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

Розроблено спосіб одержання випускних форм кубових і дисперсних барвників багатостадійним механічним подрібненням суспензій барвника на бісерних млинах з використанням подрібнюючих тіл розміром 0, 67 – 3, 0 мм, при послідовній зміні їх розміру на кожному окремому млині. Подрібнення барвника на першій стадії ведеться з використанням подрібнюючих тіл розміром 2, 5 – 3, 0 мм, на послідуючих стадіях розмір подрібнюючих тіл зменшується. На останній стадії подрібнення ведеться з використанням подрібнюючих тіл розміром 0, 67 – 1, 0 мм. Проведення процесу подрібнення барвників при такому чергуванні подрібнюючих тіл приводить до одержання більш однорідної суспензії в порівнянні з традиційним подрібненням. Hа прикладі Кубового яскраво-зеленого С (Colour Index Vat green 1) показано, що підвищення ступеню однорідності частинок барвника в випускній формі приводить до підвищення їх стійкості проти агрегації та агломерації в умовах зберігання і процесах застосування. 

В підрозділі 3. 2 проведено обгрунтування більш економічних технологій кольорування текстильних матеріалів за допомогою випускних форм кубових барвників з підвищеним ступенем фіксації і поглинання при безперервному та періодичному способах фарбування. 

Вивчено стан лейкосполук кубових барвників в лужньо-дитіонітних розчинах і визначено механізм фарбування цими барвниками целюлозних матеріалів. Для визначення донорної і акцепторної частин в молекулі лейкосполуки кубового барвника проведено квантово-хімічний розрахунок основного стану по методу ППП на прикладі модельної лейкосполуки Кубового темно-синього О. Завдяки розрахункам встановлено (рис. 3), що на атомі кисню єнольної групи надлишок електронної густини (-0, 93), а на атомі вуглецю – недостаток (+0, 24). На решті атомах вуглецю молекули лейкосполуки барвника існує також незначний надлишок і недостаток електронної густини. Перенесення заряду при переході молекули лейкосполуки кубового барвника із основного в збуджений стан здійснюється з донорного атома кисню єнольної групи через π-систему ароматичного фрагменту на спряжені атоми вуглецю, які характеризуються недостатком електронної густини.

Поряд з цими молекулами існують молекули лейкосполуки кубового барвника в яких вже в основному стані відбувається зміщення електронної густини з донорного атома кисню на акцепторну π-систему. При цьому негативний заряд на атомі кисню нейтралізується і протиіон Na+ сольватується молекулами розчинника. 

В електронних спектрах поглинання в видимій області лейкосполук кубових барвників КІП належить короткохвильова смуга, СРІП – довгохвильова. В лужньо-дитіонітних розчинах лейкосполук при підвищенні їх концентрації можуть утворюватись два типи асоціатів, які складаються із КІП та СРІП. Будова цих асоціатів аналогічна будові асоціатів кубових барвників. Асоціати першого типу, які складаються із КІП, поглинають в більш короткохвильовій області спектру, ніж неасоційовані. Асоціати другого типу, які складаються із СРІП, поглинають в більш довгохвильовій області, ніж неасоційовані. Загальна схема стану лейкосполуки кубового барвника в лужньо-дитіонітному розчині має слідуючий вигляд:

 

КІП ас   КІП   СРІП   СРІП ас

 

де КІП ас – асоціати першого типу; 

СРІП ас – асоціати другого типу. 

 

Спектри поглинання лейкосполуки Кубового темно-синього О при різних концентраціях. Добуток концентрації барвника на товщину кювети – величина постійна. При цій умові для ідеального барвника (барвник, що знаходиться в молекулярно розчинній формі, недисоціюючий і не утворюючий асоціатів) спектри повинні бути одинаковими. Для реальних дослідних лейкосполук з підвищенням концентрації їх в лужньо-дитіонітному розчині величина К, що характеризує відношення оптичних густин довгохвильової і короткохвильової смуг поглинання, знижується. Це свідчить про відносне підвищення вмісту КІП і зниження вмісту СРІП в розчині. При підвищенні концентрації лейкосполуки в розчині відбувається також процес утворення асоціатів. Підтвердженням цього є зниження поглинальної спроможності розчину лейкосполуки (зменшення площі під спектром). Кубовий темно-синій О утворює переважно тільки асоціати, які складаються із КІП (рис. 4а). Аналогічні результати одержані і на інших кубових барвниках. 

Для визначення сорбційної активності КІП і СРІП до целюлозного субстрату проведено фарбування целюлозної плівки лейкосполуками Кубового темно-синього О (рис. 4б) і Кубового яскраво-фіолетового К при різних концентраціях барвника. Кількість лейкосполуки в фарбувальній ванні на одиницю маси плівки мала постійне значення. 

З підвищенням концентрації лейкосполуки у фарбувальній ванні зростає кількість сорбованої лейкосполуки на целюлозній плівці. За електронними спектрами встановлено, що основною часткою, яка зумовлює поглинання целюлозним субстратом лейкосполук кубових барвників, являється КІП. Молекула КІП електронейтральна, в той час як целюлозний субстрат у лужньо-дитіонітному розчині має негативне значення електрокінетичного потенціалу. Тому, КІП адсорбується целюлозним субстратом без перешкод. Молекула СРІП має негативний заряд і не може адсорбуватись субстратом. 

Спектри лейкосполук дослідних кубових барвників на целюлозному субстраті мають зміщення смуг поглинання в довгохвильову область (батохромне зрушення) і більше значення К у порівнянні із спектрами в лужньо-дитіонітному розчині. Це свідчить про те, що для збудження і перенесення заряду в адсорбованій молекулі лейкосполуки необхідні кванти світла з меншою енергією, ніж для молекули лейкосполуки, що знаходиться в розчині. Крім цього, на целюлозних субстратах, пофарбованих із ванн з різною концентрацією лейкосполуки, встановлено постійне значення К. Аналогічні зміни (батохромне зрушення смуги поглинання і більше значення К) встановлені