книги из ГПНТБ / Голомб, Л. М. Физико-химические основы технологии выпускных форм красителей

УДК 668.8:541.1 Г61

Голомб Л. М.

Г61 физико-химические основы технологии выпуск­ ных форм красителей. Л., «Химия», 1974.

224 стр., 84 рис., 45 табл., список литературы 700 ссылок.

Монография представляет собой первое систематизированное обоб­ щение материалов, имеющихся в отечественной и зарубежной литера­ туре, а также результатов многолетних исследований и опыта, нако­ пленного автором в области теории и практики получения, контроля качества, анализа и применения выпускных форм кубовых и дисперсных красителей.

В книге изложены физико-химические основы диспергирования исходных пигментов и превращения в выпускные формы. Приводятся методы анализа и контроля технических показателей качества и свойств пигментов, порошковых, гранулированных и жидких форм красителей; дан подробный перечень выпускных форм кубовых и дисперсных кра­ сителей, выпускаемых разными фирмами.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных ра­ ботников анилинокрасочной промышленности; она может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам вузов и техникумов соот­ ветствующих специальностей.

© Издательство «Химия», 1974,

Э. И. Валько), а с 50-х годов термодинамический подход к обработке результатов экспериментального крашения (Т. Виккорстафф) позво­ лили выработать единую линию в трактовке процессов окрашивания различных волокнистых материалов.

Технология выпускных форм не может развиваться без исполь­ зования единого подхода, который был сформулирован (см. гл. 1 [301) как «коллоидно-химическая концепция», вытекающая из теоретиче­ ских основ и практики коллоидной химии и механохимии (II. А. Ребиндер).

В настоящей монографии сделана попытка обобщить с указанной позиции имеющиеся литературные материалы и результаты накоп­ ленного опыта в области изучения процессов получения выпускных форм красителей и их проверок в промышленности.

В первом разделе (гл. 1—3) даны физико-химические основы процессов получения красителей в дисперсном состоянии, рассмат­ риваются кристаллическая структура, полиморфизм и другие морфо­ логические и физико-химические особенности кубовых и дисперсных красителей. Специальное внимание уделено описанию методов дисперсионного анализа, применяемых при изучении процессов диспергирования и контроле размеров частиц, а также дисперсного состава выпускных форм.

Второй раздел (гл. 4, 5) включает описание способов получения твердых выпускных форм — порошков и гранул, их свойств; обсуж­ дение результатов изучения реологических, колористических и дру­ гих свойств жидких форм различного типа паст; приводятся также методы контроля основных параметров и свойств выпускных форм.

Чтобы настоящая монография была более доступной для работ­ ников апилинокрасочной промышленности, химиков-текстилыциков и других специалистов, автор использовал одновременно с торго­ выми фирменными названиями красителей их обозначения по номен­ клатуре, принятой в Колор Индекс.

Все'названия .марок красителей как отечественного, так и зару­ бежного производства, даны с прописной буквы для выделения из общего текста и удобства 'чтения.

Вкниге приведены многочисленные ссылки на первоисточники,

вкоторых читатель сможет найти ответ на многие вопросы, изло­ женные в книге сжато или схематично с учетом ее объема.

Автор надеется, что настоящий труд может служить выражением признательности его бывшим преподавателям из Лувенского универ­ ситета и Текстильного института в г. Вервье, в особенности доктору паук профессору М. Робипэ.

Автор выражает глубокую благодарность рецензентам за цепные советы и критические замечания, которые были учтены при оконча­ тельном редактировании книги. Автор глубоко признателен М. Ф. Голомб за работу по подготовке рукописи к печати.

N

ВВЕДЕНИЕ

В анилинокрасочной промышленности важное место принадлежит области технологии, специфической для кубовых и дис­ персных красителей, «которая является как бы мостом между их синтезом и применением» [2]. Основная задача этой пограничной области заключается в «облагораживании» исходных пигментов — красителей, получаемых на последней стадии синтеза, т. е. в их превращении в специальные выпускные формы (порошки, гранулы, пасты, жидкости), удобные для крашения и печатания текстиль­ ных материалов.

Процессы приготовления выпускных форм представляют собой заключительную и неотъемлемую часть технологии производства красителей данных классов. Комплекс операций *, включающий

[4]. Последняя необходима для повышения коэффициента полезного использования красителей, очень низкого у исходных пигментов. Для выпускных форм он повышается до 70—80%, чем достигается значительная экономическая эффективность этих красителей.

Успех применения кубовых п дисперсных красителей опреде­

по xiixiiniecKoxiy строению, хгеханиз.му фиксации па волокнах и по назначению. С позиций технологии приготовления выпускных форхг п техники прихшнения они могут рассхштриваться сов.местно, так как обладают рядох! общих характерных свойств: они нерастворимы или очень xia.40 растворихш (дисперсные красители) в воде, являются кристаллическихш гидрофобны.мн вещества.мн, выделяех1ы,мн обычно в виде силыюагрегированных грубодисперсных водных паст; крашение ими проводится главных! образом по суспензионному способу. Развитие непрерывных скоростных и высокоте.мпературных хштодов крашения и печатания (например, по двухфазнох!у способу),

* В настоящей хюнографин вопросы фильтрования, сепарации и сушки специально не рассматриваются.

5

применение циркуляционных аппаратов для крашения волокон, ленты, пряжи в паковках, тканей на навоях, отделка смешанных тканей из природных и синтетических волокон привели к тому, что к выпускным формам этих красителей предъявляется ряд общих требований. Основные из них: высокая дисперсность частиц, седиментационная стабильность паст и суспензий, устойчивость жидких форм к низким температурам, отсутствие пыления порошков и ихгидрофильность, исключение миграции тонкодисперсных красителей при сушке материалов, удобство транспортировки и хранения и т. д. Вы­ пускные формы должны обладать рядом специальных технических ка­ честв — большой скоростью восстановления и фиксации (кубовые кра­ сители), устойчивостью к действию высоких температур при термозоль­ ном способе крашения (дисперсные), эффективностью в печати и т. п.

К основным показателям качества современных выпускных форм относятся высокая дисперсность и особые морфологические свойства частиц красителей, что способствует быстрому протеканию гетерогенных реакций восстановления и растворения у кубовых красителей, солюбилизации у дисперсных, а также увеличению интенсивности окраски.

Технический «процесс превращения и облагораживания веще­ ства тогда будет достигать максимального полезного эффекта, если он будет основываться на подробном и точном знании всех свойств вещества» (акад. П. И. Вальден) [51.

Плодотворное развитие технологии облагораживания исходных пигментов, усовершенствование существующих и создание новых видов выпускных форм с широким комплексом разнохарактерных химических и физико-химических свойств не представляются воз­ можными без использования основ других пограничных областей знаний, в частности достижений коллоидной химии и физико-хими­ ческой механики, вне сферы влияния которых оказалась технология кубовых и дисперсных красителей до 50-х годов. В работе по поверх­ ностной активности Мойлльета, Колли и Блэка [61 впервые рассмот­ рены некоторые теоретические и практические аспекты технологии выделения красителей, их измельчения и применения для стабили­ зации поверхностно-активных веществ и т. п. Фирмы ФИАТ и БИОС располагали также материалами, которые вместе с патентами давали представление о рецептуре и технологии приготовления некоторых довоенных выпускных форм фирмы ИГ Фарбениндустри [7]. Дизеран [8] сделал попытку обобщить патентные сведения о способах получения некоторых выпускных форм. Систематизированных пуб­ ликаций по данному вопросу в мировой научной и технической лите­ ратуре в то время не было. Это положение почти не изменилось и до настоящего времени. В руководствах и учебниках по химии и технологии синтетических красителей, опубликованных в послед­ ние годы [9—16], почти не рассматриваются технология и особен­ ности различных выпускных форм красителей. Первым исключением

6

Анализируя развитие красителей в Евройе за 1962 г., Джонс 1191 отметил, что в восточно-европейских странах, особенно в СССР, уделяется большое внимание синтезу красителей. На их долю при­ ходится около одной трети из 300 статей по химии и физико-химии красителей, опубликованных в 1902 г. С тех пор советскими авто­ рами были проведены работы в области механохимии исходных пиг­ ментов, а также коллоидно-химические разработки различных вы­ пускных форм и исследования физико-химических свойств красите­ лей [1, 20—20]. Отечественной анилинокрасочной промышленностью накоплен определенный опыт в области производства выпускных форм. Настоящая монография обобщает все эти материалы.

Производство красителей постоянно увеличивается, следуя тре­ бованиям текстильной, легкой и других отраслей промышленности и росту производства химических волокон. За первые 40 лет деятель­ ности красочных заводов Европы и Англии, т. е. начиная с 1873 г. (к этому времени уже функционировали почти все крупные фирмы, существующие и теперь [71), объем производства красителей вырос с 15 до 165 тыс. т/год, или в 11 раз. С 1920 по 1966 г. выпуск красите­ лей увеличился со 127 до 539 тыс. т, т. е. в 4,5 раза, а за последние 15 лег — вдвое. Сведения о развитии отечественной анилинокрасоч­ ной промышленности в 1966 г. приведены в книге [7].

В 1970 г. в СССР было выпущено 94,3 тыс. т красителей (530 ма­ рок) [171; объем производства в других промышленных странах составлял: в ФРГ ~80, Японии — 55, Англии — 45, Швейцарии — 25, Италии — 16 и в США — 122 тыс. т [11]. Таким образом, по масштабам производства наша страна заняла первое место в Европе

ивторое — в мире.

Состояние и изменения мирового ассортимента синтетических

красителей наиболее полно отражено в изданиях Колор Индекс [27]. Ежегодно в результате исследований [28] на рынке появляется ~250 марок новых красителей [29]. Считают, что из каждых вновь синтезированных 800—1000 красителей только 1—2 оказываются пригодными для практического использования; эти цифры соответ­ ствуют данным Валько. Стоимость разработки одного красителя, например, в США около 100 тыс. долларов. Большинство результа­ тов исследований публикуется фирмами в виде патентов, которые составляют лишь «видимую часть айсберга» [30].

Более чем за вековое существование анилинокрасочной промыш­ ленности было синтезировано н испытано огромное число новых красящих веществ, лишь немногие из лих оказались жизнеспособ­ ными, выдержав пробу временем, — это кубовые и дисперсные красители, использующиеся более 70 и 50 ле г соответственно. К сере­ дине 1968 г., поданным Колор Индекс [27], из 6132 красителей кубовых красителей вместе с их лейкоэфнрами было 386 (6,3%),

7

Производство красителей в США

паж в США к 1967 г. увеличился более чем в два раза и составил 8% от общей продукции, а к 1968 г. увеличился на 2,5 тыс. т и соста­ вил более 10 тыс. т, или 9,8% от всего объема производства краси­ телей. Число новых марок дисперсных красителей в мировом ассор­ тименте с 1956 по 1963 г. увеличилось с 173 до 290, а к 1968 г. достигло 495 наименований. Теперь в мире насчитывается более 50 ассортиментов дисперсных красителей, которые объединяют более 500 представителей этого класса [38], а объем мировой продук­

9