Способ получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов - RU2129627C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к технологии крашения содержащих целлюлозу текстильных материалов, в частности к способу получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов.

Известен способ получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов обработкой исходного материала содержащим лейкоиндиго красильным раствором в присутствии медиатора в электрохимических условиях, фиксацией выбранного текстильным материалом красителя путем окисления с последующей промывкой и сушкой окрашенного материала (см. заявку WO 90/15182, D 06 P 1/22, 1990).

В известном способе окисленное индиго добавляют в красильный раствор, где его восстанавливают электрохимическим путем с помощью так называемых медиаторов. Медиаторы представляют собой обратимые окислительно-восстановительные системы, которые восстанавливают краситель, при этом сами окисляются, после чего опять восстанавливаются на катоде и снова имеются в распоряжение для восстановления красителя. Для восстановления всего количества необходимого для крашения индиго необходимы, однако, огромные заряды и большие поверхности электродов. Кроме того, в красильный раствор надо добавлять большое количество токопроводящей соли (примерно 1,5 г/л гидроокиси натрия, 30 г/л сульфата натрия) для обеспечения достаточной электропроводности, в целях уменьшения омических потерь и необходимой поверхности электродов. Следствием этого, однако, является нежелательная нагрузка сточных вод сульфатом.

Наиболее близким по существу к изобретению является способ получения окрашенных целлюлозосодержащих материалов обработкой исходного материала красильным раствором, содержащим предварительно восстановленное индиго в лейкоидиго, а также щелочь и восстановитель, с последующей фиксацией красителя окислением, промывкой и сушкой (см. Н.В. Гордеева и др. Кубовые красители в текстильной промышленности.- М.: Легк. инд., 1979. с. 106-109).

Задачей изобретения является разработка способа получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов, который удовлетворяет все растущим требованиям охраны окружающей среды при сохранении высококачественных характеристик окрашенных текстильных материалов.

Поставленная задача решается способом получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов обработкой исходного материала красильным раствором, содержащим лейкоиндиго, щелочь и восстановитель, с последующей фиксацией выбранного текстильным материалом красителя окислением, промывкой и сушкой, за счет того, что используют лейкоиндиго, полученное каталитическим гидрированием индиго, и добавляемое в красильный раствор в виде водно-щелочного раствора.

Предпочтительно используют красильный раствор, к которому добавлен 10-35% по весу, в частности 10-25% по весу, водно-щелочной раствор лейкоиндиго.

Содержание щелочи в водно-щелочном растворе, в частности гидроокиси натрия, в общем составляет 2 - 10 вес.%, предпочтительно 4-5 вес.%. Если для крашения желательно более высокое содержание щелочи, то путем добавки дополнительной щелочи в лейкоиндиговый раствор или в красильный раствор можно устанавливать желательное содержание.

Растворимость лейкоиндиго в этих растворах очень высока.

Получение лейкоиндиговых растворов путем каталитического гидрирования индиго можно осуществлять общеизвестным способом, в частности путем восстановления индиго в щелочной пасте, обычно содержащей 10-35 вес.% индиго и 2 - 10 вес.% гидроокиси натрия, с применением никеля Ренея в качестве катализатора, при давлении водорода, в общем равном 2-4 бар, и температуре, в общем равной 60 - 90^oC.

После последующего осветления полученный лейкоиндиговый раствор целесообразно без доступа воздуха и в атмосфере инертного газа, предпочтительно при давлении азота, равном примерно 0,1 бар, наполняют в баки. Для снижения возможности нежелательного окисления доступом воздуха можно дополнительно добавлять примерно 0,05 - 0,2 вес.% восстановителя и/или абсорбирующего кислорода вещества. В качестве восстановителя пригодны, например, дитионит натрия, двуокись тиомочевины, производные сульфиновой кислоты, а также органические восстановители.

Процесс крашения можно осуществлять обычным для крашения с использованием индиго способом, причем предпочтительно является непрерывный режим работы.

Приготовление маточного куба отпадает, вместо этого только надо дозированно добавлять лейкоиндиговый раствор в красильный раствор. Лишь в течение процесса крашения необходимо небольшое количество восстановителя, например дитионита натрия, для восстановления образующегося в результате контакта с воздухом в воздушных каналах и на поверхности красильного раствора индиго. Необходимое для этого количество гидросульфита, однако, значительно меньше количества восстановителя, необходимого в способе прототипа.

После отжима и окисления воздухом крашениее можно оканчивать, как обычно, промывкой и сушкой.

В особом выполнении предлагаемого способа окисленную во время крашения в результате контакта с воздухом в воздушных каналах и на поверхности красильного раствора долю лейкоиндиго восстанавливают электрохимическим путем в присутствии медиаторной системы.

Электроды при этом могут состоять из обычных материалов, таких, как, например, высококачественная сталь, титан, свинец, предпочтительно, например, медь.

Электродный потенциал устанавливается на уровне, предотвращающем образование водорода на катоде, но обеспечивающем регенерацию медиаторной системы, причем надо учитывать перенапряжение при переносе электронов.

В качестве медиатора пригодны обратимые неорганические или органические окислительно-восстановительные системы, окислительно-восстановительный потенциал которых катоднее необходимого для восстановления индиго потенциала, равного примерно 60 мВ.

Рабочий потенциал можно преимущественно контролировать и устанавливать с помощью опорного электрода. При применении медных электродов верхний предел рабочего потенциала примерно 1,1 В, поэтому обычно работают при потенциале 600 - 1100 мВ.

Примеры пригодных органических медиаторов представляют собой хиноидные соединения, такие, как антрахинонсульфокислоты и гидроксиантрахиноны. Обычно органический медиатор применяют в концентрации 0,5 • 10^-3 - 3•10^-3, предпочтительно 1,5•10^-3 моль органического медиатора/л красильного раствора.

Примеры пригодных неорганических медиаторов представляют собой комплекс солей переходных металлов. Предпочитается система, состоящая из железа (II/III)/триэтаноламина/натрового щелка в весовом соотношении примерно 1:8: 16 с потенциалом до примерно - 980 мВ. Обычная концентрация 0,2 - 2, предпочтительно 0,4 - 0,8 г сульфата железа (II)/л красильного раствора.

Значительным преимуществом этого выполнения является возможность работать без добавки отрицательной для окружающей среды токопроводящей соли, например, сульфата натрия, обусловленная хорошей электропроводностью красильного раствора при использования полученного путем гидрирования лейкоиндигового раствора. Необходимо лишь небольшое количество натрового щелка для установления оптимального для крашения pH.

В таблице для сравнения сопоставлены электропроводности красильной системы (V), применяемой в способе прототипа, состоящей из
а) 1,4 г/л гидроокиси натрия;
30 г/л сульфата натрия;
4 г/л триэтаноламина;
0,5 г/л гептагидрат сульфата железа (II);
2 г/л броминдиго;
б) 0 г/л сульфата натрия
и красильной системы (Ia - e), применяемой в предлагаемом способе, состоящей из
1,4 г/л гидроокиси натрия;
4 г/л триэтаноламина;
0,5 г/л гептагидрат сульфата железа (II);
х г/л лейкоиндиго в виде натриевой соли.

Также без применения сульфата натрия в качестве токопроводящей соли в красильных системах по изобретению, в частности при предпочтительном содержании лейкоиндио, равном 7 - 35 г/л (в частности предпочитаются 8 - 15 г/л), имеется достаточная электропроводность > 11 мСсм^-1.

Если осуществлять способ по прототипу с использованием вышеуказанной красильной системы без добавки сульфата натрия, необходимы напряжение или поверхность электродов, повышенные до тройного значения, при уменьшенной плотности тока. Следствием являлось бы повышение расхода энергии до тройного значения.

Так как применяют предварительно восстановленное индиго, надо восстанавливать лишь окисляемое контактом с воздухом при крашении индиго. Объем контакта с воздухом зависит от конструкции красильной установки, поэтому предпочитаются красильные машины с маленькой поверхностью красильной ванны, небольшим количеством отжимных устройств и короткими участками прохода по воздуху.

В частности, предпочитаются установки для крашения врасправку, в которых пучок пряжей, состоящий из примерно 4000 нитей (метрический номер 12) равномерно распределен по рабочей ширине. Из этих установок следует назвать, в частности, установку типа "Loopdye" "Loopdye"^® фирмы "Looptex" (г. Лугано/Швейцария), в которой применяются только одно корыто для красильного раствора, имеющее лишь небольшой объем, и только одно отжимное устройство.

При использовании установки типа "Loopdye" для восстановления получаемого при контакте с воздухом индиго обычно необходима добавка 40 г 90%-ного дитионита натрия за минуту (при обработке 13 кг пряжи/мин и содержании индиго 2%). При использовании установки для крашения врасправку с обычным объемом красильной ванны необходима добавка примерно 80 г 90%-ного дитионита натрия за минуту.

При пересчете на электрохимические эквиваленты при применении предварительно восстановленного индиго в случае установки типа "Loopdye" требуется ток всего 821 А, а в случае установки для крашения врасправку - всего 1334 А.

В этом выполнении предлагаемого способа крашения красильный раствор целесообразно подают через проточный электролизер, состоящий из нескольких ячеек, катодные и анодные пространства которых отделены диафрагмами, и электроды которых соединены либо монополярно, либо последовательно. Поверхность электродов должна быть такая, что при максимальной плотности тока и рабочем потенциале ниже потенциала образования молекулярного водорода имеется достаточное количество электрохимических восстановительных эквивалентов для регенерирования лейкоиндиго.

Предлагаемым способом получают блестящие окраски, сравнимые с окрасками, полученными обычным способом крашения с применением индиго, причем предлагаемый способ значительно лучше для окружающей среды.

Пример 1. Непрерывное крашение в установке для крашения врасправку.

Пряжа: хлопчатобумажная пряжа
Линейная плотность пряжи: метрический номер 12 (12 км/кг пряжи)
Количество нитей: 4080
Скорость: 35 м/мин
Количество применяемого индиго: 2% (в пересчете на вес пряжи)
Количество обработанной пряжи: 11,7 кг/мин
Длина партии: 23 000 м
Объем красильного раствора: 1 500 л
Красильный раствор (1500 л; 7 г/л лейкоиндиго) приготавливают путем перемешивания 1200 л воды с 3 л натрового щелка градуса Бомэ 38^o, 3 кг дитионита натрия (примерно 90%-ный) и 52,5 кг 20 вес.%-ного водного лейкоиндигового раствора с содержанием гидроокиси натрия, равным 4,8 вес.%.

Во время крашения по расходу дозированно добавляют лейкоиндиговый раствор, натровый щелк и гидросульфит.

После крашения пряжу промывают и сушат обычным способом.

Оттенок, устойчивость окраски к различным воздействиям и внешний вид полотна готовых деталей после мойки соответствуют стандарту.

При расходе воды для промывки, равном 3000 л/ч, в сточных водах получают концентрацию сульфата, равную 1,5 г/л.

Пример 2. Непрерывное крашение в установке для крашения каболок.

Пряжа: хлопчатобумажная пряжа
Линейная плотность пряжи: метрический номер 12 (12 км/кг пряжи)
Количество нитей: 8160 (24 каболки, каждая с 340 нитями)
Линейная плотность пряжи: метрический номер 12 (12 км/кг пряжи)
Количество нитей: 8160 (24 каболки, каждая с 340 нитями)
Скорость: 25 м/мин
Количество применяемого индиго: 2% (в пересчете на вес пряжи)
Количество обработанной пряжи: 17 кг/мин
Длина партии: 12 000 м
Объем красильного раствора: 24 000 л
Красильный раствор (24000 л; 2 г/л лейкоиндиго) приготавливают путем перемешивания 20 000 л воды с 36 л натрового щелка градуса Бомэ 38^o, 36 кг дитионита натрия (примерно 90%-ный) и 240 кг лейкоиндигового раствора примера 1.

Во время крашения по расходу дозированно добавляют лейкоиндиговый раствор, натровый щелок и гидросульфит.

После крашения пряжу промывают и сушат обычным способом.

Оттенок, устойчивость окраски к различным воздействиям, и внешний вид полотна готовых деталей после мойки соответствуют стандарту.

При расходе воды для промывки, равном 9000 л/ч, в сточных водах получают концентрацию сульфата, равную 1,6 г/л.

Реферат

Описывается способ получения окрашенных содержащих целлюлозу текстильных материалов обработкой исходного материала красильным раствором, содержащим лейкоиндиго, щелочь и восстановитель, с последующей фиксацией выбранного текстильным материалом красителя окислением, промывкой и сушкой, который заключается в том, что используют лейкоиндиго, полученное каталитическим гидрированием индиго, и добавляемое в красильный раствор в виде водно-щелочного раствора. Способ лучше удовлетворяет требованиям охраны окружающей среды. 6 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула