГОСТ 9733.0-83 - ГОСТ 9733.27-83.

Разрывную нагрузку определяли согласно ГОСТ 6309-80.

Для характеристики неровноты крашения использовали обобщенный показатель, учитывающий одновременное различие по цвету и светлоте в системе Г.Вышецкого [Кириллов С.А. Цветоведение, М. - 1987.].

Интенсивность окраски оценивали по величине функции ГКМ (Гуревича-Кубелки-Мунка) и рассчитывали по значениям коэффициентов отражения, которые определяли на приборе ФМШ-56 в соответствии с ГОСТ 18054-72.