Как краситель проникает в волокно

Три стадии диффузии красителя

Процесс перехода красителя из красящего раствора в волокно включает три последовательные стадии. Перенос красителя в растворе к поверхности волокна: молекулы красителя движутся из объёма раствора к поверхности волокна через конвекцию (перемешивание раствора) и диффузию. Скорость перемешивания ванны напрямую влияет на равномерность прокрашивания. Адсорбция на поверхности волокна: молекулы красителя достигают поверхности волокна и адсорбируются на ней за счёт сил притяжения (электростатика, водородные связи, Ван-дер-Ваальс). Диффузия внутрь волокна: с поверхности молекулы красителя диффундируют вглубь волокна по аморфным зонам — кристаллические зоны слишком плотны для проникновения большинства молекул.

Что определяет скорость диффузии

Температура: главный фактор скорости диффузии. Молекулы красителя и волокна при нагреве получают больше кинетической энергии. При 60°C диффузия значительно быстрее, чем при 40°C. Полиэстер требует 120–130°C именно потому, что при меньшей температуре диффузия в плотную полимерную матрицу практически не происходит. Размер молекул красителя: меньшие молекулы диффундируют быстрее. Именно поэтому дисперсные красители специально разрабатывают с малым молекулярным весом. Структура волокна: степень кристалличности, пористость, размер аморфных зон — доступное пространство для диффузии. Лён с высоким кристаллическим индексом окрашивается труднее хлопка. Концентрация красителя: чем выше градиент концентрации между раствором и волокном, тем интенсивнее диффузия.

Аморфные и кристаллические зоны

Все текстильные волокна имеют двухфазную надмолекулярную структуру: кристаллические зоны (молекулы упакованы плотно и упорядоченно) и аморфные зоны (молекулы расположены хаотично с межмолекулярными пространствами). Краситель проникает преимущественно в аморфные зоны: кристаллические слишком плотны для большинства молекул красителей. Степень кристалличности волокна влияет на: скорость крашения (больше аморфных зон — быстрее), интенсивность (больше аморфных зон — глубже цвет), стойкость (молекулы в аморфных зонах удерживаются по-разному в зависимости от типа взаимодействия).

Роль набухания волокна

Гигроскопичные волокна (хлопок, шерсть) при погружении в воду набухают — аморфные зоны расширяются, доступное пространство для диффузии увеличивается. Именно поэтому хлопок красится в водных растворах значительно лучше полиэстера: набухание открывает дополнительные пути диффузии. Мерсеризация хлопка (щёлочь) снижает кристалличность и увеличивает набухание — мерсеризованный хлопок поглощает красители значительно лучше.

Ткани в каталоге Sarafanovo

Реактивное крашение хлопковых тканей Sarafanovo использует описанный механизм диффузии: сатин, поплин — краситель диффундирует в аморфные зоны целлюлозы и образует ковалентную связь.

Другие материалы о тканях — в блоге Sarafanovo.