Научный задел

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

План-конспект исследований

Впервые интенсифицирующее действие четвертичныхаммониевых солей (ЧАС) выявлено при крашении текстильных материалов из полиэфирных волокон дисперсными красителями. Получение интенсивных и устойчивых окрасок на гидрофобных волокнообразующих полимерах с низкой влагопоглощающей способностью имеет известные трудности и требует использования интенсифицирующих агентов.

При колорировании материалов из гидрофильных целлюлозных волокон с высокой сорбционной способностью проблема интенсификации является менее острой, но в применении к водорастворимым активным красителям она представляется актуальной. Это связано с необходимостью поиска путей повышения степени ковалентной фиксации красителя на волокне, что предопределяет снижение его десорбции при промывке окрашенного материала и, вследствие этого, уменьшение поступления в сточные воды.

Цель настоящей работы состояла в исследовании интенсифицирующего влияния ЧАС на процесс крашения целлюлозного материала активными красителями по периодической технологии.

Образцы хлопкового волокна, подготовленные к крашению по полному циклу (промывка, отварка, мерсеризация, беление) окрашивали периодическим способом активными красителями монохлортриазинового (МХТ) (I) и винилсульфонового (ВС) (II) типов:

I	Reactive blue 13
II	Reactive red 35

Режим крашения: в красильные растворы, содержащие интенсификатор (ЧАС), краситель – 3 % от массы волокна, хлорид натрия – 30 г/л, при модуле ванны 30 помещали образцы хлопкового волокна (при 20 °С), поднимали температуру до 75 °С (для красителя I) или до 40 °С (для красителя II) и продолжали крашение в нейтральном растворе в течение 30 мин. Затем, после добавления кальцинированной соды (2 г/л) обработку вели еще в течение 60 мин с контролем температуры в условиях термостатирования. По окончании крашения образцы интенсивно промывали горячей и холодной водой и высушивали при температуре 105–110 °С.

В качестве интенсификаторов использовали ЧАС (Sigma-Aldrich, чистота соединений – 98-99 %), характеристика которых представлена в табл. 1.

Общее содержание активного красителя на целлюлозном волокне рассчитывали по концентрациям остаточных и промывных ванн. Для расчета количества красителя, ковалентно связанного с волокном, использовали метод последовательной экстракции 25%-м раствором пиридина и 50%-м раствором мочевины при кипении в течение 30 мин. Экстракции подвергали образцы, окрашенные активными красителями в присутствии интенсификатора ЧАС концентрацией 1 г/л. После полной конденсации паров растворителей объем раствора в колбе доводили до 50 мл и колориметрировали на приборе КФК-2 с последующим определением концентрации красителя.

Цветовые характеристики окрасок измеряли с использованием спектрофотометра «Сolor I5» фирмы «Gretag Macbeth» для стандартного источника освещения в системе CIELab, прочность окрасок – в соответствии с ГОСТ 9733-83.

Таблица 1.

Свойства ЧАС, используемых в качестве интенсификаторов крашения

Четвертичная аммониевая соль	Усл. обозн.	Тпл., ° С	ККМ, мМ
хлорид бензилдиметилгексадециламмония	BzС16Cl	55-65	0,47
хлорид бензилтриэтиламмония	BzCl	190-192	-
бромид триметилгексадециламмония	C16Br	248-251	0,92
бромид бензилдиметилдодециламмония	BzC12Br	46-48	5,5

Обсуждение результатов:

Активные красители, имеющие широкую цветовую гамму (от желтого до черного цвета) широко используются для крашения целлюлозного волокна с получением прочных окрасок за счет образования ковалентной связи по механизму нуклеофильного замещения (I) или нуклеофильного присоединения (II):

Благодаря образованию ковалентных связей между активными группами красителя и первичными гидроксильными группами целлюлозы полученные окраски характеризуются высокими показателями устойчивости к мокрым обработкам (стирке), трению, химической чистке (действию органических растворителей).

Установлено (рис. 1, 2), что введение в красильную ванну ЧАС способствует повышению сорбции активных МХТ (Reactive blue 13) и ВС (Reactive red 35) красителей.

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 1 и 2, показывает, что максимальные концентрации активных красителей на целлюлозном волокне достигаются при использовании интенсификаторов BzС₁₆Cl и BzC₁₂Br в концентрациях, соответственно, 1 и 3 г/л. Выявлено, что соединение BzCl в рассматриваемых условиях не обладает интенсифицирующим эффектом. Наличие максимумов для кривых 1 и 3 связано с тем, что поверхностно-активные вещества BzС₁₆Cl и C₁₆Br находятся в растворе в виде ассоциатов (ККМ приведены в табл. 1).

Рис. 1. Зависимость сорбции активного МХТ красителя (Reactive blue 13) целлюлозным волокном [ммоль] от концентрации ЧАС [г/л]:

1 –BzС₁₆Cl, 2 – BzCl, 3 – C₁₆Br, 4 –BzC₁₂Br

Рис. 2. Зависимость сорбции активного ВС красителя (Reactive red 35) целлюлозным волокном [ммоль] от концентрации ЧАС [г/л]:

1 –BzС₁₆Cl, 2 – BzCl, 3 – C₁₆Br, 4 –BzC₁₂Br

ЧАС BzС₁₆Cl и BzC₁₂Br имеют относительно невысокую температуру плавления (менее 100 °С), и как соединения в форме органических солей с азотсодержащими катионами относятся к ионным жидкостям (ИЖ), интерес к которым в последние годы постоянно возрастает. Известно, что по отношению к целлюлозе растворяющей способностью обладают ИЖ на основе пиридиния, имидазолия и аммония, при этом они не являются дериватизирующими растворителями. Например, хлорид бензилдиметилтетрадециламмония (BzC₁₄Cl) растворяет биополимеры с их незначительной деполимеризацией (для сульфатной пульпы ели степень полимеризации снижается с 593 до 527, для хлопкового пуха – с 1198 до 966). Механизм взаимодействия ИЖ с целлюлозой рассмотрен в ряде работ, однако до настоящего времени четко не сформулирован. Наиболее доказанной на наш взгляд является следующая точка зрения: при сольватации целлюлозы ИЖ происходит разрыв межмолекулярных водородных связей в полимере и анион (Cl^¯, Br^¯) образует водородные связи с протонсодержащими группами целлюлозы (–OH) при сохранении прочной связи с азотосодержащим катионом. Последний не вступает во взаимодействие с атомами кислорода гидроксильной группы целлюлозы из-за стерических затруднений, но препятствует восстановлению водородных связей между полимерными цепями. Существование подобного механизма взаимодействия исследуемых интенсификаторов (BzС₁₆Cl и BzC₁₂Br) с целлюлозой создает условия для активизации сорбции активных красителей и повышения степени их ковалентной фиксации на волокне (табл. 2).