Химия красителей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Кафедра «Физика»

Химия красителей

Методические указания к лабораторным работам

Волгоград

2008

УДК 677.047

X 46

Химия красителей: методические указания к лабораторным работам / Сост. , ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2008. – 27 с.

Излагаются краткая теория и методика выполнения лабораторных работ по синтезу, применению и анализу синтетических органических красителей, используемых для крашения текстильных материалов.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 260700 «Технология и проектирование текстильных изделий».

Табл. 1. Библиогр.: 5 назв.

Рецензент: к. т. н.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Составители: Михаил Семенович Гаврилов, Елена Анатольевна Донская

Химия красителей

Методические указания к лабораторным работам

Под редакцией авторов

Темплан 2008 г., поз. № 30К.

Подписано в печать г. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,69. Усл. авт. л. 1,5.

Тираж 50 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

Ó Волгоградский

государственный

технический

университет, 2008

Введение

Красителями называются интенсивно окрашенные органические вещества, обладающие способностью придавать окраску различного рода материалам. Наибольшее применение красители находят для крашения волокнистых материалов растительного и животного происхождения, искусственных и синтетических волокон. Для крашения волокнистых материалов применяются, главным образом, красители, растворимые в воде непосредственно или в результате превращения их в растворимые производные. Для крашения искусственных и синтетических волокон применяются также и нерастворимые в воде красители в виде тонкодисперсных суспензий.

Данные методические указания содержат лабораторные работы по синтезу, применению и анализу синтетических органических красителей, применяемых в текстильной промышленности.

Лабораторные работы выполняются каждым студентом индивидуально. Прежде чем приступить к выполнению работы, студент должен изучить содержание работы, порядок её выполнения и повторить теоретический материал, связанный с выполнением данной работы. Лабораторная работа завершается составлением отчёта и собеседованием с преподавателем.

Лабораторная работа № 1

Синтез азокрасителей

Цель работы: изучить реакции диазотирования и азосочетания.

Задание: провести синтез азокрасителя.

Теоретическая часть:

В азокрасителях хромофорная система из цепочки сопряжённых двойных связей включает одну или несколько азогрупп – N = N –, находящихся между двумя ароматическими радикалами или же между ароматическим и гетероциклическим радикалами, например:

анилиновый желтый кислотный желтый светопрочный

(содержит пиразолоновое кольцо)

Получают азокрасители реакцией сочетания диазотированного ароматического первичного амина с аминами или фенолами. Амины, подвергаемые диазотированию, называют диазосоставляющей, а окси - или аминосоединение, с которым проводится сочетание, -- азосоставляющей.

Реакцией диазотированния называют реакцию между первичными ароматическими аминами и азотистой кислотой, проводимую обычно на холоду и в кислой среде с образованием диазосоединений:

В реакции используют не готовую азотистую кислоту, которая неустойчивая, а ее устойчивые соли, из которых в кислой среде и образуется азотистая кислота:

Помимо самой азотистой кислоты, известны и другие частицы, являющиеся диазотирующими агентами, из которых наиболее активен нитрозоний – катион . Некоторые представления о последовательностипротекающих при диазотировании процессов дает следующая схема:

Диазосоединения весьма реакционно способны, а их строение и свойства меняются в зависимости от pH среды. Единственной частицей, способной вступать в азосочетание, является катион диазония ArN2+, устойчивость которого увеличивается при наличии в растворе кислоты, предотвращающей побочные реакции.

Практически реакцию диазотирования проводят следующим образом: к кислому раствору соли первичного ароматического амина, охлажденному до 0°С, медленно прибавляют, при хорошем перемешивании, раствор NaNO2, поддерживая температуру в пределах 0-5°С. Наличие в реакционной среде избытка минеральной кислоты (НСl или Н2SO4) контролируют по бумаге конго (появляется синяя окраска). Избыток азотистой кислоты устанавливают по свежей иодкрахмальной бумаге, причем только быстрое появление синей окраски указывает на наличие избытка азотистой кислоты.

Реакцией азосочетания, приводящей к образованию азокрасителей, называют реакцию между диазосоставляющей (соли диазония) и азосоставляющей – ароматическими соединениями, содержащими электронодонорные заместители (– NH2, – NHR, – NR2, – OH), например:

Фенолы и нафтолы могут вступать в реакцию азосочетания как в недиссоциированной, так и в ионизированной (фенолятной) форме; в последней форме они особенно активны, так как в этом случае смещение электронной плотности на бензольное кольцо особенно значительно, а это облегчает реакцию азосочетания:

Диазоний-катион – слабый электрофил, поэтому сочетание с фенолами или нафтолами проводят в слабощелочной среде.

Амины в реакцию азосочетания с диазосоединениями вступают только в неионизированной форме Ar – NH2, а их четвертичные соли вообще не могут вступать в сочетание, так как группа является не донором, а акцептором электронов. Следовательно, азосочетание с аминами необходимо проводить в слабокислой среде, в которой большая часть амина находится в неионизированной форме. Для этого достаточно, например, присутствия в растворе ацетата натрия:

Азосочетание проходит обычно в п-положении. Для каждой реакции сочетания существует определённое оптимальное значение pH, которое наиболее благоприятно для протекания данной реакции. Наличие в молекуле фенола или амина электроноакцепторных заместителей затрудняет проведение реакции азосочетания или даже делает её невозможной. Азосочетание проводят на холоду, охлаждая сосуд льдом (иногда вносят кусочки льда в реакционную массу).

По числу имеющихся в молекуле красителя азогрупп их делят на моно-, дис-, трис - и полиазокрасители.

Экспериментальная часть:

Получение кислотного оранжевого

Оборудование: стаканы вместимостью 200 и 500 мл; баня ледяная; термометр; весы лабораторные технические; воронка фильтровальная.

Реактивы: сульфаниловая кислота – 2,9 г; нитрит натрия – 1 г; b - нафтол – 1,9 г; серная кислота – 1,3 мл; едкий натр – 2,6 г.

В стакане вместимостью 200 мл растворяют сульфаниловую кислоту и нитрит натрия в 25 мл дистиллированной воды. Полученный раствор охлаждают в бане со льдом до 0°С. При перемешивании вливают полученный раствор в заранее охлаждённую до 0°С разбавленную серную кислоту (1,3 мл концентрированной кислоты + 12,5 мл воды) При этом образуется кристаллическая кашица диазосоединения, которую затем постепенно при охлаждении добавляют к раствору b - нафтола, растворённого в разбавленной щёлочи (2,6 г NaOH в 30 мл воды), находящемуся в стакане вместимостью 500 мл. Через некоторое время краситель выпадает в виде золотистых листочков.

Осадок отфильтровывают и оставляют на фильтре до следующего занятия

На следующем занятии краситель взвешивают и рассчитывают выход его в % от теоретического.

Отчёт о выполнении лабораторной работы должен содержать:

-  наименование и цель работы;

-  описание эксперимента;

-  схемы основной и побочных химических реакций;

-  расчёт практического выхода красителя.

Контрольные вопросы:

1.  Какие красители называются азокрасителями?

2.  В какие технические группы красителей входят азокрасители?

3.  Какая реакция называется диазотированием? В каких условиях она проводится?

4.  Какая реакция называется азосочетанием? В каких условиях оно проводится?

5.  Какие соединения могут быть диазосоставляющей и азосоставляющей в синтезе азокрасителей?

6.  В чём заключается преимущество и недостатки азокрасителей по сравнению с другими красителями?

Литература:

1.  Клюшник по органическому синтезу. – М.: Высшая школа. 1987. с. 63-66,

2.  , Богословский красителей. – М.: Высшая школа. 1970. с.

Лабораторная работа № 2

Определение содержания основного вещества в выпускных формах красителей

Цель работы: изучить методы количественного определения красителей.

Задание: определить содержание основного вещества в техническом лейкопарафуксине.

Теоретическая часть:

Каждый, поступающий в отделочное производство краситель должен соответствовать показателям ГОСТ-ов или ТУ, в которых указывается ряд требований, которым он должен отвечать: концентрация, количество добавок, допустимое содержание примесей, растворимость и т. д. В технической документации (ГОСТ, ТУ) подробно описаны условия проведения каждого испытания применительно к данному конкретному красителю.

При определении концентрации красителей можно пользоваться различными методами: физическими, физико-химическими, химическими и биологическими (органолептическими). К физическим и физико-химическим относится колориметричкский метод, к химическим – гравиметрические и титриметрические методы, к органолептическим – метод сравнительных выкрасок.

Колориметрический метод анализа является очень распространенным и может быть применен во всех случаях, где можно получить раствор красителя, подчиняющийся закону Бугера-Ламберта-Бера. Абсолютное определение концентрации красителя этим методом возможно только при условии, что для сравнения в качестве стандартного будет взят краситель с известным абсолютным содержанием его, что определяют по химическому анализу.

Принцип действия фотоэлектрических колориметров основан на способности фотоэлемента превращать световую энергию в электрическую. Таким образом, изменение величины светового потока, прошедшего через кювету с окрашенным веществом, контролируется по изменению электрического тока в цепи.

Все существующие в настоящее время фотоколориметры имеют следующие детали: осветитель, кюветы, фотоэлементы и гальванометр.

Детальные описания пользования фотоэлектрокалориметрами прилагаются к приборам.

Метод количественного определения красителя в растворе слагается из построения концентрационной кривой и колориметрирования испытуемого раствора красителя.

Определение концентрации красителя методом сравнительных выкрасок основано на том, что путем подбора различных концентраций красителей получают выкраску такой же интенсивности, как и выкраска красителем с известным содержанием красящего вещества, полученную в тех же условиях. В этом случае при подсчете содержания красящего вещества в красителе с неизвестной концентрации исходят из того, что при получении выкрасок одной и той же интенсивности концентрации красящих веществ в двух красителях обратно пропорциональны концентрациям этих веществ в ванне.

При работе по этому методу получают приближенные и условные значения концентрации красителя. Однако этот метод широко распространен в практике, так как для фабричных условий важно знать не абсолютное количество красящего вещества в исследуемом красителе, а какое его количество требуется по сравнению с количеством стандартного красителя, указанного в рецепте, для того чтобы получить окраску желаемой интенсивности.

Сравнительное окрашивание для определения концентрации и оттенка испытуемого красителя ведут в очень разбавленных или в растворах средних концентраций с шагом 1 – 5 %. После окончания крашения сравнивают ряд полученных образцов для испытуемого красителя с образцами для стандартного красителя и находят образец, который по интенсивности выкраски соответствует стандартному красителю. Сравнение интенсивности окраски производят визуально.

Из химических методов наибольшее значение имеет титриметрия, использующая особенности химического строения каждого конкретного красителя. Возможность применения титриметрии определяется растворимостью красителя, наличием функциональных групп, способных количественно реагировать при обычных условиях с титрантом и возможностью установления точки эквивалентности.

Например: Содержание основного вещества в красителях, в состав молекул которых входят аминогруппы (NH2) или группы, которые легко и количественно можно превратить в аминогруппы (–NO, –NO2, –N=N–), определяют методом диазотирования.

Сущность метода заключается в том, что подкисленный раствор красителя титруют раствором нитрита натрия точно известной концентрации. Точку эквивалентности регистрируют по появлению сине-фиолетового пятна при нанесении пробы на йодкрахмальную бумагу. При этом происходит диозатирование первичной аминогруппы:

Расчет процентного содержания красителя в образце производят по формуле:

,где

V - количество миллилитров раствора NaNO2, пошедшее на титрование исследуемого раствора;

СН- нормальная концентрация раствора NaNO2,

Экр- эквивалент красителя, определяемый по формуле:

,

- навеска красителя в граммах.

Результатом считают среднее арифметическое из нескольких титрований, определяемых ГОСТ - ом или ТУ на краситель.

Экспериментальная часть:

Определение концентрации основного вещества в техническом лейкопарафуксине.

Оборудование: штатив лабораторный; бюретка; колбы конические; мерные цилиндры; аналитические весы.

Реактивы: лейкопарафуксин технический; кислота соляная концентрированная; раствор NaNO2 0,1н; йодкрахмальная бумага.

На аналитических весах с точностью ±0,0002 г берут навеску лейкопарафуксина. Масса навески должна быть в пределах 0,2 - 0,3 г. Навеску количественно переносят в коническую колбу для титрования емкостью 250 мл, прибавляют 100 мл воды, 5 мл концентрированной соляной кислоты, размешивают до полного растворения и титруют 0,1 н. раствором нитрита натрия. Конец титрования определяют по появлению сине-фиолетового пятна при нанесении пробы на йодкрахмальную бумагу, сохраняющегося при повторном нанесении пробы через три минуты. Опыт повторяют 3 раза.

Расчет процентного содержания лейкопарафуксина в образце производят по уравнению химической реакции:

используя расчетную формулу, приведенную в теоретической части.

Выполните эксперимент, произведите расчеты и полученные результаты занесите в рабочий журнал.

Контрольные вопросы:

1.  С какой целью проводится определение содержания основного вещества в выпускных формах красителей?

2.  Какие методы определения концентрации красителей существуют?

3.  Охарактеризуйте сущность колориметрического и химического методов анализа красителей.

4.  В чем заключается особенность метода сравнительных выкрасок? Какое его значение для практики?

5.  Какая реакция лежит в основе определения концентрации лейкопарафуксина?

6.  Какие выпускные формы красителей существуют?

7.  Как производится установка на «тип» красителей и для чего это делается?

8.  Какие основные показатели качества красителей существуют? Что они характеризуют?

9.  Что лежит в основе технической и химической классификации красителей?

10.  Из данных, полученных при анализе лейкопарафуксина, выведите общую формулу для расчета содержания основного вещества, приведенную в теоретической части.

Литература:

1.  , Богословский красителей. – М.: Высшая школа 1970. с. 108 – 110.

2.  Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов/ Колл. авт./Под ред. . – М.: РИО МГТУ, 2000. с.307 – 344.

3.  Отделка хлопчатобумажных тканей. 4.1. Справочник / Под ред. . – М.: Легпромбытиздат, 1991. с. 300 – 329.

Лабораторная работа № 3

Образование нерастворимых азокрасителей на хлопчатобумажных тканях

Цель работы: изучить реакции и условия образования нерастворимых азокрасителей непосредственно на тканях.

Задание: синтезировать нерастворимые азокрасители на хлопчатобумажной ткани.

Теоретическая часть:

Нерастворимые азокрасители образуются на волокне путём реакции сочетания азотолов с диазотированными первичными ароматическими аминами - солями диазония.

Азотолы выполняют роль азосоставляющих, а диазотированные ароматические амины - соли диазония – диазосоставляющих. Реакцию образования нерастворимого азокрасителя в общем виде можно выразить следующей схемой:

R - N+ ≡ NCl - + R - ONa ¾¾¾® R – N ≡ N - ROH + NaCl.

Азотолы представляют собой производные 2-оки-3-нафтойной кислоты.

Первый представитель азотолов – азотол А является анилидом 2-окси-3-нафтойной кислоты. Кроме него применяются следующие азотолы:

Азотол ОТ – о-толуидид 2-окси-3-нафтойной кислоты

Азотол ОА – о-анизидид 2-окси-3-нафтойной кислоты

Азотол ПА – п-анизидид 2-окси-3-нафтойной кислоты

Азотол МНА – м-нитроанилид 2-окси-3-нафтойной кислоты

Азотол АНФ – 1-нафтиламид 2-окси-3-нафтойной кислоты

Азотол О – 2, 4-диметокси-5-хлоранилид 2-окси-3-нафтойной кислоты.

Диазотированные амины или азоамины представляют собой хлор - и нитропроизводные анилина, толуидина, анизидина. Для применения в качестве диазосоставляющих эти соединения необходимо диазотировать.

Находят применение следующие азоамины:

Азоамин жёлтый О – о-хлоранилин

Азоамин оранжевый О – о-нитроанилин

Азоамин алый Ж – 4-нитро-2-аминотолуол

Азоамин алый 2Ж –2,5-дихлоранилин

Азоамин красный 4С – 5-нитро-2-аминотолуол

Азоамин синий 2С – 4-бензоиламино-2,5-диэтоксианилин и др.

Диазоли – это стойкие диазосоставляющие. Они могут быть получены различными путями. Один из способов состоит в том, что раствор диазосоединения в серной кислоте упаривают в вакууме до сиропообразной массы, которую затем смешивают с предварительно обезвоженным сульфатом натрия. Образующаяся твердая масса представляет собой смесь диазосоединения и водного сульфата. После растворения и подщелачивания получают диазосоставляющую в активной форме.

Промышленность выпускает ряд диазолей, важнейшими из которых являются следующие:

Диазоль оранжевый О, получают диазотированием о-нитроанилина в сернокислой среде с последующим осаждением хлористым цинком.

Диазоль алый 2Ж получают диазотированием 2,5-дихлоранилина в аналогичных условиях.

Диазоль алый К получают из 2-амино-4-нитроанизола в тех же условиях.

Диазоль розовый О - диазотированием 2-амино-5-нитроанизола с выделением диазосоединения из раствора действием двунатриевой соли нафталин-1,5-дисульфокислоты.

Диазоль синий О получают из 4-амино-4-метоксидифениламина.

Процесс крашения нерастворимыми азокрасителями хлопчатобумажных тканей состоит из трёх стадий:

1)  подготовка ткани раствором азотолята;

2)  сочетание в водном растворе азотолята на волокне с солью диазония (проявление);

3)  промывка ткани для удаления незафиксированного красителя.

Процесс сочетания подчиняется стехиометрическим законам, поэтому необходимо точно выдерживать соотношения количеств азотола и диазотированного основания в соответствии с реакцией сочетания. На процесс сочетания влияет рН раствора диазосоставляющей. Сочетание проводят в растворах с различным значением рН. Некоторые диазотированные амины, например п-нитроанилин, сочетаются в кислой среде (рН=4,5-5,5), другие – толуидины и анизидины – сочетаются в слабокислой среде (рН=5,5 - 6,3), часть диазолей сочетаются в слабощелочной среде (рН=7 – 8).

Для изменения рН среды в проявительную ванну вводят регуляторы рН – уксусную кислоту, аммоний хлористый, ацетат натрия, соду, основной сернокислый алюминий и другие.

Скорость реакции сочетания на волокне зависит от свойств азо - и диазосоставляющих. В течение 5 сек реакция проходит на 75 – 85 %. Полностью сочетане на ткани заканчивается за 1 – 2 мин.

После сочетания с целью удаления незафиксированного красителя следует промыть ткань горячей, а затем холодной водой, обработать раствором мыла при температуре 70 – 80 °С с последующей промывкой горячей и холодной водой.

Экспериментальная часть:

Приготовление раствора азотола

Приготовить раствор азотола А по следующему рецепту:

Азотол А……………..……………. 9 г/л

Едкий натр………………………… 6 г/л

25 % - ное мыло………………….. 25 г/л

Вода горячая (70 – 80 °С)……..г/л

Для выполнения лабораторной работы достаточно 100 мл такого раствора.

Азотол А замешать с раствором мыла и едкого натра. При этом происходит образование азотолята. К азотоляту добавить горячую воду и размешать до полного его растворения.

Отбеленную ткань пропитать в течение 5 – 6 сек раствором азотолята, отжать на плюсовке до степени отжима 85 %.

Приготовление раствора диазоля

Приготовить раствор диазоля следующего состава:

Диазоль……………………….15 г/л

Уксусная кислота (30 %-ная)..15 г/л

Хлористый натрий…………..40 г/л

Вода…………………………930 г/л

Диазоль растворить в небольшом количестве тёплой воды (30 – 40 мл), добавить уксусную кислоту, хлористый натрий и разбавить холодной водой до 1 литра. (Для выполнения лабораторной работы достаточно приготовить 100 мл раствора). Довести рН раствора до оптимального значения при помощи регуляторов рН.

Получение нерастворимого азокрасителя на хлопчатобумажной ткани

Азотолированную ткань плюсовать раствором диазоля. После отжима ткань выдержать на воздухе 30 – 40 сек, промыть горячей водой, а затем холодной водой, обработать при температуре 70 – 80 0С в течение 5 мин раствором мыла концентрацией 10 г/л и кальцинированной соды концентрацией 2 г/л, снова промыть горячей, а затем холодной водой, отжать и высушить.

Проверить прочность окраски к трению.

Отчёт о выполнении лабораторной работы должен содержать:

-  - наименование и цель работы;

-  описание эксперимента;

-  схемы основной и побочных химических реакций;

-  образцы окрашенных тканей;

-  выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1.  Составьте структурные формулы азотолов и диазолей, перечисленных в теоретической части данной лабораторной работы.

2.  Напишите реакцию диазотирования азоамина алого Ж и сочетания его с азотолом А. Вычислите, какое количество азотола вступает в реакцию с 10 г амина.

3.  Как образуются на ткани нерастворимые азокрасители?

4.  Как приготовить раствор азотола?

5.  Как приготовить раствор соли диазония?

6.  Какие преимущества имеет крашение диазолями по сравнению с диазотированными аминами?

7.  В какой форме азотол наносят на ткань?

8.  Какие связи возникают между азотолятом натрия и целлюлозой? Приведите схему реакции.

9.  Что представляют собой диазоли?

10.  Какое оптимальное значение среды необходимо для реакции азосочетания?

11.  Что определяет, в основном, цвет окрашенного волокнистого материала: азосоставляющая или диазосоставляющая?

12.  Как влияет сушка ткани после нанесения азотола на интенсивность окраски?

Литература:

1.  , Богословский красителей. – М.: Высшая школа. 1970. с. 162 – 171.

2.  Шмелев практикум по технологии отделки тканей. – М.: Лёгкая индустрия. 1966. с. 112 – 117.

3.  Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов/ Колл. авт./Под ред. . – М.: РИО МГТУ, 2000. с.214 – 216.

Лабораторная работа № 4

Сернистые красители и их применение

Цель работы: изучить свойства сернистых красителей и научиться окрашивать ими хлопчатобумажные материалы.

Задание: окрасить образец хлопчатобумажной ткани сернистым красителем.

Теоретическая часть:

Сернистые красители предстваляют собой сложные соединения. Их получают при нагревании полисульфидов натрия с ароматическими соединениями: аминами, фенолами, нитросоединениями и др. Строение сернистых красителей точно не установлено, так как при их получении образуется смесь различных трудноразделяемых соединений.

Сернистые красители нерастворимы в воде. При действии восстановителей, они переходят в лейкосоединения. Молекулы сернистых красителей содержат дисульфидные группы – S – S –.

Переход сернистого красителя в лейкосоединение основан на восстановлении дисульфидных групп, которые при этом переходят в сульфгидрильные группы:

Восстановление сернистых красителей в лейкосоединения производят сернистым натрием, который в водных растворах, подвергаясь гидролизу, обладает щелочными и восстановительными свойствами:

Na2S + H2O « NaHS + NaOH,

2NaHS + 3H2O ® Na2 S2 O3+ 4H2

Лейкосоединения сернистых красителей растворяются в щелочах. Соли лейкосоединений сернистых красителей обладают сродством к целлюлозным волокнам и поглощаются ими из водных растворов. Крашение хлопчатобумажных тканей сернистыми красителями является процессом адсорбционным. Сущность процесса крашения заключается в пропитке тканей раствором лейкосоединения сернистого красителя, которое после гидролиза и окисления на волокне переходит снова в нерастворимый сернистый краситель:

2R – S Na + 2H2O ® 2R – SH

2R – SH + O2 ® R – S – S – R + H2O

Растворение сернистых красителей проводят при температуре 85 – 90 0C. Количество сернистого натрия для каждого красителя различно и берётся в пределах 50 – 100 % от веса красителя. Излишек сернистого натрия задерживает краситель в ванне. Добавление в раствор небольшого количества кальцинированной соды обеспечивает более полное растворение красителя.

Полноту растворения красителя проверяют нанесением капли раствора на фильтровальную бумагу. При полном растворении красителя не должно быть осадка и на фильтровальной бумаге: появится равномерно окрашенное пятно. При составлении раствора красителя необходимо учитывать концентрацию сернистого натрия. Технический сернистый натрий следует применять в виде раствора после отстаивания с целью удаления нерастворимых примесей.

В процессе крашения добавление в красильную ванну поваренной соли способствует выбиранию красителя. Интенсивность окраски возрастает с увеличением времени крашения, концентрации красителя и соли. При большом модуле ванны окраска ткани получается менее интенсивной, чем при малом модуле.

При крашении в тёмные насыщенные тона наблюдается явление бронзировки. Оно получается при пересыщении волокна красителем или при окислении частиц красителя, осевших на поверхности волокна. Для исправления этого недостатка необходимо хорошо промыть ткань после крашения.

Сернистые красители на волокне, подвергаясь самоокислению, выделяют серную кислоту, разрушающе действующую на целлюлозу. Поэтому в последнюю промывную ванну после крашения добавляют щелочные соли, например уксуснокислый натрий.

Сернистые красители дают окраски, прочные к мокрым обработкам, но непрочные к действию света и хлора и недостаточно прочные к трению. Для повышения прочности окраски сернистых красителей окрашенные ткани обрабатывают закрепителями ДЦУ или ДЦМ.

В настоящее время всё большее значение приобретают водорастворимые формы сернистых красителей: отечественные тиозоли и берзоли, дирезулы фирмы «Сандоз», кассульфоны фирмы «Хёхст» и др.

Экспериментальная часть:

Крашение нерастворимыми формами сернистых красителей непрерывным способом

Оборудование: плюсовка лабораторная, электроплитка, весы лабораторные технические, стакан химический на 500 мл, колба для запаривания, ступка фарфоровая с пестиком, термометр, стеклянные палочки, щипцы лабораторные, утюг.

Реактивы: краситель сернистый, едкий натр 30 %-ный, сернистый натрий, контакт нейтральный, раствор ПАВ 0,5 г/л, закрепитель ДЦУ, уксусная кислота 30 %-ная, фильтровальная бумага, образец х/б ткани.

Этот способ крашения заключается в пропитке ткани раствором лейкосоединения сернистого красителя с последующим отжимом, запариванием и промывкой её холодной и горячей водой.

Приготовить раствор сернистого красителя по следующему рецепту:

Краситель сернистый…………………………….20 г/л

Едкий натр 30 %-ный……………………………..10 г/л

Сернистый натрий………………………………..13 г/л

Контакт нейтральный……………………………..5 г/л

Вода……………………………………………до 1000 мл

Для этого в ступке растереть необходимое количество сернистого натрия в порошок. В красильный стакан отвесить краситель, едкий натр, контакт и внести туда же приготовленный порошок сернистого натрия, добавить горячей воды по рецепту. Прокипятить смесь в течение 10 мин до полного растворения красителя. Полноту растворения проверяют нанесением капли раствора на фильтровальную бумагу. При полном растворении окрашенное пятно не содержит твёрдых частиц и не имеет ореола.

Ткань пропитывают красильным раствором при температуре 90 – 95 °С и отжимают на плюсовке до степени отжима 100 %. Затем образцы запаривают при температуре 100 °С в течение 5 мин.

Промывку начинают холодной водой, далее раствором ПАВ 0,5 г/л при температуре 60 °С, затем горячей и холодной водой.

Закрепление окраски проводят раствором состава:

Препарат ДЦУ…………………………….35 г/л

Уксусная кислота, 30 %-ная………………10 г/л

Обработку ткани проводят при температуре 60 – 70 °С в течение 1 мин., отжимают и не промывая, высушивают под утюгом.

Испытайте прочность окраски к сухому трению.

Отчёт о выполнении лабораторной работы должен содержать:

-  наименование и цель работы,

-  описание эксперимента,

-  образцы окрашенных тканей,

-  выводы по работе.

Контрольные вопросы:

1.  Какими свойствами обладают сернистые красители?

2.  Напишите реакцию восстановления сернистого красителя.

3.  Объясните назначение сульфида натрия и карбоната натрия при крашении.

4.  Напишите реакцию гидролиза и окисления лейкосоединения сернистого красителя.

5.  Каким образом повышают прочность окраски сернистыми красителями?

6.  Укажите и объясните недостатки применения сернистых красителей.

7.  Назовите достоинства водорастворимых форм сернистых красителей.

8.  Почему уменьшают содержание сульфида натрия, карбоната натрия и нейтрального электролита при крашении волокнистых материалов из гидратцеллюлозных волокон?

Литература:

1.  , Богословский красителей. – М.: Высшая школа 1970. с. 322 – 328.

2.  Шмелев практикум по технологии отделки тканей. – М.: Лёгкая индустрия. 1966. с. 108 – 112.

3.  Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов/ Колл. авт./Под ред. . – М.: РИО МГТУ, 2000. с.203 – 206.

Лабораторная работа № 5

Определение вытравляемости красителей

Цель работы: изучить отношение красителей к действию восстановителей и окислителей.

Задание: определить вытравляемость образцов тканей окрашенных азокрасителями и сернистыми красителями.

Теоретическая часть:

Действие восстановителей таких, как гидросульфит – Nа2S2O4, ронгалит, боргидрид натрия – NaBH4, сульфид натрия – Nа2S и др. приводит к обесцвечиванию азокрасителей, независимо от их класса по технической классификации, по реакции:

При этом происходит разрушение молекулы красителя с образованием двух ароматических аминов, растворимых в кислой среде. После восстановительной вытравки окраска азокрасителями не восстанавливается.

Сернистые и кубовые красители в этих условиях переходят в лейкосоединения, имеющие цвет, отличающийся от исходного:

При действии кислорода воздуха или других окислителей исходная окраска вновь появляется:

Сернистые и кубовые красители при действии восстановителей полностью вытравлены быть не могут.

Обесцвечиваться или изменять окраску могут красители и других классов, если их хромофорная система содержит группировки атомов, способные восстанавливаться: –NO2 нитрогруппы, –NO нитрозогруппы, = NR миногруппы, амидные связи –NH–CO–, карбонильные группы =C=O.

Хромофорные системы красителей могут разрушаться и под действием окислителей:

–  хлорной извести CaClO2 × CaO × 4Н2О

–  гипохлорита натрия NaClO

–  перекиси водорода H2O2

–  хлорита натрия NaClO2

–  надуксусной кислоты CH3COOOH и др.

Химизм процесса сводится к присоединению окислителя по двойным связям красителя:

При этом разрывается система сопряженных двойных связей в молекуле и окраска исчезает.

В принципе окислен и обесцвечен, может быть, любой краситель, за исключением минеральных пигментов. Применение окислителей для вытравки ограничивается устойчивостью тканей к действию этих агрессивных реагентов.

Экспериментальная часть:

Приготовление раствора ронгалита.

5 г ронгалита растворяют в 25 мл горячей воды. В фарфоровой ступке тщательно растирают 1 мл. полученного раствора ронгалита и 0,1 г антрахинона. Обе смеси объединяют и нагревают до 90 °С, выдерживают при этой температуре 1-2 мин. и разбавляют 100 мл воды. По охлаждении раствора к нему добавляют 1 мл 30 % - ной уксусной кислоты. Раствор готов к применению.

Определение вытравляемости красителей под действием ронгалита.

Образец ткани, окрашенной азокрасителем, помещают в стаканчик, заливают 10 мл раствора ронгалита и кипятят в течение 3 – 5 мин. Затем образец промывают холодной водой и сушат на воздухе или утюгом.

Образец ткани, окрашенный сернистым красителем, обрабатывают аналогично.

Опишите и объясните отношение красителей к действию раствора ронгалита.

Определение вытравляемости красителей под действием гипохлорита натрия.

По одному образцу тканей, окрашенных азокрасителем, сернистым и неизвестным красителем помещают в стаканчики и каждый заливают
10 мл раствора гипохлорита натрия. Выдерживают при 20 °С в течение
20 мин., промывают холодной водой, раствором серной кислоты концентрации 5 г/л и снова водой, высушивают на воздухе или под утюгом.

Опишите и объясните отношение красителей к действию гипохлорита натрия во всех 3-х случаях.

Контрольные вопросы:

1.  С какой целью определяется вытравляемость красителей?

2.  Дайте определение понятию “вытравляемость красителей”.

3.  При каких условиях возможно “перевосстановление” кубовых красителей? К каким последствиям это приводит?

4.  Возможно ли восстановление окраски азокрасителями после восстановительной вытравки?

5.  Почему не применяется окислительная вытравка при отделке тканей?

6.  Во что превращается целлюлоза при действии окислителей?

Литература:

1.  Лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов. - М.: Гизлегпром. 1963.

2.  Шмелев практикум по технологии отделки тканей. М.: Лёгкая индустрия. 1966.

Лабораторная работа № 6

Определение технической группы красителя на хлопчатобумажной ткани

Цель работы: научиться определять тип красителя на х/б ткани.

Задание: определить техническую группу красителя на окрашенной хлопчатобумажной ткани.

Теоретическая часть:

Существующие методы качественного определения красителей на волокне можно разбить на две группы: физические и химические. К физическим методам относятся: спектроскопический метод, основанный на получении характерных спектров поглощения растворов красителей, снятых с волокон и исследование красителей в ультрафиолетовом свете, основанное на способности некоторых красителей люминесцировать под действием ультрафиолетовых лучей.

Определение красителя на волокне химическими методами осуществляется проведением систематического анализа. Последовательность анализа приведена в таблице.

Экспериментальная часть:

Раствор едкого натра, насыщенный солью: 10 мл едкого натра 3 %-ного добавляют без подогрева к 100 мл насыщенного раствора поваренной соли.

Проба на восстановление и обратное окисление красителя. Испытуемый образец кипятят в течение 5 мин с реактивом Р, в результате чего может произойти восстановление красителя. При испытании на обратное окисление восстановленный образец тщательно промывают до удаления реактива Р, если при промывке и окислении кислородом воздуха окраска вновь не появляется, окисление можно провести обработкой образца на холоду раствором персульфата.

Кипячение в растворе мыла с мерсеризованной тканью. Образец белого мерсеризованного миткаля размером 10 см2 завёртывают с окрашенным испытуемым образцом, имеющим вдвое больший размер. Если окраска испытуемого образца светлая, то площадь его должна быть в четыре раза больше. Образцы свертывают вместе в трубочку, перевязывают белой ниткой и кипятят в пробирке с 3 - 5 мл мыльно-содового раствора (5 г мыла 40 –50 %-ного, 3 г соды кальцинированной в 100 мл воды). После кипячения образцы развёртывают и наблюдают изменение окраски.

Таблица.

Определение класса красителей на окрашенном целлюлозном волокне

Исследуемый образец окрашенной ткани кипятят 0,5 мин в растворе NaOH, насыщенном солью. Если есть танин, то он переходит в раствор. Образец промывают водой, свёртывают вместе с образцом шерсти и кипятят с разведённой 1:100 муравьиной кислотой. В другой пробирке кипятят тот же образец без шерсти.
Шерсть окрашивается или краситель переходит в раствор. Добавление к окрашенной вытяжке раствора танина вызывает образование осадка – основные красители.	Шерсть не окрашивается и в кислой вытяжке от добавления танина осадка не образуется. Восстанавливают реактивом Р
Окраска обесцвечивается и не возвращается ни на воздухе, ни от персульфата – азокрасители. Кипятят испытуемый образец с мерсеризованной тканью в растворе мыла.	Окраска обесцвечивается или изменяется по цвету. При окислении на воздухе или от персульфата появляется вновь. Проба с уксуснокислым свинцом.	Окраска почти не изменяется: кипятят с муравьиной кислотой 90%-ной. Краситель переходит в раствор – активные красители.
Мерсеризованная ткань окрашивается – прямые красители. Мерсеризованная ткань слабо закрашивается – прямые красители с упрочнением	Мерсеризованнаяткань не окрашивается – нерастворимые азокрасители.	положительная	отрицательная
Сернистые и серусодержащие кубовые	Кубовые красители	Чёрный анилин

Проба с уксуснокислым свинцом. Испытуемый окрашенный образец размером 2 - 3 см2 нагревают в пробирке в солянокислом растворе хлористого олова. Горлышко пробирки закрывают кусочком фильтровальной бумаги, смоченной уксуснокислым свинцом (кипящая жидкость не должна брызгать на бумажку). Темное пятно, указывает на присутствие серы в испытуемом образце.

При проведении пробы рекомендуется провести контрольный опыт с неокрашенным миткалем, чтобы убедиться в отсутствии серы в применяемых реактивах.

Результат анализа представьте преподавателю.

Контрольные вопросы:

1.  Какие качественные реакции применяются для обнаружения азокрасителей?

2.  Как можно отличить друг от друга сернистые и кубовые красители на ткани?

3.  Охарактеризуйте применение ИК - и УФ – спектроскопии для анализа красителей.

4.  По каким показателям оценивается устойчивость окрасок к физико-химическим воздействиям?

5.  Какими методами определяется количество красителей на волокнистых материалах?

6.  Какими методами определяется количество красителей в растворах?

Литература:

1.  Лаптев н. г., Богословский красителей. – М.: Высшая школа 1970. с. 322 – 328.

2.  Шмелев практикум по технологии отделки тканей. – М.: Лёгкая индустрия. 1966. с. 108 – 112.

3.  Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов/ Колл. авт./Под ред. . – М.: РИО МГТУ, 2000. с.203 – 206.

Содержание:

Введение ………………………………………………………....……….	3
Лабораторная работа № 1. Синтез азокрасителей …………….....……..	4
Лабораторная работа № 2. Определение содержания основного вещества в выпускных формах красителей ………………………........…….	8
Лабораторная работа № 3. Образование нерастворимых азокрасителей на хлопчатобумажных тканях …………………………….......………...	13
Лабораторная работа № 4. Сернистые красители и их применение …	17
Лабораторная работа № 5. Определение вытравляемости красителей...	21
Лабораторная работа № 6. Определение технической группы красителя на хлопчатобумажной ткани..................................................................	24