способ крашения метапараарамидбензимидазольного волокна

Формула изобретения

1. Способ крашения метапараарамидбензимидазольного волокна, включающий предварительную обработку смесью, содержащей растворитель, выбранный из группы, включающей диметилацетамид, диметилформамид, диметилсульфоксид или их смесь, и нейтральный агент, выбранный из группы, включающей воду, низший спирт или их смесь, при их объемном соотношении от 10:90 до 90:10 при температуре 18-20°С в течение от 5 до 60 мин, с последующей промывкой или без промывки и крашением дисперсными или катионными красителями периодическим способом при температуре 95-100°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нейтрального агента используют воду при объемном соотношении компонентов от 50:50 до 80:20 соответственно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нейтрального агента используют низший спирт, относящийся к ряду: этиловый, метиловый, глицерин, этиленгликоль, при объемном соотношении компонентов от 10:90 до 80:20 соответственно.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входит растворитель диметилацетамид, или диметилформамид, или диметилсульфоксид, или их смесь, низший спирт-этиловый, метиловый, глицерин, этиленгликоль, и вода в объемном отношении соответственно (10+Х):(70-Х):20, где Х изменяется от 0 до 65.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входит растворитель диметилацетамид, или диметилформамид, или диметилсульфоксид, низший спирт - этиловый, метиловый, глицерин, этиленгликоль и вода в объемном отношении соответственно (10+Х):(80-Х):10, где Х изменяется от 0 до 75.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии получения окрашенного полиарамидного волокна, в частности к способу крашения волокна из метапараарамидбензимидазола, полученного по способу, описанному в пат. РФ 2180369, 2002 г.

Сущность изобретения заключается в том, что волокно обрабатывают определенное время в смеси, содержащей растворитель (диметилацетамид (ДМАА), диметилформамид (ДМФА), диметилсульфоксид (ДМСО) или их смесь), низший спирт (этил, метил, глицерин, этиленгликоль или другой) и/или воду в различных соотношениях: смесь растворитель/вода - от 50/50 до 80/20; растворитель/низший спирт - от 10/90 до 80/20; смесь растворитель/низший спирт/вода - (10+Х)/(70-Х)/20, где Х изменяется от 0 да 65; смесь растворитель/низший спирт/вода - (10+Х)/(80-Х)/10, где Х изменяется от 0 да 75. Затем волокно промывают (или не промывают) и окрашивают дисперсными или катионными красителями. При крашении дисперсными красителями в состав красильной ванны входят, % от массы окрашиваемого материала: дисперсный краситель 5-20; неионогенное поверхностно-активное вещество (НПАВ) 0-2; вода до требуемого объема красильной ванны. При крашении катионными красителями в состав красильной ванны входят, % от массы окрашиваемого материала: катионный краситель 5-20; НПАВ 0-2; ацетат аммония СН₃СООNН₄ 3; вода до требуемого объема красильной ванны.

Техническим результатом заявляемого решения является достижение равномерных и интенсивных окрасок, устойчивых к стирке, сухому и мокрому трению, химической чистке, воде и поту с сохранением физико-механических и огнезащитных свойств окрашенного материала на приемлемом уровне.

Отмечено, что колорирование полиарамидных волокон в готовом виде (сформованных и высушенных) значительно затруднено. Способность окрашиваться в значительной степени зависит от химического строения и физической структуры волокон. Поэтому условия получения устойчивой насыщенной окраски для каждого из известных волокон индивидуальны. Волокно, полученное по способу, описанному в патенте РФ 2180369, из-за особенностей своего физико-химического требует подбора своих особых условий крашения.

Известен способ крашения полиарамидных волокон (NOMEX, KEVLAR) анионными красителями путем обеспечения указанных волокон активными центрами, способными вступать в реакцию с анионными группами красителей (патент США 4525168 от 1985 г). Для этого волокна сначала обрабатываются составом, содержащим растворитель (диметилсульфоксид, диметилформамид, диметилацетамид), алифатический или ароматический амин и смачиватель. Амин, проникая в набухшее в растворителе волокно и фиксируясь в нем, способствует образованию активных центров (аминогрупп), способных образовывать ионные связи с указанными красителями. Волокно затем возвращается в исходное ненабухшее состояние (например, сушкой). Далее осуществляется крашение выбранными красителями по традиционной для них технологии. Недостатком метода является необходимость использования дополнительного химического соединения - алифатического или ароматического амина. Также сам амин негативно влияет на получаемую окраску.

Российский патент RU 2158793 (16.08.1999) предлагает композицию для крашения полигетероариленов (ПГА), содержащую 0,2-0,5 г/л алкилсульфата натрия и катионный краситель. Также возможно крашение после предварительной обработки в растворе алкилсульфата.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ, описанный в патенте США 4710200 (01.12.1987), который предлагает процесс непрерывного крашения полиметафениленизофталамидных волокон кислотными, активными, катионными, прямыми, дисперсными красителями, а также пигментами. Сущность процесса: волокно подвергается обработке в течение определенного промежутка времени в смеси набухающего агента (диметилсульфоксид (ДМСО), диметилацетамид (ДМАА), N-метилпирролидон) с инертным растворителем (ксилол, вода, этиленгликоль, низшие спирты) в отношении 70:30, 80:20, 90:10, в которую введен краситель при температуре 65-200 F. Волокно набухает в смеси, и краситель проникает в образовавшиеся поры, после чего волокно возвращают в исходное состояние. Однако данный способ не пригоден для метапараарамидбензимидазольного волокна, поскольку данное волокно не выдерживает обработку (частично растворяется) смесью состава 80:20 и 90:10 ввиду своего особого химического строения, а при обработке смесью состава 70:30 не достигается получения насыщенных окрасок. Данный способ не отличается экономичностью и экологичностью, т.к. смесь красителя и растворителей используется один раз, а ее утилизация требует больших затрат.

Техническим результатом заявляемого решения является устранение указанных недостатков, а именно достижение равномерных и интенсивных окрасок, применение составов красильных растворов, соответствующих экологическим требованиям при сохранении физико-механических и огнезащитных характеристик окрашенного материала. Применение разработанного нами способа крашения метапараарамидбензимидазольного волокна позволяет получить насыщенные окраски широкой цветовой гаммы, устойчивые к трению, стирке и свету, не снижающие эксплуатационных характеристик окрашенного волокна. Достоинствами данного способа является простота его осуществления, низкая стоимость химикатов, возможность повторного использования химических реактивов и красителя. Разделение всего процесса на стадии позволяет оперативно вносить поправки для получения наилучшего результата. Смесь для обработки волокна после использования можно использовать повторно после обогащения или произвести рекуперацию растворителя и вернуть его в производство. После крашения дисперсными красителями остаточную красильную ванну можно использовать повторно после подкрепления до 20 раз. Повторное использование химикатов и красителей позволит существенно снизить финансовые затраты, а также снизить затраты на очистку производственных сточных вод.

Поставленная задача достигается тем, что волокно обрабатывают определенное время в смеси, содержащей растворитель (диметилацетамид (ДМАА), диметилформамид (ДМФА), диметилсульфоксид (ДМСО) или их смесь), низший спирт (этил, метил, глицерин, этиленгликоль или другой) и/или воду в различных соотношениях. Затем волокно промывают (или не промывают) и окрашивают дисперсными или катионными красителями. При крашении дисперсными красителями в состав красильной ванны входят (% от массы окрашиваемого материала):

дисперсный краситель 5-20

НПАВ 0-2

вода до требуемого объема

крашение проводят при температуре кипения красильного раствора (95-100°С), при модуле ванны 50-100 в течение 30-60 мин.

Далее волокно промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе восстановителя 1-2 г/л, промывают, обрабатывают в растворе НПАВ (1 г/л) при 90-100°С в течение 10-15 мин, снова промывают и сушат.

При крашении катионными красителями в состав красильной ванны входят (% от массы окрашиваемого материала):

катионный краситель 5-20

НПАВ 0-2

ацетат аммония (CH₃ COONH₄) 3

вода до требуемого объема

крашение проводят при температуре кипения красильного раствора (95-100°С), при модуле ванны 50-100 в течение 30-60 мин.

Далее волокно промывают теплой и холодной водой, обрабатывают в растворе НПАВ (1 г/л) при 70-80°С в течение 10-15 мин, снова промывают и сушат.

Использование заявляемого способа позволяет применять весь ассортимент дисперсных и катионных красителей, а также смеси красителей одного класса для получения нужного оттенка с учетом собственной окраски волокна. Также возможно введение в красильный раствор веществ-антипирренов, способствующих повышению степени огнестойкости, т.к. изделия из указанного волокна применяются для пошива одежды пожарных, службы спасения, подвергающихся воздействию высоких температур, фильтрации горячих газов, в качестве обивочного материала салонов авиалайнеров, армирующих материалов и т.д.

Пример 1. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смеси набухающего агента диметилформамида (ДМФА) с водой следующих составов: 50:50, 65:35, 80:20 по объему или в пересчете на массу. Пропитку осуществляли при температуре 20°С в течение 120 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильных ваннах следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный синий 2 (C.I. Disperse Blue 56) 20

- сандоцин MRN - производное полигликолевого эфира (НПАВ) 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Цветовые характеристики окрашенных образцов оценивали по значениям функции Гуревича-Кубелки-Мунка (K/S) и светлоте. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 2. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смеси набухающего агента ДМАА с водой следующих составов: 50:50, 65:35, 70:30 по объему или в пересчете на массу. Пропитку осуществляли при температуре 20°С в течение 120 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильных ваннах следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный синий 2 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 3. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь ДМФ с глицерином в объемном соотношении соответственно 50:50. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 30 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ (C.I. Disperse Red) 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 4. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь (ДМАА):(ДМФ):(Вода) в объемном соотношении соответственно 40:30:30. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 60 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 5. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь (ДМФ): (метиловый спирт):(вода) в объемном соотношении соответственно 60:20:20. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 30 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 6. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь (ДМАА): (этиловый спирт):(вода) в объемном соотношении соответственно 40:50:10. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 30 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 7. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь (ДМАА): (этиловый спирт) в объемном соотношении соответственно 40:60. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 30 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 8. Образцы неокрашенной ткани из волокна, полученного по патенту RU 2180369, помещают в смесь (ДМСО): (этиловый спирт) в объемном соотношении соответственно 50:50. Пропитку осуществляют при температуре 20°С в течение 30 мин. Затем образцы промывают и окрашивают в красильной ванне следующего состава (% от массы окрашиваемого материала):

- Краситель Дисперсный алый ПЭФ 10

- НПАВ 2

- вода до требуемого объема

Крашение проводят при температуре кипения (95-100°С) 60 мин. Далее красильные растворы охлаждают, образцы промывают теплой и холодной водой, проводят обработку в растворе НПАВ, опять промывают и высушивают. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 9. То же, что и в примере 3, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входят ДМАА и вода в соотношении 70:30 соответственно, а для крашения использовали краситель Катионный красный 2С с добавлением в красильную ванну СН₃СООNH₄ в количестве 3% от массы окрашиваемого материала. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 10. То же, что и в примере 3, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входят ДМАА и вода в соотношении 70:30 соответственно, а для крашения использовали краситель Катионный черный 3 с добавлением в красильную ванну СН₃СООNH ₄ в количестве 3% от массы окрашиваемого материала. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 11. То же, что и в примере 3, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входят ДМАА и вода в соотношении 70:30 соответственно, а для крашения использовали краситель Terasil Black MAW (ф. Ciba). Результаты приведены в таблице 1.

Пример 12. То же, что и в примере 3, отличающийся тем, что в состав смеси для обработки волокна входят ДМАА и вода в соотношении 70:30 соответственно, а для крашения использовали краситель Дисперсный темно-синий 3 (C.I.Disperse Blue 79:1). Результаты приведены в таблице 1.

Пример 13. То же, что и в примере 11, отличающийся тем, что в состав красильного раствора не входит НПАВ. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 14. То же, что и в примере 10, отличающийся тем, что в состав красильного раствора не входит НПАВ. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 15. То же, что и в примере 12, отличающийся тем, что после стадии предварительной обработки отсутствует стадия промывки. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
№	№примера	Состав смеси для обработки волокна	Краситель	Концентрация красителя, % от массы волокна	Светлота
1	1	ДМФА:Н2O=50:50	Дисперсный синий 2	20	29,82
2	1	ДМФА:Н2O=65:35	Дисперсный синий 2	20	25,19
3	1	ДМФА:Н2O=80:20	Дисперсный синий 2	20	16,76
4	2	ДМАА:Н2O=50:50	Дисперсный синий 2	10	36,37
5	2	ДМАА:Н2O=65:35	Дисперсный синий 2	10	29,59
6	2	ДМАА:Н2O=70:30	Дисперсный синий 2	10	19,09
7	3	ДМФ:Глицерин=50:50	Дисперсный алый ПЭФ	10	17,20
8	4	ДМАА:ДМФ:Н 2O=40:30:30	Дисперсный алый ПЭФ	10	23,33
9	5	ДМФ:СН 3ОН:Н2O=60:20:20	Дисперсный алый ПЭФ	10	18,31
10	6	ДМАА:С2Н 5OН:H20=40:50:10	Дисперсный алый ПЭФ	10	19,37
11	7	ДМАА:С2Н 5OН=40:60	Дисперсный алый ПЭФ	10	23,34
12	8	ДМСО:С 2Н5ОН=50:50	Дисперсный алый ПЭФ	10	19,51
13	9	ДМАА:Н2O=70:30	Катионный красный 2С	10	28,79
14	10	ДМАА:Н2O=70:30	Катионный черный 3	10	18,29
15	11	ДМАА:Н2O=70:30	Terasil Black MAW	10	17,10
16	12	ДМАА:Н2O=70:30	Дисперсный темно-синий 3	10	17,82
17	13	ДМАА:H 2О=70:30	Terasil Black MAW	10	17,87
18	14	ДМАА:Н 2O=70:30	Катионный черный 3	10	18,28
19	15	ДМАА:Н 2O=70:30	Дисперсный темно-синий 3	10	17,79
Светлота неокрашенной ткани составляет 57,51.