Фізико-хімічне обгрунтування технологій кольорування текстильних матеріалів новими випускними формами органічних барвників

Окремо розглянуто актуальні питання щодо використання порошкових випускних форм органічних барвників – куріння та змочування при приготуванні фарбувальних ванн, піноутворення при низькомодульному та швидкісному процесах фарбування, стійкості кристалічних модифікацій барвників в умовах фарбування, вплив текстильно-допоміжних речовин на результати фарбування. 

Особлива увага звернута на те, що для здійснення більш технологічного та економічного процесу кольорування текстильних матеріалів, поряд з хімічною будовою барвників важливе значення має якість випускної форми. 

Наприкінці розділу зроблено вибір напрямків дослідження. 

У другому розділі, що складається з двох підрозділів, викладено основні методи дослідження. У першому підрозділі подана характеристика використаних у дисертаційній роботі органічних барвників, ПАР, текстильних та хімічних матеріалів. У другому підрозділі розглянуто методи аналізу барвників та їх випускних форм, ПАР та їх колоїдно-хімічних властивостей, методи фарбування та нанесення візерунка на тканини. Приведено розроблені методики визначення загальної, неорганічної та органічної сірки в досліджених ПАР, стійкості випускних форм барвників на лабораторному фарбувальному апараті «Пракситест». 

Міцність забарвлень текстильних матеріалів до фізико-хімічних впливів оцінено відповідно до чинних Держстандартів. 

Результати експериментів оброблено відповідно до методів сучасної математичної статистики. 

У третьому розділі, що складається з десяти підрозділів, подана експериментальна частина роботи. 

У підрозділі 3. 1. представлено результати теоретичних та експериментальних досліджень по обгрунтуванню більш продуктивних та економічних технологій фарбування текстильних матеріалів і нанесення візерунка на тканини за допомогою стійких в умовах зберігання і в процесах використання випускних форм кубових та дисперсних барвників. Втрата стійкості приводить до нерівноти фарбування, виникнення «крапу» і, в кінцевому результаті, до браку. Тому, для створення стійких в умовах зберігання і процесах застосування випускних форм вивчено стан кубових барвників в розчинах і суспензіях. При цьому, використана теоретична модель молекули органічного барвника, яка базується на спроможності цих молекул поглинати кванти видимого світла, в наслідок чого відбувається внутрішньомолекулярне перенесення заряду. Перенесення заряду здійснюється з донорної групи (Д) на акцепторну (А) через π-систему ароматичного фрагменту (Х), який з'єднує обидві частини. 

На прикладі модельного (що не містить замісників) Кубового барвника темно-синього О (Colour Index Vat blue 20) виконано квантово-хімічний розрахунок основного стану по методу Паризера-Парра-Попла (ППП). Як показують розрахунки (рис. 1), на атомі кисню карбонільної групи (>С=О) існує надлишок електронної густини (-0, 25), а на атомі вуглецю – недостаток (+0, 15). На решті атомах вуглецю молекули барвника теж існує надлишок і недостаток електронної густини. Отже, внутрішньомолекулярне перенесення заряду при переході молекули барвника з основного в збуджений стан може проходити із спряжених атомів вуглецю ароматичної системи (донор) на атом кисню (акцептор) карбонільної групи через π-систему ароматичного фрагменту.

Кубові барвники в розчинах у вигляді двох форм (поляризованій і неполяризованій) володіють різною поглинальною спроможністю в видимій області. Довгохвильова смуга в електронних спектрах поглинання кубових барвників в видимій області обумовлена перенесенням заряду в поляризованих молекулах, короткохвильова – в неполяризованих молекулах.

В розчинах кубових барвників при певних умовах (наприклад, підвищення концентрації барвника, зниження температури) можуть утворюватися два типи асоціатів: ті що складаються із неполяризованих та поляризованих молекул. Взаємне розташування неполяризованих молекул в асоціатах першого типу схематично представлено на рис. 2а. Взаємодія донорного атома вуглецю однієї неполяризованої молекули і атома кисню карбонільної групи другої молекули ускладнює перенесення заряду в асоційованій неполяризованій молекулі в порівнянні з неасоційованою. Отже, асоціати першого типу, які складаються з неполяризованих молекул, повинні поглинати в більш короткохвильовій області спектра, ніж неасоційовані неполяризовані молекули барвника. 

Асоціати другого типу, які складаються з поляризованих молекул, утворюються по типу пластинчатих міцел ПАР – неполяризованою частиною всередину, а поляризованою назовні. Взаємне розташування поляризованих молекул в такому асоціаті схематично представлено на рис. 2б. Таке розташування поляризованих молекул в асоціаті сприяє більш легкому перенесенню заряду при збудженні асоційованої поляризованої молекули в порівнянні з неасоційованою. Отже, асоціати другого типу, які складаються з поляризованих молекул, повинні поглинати в більш довгохвильовій області спектра, ніж неасоційовані поляризовані молекули. Утворення асоціатів обох типів супроводжується падінням поглинальної здатності молекул барвника і проявляється в спектрах зменшенням площі смуги поглинання і виникненням слабо вираженої і малоінтенсивної смуги або плеча ліворуч чи праворуч від основних смуг. 

На прикладі Кубового яскраво-блакитного ЗД і ЗП показано, що його випускні форми, одержані із асоціатів першого типу, мають підвищену стійкість у порівнянні з випускними формами цього барвника, одержаного із асоціатів другого типу. Технологія виділення барвника Кубового яскраво-блакитного З в стійкій формі освоєна на ВАТ «Краситель». 

При вивченні стану дисперсних барвників в розчині додержувались того, що основу дисперсних антрахінонових барвників складають хімічні структури, що являються 1, 4- і 1, 4, 5, 8-похідними антрахінону, які мають в довгохвильовій смузі два максимуми. Це жорсткі структури з внутрішньомолекулярними водневими зв'язками. На прикладі Дисперсного фіолетового К (Colour Index Disperse violet 1) ця структура