Дисперсные красители¶

Дисперсные красители — это класс синтетических органических красителей, практически нерастворимых в воде, предназначенных для окрашивания гидрофобных волокон, в первую очередь полиэфирных (полиэтилентерефталатных, или ПЭТФ), а также ацетатных, полиамидных, полиакрилонитрильных и других синтетических материалов. Основной механизм фиксации — диффузия молекул красителя в аморфные области полимерного волокна при повышенной температуре (термозольный процесс, крашение в присутствии носителей или при высоком давлении). Отличительная особенность дисперсных красителей — отсутствие ионогенных групп (сульфо-, карбокси- и др.), что обеспечивает их низкую растворимость в воде и способность образовывать устойчивые водные дисперсии.

¶История

Разработка дисперсных красителей началась в 1920-х годах в связи с появлением ацетатного шёлка (ацетата целлюлозы). Традиционные водорастворимые красители не закреплялись на этом гидрофобном волокне, поэтому потребовались новые вещества, способные проникать в структуру материала. Первые коммерческие дисперсные красители (например, «Сирены» фирмы British Celanese) появились в 1923 году. Они представляли собой несульфированные азокрасители и антрахиноновые производные.

Массовое распространение дисперсных красителей произошло после 1940-х годов, когда началось промышленное производство полиэфирных волокон (лавсан, дакрон, терилен). Полиэфирные волокна обладают высокой кристалличностью и гидрофобностью, что делает их трудноокрашиваемыми. Для решения этой проблемы были разработаны специальные технологии: крашение при высоких температурах (120–130 °C) в автоклавах, термозольный метод (фиксация при 180–220 °C) и использование «носителей» (веществ, набухающих волокно). В 1950–1960-х годах были синтезированы основные классы дисперсных красителей, используемые до настоящего времени.

¶Классификация

Дисперсные красители классифицируют по нескольким признакам: химическому строению, температуре фиксации, способу применения и цветовому тону.

¶По химическому строению

Основные химические классы дисперсных красителей:

Азокрасители (моно- и диазо) — составляют около 50–60 % всех дисперсных красителей. Обеспечивают широкий спектр цветов от жёлтого до синего и чёрного. Примеры: Disperse Yellow 3, Disperse Red 1.
Антрахиноновые красители — дают яркие красные, синие и фиолетовые тона. Отличаются высокой светостойкостью. Примеры: Disperse Blue 14, Disperse Red 60.
Хинофталоновые и кумариновые красители — используются для получения жёлтых и оранжевых оттенков с высокой флуоресценцией.
Метин- и полиметиновые красители — применяются для окрашивания в яркие синие и зелёные тона, но менее устойчивы к свету.
Бензодифураноновые и другие гетероциклические — современные классы, обеспечивающие высокую прочность и яркость.

¶По температуре фиксации

В зависимости от температуры, необходимой для диффузии красителя в волокно, выделяют:

Низкотемпературные (E-тип) — фиксируются при 100–110 °C (в присутствии носителей или при атмосферном давлении). Используются для ацетатных и полиамидных волокон.
Среднетемпературные (SE-тип) — фиксируются при 110–130 °C. Подходят для крашения полиэфирных волокон в автоклавах.
Высокотемпературные (S-тип) — требуют температуры 130–220 °C (термозольный процесс). Обладают высокой термостойкостью и устойчивостью к сублимации.

¶По способу применения

Дисперсные красители для крашения в водной среде — используются в виде водных дисперсий с добавлением диспергаторов (лигносульфонаты, нафталинсульфонаты).
Дисперсные красители для термозольного крашения — наносятся на ткань в виде пасты или пены, затем фиксируются сухим жаром.
Дисперсные красители для печати — применяются в текстильной печати (прямая, вытравная, резервная) с последующей термофиксацией.

¶Свойства и характеристики

Дисперсные красители представляют собой порошки или гранулы от жёлтого до чёрного цвета. Основные физико-химические свойства:

Растворимость в воде — менее 0,1 г/л при 20 °C. Для перевода в рабочую форму красители диспергируют в воде с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ) и диспергаторов.
Молекулярная масса — обычно 200–500 Да. Малый размер молекул позволяет им диффундировать в аморфные зоны волокна.
Температура плавления — 100–300 °C (зависит от структуры). Высокая температура плавления важна для термозольного процесса.
Сублимация — многие дисперсные красители способны возгоняться при нагревании (120–200 °C), что используется в сублимационной печати.
Светостойкость — варьирует от низкой (1–2 балла по шкале серых эталонов) до высокой (6–8 баллов). Антрахиноновые красители обычно более светостойки, чем азо.
Устойчивость к стирке и трению — зависит от степени фиксации и глубины проникновения в волокно. При правильной технологии крашения достигается 4–5 баллов.

¶Технология крашения

Процесс крашения дисперсными красителями включает несколько этапов:

Приготовление дисперсии — краситель смешивают с водой, диспергатором и ПАВ, затем размалывают в шаровой или бисерной мельнице до размера частиц 0,5–2 мкм.
Нанесение на волокно — ткань или пряжу погружают в ванну с дисперсией (крашение в жидкой среде) или наносят краситель в виде пасты (термозольный метод).
Фиксация — осуществляется при нагревании:

Крашение при высоком давлении — в автоклавах при 120–130 °C и давлении 2–3 атм. Время фиксации 30–60 минут.
Термозольный процесс — ткань после нанесения красителя сушат при 100–120 °C, затем нагревают до 180–220 °C в течение 30–90 секунд.
Крашение с носителями — в ванну добавляют органические вещества (фенилфенол, бензиловый спирт), набухающие волокно и снижающие температуру фиксации до 100 °C.

Промывка — удаление незафиксированного красителя и вспомогательных веществ. Включает стадии холодной и горячей промывки, восстановительной очистки (например, раствором гидросульфита натрия).
Сушка — при 80–120 °C.

¶Применение

Основная область применения дисперсных красителей — текстильная промышленность. Ими окрашивают:

Полиэфирные волокна (лавсан, полиэстер) — наиболее массовое использование (до 70 % всех дисперсных красителей). Применяются для производства одежды, технических тканей, домашнего текстиля.
Ацетатные и триацетатные волокна — для окрашивания подкладочных тканей, галстуков, платьев.
Полиамидные волокна (капрон, нейлон) — для чулочно-носочных изделий, купальников, спортивной одежды.
Полиакрилонитрильные волокна (нитрон, акрил) — для трикотажа, ковров.
Смесовые ткани (полиэстер/хлопок, полиэстер/шерсть) — в комбинации с активными или прямыми красителями для хлопковой составляющей.

Кроме текстиля, дисперсные красители используются в:

Сублимационной печати — для переноса изображения на полиэфирные ткани, керамику, металл (сублимационные чернила).
Пластмассах — для окрашивания полиэфирных, полиамидных и поликарбонатных пластиков (в массе).
Полиграфии — в термотрансферной печати на синтетических материалах.

¶Экологические аспекты

Производство и применение дисперсных красителей сопряжены с экологическими рисками. Некоторые азокрасители могут расщепляться с образованием канцерогенных ароматических аминов (например, бензидина, 2-нафтиламина). В связи с этим в Европейском союзе и других странах введены ограничения на использование определённых дисперсных красителей (например, Disperse Blue 1, Disperse Orange 3). В России действует Технический регламент Таможенного союза «О безопасности продукции легкой промышленности» (ТР ТС 017/2011), который устанавливает предельно допустимые концентрации вредных веществ в текстиле.

Сточные воды после крашения содержат остатки красителей, диспергаторов и ПАВ. Для очистки применяют коагуляцию, флокуляцию, адсорбцию активированным углём, озонирование и биологические методы. Внедрение замкнутых циклов водопользования и малоотходных технологий (например, крашение в сверхкритическом диоксиде углерода) является перспективным направлением.

¶Интересные факты

Первый дисперсный краситель для ацетатного шёлка был случайно получен в 1922 году, когда химик Джон Боксер (фирма British Celanese) обнаружил, что нерастворимый в воде пигмент закрепляется на волокне при нагревании.
Сублимационная печать на полиэстере, основанная на дисперсных красителях, была изобретена в 1957 году Ноэлем де Плассом (Франция).
В 1970-х годах советские химики разработали серию дисперсных красителей «Дисперсол» (НИОПиК, г. Москва), которые использовались для окрашивания лавсана.
Некоторые дисперсные красители обладают флуоресценцией и применяются для создания «неоновых» цветов в спортивной одежде.

¶Источники

В. Ф. Андросов, В. А. Голуб, Т. В. Козлова. Крашение синтетических волокон. — М.: Легкая индустрия, 1978. — 320 с.
В. А. Шкарупа, А. П. Морыганов. Химическая технология текстильных материалов. — М.: МГУДТ, 2012. — 480 с.
H. Zollinger. Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments. — 3rd ed. — Wiley-VCH, 2003. — 660 p.
ГОСТ 9733.0-83. Материалы текстильные. Методы испытаний устойчивости окраски к физико-химическим воздействиям.
ТР ТС 017/2011. О безопасности продукции легкой промышленности.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →