Определение компонентов ванн крашения кислотными красителями

Московский Государственный Текстильный Университет

им А.Н. Косыгина.

 

Кафедра аналитической, физической и коллоидной химии.

Отчет по учебно-исследовательской работе на тему: «Определение компонентов ванн крашения кислотными красителями».

Выполнили: студенты гр.26-99 Белая В.В,

Галимова Л.Р.

Проверил: доцент Чеснокова О.Я.

Москва 2002г.
СОДЕРЖАНИЕ.

Задание на УИР	3 стр
Введение	4 стр
1. Обзор литературы на тему «Методы определения красителей»	7 стр
2. Описание методов, установок и обработки результатов определений	10 стр
2.1.Установка для прямой фотометрии	10 стр
2.2. Установка для полуавтоматического потенциометрического титрования.	12 стр
2.3. Установка для высокочастотного титрования	13 стр
3. Результаты и их обсуждение	16 стр
3.1. Исследование условий фотометрического определения красителей в кислотной ванне крашения кислотными красителями	16 стр
3.2. Определение концентрации красителя в технологической ванне крашения кислотными красителями методом прямой фотометрии	21 стр
3.3. Исследование условий определения концентрации уксусной кислоты в кислотных ваннах крашения методом полуавтоматического потенциометрического титрования	22 стр
3.4. Определение концентрации уксусной кислоты в технологической ванне крашения кислотными красителями методом полуавтоматического потенциометрического титрования	25 стр
3.5. Исследование условий определения концентрации сульфата натрия в кислотных ваннах крашения методом высокочастотного титрования	26 стр
3.6. Определение концентрации сульфата натрия в технологической ванне крашения кислотными красителями методом высокочастотного титрования	29 стр
Сводная таблица	30 стр
Выводы	31 стр
Список литературы	33 стр

Задание на УИР.

Тема: «Определение компонентов ванны крашения кислотными красителями».

 

Содержание задания

 1. Составить обзор литературы на тему: «Методы определения красителей».

2. Исследовать условия определения и определить содержание: красителя методом прямой фотометрии, уксусной кислоты методом полуавтоматического потенциометрического титрования, Nа₂SO₄ методом высокочастотного титрования.

3. Установить метрологические характеристики результатов определения.

Оценка УИР

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Красителями называются органические соединения, обладающие способностью интенсивно поглощать и преобразовывать энергию электромагнитных излучений (световую энергию) в видимой, ближних ультрафиолетовой и инфракрасных областях спектра и применяемые для придания (сообщения) этой способности другим телам[4].

Кислотными красителями называют водорастворимые соли органических кислот, главным образом сульфо- , реже – карбоновых кислот, иногда соли фенолов. В водных растворах диссоциируют с образованием цветных анионов красителя. Компенсиррующим катионом чаще всего является катион натрия Na⁺, реже аммония NH₄⁺. В качестве хромофора используют моноазо−, диазо−, антрахиноновые и трифенилметановые структуры. В качестве ауксохромов в молекулу вводят –ОН; −NH₂; −NHR и другие полярные электроно-донорные или электроно-акцепторные группы. Таким образом, чаще всего кислотные красители являются натриевыми солями сложных органических сульфокислот и имеют молекулярную массу 300−500[3]. Общая формула кислотных красителей выглядит следующим образом КрSO₃^-Na⁺. К типичным представителям кислотных красителей относятся кислотный красный 2С:

и кислотный антрахиноновый ярко-зеленый Н2С:

По количеству марок в мировом ассортименте кислотные красители занимают 1 место. В отечественном ассортимете насчитывается более 60 наименований кислотных красителей, ими окрашивают белковые (шерсть и натуральный шелк) и полиамидные (ПА) волокна[1].

Кислотные красители отличаются яркостью и сочностью окрасок, присущих хромофорам достаточно простого строения, а в целом красители этого класса характеризуются широким спектром цвета. Они обладают сродством к волокнам, имеющим амфотерный характер (т.е. к шерстяным, шелковым и синтетическим полиамидным волокнам), и окрашивают их из водного раствора в присутствии кислот, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержания в них основных групп (-NH₂), приобретающих положительный заряд (-NH₃⁺). Отрицательно заряженный анион красителя КрSO₃^-взаимодействует с волокном за счет ионных (солевых) связей. К целлюлозным волокнам кислотные красители сродства не имеют.

Недостатками кислотных красителей являются:

·     способность ионной связи к гидролизу в водных растворах и, следовательно, невысокая устойчивость окраски к мокрым обработкам;

·     мгновенное проявление сродства красителя к волокну приводит к его неровному окрашиванию.

Крашение кислотными красителями проводят в присутствии нейтрального электролита Na₂SO₄, который способствует более равномерной окраске (анионы SO₄^-2 конкурируют с анионами красителя за положительные активные центры волокна).

По ровняющей способности кислотные красители делят на 3 группы: хорошо, средне и плохо ровняющие. Для улучшения ровноты крашения кислотными красителями белковых, полиамидных и других волокон, содержащих в своем составе основные группы −NH_2, >HN, варьируют рН, температуру, вводят в красильную ванну электролиты, ТВВ и ПАВ, снижающие скорость выбирания красителей.

Кислотные красители различаются между собой по скорости перехода на полиамидное волокно, по выравнивающей способности и прочности получаемых окрасок к мокрым обработкам. Красители делят на хорошо, средне и плохо выравнивающие красители.

Хорошо выравнивающиеся красители обладают малым сродством к волокну, высокой диффузионной подвижностью, они окрашивают с высокой равномерностью, но малоустойчивы к мокрым обработкам.

Средне выравнивающиеся красители имеют хорошую устойчивость окраски к мокрым обработкам.

 Плохо выравнивающиеся красители характеризуются низкой диффузионной подвижностью и высоким сродством к волокну. Они обладают высокой устойчивостью к мокрой обработке, но получаемая окраска недостаточно равномерная. Эта группа красителей является наиболее ценной, так как равномерность окраски можно повысить путем применения выравнивателей.

В зависимости от ровняющей способности красителей изменяется рецептура и режим крашения. Красильная ванна содержит % массы волокна: красителя 3−6, глауберовой соли 10, серной кислоты 2−4 (ρ=1,84; рН=2-4) для хорошо выравнивающих. Для средневыравнивающих вместо минеральной кислоты вводят 30%−ную уксусную кислоту 3−5% (рН=4-6), а в случае использования плоховыравнивающих красителей − сульфат или ацетат аммония 3−5% (рН=6-7).

Прочность окраски кислотными красителями шелка ниже, чем на шерсти, и ниже, чем на шелке, окрашенном прямыми и, конечно, активными красителями. Полиамидные волокна имеют относительно низкую кислотную емкость, но достаточно интенсивно окрашиваются кислотными красителями по режимам, близким к крашению шерсти, окраски отличаются высокой устойчивостью к мокрым обработкам.

Сильные минеральные кислоты в крашении полиамидных волокон не используются во избежании кислотного гидролиза. В случае хорошовыравнивающих красителей серную кислоту заменяют на муравьиную (85% −ная, 2 −4% массы волокна).

Определение класса красителя, используемого для крашения? имеет большое значение для достижения желаемого оттенка, способа заключительной обработки волокна.

Поскольку состав красильной ванны влияет на качество крашения, то целью нашей работы было исследование условий определения и установление содержания красителя методом прямой фотометрии, уксусной кислоты методом полуавтоматического потенциометрического титрования, сульфата натрия методом высокочастотного титрования в кислотных ваннах крашения.

Состав технологического раствора:

Кислотный краситель	0,1 - 0,4 г/л
Nа2SO4(М=142,04)	2 - 10 г/л
CH3COOH (М=60,05 г/моль)	0.2 - 0,4 г/л
ПАВ(смачиватель Ва(CH3COO)2 )	0.2 - 0,5 г/л

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ НА ТЕМУ: «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАСИТЕЛЕЙ»

Количесвенные методы анализа красителей имеют как научное, так и практическое значение. Количественный анализ самих красителей, их растворов или дисперсий, а также окрашенных волокон полезен для оценки новых красителей, разработки процессов крашения, исследований прочности красителей или механизмов крашения. При крашении количественный анализ также важен для контроля качества продукции.

Для успешной разработки эффективных процессов крашения требуется количественная оценка степени использования красителя и точное понимание соответствующих механизмов. При крашении краситель либо адсорбируется на волокне или в нем, либо остается неиспользованным; при крашении до истощения ванны часть красителя все же остается в красильном растворе. Изучение процессов крашения становиться более значимым, когда измеряют каждую из этих частей.

Определение содержания красителей в красильных и плюсовых ваннах.

Содержание красителей в ваннах определяют колориметрическим методом сравнения с помощью фотоэлектроколориметра оптической плотности исследуемого раствора и раствора с известной концентрацией красителя.

Определение водорастворимых красителей в водных красильных ваннах не представляет затруднений, если контролируются факторы, влияющие на поглощение красителя (значение рh, ионная сила). Если же красильная ванна содержит нерастворимые в воде красители или вспомогательные вещества, то для получения однородной пробы необходимо добавлять к ванне смешивающейся с водой растворитель, такой, как ацетон, метанол, пиридин или ДМФ[3].

Определение красителей на поверхности волокна

Количество красителя, осажденного на поверхности волокна, может быть определено экстракцией окрашенного волокна таким растворителем, который растворяет краситель, но не вызывает набухания волокна, так что сорбированный внутри волокна краситель не экстрагируется. Определение количества красителя на поверхности волокна проводят при крашении до истощения ванны, для оценки миграции красителя с волокна в слой аппретуры на поверхности волокна, для оценки фиксации красителя в непрерывных процессах крашения и т.д.

Фиксацию красителя лучше всего определять, экстрагируя нефиксированный (поверхностный) и фиксированный (сорбированный) краситель в одной и той же пробе.

Определение красителя, сорбированного волокном, по спектрам отражения

Количественный анализ красителей, сорбированных волокном, по спектрам отражения − быстрый метод, не разрушающий образца, в принципе сходен с визуальной оценкой. Методы измерения отраженного света оказались полезными при контроле качества промышленной продукции, подборе цвета, в контрольных системах автоматизированных процессов.

Точность определения красителя в растворе с помощью проходящего света в два раза выше таковой для определения красителя на волокне по отраженному свету. Это различие обусловлено только большей точностью собственно спектрофотометрического измерения. Кроме того, при исследовании растворов или экстрактов окрашенного волокна нет осложнений, связанных с неравномерностью распределения красителя на волокне. Поэтому измерения в отраженном свете применяются главным образом для измерения цвета и сравнения цветовых различий, тогда как количество красителя в волокне лучше определять, переводя краситель в растворитель.[1]

Определение красителей в волокне методами полного растворения

Красители в полимерных материалах, таких, как пленки или текстильные волокна, обычно определяют спектрофотометрически, либо полностью растворяя полимер, содержащий краситель в общем для них растворителе, либо экстрагируя краситель из полимера растворителем, который растворяет только краситель. Первый метод (полного растворения) применим и к таким красителям, которые не удается экстрагировать из волокна, например ковалентно связанные активные красители. Он сравнительно прост, если можно найти подходящий растворитель.

Определение красителя в волокне экстракционными методами

Экстракционные методы применимы к красителям, растворимым в экстрагенте и связанным с волокном за счет ионных и других невалентных взаимодействий. Для превращения красителя в растворимую форму можно сочетать экстракцию с химической реакцией.

Требование к растворителям, применяемым для экстракции, те же, что и к растворителям, растворяющим волокно, но необходимо не растворение волокна, а только его набухание, иначе частицы волокна вызовут мутность раствора и затруднят спектрофотометрическое определение красителя в экстракте.

Экстракция красителя полимера представляет собой процесс, обратный крашению, и является десорбцией неионного красителя из полиэфирного или полиамидного волокна. Диффузия красителя из волокна в растворитель облегчается подвижностью полимерных цепей. Эта подвижность может быть увеличена за счет термической энергии растворителя, который вызывает набухание полимера, делает его более пластичным. Способность расворителя вызывать набухание полимера, необходимое для эффективной экстракции, может быть оценена по параметру растворимости растворителя.