Pereosnastka.ru

Краситель пригоден для применения при условии, что он обладает способностью сообщать свой цвет другому веществу. Процесс придания красителем определенного цвета какому-либо веществу Называется крашением или окраской. Крашение представляет собой одновременно и физический и коллоидный процесс и, по-видимому, является наименее понятным из всех коллоидных процессов бумажного производства. Большинство цветных бумаг (около 90%) окрашивается в ролле.

Считают, что увеличение количества красителя в бумаге увеличивает прочность или глубину ее окраски. Если две бумаги различаются только по прочности или глубине окраски, они могут быть подогнаны друг к другу по цвету изменением концентрации используемого красителя. Однако различие в тоне, т. е. в оттенке и в степени яркости окраски, не может быть исправлено изменением концентрации красителя; в этом случае требуется изменение рецептуры красителя.

Для понимания процесса крашения необходимо иметь отчетливое представление о химических и физических свойствах целлюлозного волокна, а также о влиянии на комплексную коллоидную систему прибавляемых к бумажной массе веществ, т. е. канифоли, сернокислого глинозема, наполнителей и крахмала. Необходимо иметь и некоторое представление о физических и химических свойствах красящих веществ, так как различные типы имеющихся в продаже красителей по-разному реагируют с целлюлозой и испытывают различное воздействие от добавления сернокислого глинозема, канифоли, наполнителей и т. д. Таким образом, механизм крашения чрезвычайно сложен. Однако за последние годы накопилось много полезных для бумажника сведений о свойствах красящих веществ и об их реакциях с целлюлозой в процессе крашения. Современным знаниям по этому вопросу способствовал опыт работы предприятий текстильной и бумажной промышленности.

Понимание реакций между красящими веществами и целлюлозой важно не только с точки зрения колориста, но также и потому, что эти реакции проливают свет на тонкую структуру целлюлозного волокна. Сорбция красящих веществ целлюлозными волокнами зависит от химических свойств красящего вещества, размера капиллярных пор волокна и от природы и полярности поверхности волокна.

Для понимания свойств красителей и процесса крашения химик должен быть знаком со многими родственными крашению областями знаний. Большое значение имеют оптические свойства бумаги. Кроме того, с цветом бумаги связаны отбелка, печатание, наполнение и мелование. Прежде чем изложить различные способы крашения, необходимо осветить свойства красителей.

Свойства красителей

В бумажном производстве при изготовлении цветных бумаг используется значительное количество красящих веществ. На фабриках применяются три основных метода введения в бумагу красящих веществ: введение в ролл вместе с остальными компонентами массы, нанесение на клеильном прессе или на каландре при поверхностном крашении и добавление в состав покровного слоя при выработке окрашенных мелованных бумаг. Все эти способы требуют применения большого количества красителей. Кроме того, в меньшем количестве красящие вещества используются для специальных целей.

Водорастворимые красящие вещества

В бумажном производстве применяются следующие основные типы водорастворимых красящих веществ: кислотные, основные и прямые. Свойства каждого из этих типов красящих веществ освещены в следующих разделах.

Природа красящих веществ. Синтетические красители, получаемые из каменноугольной смолы, являются наиболее важными из красящих веществ, применяемых в бумажном производстве. Хотя химику-бумажнику и нет необходимости слишком углубляться в химию каменноугольной смолы, однако для него важно иметь представление об основном химическом строении и важнейших коллоидных свойствах молекул красящих веществ. Некоторое представление об этом дает знание различных реакций, происходящих при употреблении красящих веществ в бумажном производстве.

С точки зрения химика молекула красящего вещества состоит из ядер, которые непосредственно определяют цвет, и их боковых групп, влияющих на оттенок и красящие свойства. Устойчивость цветового ядра определяет устойчивость, или прочность, красящего вещества по отношению к свету, теплу, окисляющим или восстанавливающим веществам. Для приготовления красящих веществ различных цветов химики-специалисты по красящим веществам синтезировали много сложных цветовых ядер. Вводя заместители в цветовое ядро, они имели возможность изменять интенсивность цвета или оттенок красителя и регулировать растворимость его и красящие свойства. Красители обычно классифицируются в соответствии с их красящими свойствами, хотя иногда они классифицируются по их цветовому ядру.

Основой красителей из каменноугольной смолы является ароматическое или замкнутое кольцо (например, бензольное, нафталиновое или антраценовое). Из этих основ строятся сложные структуры путем замещения аминными радикалами (1ЧН2) одного или более водородных атомов в кольце, а также взаимодействием этих замещенных соединений друг с другом. Сильно окрашенные конечные продукты этих реакций могут быть пригодны в качестве красящих веществ, если имеется возможность закрепления их на волокнах, а также при условии соответствия их требованиям прочности.

Если растворимость красителя обусловлена наличием в нем аминного радикала (1\ГН2), он классифицируется как основной краситель. При наличии достаточного количества этих групп краситель будет растворяться в воде. Так как аминная группа обладает ярко выраженными щелочными свойствами, основные красители, имеющиеся в продаже, чаще всего изготовляются при помощи реакции между обычной кислотой (например, соляной) и аминными группами, в результате чего образуются соли, хорошо растворяющиеся в воде.

Для придания растворимости радикалу красящего вещества могут быть использованы и другие группы, как например, феноль-ные, гидроксильные или сульфоновые радикалы (503Н), при условии введения их в достаточном количестве. Так как эти замещающие группы обладают кислотными свойствами, данные красители относятся к кислотным. Имеющиеся в продаже кислотные красители обычно представляют собой натровые, калиевые или аммониевые соли цветной кислоты. Как правило, эти красители хорошо растворимы в воде, хотя это зависит от количества и положения сульфоново-кислотных групп по отношению к величине цветовых ядер. При замещении натровых или аммониевых катионов растворимого кислотного красителя щелочно-земельными или тяжелыми металлами образуется цветная соль пониженной растворимости. Полученные соединения служат основой нерастворимых цветных лаков, обычно являющихся кальциевыми, бариевыми, магниевыми, или свинцовыми солями кислотных красителей.

При обработке красящих веществ с аминным радикалом (1МН2) азотистой кислотой образуются соединения, содержащие диазо-группу (—N = N—). Продукты, получаемые таким путем, можно соединять с ароматическими аминами и фенолами в крупные цветовые молекулы. Конечные продукты носят название азокраси-телей. Эти красители были бы нерастворимыми в воде, если бы для придания им растворимости в них не вводились сульфоновые (БОзН) радикалы. Таким путем изготовляются почти все прямые красители (как и многие из кислотных), и поэтому большинство прямых красителей сходно с кислотными в том, что их растворимость также обусловлена наличием кислотных групп.

Иногда по небрежности не учитывают, что растворимые красители нельзя смешивать произвольно. Как правило, можно растворять и использовать совместно или различные основные красители, или кислотные, но нельзя смешивать основные и кислотные красители, так как при этом нерастворимый цветной лак будет выпадать в виде осадка. Однако кислотные красители можно смешивать с большинством прямых красителей вследствие сходства их химического строения.

Красители, имеющиеся в продаже, почти всегда содержат примеси, хотя некоторые из концентрированных основных красителей бывают почти чистые. При изготовлении азокрасителей в процессе химического выделения красителя из раствора образуется соль, которая остается в красителе. К обычным кислотным и прямым красителям часто добавляют хлористый натрий или глауберову соль, а к основным красителям иногда добавляют декстрин. Кроме того, краска часто нюансируется.

В наименовании красителей нет какой-либо особой системы, и поставщики пользуются различными общими системами их классификации. Торговое название может указывать на класс (например, основной коричневый), химическую природу (например, сурмяно-желтый) или на физические свойства (например, бриллиан-тово-желтый). Буквы, следующие за торговым наименованием, обозначают цвет: например R — красный, В — синий, G — зеленый и У — желтый. Цифра перед буквой обычно указывает на светопрочность, например 2 R прочнее, чем R, а 3 R — еще прочнее. Очень устойчивые или концентрированные красители часто обозначаются буквой X. Классификация, изготовитель и цветовые индексы ряда американских красителей даны в таблицах TAPPI.

Основные красители. Основные красители представляют собой соли, в которых катион является цветовым ионом, а анион — кислотным радикалом, как например, хлорид, сульфат, ацетат, окса-лат или нитрат. Основные красители являются одним из наиболее важных классов красителей, употребляемых для крашения бумаги. Они имеют следующие преимущества: высокую красящую способность, большую яркость и низкую стоимость. В небольших количествах они иногда применяются для улучшения яркости кислотных или прямых красителей; при этом образуется небольшое количество нерастворимого цветного лака. При таком использовании основных красителей их следует всегда добавлять после другого красителя. Основные красители неодинаково окрашивают различные виды волокон в смешанных композициях вследствие их сильного сродства к небеленым целлюлозам и относительно плохого сродства к беленым целлюлозам.

Как класс, основные красители обладают низкой светопрочностью и плохой устойчивостью по отношению к кислотам, щелочам и хлору. Они особенно чувствительны к щелочи и к жесткой воде, поэтому при применении основных красителей следует избегать наличия этих веществ. Всякая свободная щелочь будет вызывать образование цветных пятен. Затруднение вызывают также кальциевые и магниевые соли, если содержание их составляет больше 50 частей на 1 миллион частей воды. В некоторых случаях при приготовлении растворов основных красителей вначале приготовляют пасту путем добавления к красителю 1 % разбавленной уксусной кислоты и только после этого прибавляют воду. Основные красители никогда не следует кипятить, так как это приводит к выделению нерастворимого цветного основания. Как правило, температура воды никогда не должна превышать 93°, а при употреблении некоторых основных красителей температура должна быть ниже 71°.

Кислотные красители. Кислотные красители представляют собой соли, в которых цветовым ионом является кислотный радикал, соединенный с катионами, как например, натровым, калиевым и аммониевым. Кислотные красители более легко растворимы в воде, чем красители других классов, и обладают способностью давать мономолекулярные растворы. Растворы концентрацией до 8% часто употребляются при крашении бумаги методом погружения.

Кислотные красители имеют одно преимущество перед основными: они не образуют пятен при окраске бумаги, выработанной из волокнистой массы смешанной композиции. Они не обладают сродством к целлюлозе и удерживаются на волокне лишь при помощи клея и сернокислого глинозема. Некоторые кислотные красители мигрируют при соприкосновении окрашенной бумаги с горячим сухим цилиндром. Это явление известно в производстве как подгорание на сушильных цилиндрах.

Кислотные красители имеют большое сродство к протеинам и широко применяются в текстильной промышленности для окраски шерсти. Многие кислотные красители дают яркие тона, а некоторые обладают высокой светопрочностью, однако они обычно обладают более низкой красящей способностью и более низкой яркостью, чем основные красители. Они также имеют слабую устойчивость по отношению к кислотам, щелочам и хлору. Кислотные красители могут выдерживать значительный нагрев, и их можно растворять в горячей воде, в некоторых случаях даже в кипящей. Однако при крашении в роллах их обычно добавляют в сухом виде. Они не так чувствительны к жесткой воде, как основные красители.

Прямые красители. Прямые красители представляют собой натровые соли цветных кислот, подобные кислотным красителям. Называются они прямыми вследствие сродства к целлюлозе. Они менее растворимы, чем кислотные красители, и имеют склонность к образованию коллоидных растворов. Прямые красители обычно более тусклы, чем кислотные, однако при применении их можно получать чрезвычайно глубокие оттенки.

Прямые красители можно добавлять к волокну в сухом виде или в виде раствора в горячей воде. Их можно кипятить без ушерба для цвета, но необходимость в этом возникает редко. Максимальная растворимость обычно находится в пределах от 1 до 2%, но эта величина изменяется в зависимости от особенностей данного красителя.

В целом весь класс прямых красителей имеет более низкую красящую способность, чем основные красители, и окраска ими до получения определенного оттенка обходится дороже. По светопрочности они значительно превосходят основные красители, а в отдельных случаях и кислотные. Однако при употреблении их вместе с клеем и сернокислым глиноземом образуются лаки, обычно менее прочные, чем сами красители. Прибавление сульфата меди перед добавкой клея и сернокислого глинозема увеличивает свето-прочность некоторых прямых синих красителей, хотя оттенок при этом несколько изменяется.

Красители, нерастворимые в воде

В бумажном производстве употребляются многие нерастворимые в воде (но диспергирующиеся в ней) красители. Такими красителями являются пигменты, кубовые красители, цветные лаки и сернистые красители.

Пигменты. Пигментные краски добываются из естественных минеральных источников путем синтеза органических или неорганических соединений. Пигментные краски были, вероятно, первыми красящими веществами, примененными в бумажном производстве. Они до сих пор употребляются при крашении в ролле, при мело-вании и в составе типографских красок.

В продаже имеются дисперсные и недисперсные пигменты. Недисперсные пигменты состоят из очень грубых частиц, и для уменьшения размеров этих частиц требуется растирание. Некоторые из недисперсных пигментов могут быть диспергированы под действием ножей ролла или жордана, но обычно применяются только пигменты, диспергирующиеся в воде. Однако по степени дисперсии пигменты никогда не приближаются к красителям, и частицы пигментов всегда значительно крупнее даже самых грубых коллоидных частиц.

От растворимых красителей пигментные краски отличаются тем, что бумаге передается цвет сухого пигмента, и поэтому нельзя получить более глубокого оттенка, чем имеет сам сухой пигмент. Размеры частиц влияют на количество краски, удержанной в бумаге, и, следовательно, красящая способность пигмента зависит от его дисперсности. На красящую способность некоторых пигментов влияет продолжительность размола массы.

Естественные земляные пигменты. Естественные земляные пигменты встречаются в виде рудных залежей. Руда добывается и обрабатывается чисто механическими приемами, как например, измельчением, сортированием и воздушной сепарацией. Большинство естественных пигментов представляет собой окислы железа, оттенки которых зависят от степени гидратации окисла и присутствия примесей.

Охра является окисью железа с большим содержанием силиката алюминия и других примесей. Цвет охры колеблется от желтого при сильно гидратированных окислах до красно-коричневого при относительно слабо гидратированных окислах. Жженая охра получается путем обжига природной охры, который производится с целью удаления гидратной воды. В результате обжига получается продукт, имеющий более красный оттенок. Сиенны представляют собой разновидность охры желтого цвета. Они содержат меньше силиката алюминия, чем обычные охры, и, кроме того, содержат некоторое количество марганца. Жженая сиенна имеет глубокий красновато-коричневый цвет. Умбры также являются разновидностью охры и имеют темно-коричневый цвет. Они содержат относительно большое количество марганца.

Другие естественные пигменты содержат окись железа (ЕеЮз); они носят название красной окиси или венецианской красной. Этот пигмент приготовляется также искусственно — кальцинированием солей железа.

Природные пигменты не всегда однородны по интенсивности окраски. Они обладают слабой окрашивающей способностью и имеют более тусклый цвет, чем красители, но они светопрочны и противостоят разрушающему действию окисляющих веществ, кислот и щелочей. Так как отдельные частицы природных пигментов относительно велики, они по своему действию очень сходны с наполнителями; добавление их в большом количестве приводит к понижению прочности бумаги. Естественные пигменты всегда следует проверять на содержание песка.

Синтетические пигменты. Синтетические пигменты продаются в виде пасты или в сухом виде. Их можно подразделить на две группы: органические и неорганические.

Из неорганических синтетических пигментов в бумажном производстве употребляются главным образом металлические соли неорганических соединений. Имеются желтые, оранжевые, красные и синие синтетические пигменты. Эти пигменты широко используются в типографских красках, при крашении в ролле и поверхностном крашении бумаг. Важнейшие представители этого класса — хромовые желтые, являющиеся разновидностью хромата свинца и имеющие оттенки от желто-зеленого до желто-оранжевого, и кадмиевые желтые, являющиеся сульфидами кадмия с оттенками от зеленовато-желтого до красновато-оранжевого. Берлинская лазурь Ре4 [Ее(СЫ)6 ]3 представляет собой зеленовато-голубой пигмент, приготовляемый путем осаждения соли закисного железа железисто-синеродистым калием. Этот пигмент устойчив к действию света, кислоты и хлора, но чувствителен к щелочам. Так называемая растворимая берлинская лазурь представляет собой тонкодисперсный продукт, в большом количестве используемый для крашения бумаг. Этот продукт настолько высоко диспергирован, что его суспензия ведет себя почти как истинный раствор (1%-ная суспензия проходит через фильтровальную бумагу). Ультрамарин представляет собой ярко-синий пигмент, приготовляемый путем кальцинирования каолина, серы, сульфата натрия, карбоната натрия, кремнезема и угля. Он устойчив к свету, щелочи и хлору, но чувствителен к кислоте. Ультрамарин применяется для поверхностного крашения и для подцвечивания высококачественных тряпичных бумаг.

Органические синтетические пигменты обладают большой окрашивающей способностью и обычно дают яркие тона. Они обладают хорошей светопрочностью; некоторые из них могут быть отнесены к числу устойчивых красок. Различаются следующие четыре основных класса органических синтетических пигментов:

1. Чистые пигментные красящие вещества. Эти красящие вещества совершенно нерастворимы и чрезвычайно светопрочны.

2. Концентрированные фосфорно-вольфрамовые лаковые краски. Эти краски приготовляются осаждением из раствора основных растворимых красителей с комплексными солями вольфрама и молибдена (например, фосфорно-вольфрамо-молибденовой кислоты). Эти краски очень ярки по сравнению с прочими пигментами, но имеют более низкую красящую способность, чем растворимые красящие вещества. Они обладают хорошей светопрочностью и кислотостойкостью, но не так стойки к щелочам и хлору. Высокодисперсная форма этого пигмента широко используется для подцвечивания многих сортов белой бумаги.

3. Кубовые красители. Это — комплексные органические соединения, нерастворимые в воде, но им можно придать свойство растворимости путем восстановления их гидросульфитом натрия. При крашении тканей кубовые красители обычно применяются в растворимой форме (лейкоформе), для чего их химически восстанавливают, а затем вновь окисляют — уже на волокне. В бумажном производстве кубовые красители обычно применяют в виде цветных пигментов, хотя на некоторых фабриках при крашении бумаги кубовыми красителями краску сперва восстанавливают гидросульфитом натрия и затем вновь окисляют ее на волокне. Кубовые красители обладают очень хорошей светопрочностью и стойки по отношению к кислотам, щелочам и хлору. Однако они дороги и для подцвечивания бумаги применяются в ограниченном количестве.

4. Нерастворимые лаки или красящие массы. Это — обычно кальциевые или бариевые соли растворимых моноазокрасителей. Они получаются осаждением красящих веществ с такими соединениями, как хлористый барий, хлористый кальций, ацетат свинца, танин или фосфорная кислота. Красящие вещества могут быть осаждены или сами по себе, или на так называемые основания. Лаки обычно хранят в виде пасты (отсюда название «красящие массы»), хотя они могут быть и в сухом виде. Лаковые краски в значительном количестве применяются для изготовления типографских красок, цветных лаков или в покровных составах для обоев.

При изготовлении лаков сначала можно приготовить основание и после этого добавить раствор красящего вещества или же красящее вещество можно осаждать вместе с основанием. В качестве примера можно привести следующий рецепт изготовления простого лака.

Сульфат алюминия растворяется в надлежащем количестве воды. К сульфату бария добавляется такое количество воды, которое необходимо для получения пасты; паста сульфата бария добавляется к раствору сульфата алюминия и смесь доводится до кипения. Кальцинированная сода также растворяется в достаточном количестве воды и раствор доводится до кипения; затем кипящий раствор кальцинированной соды приливают к кипящему раствору сульфата алюминия. После того как осадок отстоится, осветленная жидкость декантируется и осадок несколько раз промывается водой до полного удаления сульфатов. Затем краситель разбавляется 100-кратным (по весу) количеством горячей воды и добавляется к сульфатно-бариевому основанию подогретым до 80° Ц. Далее красящее вещество осаждается на основание добавлением раствора хлористого бария при температуре 70—80°. После перемешивания лак отфильтровывается и промывается. При приготовлении некоторых нерастворимых лаков могут быть использованы танин и виннокаменная соль.

К числу других органических синтетических пигментов относятся фталоцианины — чрезвычайно блестящие зеленые и голубые пигменты, весьма светопрочные, а также соли нитрозобетанафтола (зелень).

Сернистые красители. Сернистые красители — важный класс красителей для текстильной промышленности. Они иногда употребляются и в бумажном производстве. Эти красители нерастворимы в воде и перед употреблением должны быть переведены в раствор при помощи щелочных восстановителей (например, сульфида натрия). Они обладают чрезвычайно высокой светопрочностыо и водостойкостью, но обычно дают тусклый оттенок и поэтому употребляются только там, где указанные свойства более важны, чем яркость. Наибольшее применение эти красители находят при окраске бумаги в коричневый, черный и темно-оливковый цвет. Они часто применяются для окраски так называемых гранитных волокон для придания матового оттенка.

Угольная черная. Угольную черную, являющуюся чистой сажей, часто считают синтетическим пигментом. Угольную черную получают путем сжигания газа, состоящего из углеводородов, при ограниченном доступе воздуха. Образующуюся сажу собирают в стальных каналах (канальный способ). Ламповую сажу получают путем неполного сжигания масел. Угольная черная широко применяется для приготовления типографских красок и при крашении массы в ролле. Она стойка по отношению к свету, кислотам и щелочам.

Определение красителей

Иногда этикетку с упаковки красителя теряют в помещении красильни, и химику-бумажнику приходится определять «неизвестный» краситель. Иногда это очень затруднительно, и тогда лучше отправить образец неизвестного красителя поставщику для определения в лаборатории. Подобные услуги обычно оказываются всеми предприятиями, производящими красители. Для лаборатории, постоянно занимающейся выполнением подобных поручений, определение красителя является сравнительно простой задачей.

При анализе красителей производят нижеследующие определения (одно или несколько):
1) состава красителя, т. е. является ли он однородным веществом или смесью,
2) класса, к которому принадлежит краситель,
3) идентификации красителя.

Определение состава красителя. Большое число красителей, имеющихся в продаже, состоит из двух или большего числа красящих веществ. Это смешение красок практикуется для изменения оттенка красителя. В отдельных случаях смешение красителей производится для получения особой краски; так, например, для получения зеленой краски смешиваются синий и желтый красители. Для того чтобы установить, является ли данный краситель простым или смесью красящих веществ, можно провести следующие испытания.

Испытание при помощи фильтровальной бумаги. Для испытания при помощи фильтровальной бумаги йебольшое количество красителя берут на кончик ножа или шпателя и с небольшого расстояния осторожно сдувают на листок влажной фильтровальной бумаги. Если краситель представляет собой смесь, он будет разделяться на свои составные части и каждый отдельный краситель даст свое цветовое пятнышко. Сдувание должно производиться осторожно, — с таким расчетом, чтобы частички красителя могли отделиться и раствориться при попадании на влажную бумагу. Для повышения растворимости красителя влажный лист бумаги следует подогреть на плитке или на горелке Бунзена. Сдутый на бумагу краситель следует тщательно осмотреть. Если все пятнышки одного оттенка, краситель, вероятно, простой. Если обнаруживается большое число пятен разных оттенков, образец представляет собой смесь красителей. При исследовании сдутого порошка следует обратить внимание на такие признаки, как оттенок красителя, растворимость отдельных пятен красителя в воде, скорость растворения и яркость красителя. Все эти признаки способствуют определению красителя.

Испытание при помощи серной кислоты. Если краситель является смесью двух до некоторой степени сходных красящих веществ, как например, оранжевого и красного, различить их с помощью фильтровальной бумаги трудно. Для испытания берут небольшое количество красителя на кончик ножа и затем сдувают на поверхность концентрированной серной кислоты, находящейся в небольшой фарфоровой чашке. При этом методе испытания получаются совершенно различные цветные реакции с кислотой, показывающие, что краситель представляет собой смесь.

Испытание по методу вы красок. Некоторые краски изготовляются смешением двух или более красителей во влажном состоянии и поэтому их нельзя разделить и опознать вышеупомянутыми методами. Данный метод не принадлежит к числу широко практикуемых, но он все же иногда применяется. Смесь красителей может быть определена последовательными выкрасками на обычном хлопке, на хлопке, протравленном танином, или на шерсти, в зависимости от того, являются ли исследуемые красители прямыми, основными или кислыми, как это объяснено в разделе «Определение класса красителя» (см. ниже).

Если краситель простой, ряд выкрасок на пряже, произведенных до истощения красильной ванны, покажет постепенное падение интенсивности окраски, но оттенок останется неизменным. Если же краситель смешанный, первая и последняя выкраски будут значительно различаться в оттенках.

Испытание по методу капиллярного всасывания. Другой способ установления наличия смесей, приготовленных смешением красителей во влажном состоянии, основан на капиллярном всасывании. При выполнении этого испытания листок фильтровальной бумаги помещают между двумя стеклянными пластинками; в центре пластинки, помещенной сверху, имеется круглое отверстие диаметром 6,2 мм. Отверстие закрывается пробкой, в которую вставлена короткая стеклянная трубочка. Эта трубочка наполняется раствором исследуемого красителя. Раствор красителя поглощается фильтровальной бумагой, и соответственно способности к капиллярному впитыванию каждый краситель, содержащийся р смеси, будет давать на бумаге определенное кольцо или пятно. По этим пятнам может быть затем определен краситель.

Определение класса красителя. Наиболее употребительным методом определения класса красителя является испытание выкрасками на пряже различных типов. Так, например, кислотные красители окрашивают предпочтительно шерстяные волокна, основные красители окрашивают протравленный танином хлопок, прямые красители окрашивают непротравленный хлопок. По этим различиям в красящих свойствах можно судить о принадлежности красителя к тому или иному классу.

При проведении этого испытания приготовляется разбавленный раствор красителя; к раствору добавляют несколько капель уксусной кислоты. В красящий раствор помещают две нитки: нитка обезжиренной шерсти и нитка протравленного танином хлопка. Если окрашивается протравленный танином хлопок, краситель является основным. Если окрашивается шерсть, краситель является кислотным или прямым.

Протравленный танином хлопок приготовляется кипячением 600 г хлопковой пряжи в 2%-ном растворе карбоната натрия в течение 2 часов, После кипячения хлопок промывают, отжимают и затем к нему добавляют 25 л воды, содержащей 3% танина (от веса хлопка). Затем раствор нагревают до 93°, выдерживают в течение 1 часа при этой температуре, после этого оставляют на ночь, а затем хлопок отжимают досуха. Протравленная танином пряжа заливается 25 л воды, содержащей 1,5% виннокаменной соли от веса пряжи, и выдерживается при 43° в течение получаса, посла чего ее промывают и высушивают.

Обезжиренная шерсть приготовляется путем обработки 500 г шерсти водным раствором, содержащим 10 г марсельского мыла и 20 г карбоната натрия на 1 л воды. Раствор нагревается до 60° и выдерживается при этой температуре в течение 3 часов, после чего шерсть вынимают, промывают в теплой воде и сушат.

Затем в красильный раствор помещают нить непротравленного хлопка и раствор подогревают, добавляя немного глауберовой соли (Na2S04). Если хлопок при этом окрашивается, краситель является прямым. Для подтверждения результатов испытания несколько окрашенных хлопковых нитей помещают в отдельную ванну с дистиллированной водой и кипятят, для того чтобы установить, была ли нить действительно окрашена или удерживала краситель только механически.

Если при исследовании краситель окрашивает и шерсть, и протравленный танином хлопок, испытание должно быть повторено в сильно разбавленном растворе красителя с добавлением значительного количества уксусной кислоты.

Для подтверждения того, что краситель является основным или кислотным, можно воспользоваться танином. (Приготовление танинного реактива: 25 г танина и 25 г ацетата натрия растворяют в 250 см3 воды.) При добавлении нескольких капель этого реактива к разбавленному 1%-ному раствору красителя образуется осадок, если краситель является основным.

Класс, к которому принадлежит краситель, можно также установить немногочисленными пробными выкрасками на беленых и небеленых сульфитных целлюлозах. Крашение обеих целлюлоз следует производить без клея и глинозема, с применением одного сернокислого глинозема и с применением клея, и сернокислого глинозема вместе. Количество красителя лучше всего брать из расчета 5 кг на 1000 кг целлюлозы. Кислотные красители будут окрашивать ту и другую целлюлозу только в присутствии клея и сернокислого глинозема. Прямые красители будут окрашивать обе целлюлозы во всех случаях. Основные красители могут быть определены по их большему сродству к небеленым целлюлозам.

Нерастворимые красители могут быть установлены по их нерастворимости в воде при испытании с помощью влажной фильтровальной бумаги. Нерастворимые красящие вещества могут содержать пигменты, сернистые красители или растворимые в спирте красители. При этом испытании некоторые из высокодисперсных пигментов будут сперва казаться растворимыми красителями. Сдувание пробы красителя на пропитанный спиртом лист фильтровальной бумаги позволит установить наличие красителей, растворимых в спирте.

Идентификация красителя. Идентификация индивидуального красителя может быть осуществлена химическим анализом, но сложная природа большинства красителей делает такую работу очень длительной и трудоемкой, а потому этот метод применяется редко. Для практических целей идентификация красителей основывается на изменениях цвета, вызываемых обработкой красителя рядом химических реагентов. Изменения цвета, вызываемые действием химических реагентов на разные красители, внесены в соответствующие таблицы; сравнение наблюденных изменений цвета с данными стандартных таблиц обычно позволяет установить любое индивидуальное красящее вещество. Наиболее известные из этих справочных таблиц — таблицы красителей Шульца. Завод-изготовитель красителей может оказать значительную помощь в этой работе, и при идентификации неизвестного красителя большинство бумажных фабрик полагается на изготовителя.

Большую помощь в идентификации красителя оказывает наличие подлинных образцов различных используемых красителей. Если возникает какое-либо сомнение в идентичности какого-либо красителя, его реакции могут быть сопоставлены с реакциями известных образцов красителей; таким путем идентификация может быть выполнена быстрее.

Идентификация пигментов. Пигменты могут быть идентифицированы испытанием по методу образования пятен на влажной фильтровальной бумаге. Например, если пятно уничтожается при помощи реактива, обесцвечивающего чернила (3%-ный раствор ги-похлорита натрия), оно, вероятно, образовалось от сернистого красителя или, возможно, от железистой синей (прусской синей) водного высокодисперсного синего пигмента, широко используемого при крашении бумаги. Железистая синяя далее определяется по ее крайней чувствительности к щелочи: пятна на фильтровальной бумаге разрушаются при смачивании 1%-ным раствором каустической соды.

Ультрамарин, являющийся другой ярко-синей краской, которая применяется для подцвечивания некоторых сортов белой бумаги, может быть идентифицирован смачиванием пятна 1%-ным раствором серной кислоты. Окраска разрушается кислотой, но достаточно устойчива к действию щелочей. Фосфорно-вольфрамовая или фосфорно-молибденовая кислые соли основных красителей (обычно синие, фиолетовые или розовые), применяемые преимущественно для подцвечивания белых бумаг, обладают большей стойкостью в отношении кислот и щелочей, чем прусская синяя или ультрамарин, хотя они могут быть разрушены теплым 2%-ным раствором каустической соды. Более точным определением фосфор но-вольфрамовых и фосфорно-молибденивых кислых солей основных красителей является установление самого металла.

Медный фталоцианиновый голубой и зеленый пигменты вполне стойки и выдерживают действие указанных химикатов. Кубовые красители также противостоят этим химикалиям, но они редко используются при крашении бумаги. Для установления типа неорганических пигментов при испытаниях может оказаться необходимым сжигание образца окрашенной бумаги и определение в золе металла.

Идентификация красителя в образце окрашенной бумаги. На бумажных фабриках часто приходится вырабатывать цветную бумагу, соответствующую по оттенку и свойствам определенному образцу. Одним из лучших способов решения этой задачи является подбор красителя, подходящего по цвету и оттенку к красителю, использованному в образце. Идентификация красителя в образце цветной бумаги представляет более трудную задачу, чем определение изолированного красителя, особенно когда бумага окрашена смесью красителей. Однако квалифицированный колорист при помощи специальных методов может определить краситель в большинстве видов бумаги.

Перед идентификацией желательно знать назначение бумаги и предполагаемые требования к ней, так как эти сведения позволят исключить большое количество имеющихся в продаже красителей.

Так, например, глубокие оранжевые оттенки обычно в целях экономии придаются кислотными оранжевыми красителями. Большинство глубоких красных оттенков придается пурпурином 4В концентрированным или конго красным, а для золотисто-красных оттенков используют обычно бриллиантовый бумажный желтый. Небеленые сульфатные целлюлозы обычно окрашивают основными красителями (за исключениями, указанными ранее), в то время как для беленых целлюлоз основные красители применяют редко. Подобные практические сведения позволяют химику ориентироваться в вопросе о красителях, которые можно предположительно встретить в данном виде бумаги. Некоторые другие простейшие наблюдения, которые могут дать полезные указания для идентификации, следующие:

1. Экстракция спиртом. Все основные красители экстрагируются из бумаги теплым спиртом, но метиленовый голубой и основной коричневый вымываются в меньшей степени, чем другие основные красители. Экстракция основных красителей из крафт-целлюлозы обычно происходит в меньшей степени, чем из других видов массы. Быстрое извлечение красителя служит определенным указанием на присутствие основных красителей.

2. Обработка 1%-ным раствором едкого натра. Небольшой образец окрашенной бумаги помещают в колбу и заливают 2 см3 1%-ного раствора едкого натра. Содержимое колбы кипятят в течение 1 мин., после чего определяют степень извлечения красителя и изменение оттенка. При этом испытании основные красители обычно разрушаются; прусская синяя также разрушается. Разрушаются и некоторые кислотные красители, причем большая часть их в значительной мере вымывается. Ярко-желтый бумажный краситель является одним из немногих прямых красителей, которые при этом испытании подвергаются вымыванию; кроме того, он принимает ярко-алый цвет. Стильбеновые желтые и желтые SX красители приобретают красный оттенок.

3. Обработка 1%-ным раствором серной кислоты. Такое же испытание, как со щелочью, производится и с 1%-ным раствором серной кислоты. Это испытание имеет особое значение для идентификации пурпурина, конго красного и оранжевого R, так как они принадлежат к прямым красителям, чувствительным к кислоте, и приобретают при этом испытании темно-синюю окраску. Синий цвет ультрамарина при этом испытании разрушается.

Пригодно также испытание путем смачивания 1%-ным раствором хлорноватистой кислоты, так как большинство кислотных красителей при обработке этой кислотой приобретает более глубокий оттенок, тогда как пигменты и большая часть прямых красителей не подвергаются никакому изменению. При этом испытании метанил желтый приобретает красновато-коричневый цвет, нигрозин — зеленый и аурамин — розовый.

4. Обработка 3%-ным раствором гипохло-рита натрия (средство для смывания чернил). По методу кипячения в 0,1 и 3%-ном растворах гипохлорита натрия можно дифференцировать многие красители. Желтые красители SX, хризофенин, прочный желтый BBL и NNL, а также стильбеновый желтый — все они устойчивы к действию гипохлорита натрия указанных концентраций. Прочный оранжевый EGL, ERL и MRL также противостоят указанным реагентам. При данных испытаниях из всех растворимых красителей обладают стойкостью только эти красители, а также фталоциании меди в растворимой форме (голубой).

Кипячение в растворе гипохлорита натрия не влияет на такой краситель, как угольная черная, поэтому данное испытание является наилучшим для идентификации этого красителя. Оранжевый молиб-дат и голубой и зеленый фталоцианин меди также устойчивы к действию раствора гипохлорита натрия;фосфорно-вольфрамовые кислотные соли основных красителей обладают хорошей устойчивостью.

5. Светопрочность. Для идентификации красителей их выдерживают в течение 1 часа в фадеометре или в течение 2 часов на солнце. Большая часть основных красителей при этом испытании резко выцветает; многие кислотные красители не претерпевают изменений. Стильбеновые желтые красители SX выцветают до красного и темного оттенков.

6. Визуальное определение. Визуальное определение может оказать ценную помощь при идентификации красителей. Как уже было отмечено, определение вида бумаги полезно для установления возможности применения определенных красителей.

Другое назначение визуального наблюдения заключается в определении двусторонности окрашенного листа бумаги, так как резкая двусторонность обычно указывает на применение пигментов для крашения.

Требования, предъявляемые к красителям

Помимо обычных требований, предъявляемых ко всем добавкам в бумаге, красители часто должны удовлетворять особым требованиям, к числу которых относятся: светопрочность, водостойкость и стойкость в отношении щелочей, кислот и хлора. Красители по-разному способны удовлетворять этим требованиям. Выбирая красители или пигменты для данного оттенка, необходимо руководствоваться тем, что они должны удовлетворять требованиям прочности и стойкости окраски при минимальной стоимости.

Светопрочность. Светопрочность является очень важным свойством красителей. Большинство цветных бумаг подвергается воздействию света и при выдерживании на свету окраска становится обычно менее яркой и менее интенсивной. О светопрочности красителей разных классов невозможно сделать определенное заключение. Однако, как правило, пигменты очень светопрочны, светопрочность прямых красителей колеблется от умеренной до очень высокой. Кислотные красители несколько менее светопрочны, чем прямые, а основные красители почти всегда отличаются низкой светопрочностью. Сернистые красители обладают очень высокой светопрочностью, но все они имеют тусклый оттенок.

При выработке таких сортов бумаги, для которых важна светопрочность (например, обойных, обивочных, обложечных и конторских), наряду со светопрочностью красителя должна учитываться и стабильность массы. Бумага, изготовленная из нестойких волокнистых материалов (например, древесной массы и небеленых сульфатной и сульфитной целлюлоз), будет легко портиться и заметно выцветать даже при использовании светопрочного красителя.

Степень выцветания зависит, конечно, от интенсивности освещения окрашенной бумаги. Интенсивность солнечного света сильно изменяется в течение года, и летом солнце вызывает значительно более сильное выцветание, чем зимой. Вследствие колебаний интенсивности естественного света для определения сопротивления бумаги выцветанию в качестве стандартного источника света применяются специальные аппараты, называемые фадеометрами, в которых используется особая дуговая лампа. При оценке светопрочности должна учитываться глубина окраски, так как бумаги, окрашиваемые в более светлые тона, чувствительнее к свету, чем бумаги, окрашенные в более темные тона.

Распределение красителей на группы по светопрочности может быть произведено путем пробной выкраски стандартной сульфитной целлюлозы с последующим испытанием окрашенного образца на фадеометре или выдерживанием его при солнечном освещении.

Водостойкость красителей. Водостойкость красителей важна для многих видов цветной бумаги (например, оберточной, прядильной и обивочной), которые подвергаются воздействию воды. Пигментные красители обычно очень водостойки. Основные и прямые красители во многих случаях также удовлетворяют этому требованию, но кислотные красители обычно обладают низкой водостойкостью.

Кислото- и щелочестойкость. Некоторые красители ведут себя как индикаторы рН, и бумаги, окрашенные этими красителями, при смачивании кислотой или щелочью могут совершенно изменить цвет. Эти красители применяются в, бумажном производстве по экономическим соображениям, но, естественно, они должны применяться осторожно и только в таких видах бумаги, чувствительность которых к изменению рН не имеет значения.

Типичными представителями красителей, чувствительных к действию кислоты, являются бензопурпурин и конго красный. Бумаги, окрашенные этими красителями, при смачивании кислотой приобретают глубокий черно-синий цвет. Эти два красителя настолько чувствительны к действию кислот, что для получения желательного яркого оттенка .окраска ими должна производиться при рН в пределах 6—7. Однако, несмотря на указанный недостаток, эти красители принадлежат к наиболее важным красным красителям, применяемым для окраски бумаг; ими окрашивается большая часть тонкой оберточной бумаги для упаковки праздничных подарков.

В качестве примера окраски чувствительным к щелочи красителем можно привести бумагу ярко-желтого цвета. После смачивания щелочью бумага, окрашенная этим красителем, приобретает ярко-красный цвет. Следовательно, этот краситель нельзя применять для окраски оберточной бумаги, предназначенной для упаковки мыла, где основным требованием является стойкость к действию 1%-ного раствора каустической соды. Этот краситель совершенно непригоден для бумаг, на которые наносятся щелочные клеи (например, бумага для конвертов), а также для покровных составов щелочного характера. С другой стороны, указанный краситель широко применяется для окраски в массе документных и обложечных бумаг, от которых наряду с дешевизной требуется светопрочность и отсутствие двусторонности окраски.

Как правило, естественные пигментные красители устойчивы к действию кислот и щелочей, однако некоторые из искусственных пигментов чувствительны к изменениям рН, как например, прусская синяя, которая обесцвечивается щелочью и поэтому не должна применяться в оберточных бумагах для мыла и в бумагах, предназначенных для нанесения щелочных клеев. Ультрамарин устойчив к щелочам, но очень чувствителен к действию кислот.

Стойкость к действию хлора. Стойкость к действию хлора является важным свойством красителей, так как подавляющее большинство веществ, обесцвечивающих чернила, как например гипохлорит, содержит хлор. Красители, чувствительные к действию хлора, применяются для окраски некоторых видов бумаги, гарантирующих от подделки; однако для конторских и других деловых бумаг эти красители не применяются.

К действию хлора совершенно устойчивы почти все пигменты, но красители, как правило, чувствительны к нему. Некоторые из прямых желтых красителей и несколько прямых оранжевых стойки к действию веществ, вызывающих обесцвечивание чернил. Однако большая часть растворимых красителей под действием хлора разрушается. Кубовые красители обладают стойкостью к действию хлора.

Стойкость окрашенных бумаг к действию хлора может быть определена путем смачивания бумаги раствором гипохлорита кальция, содержащим 0,01—0,15% активного хлора, с последующим выпариванием избытка воды.

На некоторых фабриках часто применяют только красители, чувствительные к отбеливающим веществам. При этом можно отбеливать цветной брак, избегая тем самым необходимости сортирования брака.

Читать далее:

Крашение кислотными, основными и прямыми красителями

• Очистка воды
• Свойства воды
• Вода в бумажном производстве
• Биохимическое поглощение кислорода (бпк) фабричными сточными водами
• Микроорганизмы в неволокнистых материалах