IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИЗУЧЕНИЕ КРАШЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОЛОКОН КАК ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В нашей гимназии много лет действует музей «Наследие времен». Решением Министерства Образования Российской Федерации за большую поисково-исследовательскую общественно полезную работу, создание интересной экспозиции и успехи в воспитании учащихся этнографическому музею «Наследие времен» МАОУ «Гимназия №37» г.Казани Республики Татарстан 15.05.2012 г. выдано свидетельство №6718 о присвоении звания «Школьный музей». Экспонаты попадают в музей из разных мест и в разной сохранности, не всегда подходящей для экспозиции. Если, принять во внимание, что большинство предметов в нашем музее можно потрогать, то очень важным становится не только консервация некоторых из них, но и придание презентабельного вида, или создание реконструкций отдельных предметов. С этой целью при музее функционирует «Реставрационная мастерская». Используя знания в области истории, музейного дела, применения химии в реставрации, удалось добиться некоторых результатов. К нам обратилась руководитель музея с вопросом о том, можно ли «отреставрировать» вышитые рушники или изготовить их реплику, используя имеющиеся образцы тканей и нитей. Основной проблемой стал процесс крашения в красный цвет.
Мы поставили перед собой цель: подобрать оптимальные условия и красители для того, чтобы произвести процесс крашения тканей. Для этого нам пришлось решить следующие задачи: ознакомиться с основными видами природных волокон как природных биополимеров; ознакомиться с основными технологическими принципами крашения волокон и тканей; рассмотреть крашение как физико-химический процесс; узнать, какими красителями можно добиться красного цвета; произвести выкраску тканей с целью дальнейшего использования их для нужд музея.
Природные волокна
Белковые или протеиновые волокна – волокна животного происхождения (к ним относится шерсть и натуральный шелк [4], [6]), основным веществом которых являются белки фибриллярного строения, представляющие полимеры аминокислот, связанных пептидной связью.
К группе природных целлюлозных волокон относятся вещества растительного происхождения, образующиеся, например, в таких растениях как лен, хлопок, бамбук, рами, конопля, крапива, джут и т.д. Наибольшее значение среди них имеют волокна хлопка и льна [8].
Виды красителей
Иметь цвет – этого еще недостаточно, чтобы органическое соединение стало красителем. Одно из важнейших условий – само красящее вещество должно прочно связываться с окрашиваемым материалом [6].
В качестве критериев для отбора красителей по способам применения учитывают такие свойства красителей, как растворимость в воде или других растворителях, способность к взаимодействию с окрашиваемыми полимерами, возможность превращения в волокне в соединения с новыми свойствами.
Классы красителей:
1) Кислотные красители.
2) Кислотно-протравные (хромовые) красители.
3) Кислотные металлосодержащие красители.
4) Прямые красители.
5) Основные (катионные) красители.
6) Кубовые красители.
7) Активные красители.
8) Сернистые красители.
9) Красители, образуемые на окрашиваемых материалах.
10) Дисперсные красители.
11) Пигменты и лаки.
12) Красители, растворимые в органических средах.
Самый простой способ крашения – применение прямых красителей. Хлопчатобумажные и полушерстяные ткани просто погружают на какое-то время в водный раствор красителя. Гидроксильные группы и аминогруппы красителя образуют водородные связи с гидроксилами целлюлозы, что и удерживает краситель на материале.
Появление прямых красителей позволило отказаться от используемых ранее основных красителей, технология крашения которыми была сложной из-за предварительной операции обработки материала протравой. Прямые красители прямо, непосредственно окрашивают целлюлозные волокна. Класс прямых красителей имеет широкий цветовой охват, но окраска ими не отличается большой яркостью и устойчивостью к мокрым обработкам и требует операции упрочнения с помощью специальных препаратов. Класс прямых красителей – один из ведущих для крашения целлюлозных материалов, но в последнее время он постепенно сдаёт свои позиции активным красителям.
По своему химическому строению прямые красители являются натриевыми солями органических сульфокислот Кр-SO3Na (Кр - хромофорная часть красителя, определяющая его цвет, SO3Na – сульфогруппа, придающая растворимость) [11]. Сродство прямых красителей к целлюлозным волокнам обусловлено следующими причинами:
– линейной плоскостной структурой, которая облегчает контакт между молекулой красителя и вытянутой, линейной макромолекулой целлюлозы;
– наличием полярных групп, способных образовывать с волокном водородные связи. Таких групп должно быть, по крайней мере, две и лучше, если они располагаются на концах молекулы. Например, взаимодействия прямого красителя «Конго красного» с целлюлозным волокном, выражается следующей схемой:
Основные процессы, происходящие при крашении
Окрашивание волокнистых и других материалов может основываться на следующих физических и химических процессах [4]:
химическая реакция между функциональными группами красителя и полимера;
связывание красителя с полимером посредством адсорбционных сил;
способность красителей растворятся, диспергироваться или механически распределяться в полимерных и других материалах;
закрепление красителя или пигмента на полимерном материале с помощью специальных связующих веществ.
Процесс крашения можно условно разбить на несколько стадий (в действительности они протекают одновременно). Схематично эти стадии можно изобразить следующим рисунком.
Рис.1 – Стадии процесса крашения:
1 -дезагрегация красителя; 2 - внешняя диффузия в растворе к поверхности волокна; 3- сорбция на поверхности; 4 - внутренняя диффузия в волокне; 5 - сорбция в волокне (фиксация)
Во внешней среде по отношению к волокну, т.е. в растворе, краситель находится в полидисперсном состоянии: в виде молекул и агрегатов различной величины. Волокном поглощается только мономолекулярная фракция, чем нарушается первоначальное равновесие во внешней среде. Восстановление равновесия происходит за счёт диспергирования агрегатов красителя до молекул, которые продолжают поглощаться волокном. Подобное многократное нарушение и восстановление равновесия между различными фракциями красителя во внешней среде происходит до тех пор, пока не установится новое истинное равновесие между красителем в волокне и во внешней среде.
Внешняя диффузия красителя к поверхности волокна происходит достаточно быстро. Ещё быстрее она будет протекать с повышением температуры и перемешиванием раствора.
Внутренняя диффузия красителя в волокне значительно медленнее внешней по двум причинам. Первая – плотность структуры волокон. Размеры ионов и молекул красителей соизмеримы с размерами пор. Вторая – сорбционное взаимодействие красителя с активными центрами волокна, что тормозит его дальнейшее продвижение.
Рис.2- Схема внутренней диффузии частицы красителя в поре волокна:
1 - активный центр волокна; 2 - мобильная молекула красителя; 3 - сорбированная молекула красителя
Сорбция красителя волокном на внешней и внутренней поверхности имеет одну природу. Она зависит от межмолекулярного взаимодействия красителя с волокном. Различают физическую и химическую сорбцию. Физическая сорбция осуществляется за счёт сил Ван-дер-Ваальса, возникающих между молекулами красителя и волокна. Практически во всех процессах крашения физическая сорбция имеет место. Хемосорбция осуществляется за счёт образования химических связей красителя с волокном – ковалентных или ионных. Ковалентная связь является самой прочной, что обуславливает высокую устойчивость окраски, особенно к мокрым обработкам. Ионная связь тоже отличается высокой прочностью, но в водной среде она диссоциирует, что приводит к снижению устойчивости окрасок к мокрым обработкам. Промежуточной между физическим и химическим типами связи считают водородную связь. Она возникает между положительно заряженным атомом водорода и отрицательно заряженными атомами кислорода, азота или серы.
Поглощение паров влаги из окружающей среды или красителя из раствора текстильными материалами происходит по средствам сорбции. Процесс сорбции является обратимым, и в определенных условиях происходит отдача - десорбция [5].
Процесс сорбции состоит из нескольких процессов. С того момента, когда текстильный материал попадает в среду с большой относительной влажностью воздуха, либо в раствор красителя, начинает протекать адсорбция - это процесс образования полимолекулярной пленки путем притягивания к поверхности волокон молекул воды. Силы, которые притягивают молекулы воды, возникают вследствие того, что макромолекулы, расположенные на поверхности волокна, не полностью уравновешены межмолекулярными связями с соседними макромолекулами. Так как волокна имеют пористое строение, действительная поверхность сорбции волокон значительно больше их наружной поверхности. Адсорбцию чаще всего характеризуют зависимостью количества адсорбируемого вещества а от концентрации или давления a=f(c), a=f(p) при Т = соnst. Эти зависимости называются изотермами адсорбции. Изотерма адсорбции по виду напоминает параболу (рис.3).
Рис. 3. Изотермы адсорбции
На изотерме можно выделить три участка: I - адсорбция пропорциональна концентрации вещества; II - участок - промежуточное состояние; III - участок - поверхность насыщена адсорбтивом.
Практическая часть. Изучение крашения как процесса адсорбции
В нашем распоряжении оказались образцы: лен домотканый, лен промышленный, самодельное крапивное волокно, хлопчато - бумажная ткань, шелковая ткань, шерстяное волокно (овечья шерсть).
В этой части нашей работы мы рассматривали процесс крашения, как процесс сорбции растворенного в воде красителя волокнами тканей, в зависимости от различных условий: без использования электролита, в присутствии электролита – хлорида натрия, уксусной кислоты; а также в зависимости от времени.
Чем больше ткань способна адсорбировать краситель, тем ярче будет окрашивание. Для определения сорбционной емкости волокон мы воспользовались методом спектрофотоколориметрии.
Концентрацию окрашенных веществ очень удобно определять фотоколориметрическим методом — по интенсивности поглощения света. Интенсивность поглощения света характеризуется оптической плотностью — десятичным логарифмом отношения интенсивности падающего светового потока к интенсивности потока, прошедшего через этот слой. При неизменной толщине слоя окрашенного вещества и при определённой длине волны света оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации вещества (закон Бера). Следовательно, зная величину оптической плотности, можно определить концентрацию вещества в растворе [2], [3]. Сделать это можно используя метод градуировочного графика.
Для фотоколориметрического метода подбирают такую длину волны, чтобы поглощение было максимальным [5]. В нашем случае спектрофотоколориметр определяет оптимальную длину волны автоматически. Она составила – 380,6 нм (рис.1, рис.2, рис.3 приложение 1).
Для построения градуировочного графика мы приготовили серию растворов красителя разной концентрации и построили график зависимости оптической плотности от концентрации раствора.
|
Vкрасителя, мл |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
V(H2O), мл |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
Оптическая плотность |
0,003 |
0,055 |
0,108 |
0,175 |
0,230 |
0,291 |
0,345 |
0,394 |
0,454 |
0,51 |
|
C красителя, г/л |
0,244 |
0,488 |
0,732 |
0,976 |
1,22 |
1,464 |
1,708 |
1,952 |
2,196 |
2,44 |
Сначала мы приготовили раствор красителя концентрацией 2,44 г/л, воспользовавшись готовым пищевым красителем Е122. Затем, образцы тканей около 50х100мм, предварительно взвешенные, погружали в разбавленный в 2 раза раствор (С=1,22 г/л) в 6 емкостей, добавляли 50 мл раствора красителя и выдерживали в течение 5,10,15,20,25,30 минут соответственно. По истечении указанного времени, не вынимая образцы из растворов, брали раствор на анализ.
Измерения проводились с помощью спектрофотоколориметра SpectroVisPlus (Vernier, США). Построение градуировочного графика и анализ данных осуществлялся с использованием программного приложения Loger Pro 3.8.6 [2], [3], [15].
Измеряли оптическую плотность анализируемой пробы и, используя градуировочный график, определяли концентрацию вещества в пробе. В каждом случае для анализа отбиралось по три пробы. Результат брали как средне арифметическое. Пример вычислений погрешности измерений представлен в приложении 6.
Из литературных источников мы узнали, что на процесс крашения (сорбции) влияет наличие в растворе красителя электролитов. Поэтому мы провели серию экспериментов, используя раствор красителя: №1- без электролита, №2- с добавлением электролита NaCl (на 250 мл раствора – 0,5 г соли), №3- с добавлением электролита NaCl (на 250 мл раствора – 1 г соли),№ 4- с добавлением электролита - раствора уксусной кислоты (на 250 мл раствора – 5 мл кислоты (С = 0,011моль/л)). Результаты измерений представлены в таблицах 1-4.
Таблица 1. – Серия опытов №1 (приложение 2)
|
№ |
Вид образца |
Масса образца, г |
Время, мин |
Оптическая плотность, (Dср) |
Концентрация красителя Скон, г/л |
Значение адсорбции, мг/г |
|
1 |
Лен домотканый |
1,9 |
5 |
0,221 |
1,193 |
0,72 |
|
10 |
0,216 |
1,169 |
1,32 |
|||
|
15 |
0,213 |
1,157 |
1,66 |
|||
|
20 |
0,209 |
1,138 |
2,15 |
|||
|
25 |
0,207 |
1,131 |
2,34 |
|||
|
30 |
0,207 |
1,130 |
2,36 |
|||
|
2 |
Лен промышленный |
1,2 |
5 |
0,227 |
1,214 |
0,23 |
|
10 |
0,226 |
1,212 |
0,35 |
|||
|
15 |
0,225 |
1,209 |
0,45 |
|||
|
20 |
0,224 |
1,205 |
0,59 |
|||
|
25 |
0,223 |
1,202 |
0,75 |
|||
|
30 |
0,223 |
1,201 |
0,79 |
|||
|
3 |
Крапивное волокно |
2,6 |
5 |
0,225 |
1,207 |
0,25 |
|
10 |
0,223 |
1,199 |
0,40 |
|||
|
15 |
0,220 |
1,186 |
0,65 |
|||
|
20 |
0,217 |
1,175 |
0,86 |
|||
|
25 |
0,215 |
1,165 |
1,06 |
|||
|
30 |
0,214 |
1,163 |
1,09 |
|||
|
4 |
Хлопчато-бумажная ткань |
0,5 |
5 |
0,223 |
1,198 |
2,20 |
|
10 |
0,220 |
1,189 |
3,10 |
|||
|
15 |
0,218 |
1,176 |
4,40 |
|||
|
20 |
0,214 |
1,159 |
6,10 |
|||
|
25 |
0,213 |
1,155 |
6,50 |
|||
|
30 |
0,212 |
1,152 |
6,80 |
|||
|
5 |
Шелковая ткань |
0,6 |
5 |
0,227 |
1,217 |
0,23 |
|
10 |
0,226 |
1,211 |
0,75 |
|||
|
15 |
0,225 |
1,206 |
1,12 |
|||
|
20 |
0,224 |
1,202 |
1,45 |
|||
|
25 |
0,223 |
1,200 |
1,61 |
|||
|
30 |
0,223 |
1,197 |
1,91 |
|||
|
6 |
Шерстяное волокно |
2,4 |
5 |
0,222 |
1,193 |
0,56 |
|
10 |
0,216 |
1,167 |
1,11 |
|||
|
15 |
0,214 |
1,160 |
1,25 |
|||
|
20 |
0,208 |
1,136 |
1,75 |
|||
|
25 |
0,208 |
1,134 |
1,79 |
|||
|
30 |
0,207 |
1,132 |
1,83 |
Вычисление значения адсорбции мы производили по формуле:
А = (Снач – Скон)*V/m, где Снач – начальная концентрация красителя в растворе, Скон – концентрация через определенный промежуток времени, V- объем раствора, m – масса исследуемого образца. Пример вычисления погрешности измерения оптической плотности приведен в приложении 6.
Таблица 2. - Серия опытов №2 (приложение 3)
|
№ |
Вид образца |
Масса образца, г |
Время, мин |
Оптическая плотность, (Dср) |
Концентрация красителя Скон, г/л |
Значение адсорбции, мг/г |
|
1 |
Лен домотканый |
1,9 |
5 |
0,129 |
0,795 |
11,18 |
|
10 |
0,127 |
0,785 |
11,45 |
|||
|
15 |
0,126 |
0,780 |
11,38 |
|||
|
20 |
0,131 |
0,803 |
10,97 |
|||
|
25 |
0,131 |
0,801 |
11,03 |
|||
|
30 |
0,130 |
0,800 |
11,05 |
|||
|
2 |
Лен промышленный |
1,2 |
5 |
0,120 |
0,753 |
19,46 |
|
10 |
0,117 |
0,745 |
19,79 |
|||
|
15 |
0,116 |
0,738 |
19,08 |
|||
|
20 |
0,119 |
0,749 |
19,62 |
|||
|
25 |
0,117 |
0,745 |
19,79 |
|||
|
30 |
0,117 |
0,743 |
19,87 |
|||
|
3 |
Крапивное волокно |
2,6 |
5 |
0,122 |
0,763 |
8,79 |
|
10 |
0,121 |
0,758 |
8,88 |
|||
|
15 |
0,119 |
0,751 |
9,02 |
|||
|
20 |
0,120 |
0,756 |
8,92 |
|||
|
25 |
0,122 |
0,762 |
8,81 |
|||
|
30 |
0,125 |
0,776 |
8,54 |
|||
|
4 |
Хлопчато-бумажная ткань |
0,5 |
5 |
0,125 |
0,778 |
44,20 |
|
10 |
0,124 |
0,773 |
44,70 |
|||
|
15 |
0,126 |
0,780 |
44,00 |
|||
|
20 |
0,127 |
0,784 |
43,60 |
|||
|
25 |
0,127 |
0,785 |
43,50 |
|||
|
30 |
0,127 |
0,784 |
43,60 |
|||
|
5 |
Шелковая ткань |
0,6 |
5 |
0,124 |
0,771 |
37,20 |
|
10 |
0,123 |
0,768 |
37,67 |
|||
|
15 |
0,123 |
0,767 |
37,75 |
|||
|
20 |
0,125 |
0,777 |
36,92 |
|||
|
25 |
0,126 |
0,780 |
36,67 |
|||
|
30 |
0,125 |
0,776 |
37,00 |
|||
|
6 |
Шерстяное волокно |
2,4 |
5 |
0,101 |
0,673 |
11,39 |
|
10 |
0,099 |
0,665 |
11,56 |
|||
|
15 |
0,100 |
0,672 |
11,42 |
|||
|
20 |
0,101 |
0,675 |
11,35 |
|||
|
25 |
0,102 |
0,679 |
11,27 |
|||
|
30 |
0,100 |
0,670 |
11,46 |
Таблица 3. - Серия опытов №3 (приложение 4)
|
№ |
Вид образца |
Масса образца, г |
Время, мин |
Оптическая плотность, (Dср) |
Концентрация красителя Скон, г/л |
Значение адсорбции, мг/г |
|
1 |
Лен домотканый |
1,9 |
5 |
0,219 |
1,181 |
1,03 |
|
10 |
0,216 |
1,172 |
1,21 |
|||
|
15 |
0,214 |
1,162 |
1,23 |
|||
|
20 |
0,217 |
1,173 |
1,24 |
|||
|
25 |
0,217 |
1,174 |
1,21 |
|||
|
30 |
0,216 |
1,171 |
1,29 |
|||
|
2 |
Лен промышленный |
1,2 |
5 |
0,218 |
1,178 |
1,75 |
|
10 |
0,216 |
1,172 |
2,00 |
|||
|
15 |
0,219 |
1,167 |
2,21 |
|||
|
20 |
0,219 |
1,150 |
2,22 |
|||
|
25 |
0,215 |
1,164 |
2,33 |
|||
|
30 |
0,214 |
1,163 |
2,37 |
|||
|
3 |
Крапивное волокно |
2,6 |
5 |
0,214 |
1,161 |
1,13 |
|
10 |
0,212 |
1,152 |
1,31 |
|||
|
15 |
0,211 |
1,147 |
1,40 |
|||
|
20 |
0,212 |
1,150 |
1,35 |
|||
|
25 |
0,214 |
1,159 |
1,42 |
|||
|
30 |
0,213 |
1,158 |
1,45 |
|||
|
4 |
Хлопчато-бумажная ткань |
0,5 |
5 |
0,222 |
1,194 |
2,60 |
|
10 |
0,218 |
1,178 |
4,20 |
|||
|
15 |
0,218 |
1,176 |
4,40 |
|||
|
20 |
0,218 |
1,175 |
4,50 |
|||
|
25 |
0,217 |
1,174 |
4,60 |
|||
|
30 |
0,217 |
1,174 |
4,60 |
|||
|
5 |
Шелковая ткань |
0,6 |
5 |
0,220 |
1,187 |
2,75 |
|
10 |
0,215 |
1,165 |
4,58 |
|||
|
15 |
0,213 |
1,155 |
5,42 |
|||
|
20 |
0,210 |
1,146 |
6,17 |
|||
|
25 |
0,211 |
1,148 |
6,00 |
|||
|
30 |
0,210 |
1,146 |
6,17 |
|||
|
6 |
Шерстяное волокно |
2,4 |
5 |
0,220 |
1,185 |
0,73 |
|
10 |
0,219 |
1,179 |
0,85 |
|||
|
15 |
0,218 |
1,175 |
0,94 |
|||
|
20 |
0,215 |
1,164 |
1,05 |
|||
|
25 |
0,217 |
1,172 |
0,99 |
|||
|
30 |
0,217 |
1,174 |
0,96 |
Таблица 4. - Серия опытов №4 (приложение 5)
|
№ |
Вид образца |
Масса образца, г |
Время, мин |
Оптическая плотность, (Dср) |
Концентрация красителя Скон, г/л |
Значение адсорбции, мг/г |
|
1 |
Лен домотканый |
1,9 |
5 |
0,171 |
0,975 |
6,45 |
|
10 |
0,168 |
0,960 |
6,84 |
|||
|
15 |
0,164 |
0,945 |
7,24 |
|||
|
20 |
0,164 |
0,942 |
7,31 |
|||
|
25 |
0,163 |
0,939 |
7,39 |
|||
|
30 |
0,160 |
0,937 |
7,45 |
|||
|
2 |
Лен промышленный |
1,2 |
5 |
0,166 |
0,954 |
11,08 |
|
10 |
0,166 |
0,951 |
11,21 |
|||
|
15 |
0,165 |
0,948 |
11,33 |
|||
|
20 |
0,162 |
0,936 |
11,43 |
|||
|
25 |
0,166 |
0,954 |
11,28 |
|||
|
30 |
0,166 |
0,953 |
11,12 |
|||
|
3 |
Крапивное волокно |
2,6 |
5 |
0,170 |
0,970 |
4,81 |
|
10 |
0,166 |
0,952 |
5,25 |
|||
|
15 |
0,161 |
0,932 |
5,34 |
|||
|
20 |
0,163 |
0,939 |
5,40 |
|||
|
25 |
0,164 |
0,942 |
5,35 |
|||
|
30 |
0,164 |
0,942 |
5,35 |
|||
|
4 |
Хлопчато-бумажная ткань |
0,5 |
5 |
0,170 |
0,969 |
25,10 |
|
10 |
0,169 |
0,966 |
25,40 |
|||
|
15 |
0,168 |
0,963 |
25,70 |
|||
|
20 |
0,168 |
0,960 |
26,00 |
|||
|
25 |
0,165 |
0,948 |
27,20 |
|||
|
30 |
0,165 |
0,950 |
27,00 |
|||
|
5 |
Шелковая ткань |
0,6 |
5 |
0,174 |
0,987 |
19,41 |
|
10 |
0,164 |
0,945 |
22,91 |
|||
|
15 |
0,162 |
0,936 |
23,66 |
|||
|
20 |
0,161 |
0,933 |
23,91 |
|||
|
25 |
0,160 |
0,927 |
24,41 |
|||
|
30 |
0,160 |
0,928 |
24,33 |
|||
|
6 |
Шерстяное волокно |
2,4 |
5 |
0,175 |
0,990 |
4,79 |
|
10 |
0,166 |
0,953 |
5,56 |
|||
|
15 |
0,162 |
0,936 |
5,96 |
|||
|
20 |
0,161 |
0,930 |
6,04 |
|||
|
25 |
0,161 |
0,932 |
6,00 |
|||
|
30 |
0,161 |
0,931 |
6,02 |
Результаты экспериментов и их обсуждение
Эксперимент №1 – использование раствора красителя без электролита – позволил нам наблюдать изменение концентрации красителя в растворе со временем: во всех случаях мы наблюдали максимальное впитывание красителя через 25 минут (диаграмма 1).
|
Диаграмма 1. Изменение значений адсорбции образцов со временем в растворе красителя без электролита. |
Диаграмма 2. Изменение значений адсорбции образцов со временем в растворе красителя с добавлением хлорида натрия (на 250 мл раствора – 0,5 г соли). |
Эксперимент №2 – использование раствора красителя с добавлением хлорида натрия (на 250 мл раствора – 0,5 г соли) – полученные нами данные подтверждают найденную нами информацию о влиянии электролита на процесс сорбции. Добавление соли ускоряет процесс, максимальная адсорбция красителя в волокнах достигается уже через 5 минут, и достигает больших значений, чем в эксперименте №1 (диаграмма 2).
Эксперимент №3 – использование раствора красителя с добавлением NaCl (на 250 мл раствора – 1 г соли) – результаты показывают, что увеличение количества NaCl ухудшает процесс крашения, оптимальное содержание красителя в образцах наблюдается через 15-20 минут, и оно значительно ниже, чем в эксперименте №2 (диаграмма 3).
|
Диаграмма 3. Изменение значений адсорбции образцов со временем в растворе красителя с добавлением хлорида натрия (на 250 мл раствора – 1 г соли). |
Диаграмма 4. Изменение значений адсорбции образцов со временем в растворе красителя с добавлением с добавлением раствора уксусной кислоты. |
Эксперимент №4 – использование раствора красителя с добавлением раствора уксусной кислоты (С = 0,011моль/л) (на 250 мл раствора – 5 мл кислоты) – полученные нами данные показывают, что использование уксусной кислоты в качестве электролита также ускоряет время впитывания красителя (5-10 минут) и его концентрацию в ткани, однако меньше, чем при добавлении хлорида натрия.
Сравнивая влияние электролита на способность к поглощению красителя непосредственно каждого образца, мы заметили, что все образцы впитывают краситель лучше при наличии в растворе небольшого количества хлорида натрия (диаграммы 5-10); добавление к раствору красителя 1 г соли понизило способность к адсорбции у обрацов № 1 – лен домотканый и №4 – х/б ткань.
|
Диаграмма 5. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №1. |
Диаграмма 6. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №2. |
|
Диаграмма 7. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №3. |
Диаграмма 8. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №4. |
|
Диаграмма 9. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №5. |
Диаграмма 10. Влияние электролитов на сорбционную способность образца №6. |
Выводы
В ходе нашей работы по изучению крашения тканей как процесса адсорбции мы познакомились с литературой по вопросам технологии крашения текстильных материалов; с видами текстильных материалов и волокон; с явлением адсорбции; способами определения сорбционной емкости.
Мы провели эксперименты, позволяющие сравнить способность к поглощению прямого красителя различными видами тканей из природных волокон растительного (хлопок, лен, крапива) и животного (овечья шерсть, шелк) происхождения.
Нами была определена способность к адсорбции образцов с помощью метода фотоколориметрии по остаточному содержанию красителя в растворе: без использования электролита и с применением двух видов электролитов. Результаты показали, что для эффективного окрашивания ткани прямым красителем достаточно выдерживания ее в растворе 20-25 минут в присутствии небольшого количества хлорида натрия при постоянном помешивании. Эти результаты мы сможем использовать при реставрации тканей и реконструкции изделий из тканей в школьном этнографическом музее.
Список литературы
|
1 |
Гарцева, Л.А. Лабораторный практикум по химической технологии текстильных материалов: учеб. пособие / Л.А. Гарцева.– Иваново: ИГТА, 2011.–136 с. (виды волокон). |
|
2 |
Жилин Д. М.. Демонстрационный эксперимент С AFSТМ. Химия. Методическое пособие для учителя. Москва, 2011. |
|
3 |
Жилин Д. М.. Учебные проекты С AFSТМ. Химия. Методическое пособие для учителя. Москва, 2011. |
|
4 |
Иванцова Т. М. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности: Учебное пособие / Т. М. Иванцова. Омск, 2003. 244 с. (св-ва волокон). |
|
5 |
Кнунянц И.Л. (гл.ред.) Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.1: А-Дарзана/Ред.кол.- М.: Сов. энцикл., 1988. -623с. |
|
6 |
Мельников Б. Н. Применение красителей: учебное пособие для вузов/ Б. Н. Мельников, Т. Л. Щеглова, Г. И. Виноградова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 331с. |
|
7 |
Никитин М.К. и др. Химия в реставрации: Справ.изд/М.К.Никитин, Е.П.Мельникова. – Л.:Химия, 1990.-304 с. |
|
8 |
Прохоров А.М. Большая Советская Энциклопедия. В 30 т., т 13. Гл.ред. А.М. Прохоров. Изд. 3-е – М.: Советская энциклопедия, 1973г. -608с. (с.322-323). |
|
9 |
Федотов. Г.Я. Сухие травы. Основы художественного ремесла. – М.:АСТ – Пресс, 1999. – 320 с. |
|
10 |
Финли В. Тайная история красок / Виктория Финли – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2010. - 411 с. |
|
11 |
Шульпин Г. Б. Эта увлекательная химия. Изд. 4-е. – М.: ЛЕНАНД, 2017. – 184 с. |
|
15 |
Logger Pro. Описание программного обеспечения. Краткое руководство пользователя. Производственно-консультационная группа «Развитие образовательных систем». |
Приложение 1
|
Рис.1. Серия растворов красителя |
Рис.2. Определение оптимальной длины волны для процесса фотоколориметрии |
Рис.3 – Градуировочный график для определения концентрации красителя «Конго-красный» в растворе.
Приложение 2
Результаты эксперимента №1 (Без электролита)
|
Лен домотканый |
Лен промышленный |
|
Крапивное волокно |
Хлопчато-бумажная ткань |
|
Шелковая ткань |
Шерстяное волокно |
Приложение 3
Результаты эксперимента №2 (С добавлением хлорида натрия – 0,5 г соли)
|
Лен домотканый |
Лен промышленный |
|
Крапивное волокно |
Хлопчато-бумажная ткань |
|
Шелковая ткань |
Шерстяное волокно |
Приложение 4
Результаты эксперимента №3 (С добавлением хлорида натрия – 1 г соли)
|
Лен домотканый |
Лен промышленный |
|
Крапивное волокно |
Хлопчато-бумажная ткань |
|
Шелковая ткань |
Шерстяное волокно |
Приложение 5
Результаты эксперимента №4 (С добавлением хлорида натрия – 1 г соли)
|
Лен домотканый |
Лен промышленный |
|
Крапивное волокно |
Хлопчато-бумажная ткань |
|
Шелковая ткань |
Шерстяное волокно |
Приложение 6
|
Пример вычисления погрешностей измерения оптической плотности |
|
|
D1=0,259 D2=0,266 D3=0,261 |
∆D1=D1-Dср=│0,259-0,262│=0,003 ∆D2=D2-Dср=│0,266-0,262│=0,004 ∆D3=D3-Dср=│0,261-0,262│=0,001 |
|
Dср =(0,259+0,266+0,261)/3=0,262 ∆ Dср=(0,003+0,004+0,001)/3=0,00267 Относительная погрешность = ∆ Dср/ Dср = 0,00267/ 0,262*100% = 1,02% Среднее квадратичное отклонение S2=(0,003)2+(0,004)2+(0,001)2=0,000026 S2/3=0,00000867 S=0,002944 |
|