CC BY
32УДК 677.047.4
ЕЛ. Владимирцева, JI.B. Шарнина, A.C. Желнова
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПРЯМЫХ КРАСИТЕЛЕЙ
В РАСТВОРЕ И НА ВОЛОКНЕ
(Ивановский государственный химико-технологический университет) e-mail sharnina@isuct.ru
Спектрофотометрическими методами оценивается состояние прямых красителей в растворе и на волокне в присутствии комплексообразователей на основе карбо-новых (Трилон Б) и фосфоновых кислот: ОЭДФК; НТФ и ее производного (технический продукт Корилат).
Ключевые слова: прямой краситель, комплексообразование, волокно
Комплексоны, широко применяемые в различных областях промышленности, в том числе для производства синтетических моющих средств, в текстильно-отделочном производстве используются, в основном, в операциях подготовки [1]. При крашении прямыми красителями они рекомендованы в качестве средства для умягчения воды [2]. Среди современных публикаций, посвященных применению комплексонов в процессах колорирования, можно выделить работы [3-5], в которых оценена эффективность их использования при крашении целлюлозных материалов прямыми красителями. Отмеченное увеличение на-крашиваемости тканей, по мнению авторов, вызвано взаимодействием красителей с вводимыми в красильную ванну ионами металла (никеля), что приводит к образованию активных центров сорбции. Авторами предложены рациональные варианты крашения и эффективные композиции - кра-ситель-металл-комплексон. Вместе с тем было отмечено, что добавка комплексообразователей не всегда дает ожидаемый эффект повышения качества окраски [2-5].
Настоящая работа является продолжением начатых ранее исследований [6-7] и посвящена оценке влияния комплексообразователей различной химической природы на состояние красителей в растворе и на целлюлозном материале. Данные, полученные в ходе экспериментов, могут быть
использованы при создании композиционных
-
ния и отбеливания или заключительной отделки целлюлозосодержащих текстильных материалов.
В эксперименте использовались комплексоны на основе карбоновых (натриевая соль эти-лендиаминтетрауксусной кислоты - Трилон Б) и фосфоновых кислот: оксиэтилидендифосфоновой кислоты - ОЭДФК; нитрилтриметиленфосфоно-вой кислоты - НТФ и ее производного (технический продукт Корилат).
-
няли прямые красители, отличающиеся строением
-
фо-групп: алый, желтый К, конго-красный, диазо-бордо С, рубиновый светопрочный МУ, бирюзовый светопрочный К.
-
нов на состояние красителей в растворе и на волокне использовали спектры поглощения красителей. Спектры поглощения растворов красителей снимали на спектрофотометре «Спекорд-40» с автоматической регистрацией положения максимума. Для получения спектров красителей на целлюлозном субстрате предварительно проводили модельное крашение отбеленной хлопчатобумажной (миткаль арт.43) и льняной (арт. 411) тканей. Крашение вели в течение 40 мин при модуле 50 и оптимальной для красителей температуре [8].
Концентрация красителя составляла 2 г/л. Ком-
ную ванну одновременно с красителем. С окрашенных образцов в видимой области снимали спектры отражения (непрерывный, на приборе СФ-10 и дискретный, на спектрофотометре 8ресо1-11), которые конвертировали в спектры поглощения. Для этого воспользовались методикой и компьютерной программой, описанной в работе [9]. Также были определены цветовые характеристики образцов: координаты цвета, светлота (Ь), насыщенность (С), цветовой тон (Н). За эталон при этом принимался образец, окрашиваемый без комплексонов.
Результаты исследования растворов красителей, приведенные на рис. 1, на примере прямого алого (а) и прямого бирюзового светопрочного К (б), отражают общие тенденции влияния комплексообразователей на форму спектральных кривых. В табл. 1 суммированы данные по изменению оптической плотности и положения характеристического пика поглощения для систем краситель-комплексон-вода.
1,0
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
400
500
600
700
Л, нм
связано с наличием взаимодеиствия между красителем и молекулами растворенного вещества, приводящее к их агрегации, что и подтверждают результаты наблюдений за растворами при хранении в течение суток. При выстаивании для одних красителей (конго красный, прямой бирюзовый светопрочный К) наблюдается изменение цвета, а для других (прямой рубиновый светопрочный МУ, прямой диазобордо С) - выпадение осадка.
Таблица 1
Влияние комилексообразователей на состояние красителей в растворе Table 1. Influence of complex-forming agents on a state of dyes in a solution
Препараты Красители
Алый Желтый К Конго красный Диазобордо С - вый св. МУ - зовый св. К
Изменение оптической плотности (• D1™)
Трилон Б 0 0,07 -0,08 0 0 -0,08
ОЭДФК -0,45 -0,57 -0,91 -0,54 -0,20 -0,56
НТФ -0,05 -0,02 0 -0,04 -0,04 -0,10
Корилат -0,04 -0,02 -0,40 -0,06 -0,02 0,08
Смещение характеристической полосы поглощения (• V™)
Трилон Б -2,5 2,0 1,0 0 -0,5 9,5
ОЭДФК -3,0 1,5 -1,5 0 2,0 -4,0
НТФ -1,0 1,0 0 0 1,0 -8,5
Корилат 18,5 -10,0 -13,0 44,0 4,5 8,5
Таблица 2
Влияние концентрации комилексообразователей на
состояние красителей в растворе Table 2. Influence of concentration of complex-forming
Рис. 1. Спектры поглощения растворов красителей прямого алого (а) и прямого бирюзового светопрочного К (б): 1 - исходный; 2 - Корилат; 3- Трилон Б; 4 - НТФ; 5 - ОЭДФК Fig. 1. Absorption spectra of dye solutions of the direct Scarlet (a) and the direct T.Blue R (б): 1 - initial; 2 - Korilat; 3 - Trilon B;
4 - NTPA; 5 - OEDPA
Совокупная оценка полученных данных показала, что введение комплексонов в раствор красителей может по-разному отражаться на спектральной кривой в зависимости от «чувствительности» красителя к препарату и природы самого комплексообразователя. Наибольшие спектральные изменения вызывает ОЭДФК. В ее присутствии для всех красителей отмечается наибольшее падение оптической плотности и как бы «смазывание» формы спектральной кривой. Общеизвестно [10], что такое изменение спектров поглощения
Концентрация комилексообразователей, г/л Корилат Трилон Б
д. 1max л . max ÎA' 2 Д. jmax л . max ÎA' 2
0,02 0,00197 -0,0197 -0,02006 -0,00201
0,04 0,01248 -0,03414 -0,04546 -0,01404
0,06 0,01349 -0,06435 -0,05482 -0,04145
0,08 0,01773 -0,08142 -0,06151 -0,05817
0,1 0,01846 -0,09784 -0,07221 -0,06419
0,2 0,03152 -0,11819 -0,08892 -0,07288
Также обращает на себя внимание Корилат: в его присутствии для большинства красителей наблюдается заметное смещение характеристической полосы поглощения.
Особенно явно проявляется влияние ком-плексообразователей на красители, представляющие собой хелатные комплексы, содержащие атомы меди (прямой бирюзовый К и, в меньшей степени, рубиновый светопрочный МУ). В частности, в исходном спектре поглощения прямого бирюзового К, представленном на рис. 1 б, присутствуют
два максимума поглощения при
х=620 нм и
при • 2тах=670 нм. При введении в раствор ком-
плексонов наблюдается снижение интенсивности поглощения в области 670 нм, особенно заметное с препаратами Трилон Б и Корилат. При этом изменения касаются и его хромофорной структуры, о чем свидетельствует заметное изменение цвета
K/S
5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
400
K/S5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
500
600
700
Л, нм
400
Рис.2 Спектры поглощения красителей прямого алого (а) и прямого бирюзового светопрочного К (б) на волокне: 1 -исходный; 2- Трилон Б; 3 - НТФ; 4 - Корилат; 5 - ОЭДФК Fig. 2. Absorption spectra of dyes of the direct Scarlet (a) and the direct T.Blue R (6) on a fiber: 1 - initial; 2 - Trilon B; 3 - NTPA; 4 - Korilat; 5 - OEDPA
раствора. Снижение оптической плотности тем заметнее, чем выше концентрация комплексооб-разователя в растворе (табл. 2).
Следует отметить, что для Тритона Б вместе с падением оптической плотности при • 2тах= 620 нм, также понижается уровень поглощения при • 1тах=670 нм, в то время как для Корилата при • 1тах отмечается некоторое повышение интенсивности поглощения.
Таким образом, в ходе экспериментов установлено, что влияние комплексообразующих препаратов на характер изменений, происходящих в растворах прямых красителей, определяется как самим красителем, так и типом используемого комплексона.
Установленный факт влияния также прослеживается и при переходе красителя на волокно, однако нельзя провести четкой корреляции между системами краситель-комплексон-вода и краси-тель-комплексон-волокно. Так, если в спектрах растворов красителей смещение характеристической полосы поглощения в большей мере определяется комплексообразующим препаратом, то при переходе на волокно такое изменение обуславливается, в основном, природой самого красителя, (рис. 2, табл. 3).
Так, наибольшее смещение наблюдается у красителей с азо- и диазо- хромофорными группировками, таких как желтый, конго красный, алый, диазобордо С. При этом может происходить как некоторое углубление (желтый К, конго красный), так и повышение (алый, диазобордо) цвета на волокне (табл. 4). У металлсодержащих красителей (рубиновый светопрочного МУ, бирюзовый светопрочный К) характеристическая длина волны не меняется, наблюдаются незначительные изменения интенсивности поглощения, что отражается в повышении светлоты образцов (табл. 4). Наибольшие изменения оттенка окрашенного материала вызывают Корилат и Трилон Б, что, вероятно, связано с присутствием в растворе ионов натрия.
Таким образом, на основании данных
спектрофотометрических исследований выявлено
-
сителей в растворе, характер которого определяется как самим красителем, так и типом используемого комплексона.
Сравнивая действие комплексообразовате-лей на волокне, установили, что их влияние неоднозначно и определяется, в основном, типом красителя, при этом изменение оттенка фиксируется, в первую очередь, для азокрасителей с препаратами Трилон Б и Корилат.
Таблица 3
Влияние комилексообразователей на состояние красителей на волокне Table 3. Influence of complex-forming agents on a state of dyes on a fibre_
Препараты Красители
Алый Желтый К - ный Диазобордо С Рубиновый св. МУ Бирюзовый св. К
Изменение интенсивности окраски (Д K/S)*
Трилон Б 0,00 -0,60 0,87 -2,43 0,87 0,22
ОЭДФК -1,52 -0,60 -0,59 -2,69 -0,59 0,54
НТФ 0,90 -0,75 0,41 -0,64 0,41 -0,07
Корилат 0,90 -0,10 0,87 -0,22 0,87 0,38
Смещение характеристического пика поглощения (AXmx)
Трилон Б -10 10 10 -20 0 0
ОЭДФК -10 10 30 -20 0 0
НТФ 0 10 30 0 0 0
Корилат -10 0 10 0 0 0
* K/S (ед.) без препарата для красителей конго красный -2,4 ; рубиновый св.МУ -3,3 ; диазобордо С - 2,9; бирюзовый св. К- 3,1; алый - 4,0 ; желтый К- 3,0
* K/S for the standard: Scarlet - 4,0 ; Yellow R - 3,0; Congo Red - 2,4; Boardeaux BW - 2,9; S.F.Violet BL - 3,3; T.Blue R - 3,1
Таблица 4
Цветовые характеристики образцов, окрашенных в
присутствии комплексонов Table 4. Coloristic characteristics of samples colored in
Красители Цветовые характеристики Без препарата Трилон Б ОЭДФК НТФ Корилат
Прямой диазобордо С L 33,081 35,659 35,753 33,668 36,161
C 27,077 30,089 27,238 28,315 30,066
H 9,126 7,3911 9,911 8,240 7,293
Прямой рубиновый св.МУ L 41,329 36,637 39,608 37,689 36,703
C 28,093 26,581 29,042 31,145 32,099
H -13,171 -20,105 -19,765 -20,269 -20,994
Конго красный L 40,202 38,048 40,840 40,120 38,683
C 35,544 37,438 34,888 37,226 37,823
H 20,769 23,757 21,396 23,331 22,338
Прямой алый L 39,201 38,808 40,562 39,822 38,744
C 39,753 44,570 42,827 43,161 44,205
H 19,027 22,154 20,981 19,696 22,477
Прямой бирюзовый св. К L 65,720 67,503 64,254 66,091 67,759
C 35,307 37,234 37,720 35,406 37,700
H 42,934 39,115 44,665 41,065 45,603
Прямой желтый К L 66,915 68,050 67,078 68,671 68,866
C 60,406 59,942 59,899 60,767 61,594
H 65,512 68,623 66,451 67,176 68,743
6.
9.
10.
ЛИТЕРАТУРА
Сафонов В. В. Облагораживание текстильных материалов М.: Легпромбытиздат. 1991. 288 с. Емельянов А. Г. Прямые красители и их применение в текстильной промышленности. М.: Ростехиздат. 1963. 232 с.
Шкурихин И.М., Сафонов В.В. // Актуальные проблемы технологии отделки текстильных материалов. Сб. трудов МГТУ. М.: 2001. С.68-73.
Третьякова А.Е., Авдеев А.В., Сафонов В.В. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2005. № 1. С. 62-65.
Третьякова А.Е, Сафонов В.В., Красильникова Е.В. //
Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2007. №2. С. 61-64.
Владимирцева E.JL, Шарнина J1B. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2005. Т. 48. Вып. 3. С. 61-64. Владимирцева E.JL, Шарнина JIB. Эффективность использования комплексонов при крашении прямыми красителями. // М. 14 с. Деп. в ВИНИТИ. 2005. № 8-В2005.
Синтетические красители в легкой промышленности: Справочник. М.: Легпромбытиздат. 1989. 368 с. Зарубина Н.П., Завадская J1K., Телегин Ф.Ю. // Химические волокна. 2004. №4. С. 36-39. Виккерстафф Т. Физическая химия крашения (пер. с англ.). М.: Гизлегпром. 1958. 574 с.
L - светлота; С - насыщенность; Н - цветовой тон L -lightness; С - color saturation; Н - color hue
Кафедра химической технологии волокнистых материалов
