tisku reaktivními barvivy
Bakalářská práce
Studijní program: B3107 – Textil
Studijní obor: 3107R007 – Textilní marketing Autor práce: Ayya Badmaeva
Vedoucí práce: Ing. Jana Šašková
Liberec 2017
printing with reactive dyes
Bachelor thesis
Study programme: B3107 – Textil
Study branch: 3107R007 – Textile marketing - textile marketing
Author: Ayya Badmaeva
Supervisor: Ing. Jana Šašková
Liberec 2017
Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Bakalářská práce 6
PODĚKOVÁNÍ
Chtěla bych poděkovat Ing. Janě Šaškové, Ph.D za vedení mé bakalářské práce, cenné rady a odborný dohled, trpělivost, pomoc při gramatické kontrole práce a ochotu, kterou mi v průběhu zpracování bakalářské práce věnovala. Také bych chtěla poděkovat členům Katedry materiálového inženýrství TUL za rady a možnost využití strojního zařízení dostupného na této katedře.
Bakalářská práce 7
ANOTACE
Cílem teto bakalářské práce je zjednodušit postup finálních úprav po tisku, minimalizovat spotřebu vody během pracího procesu, aby zároveň bylo dosaženo uspokojivých mokrých stálostí.
Teoretická část se věnuje vypracování literární rešerše na téma digitální tisk a jeho závěrečné zpracování.
Experimentální část byla zaměřena na intenzifikaci praní a zároveň minimalizaci spotřeby vody. V experimentální části jsou popsány použité přístroje a chemikálie. Dále je uveden popis textilního materiálu a také popis vlastních experimentů aplikovaných při výzkumu.
Klíčová slova: bavlna, barvivo, digitální tisk, praní, stálobarevnost.
Bakalářská práce 8
ABSTRACT
The aim of this thesis is to simplify the procedure for final finishing after printing, to minimize the consumption of water during the washing process, to simultaneously achieve satisfactory wet fastness.
The theoretical part is devoted to the literature search on the topic of digital printing and its final processing.
The experimental part was focused on the intensification of washing and at the same time minimizing the consumption of water. The experimental section describes the used devices and chemicals. Description of the textile materials a and also a description of their own experiments, applied during the research is following.
Keywords: cotton, pigment , digital printing, washing , stability colouring.
Bakalářská práce 9
Obsah
Seznam použitých zkratek a symbolů...11
Úvod... 12
1 Teoretická část... 14
1.1 Celulóza ... 14
1.1.1 Struktura celulózy ... 14
1.1.2 Vlastnosti celulózy ... 14
1.2 Bavlna ... 15
1.2.1 Složení Bavlny ... 16
1.3 Barvení textilních materiálů ... 16
1.3.1 Světlo a barevnost ... 16
1.3.2 Přístroje pro měření barev ... 17
1.3.3 Kolorimetr ... 17
1.3.4 Spektrofotometr ... 18
1.4 Reaktivní barviva na bavlnu... 18
1.4.1 Typy reaktivních barviv ... 19
1.5 Techniky tisku ... 21
1.5.1 Tisk z výšky ... 21
1.5.2 Tisk z hloubky ... 22
1.5.3 Digitální tisk ... 22
1.5.4 Historie inkoustového tisku ... 23
1.5.5 Termální inkoustový tisk ... 23
1.5.6 Výhody a nevýhody inkoustových tiskáren ... 26
1.5.7 Digitální tisk textilií ... 27
1.6 Stálosti vybarvení ... 28
1.6.1 Stálosti za mokra ... 28
Bakalářská práce 10
2 Experimentální část... 30
2.1 Formulace problému a postup řešení ... 30
2.2 Použitý materiál, přístroje a chemikálie. ... 31
2.2.1 Použitý materiál ... 31
2.2.2 Použité chemikálie ... 31
2.2.3 Použité přístroje ... 32
2.2.4 Zkušební metody ... 35
2.3 Postup experimentů ... 36
2.4 Provedené zkoušky ... 37
2.4.2 Opakovaný postřik (prosávání) ... 38
2.4.3 Třepání v krátké lázni ... 39
2.4.4 Oxidační praní ... 40
2.4.5 Oxidace při různém pH ... 40
2.4.6 Oxidace v kyselém prostředí ... 42
2.4.7 Postřik přístrojem Kärcher ... 43
2.4.8 Prosávání pod tlakem (prosávání s kyselinou octovou) ... 43
2.4.9 Prosávání pod zvýšeným tlakem ... 44
2.4.10 Prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody ... 44
3 Výsledky a diskuse výsledků... 46
4 Závěr... 51
Seznam použité literatury...53
Seznam obrázků...55
Seznam tabulek...56
Přílohy... 57
Bakalářská práce 11
Seznam použitých zkratek a symbolů
Zkratka, symbol Název Jednotka
Do dostava osnovy materiálu [nití/10cm]
Dú dostava útku materiálu [nití/10cm]
t teplota [°C]
ČSN česká státní norma
n počet strukturních jednotek
v řetězci
E energie [ J.mol -1 ]
c rychlost světla [ ve vakuu 3.108 m.s-1 ]
λ vlnová délka [m]
v frekvence světla [s -1]
h Planckova konstanta [6,6.10-34 J.s]
–cel celulóza
RB reaktivní barviva
Ms plošná hmotnost [g/m2]
VIS viditelné záření [380nm -750nm]
max. maximální
Bakalářská práce 12
Úvod
Používání barviv sahá do nejstarších dob kulturní historie lidské společnosti.
Barviva byla užívána k ozdobě vlastní i svého okolí a předmětů, s nimiž zacházel.
Nejprve používal člověk minerálních okrů a černí, později nejrůznějších přírodních barviv získávaných z rostlin kořenů a dřev stromů a z živočišných materiálů [1].
Nejvíce barviv se používá k barvení textilních vláken rostlinného a živočišného původu (bavlny, lnu, vlny, hedvábí), dále k barvení vláken z regenerované celulosy a chemických vláken. Používají se také k barvení ušní, papíru, kaučuku, plastických hmot, tuků, vosků, mýdla, tužek, polygrafických barev, lakařských hmot, k přípravě inkoustů, tuše, při výrobě materiálů pro barevnou fotografii. Stále více se barviva používají v medicíně, biochemii apod.
Jak v současné době, tak i v minulosti se barvilo různými barvivy a různou technologií. V původních antických a starověkých technologiích barvení můžeme rozeznat tři třídy používaných barviv – barviva přímá, kypová a mořidlová.V roce 1856 Angličan Henry William Perkin náhodně objevil mauvein – první syntetické barvivo vyrobené z uhelného dehtu – a tím i možnost využívat uhelný dehet jako surovinu pro výrobu syntetických barviv. Potom následovala rychle za sebou řada dalších objevů:
r. 1861 první anilinová barviva
r. 1862 azová barviva, r. 1869 byla vysvětlena konstituce alizarinu
r. 1878 syntéza indiga
Reaktivní barviva patří mezi nejvíce využívanou třídu barviv v barvení celulózových materiálů, které tvoří s materiálem pevnou kovalentní vazbu, čímž se od ostatních tříd barviv liší. Právě díky tomu mají také dobré mokré stálosti a vytlačují tak z trhu barviva přímá, která mají tyto stálosti značně horší. Další výhodou reaktivních barviv je jednoduchá aplikace (ve srovnání s kypovými barvivy).
Nevýhodou reaktivních barviv je vysoká solnost barvících lázní (nutná pro zvýšení substantivity barviva k vláknu) a tím i lázní odpadních. Z ekologického hlediska jsou nepříznivé pro tato barviva množství soli (NaCl) a zhydrolyzovaného barviva v odpadní lázni, proto se stále vyvíjí nové typy reaktivních barviv.
Hydrolyzované barvivo se rovněž substantivně váže na textilní substrát a
Bakalářská práce 13
zhoršuje mokré stálosti vybarvení. Proto je třeba obarvený materiál podrobit intenzivnímu praní v horké vodě a to v několika pracích cyklech. Nejen že tak vzniká další množství znečištěné vody, ale zároveň stoupá spotřeba energie a tudíž náklady výroby.
Část nevýhod odstraňuje digitální tisk, ale i po něm je třeba materiál doupravit- vyprat, aby se odstranilo hydrolyzované barvivo a alkálie.
Cílem práce je zjednodušit postup finálních úprav po digitálním tisku a minimalizovat spotřebu vody během pracího procesu, aby zároveň bylo dosaženo uspokojivých podmínek mokrých stálostí.
Bakalářská práce 14
1 Teoretická část
1.1 Celulóza
Celulóza je organická sloučenina, nerozpustná ve vodě a v obvyklých rozpouštědlech. Odolává slabým oxidačním a hydrolytickým činidlům.
1.1.1
Struktura celulózy
Celulóza je nejrozšířenější vysokomolekulární látkou na Zemi. Řetězec tvoří poly-D glukopyranóza (Obr. 1). Celulózová vlákna mají různý polymerační stupeň, který závisí na druhu vlákna: len n = 36000, viskóza n = 2000 –3000, bavlna n = 10800 [2].
Obrázek 1. Poly-D glukopyranóza, n…..polymerační stupeň
Nejreaktivnější je primární hydroxyl v poloze 6, méně reaktivní je hydroxyl v poloze 2 a nejméně v poloze 3. Pro barvení textilních materiálů je pro reakci důležitá i přístupnost hydroxylové skupiny. Molekulová hmotnost závisí na původu a způsobu zpracování, tedy získávání celulózy z přírodních zdrojů. Například molekulová hmotnost bavlníkové celulózy je 1,78 až 2,43.106, sulfitové buničiny 0,6.106 a viskózových vláken kolem 0,23.106.
1.1.2
Vlastnosti celulózy
Celulóza ve své molekule obsahuje hydroxylové skupiny –OH (viz. Obr. 2 ).
primární alkoholické skupiny
Bakalářská práce 15
sekundární alkoholické skupiny
Přítomnost –OH skupin významně ovlivňuje fyzikálně-chemické vlastnosti celulózy. Mezi –OH skupinami celulózy a molekulami vody dochází ke vzniku vodíkových můstků, to znamená, že celulóza je schopna vázat molekuly vody. Tak dochází k sorpci vody na celulózový řetězec a k bobtnání celulózového vlákna. Sorpce vody probíhá nejlépe v amorfním podílu, proto amorfní podíl vlákna nejlépe bobtná.
Stejnosměrné nabobtnání vlákna před barvením nebo v jeho průběhu je důležité k zajištění egality a dobrých stálostí.
Obrázek 2. Struktura celulózového řetězce
1.2 Bavlna
Bavlna patří mezi přírodní vlákna rostlinného původu, jejichž podstatou je celulóza [3].Bavlna je řazena mezi celulózová vlákna přírodního typu, nachází se v tobolkách rostliny bavlníku Gossypium (viz. Obr. 3), mimo bavlnu se celulózová vlákna nachází také ve viskóze, lyocellu, modalu, acetátu a v měďnatém hedvábí.
Bavlna je jednobuněčný útvar v podobě tenké stužky se zesílenými okraji, je mírně stočená do šroubovice kolem své osy.
Obrázek 3. Bavlník
Bakalářská práce 16
1.2.1
Složení Bavlny
Přírodní textilní bavlněná surovina je tvořena převážně celulózovými vlákny, ostatní přítomné látky tvoří nečistoty (Obr. 4).
Obrázek 4. Složení bavlny
Surovinou pro textilní zpracování je surová bavlna, která byla odzrněna a zbavena hlavního podílu nevlákenných nečistot již v zemi produkce. Výtěžnost tohoto procesu je asi 30%. K textilnímu zpracování přichází slisovaná do hranatých balíků, které jsou staženy dráty. Balíky jsou baleny v jutových, bavlněných tkaninách, polypropylénových či polyetylenových foliích. Z pohledu vzniku odpadů je významný podíl krátkých vláken /podíl mechanických nečistot/prachu/zbytků tobolek/přítomnost anorganických sloučenin – Fe, Mg, As, Cd, Hg, Pb, Zn, Cr/přítomnost organických látek/zbytky pesticidů použitých při pěstování/přítomnost chlorovaných fenolů jako konzervačních činidel zejména při dopravě.
1.3 Barvení textilních materiálů
1.3.1
Světlo a barevnost
Světlo je základem vnímání barev. Světlo je vytvářeno proudem fotonů (resp.
zářením) o různé energii E [4].Světlo je vnímáno z pohledu fyziky dvojím způsobem.
Chceme-li určit rychlost šíření světla, vnímáme ho jako proud fotonů – nehmotných částic, u nichž můžeme určit polohu v čase. Rychlost světla byla poprvé změřena v roce 1849 a následně byla několikrát korigována. Ve valné většině výpočtů bohatě stačí c = 3⋅108 m/s. Existuje však i druhý pohled, který vnímá světlo jako elektromagnetické vlnění. Uvažujeme-li rychlost světla jako konstantu c, energie tohoto záření je funkcí
Bakalářská práce 17
vlnové délky, jejíž škála ve viditelné oblasti je spektrum (viz. Obr. 5) od fialové až po červenou.
Obrázek 5. Světelné spektrum
Fialová barva mezi 380 a 410 nm je pro lidské oko nejkratší pozorovatelnou vlnovou délkou. Zkrátíme-li vlnovou délku pod 380 nm, mluvíme o ultrafialovém (UV) záření. Čím je vlnová délka kratší, energie se zvyšuje, jak plyne z de Broglieho hypotézy (rov. 1). Vysokoenergetické (tvrdé) UV-záření má energii jednoho fotonu srovnatelnou s vazebnou energií a není tedy divu, že je schopno štípat chemické vazby, v čemž tkví i jeho nebezpečí pro živé organismy. Naopak energie infračerveného záření o vlnových délkách nad 720 nm je nízká, nižší než je schopno absorbovat barvivo v čípcích oční sítnice, čili je pro nás nepozorovatelné (stejně jako UV záření). Energie infračervených fotonů je však srovnatelná s energií nevazebných sil mezi molekulami kondenzovaných systémů, a proto je možno jej použít k ohřívání.
(1) Kde h – Planckova konstanta [6,6.10-34 J.s]
c- rychlost světla [ ve vakuu 3.108 m.s-1 ] v- frekvence světla [s -1] λ- vlnová délka [m]
1.3.2
Přístroje pro měření barev
Mezi zařízení pro měření barev patří: kolorimetry a spektrofotometry.
1.3.3
Kolorimetr
Kolorimetry jsou jednoduché, většinou přenosné, přístroje pro měření barev.
Funguje na jednoduchém principu, kdy se odraz měřeného vzorku porovná se standardními zdroji RGB a z nich vypočítává námi žádané hodnoty barevných souřadnic [5]. Měří si remise (odraz).
Bakalářská práce 18
1.3.4
Spektrofotometr
Spektrofotometrie je objektivní metodou, jejíž přístrojové vybavení umožňuje změřit záření, které vzorek pohltí.
1.4
Reaktivní barviva na bavlnu
Reaktivní barviva jsou ve srovnání s kypovými barvivy jednodušší a levnější alternativou. Přesto mají své nevýhody – viditelně horší stálosti na světle, a hlavně horší mokré stálosti (praní při 95°C, pot, vlhký otěr). Toto snížení stálostí způsobuje zhydrolyzované barvivo, které je nekovalentně, přesto poměrně pevně vázáno na vlákno. Barvící lázeň obsahuje barvivo, alkálii a neutrální sůl. Ve všech případech následuje pro fixaci důkladné praní. Při barvení reaguje barvivo s celulózou, současně probíhá jako vedlejší reakce hydrolýza jeho reaktivního systému. Hydrolyzovaná část barviva není schopna fixace na materiál, a proto je do barvení zařazena operace mydlení, kdy se nefixované hydrolyzované barvivo vypírá. Vody z mydlení a po mydlení jsou také silně zabarveny. Reaktivní barviva mají nejnižší výtěžnost z používaných skupin. Nové značky s bifunkčními (polyfunkčními) reaktivními systémy zvyšují výtěžnost barviva. Neutrální soli se přidávají za účelem zvýšení výtěžnosti barviva. Jejich koncentrace v barvící lázni se pohybuje v rozmezí 10–100 g/l podle sytosti barveného odstínu a afinity barviva k materiálu [6].
Reaktivní barviva představují skupinu barviv schopnou tvořit chemické vazby s primárními – OH skupinami celulózy formou nukleofilní substituce za odštěpení minerální kyseliny, nebo formou nukleofilní adice.
Představíme-li si pro zjednodušení reaktivní barvivo jako S–B–A–X, kde je S – solubilazační skupina
B – chromogen včetně můstku
N – nosič reaktivního atomu či skupiny X – reaktivní atom či skupina [7]
můžeme reakci formu nukleofilní substituce zjednodušeně zapsat
S–B–N–X + H–O–CH2-cel >cel–CH2–O–N–B–S + X⁻H⁺ .
Bakalářská práce 19
Z reakce je patrné, že barvivo se váže s celulózou pomocí chemické vazby.
V alkalickém prostředí celulóza disociuje, čímž je umožněna vazba s barvivem. Proto probíhá fixace těchto typů reaktivních barviv v alkalickém prostředí.
U reaktivních barviv, kde tvoří reaktivní skupinu vinylová skupina –CH=CH2, dochází k tvorbě chemické vazby formou nukleofilní adice, kterou lze zjednodušeně zapsat
S–B–N–CH=CH2 + H–O–CH2–cel>S–B–N–CH2–CH2–O–CH2–cel [8].
1.4.1
Typy reaktivních barviv
Nejčastější typy reaktivních barviv (C.I. Reactive Dyes) jsou:
monochlortriazinová, dichlortriazinová a vinylsulfonová barviva [9].
1.4.1.1 Dichlortriazinová barviva
Rozpustnost těchto barviv je vysoká a lze ji ještě zvýšit přísadou močoviny při rozpouštění. Přídavky elektrolytu a alkálie rozpustnost naopak snižují. Substantivita je dosti vysoká k přírodní i regenerované celulóze a dají se tedy použít pro vytahovací postup i při delších poměrech lázně. Lze ji ještě podpořit přídavkem elektrolytu.
Reaktivita, jak vyplývá z porovnání jednotlivých systémů, je velmi vysoká, ale současně je malá stabilita vodných roztoků.
Barviva jsou tedy schopna reagovat s celulózou již v přítomnosti slabé alkálie, při nižších teplotách a kratší době barvení. Pro malou stabilitu vodných roztoků zvláště v přítomnosti alkálie se hodí zejména pro vytahovací postupy barvení (viz. Obrázek č. 6).
Obrázek 6. Postup barvení dichlortriazinovými barvivy
Na začátku barvení zahřejeme barvící lázeň na 30–40 °C a tuto teplotu udržujeme konstantní po celou dobu barvení. Začínáme barvit v lázni samotného barviva bez přísad po dobu 10 min. Po této době přidáme najednou veškerý elektrolyt a pokračujeme dalších 20 min. v barvení. Po této době přidáme polovinu z celkového
Bakalářská práce 20
množství alkálie a po 10 minutách další polovinu. U světlých odstínů dobarvujeme od posledního přídavku alkálie 30 minut, u tmavých 90 minut.
1.4.1.2 Monochlortriazinová barviva
Rozpustnost je vesměs vysoká jak v horké, tak i ve studné vodě. Přísadou močoviny lze rozpustnost barviv ještě zvýšit, což je žádoucí zvláště při klocovacích postupech barvení. Přídavky elektrolytu a alkálie rozpustnost částečně snižují.
Substantivita těchto barviv je nízká. Pro klocovací postupy barvení, kde se nafixovaný podíl barviva vypírá, je tato vlastnost výhodná, avšak při vytahovacím postupu barvení je nutno ji podpořit zvýšenými dávkami elektrolytu do barvící lázně. Substantivita některých značek je tak nízká, že jsou nevhodné pro barvení přírodní celulózy vytahovacím způsobem. Reaktivita barviv, jak vyplývá z jednotlivých systémů, je poměrně nízká, ale tím je současně vysoká stabilita vodných roztoků. Tato vlastnost je předurčena pro polokontinuální a kontinuální metody barvení. Nízkou reaktivitu lze vyvážit použitím silnější alkálie nebo výhodnými podmínkami fixace. Stabilita vodného roztoku se stoupající teplotou klesá. Barvící postup na Obr. č. 7.
Obrázek 7. Postup barvení monochlortriazinovými barvivy
1.4.1.3 Vinylsulfonová barviva
Rozpustnost je velmi dobrá již za nižších teplot. Přísadou močoviny lze rozpustnost ještě zlepšit, přídavkem elektrolytu a alkálie má opačný účinek.
Substantivita se nachází přibližně někde mezi oběma již uvedenými typy barviv, což umožňuje aplikaci jak klocovacími, tak i vytahovacími postupy barvení. Reaktivita této skupiny barviv je střední. U vytahovacího postupu barvení stačí k vytvoření chemické vazby barvivo–vlákno teplota 50 °C v prostředí silné alkálie. Fixační podmínky u klocovacích postupů se pohybují přibližně mezi údaji pro ostazinová H a S–barviva.
Stabilita vodných roztoků je střední. Hydrolýza silně vzrůstá se stoupající alkalitou roztoků, což v praxi znamená, že alkalické klocovací lázně nejsou dostatečně stálé a při
Bakalářská práce 21
klocování je nutno použít automatického mísícího zařízení. Vytahovací postup barvení probíhá následovně (viz. Obr. č. 8) :
Obrázek 8. Postup barvení vinylsulfonovými barvivy
1.5 Techniky tisku
Tiskem se rozumí reprodukce textu nebo obrazu, při které se barvící látka (např.
tisková barva) přenáší na potiskovaný materiál prostřednictvím tiskové formy nebo jiného nosiče tiskového obrazu. Vedle klasických tiskových technik, mezi které patří zejména ofset, flexotisk, hlubotisk, sítotisk a knihtisk, se v dnešní době stále častěji setkáváme s termínem „digitální tisk“.
1.5.1
Tisk z výšky
U tiskové formy jsou tisknoucí prvky (stíny) podstatně vyvýšeny nad místa netisknoucí (světla) (viz Obrázek č. 9). Na potiskovaný materiál se tlakem přenáší tisková barva, která je v průběhu tisku rovnoměrně navalována na reliéf tiskové formy [10]. Aby vznikl při tisku obraz stranově správný (čitelný), musí být vyvýšené stíny na tiskové desce provedeny stranově obráceně (nečitelně). Povrch stínů musí být vždy v jedné rovině. K tiskové technice tisku z výšky se zařazují: dřevoryt, dřevořez, knihtisk, nepřímý knihtisk a flexografie.
Obrázek 9. [11] Tisk z výšky
Bakalářská práce 22
1.5.2
Tisk z hloubky
Na tiskové formě jsou tisknoucí prvky (stíny) zahloubeny do jejího povrchu.
Světla, která se nemají tisknout, jsou v rovině hladkého povrchu tiskové desky. Na potiskovaný materiál se přenese tisková barva vyplňující nestejně hluboko vyrytá nebo zaleptaná místa. Zbytky barvy musí být před tiskem setřeny. K tisku je nutno použít velmi kvalitního - barvu dobře přijímacího materiálu. Vyvinutým tlakem při tisku dochází k prenosu vzoru na materiál (Obrázek 10) [12].
Obrázek 10. Tisk z hloubky
1.5.3
Digitální tisk
Digitální tisk je ideální metoda pro tisk černobílých i barevných produktů v malých nákladech. Na rozdíl od ostatních metod totiž není při digitálním tisku potřeba vyrábět film nebo desku – jediné, co k tisku stačí, je soubor v digitální podobě, který si tiskové zařízení dále zpracuje samo. Díky absenci tiskové desky jsou počáteční náklady mnohem nižší než u ostatních metod.Podobně jako v době průmyslové revoluce byla metoda digitálního tisku pro textil převzata z technologií potiskování papíru ( Obrázek č. 11).
Obrázek 11. Průmyslové konstrukce pro tisk vysokých nákladů KORNIT STORM [13]
Bakalářská práce 23
Existují dvě základní metody digitálního tisku, jedná se o laserové a inkoustové tiskárny.
U laserových tiskáren způsob přenosu toneru na papír spočívá v elektrostatice.
Fotovodivý povrch na tiskovém bubnu nebo pásu je nabit kladným elektrickým nábojem (v místech, kde je třeba navázat tiskovou barvu), z netiskových míst je tento náboj odveden pomocí odraženého světla. Pokud se tiskne z digitálního souboru, je obraz vytvořen laserem, který postupně odkrývá jednotlivé body. Tento nabitý povrch je následně poprášen záporně nabitým tonerem, který se naváže na tisková místa a poté je zapečen na papír. Použití laseru je nejběžnější, ale existují i jiné metody, jako například vykreslování LED diodami, pomocí LCD nebo EBI (electronic beam imaging), některé systémy potom používají místo toneru inkousty. Na podobném principu funguje magnetografie, kde při průchodu elektřiny dochází ke zmagnetování elektromagnetů, které na bubnu vytvoří obraz a na ten je nanesen toner.
Inkoustové tiskárny fungují tak, že z hlavic jsou na základě pokynů z digitálního souboru nanášeny kapičky inkoustu na papír. Výhodou inkoustových zařízení je, že mohou tisknout na velké formáty, umožňují tisk na plasty, kov či textil.
1.5.4
Historie inkoustového tisku
V roce 1878 Lord Rayleigh uveřejnil práci s názvem „On the instability of jets“.
Popisuje v ní způsob dělení proudu kapaliny do kapek. Siemens patentuje první tiskovou hlavu, v roce 1951, která tiskla pomocí proudu inkoustu rozděleného do jednotlivých kapiček. 70. léta 20. stol. systémy s řízenou generací inkoustových kapek – tzv. drop-on-demand systémy. Doba osmdesátých let dvacátého století je masové rozšíření inkoustové technologie do kanceláří, domácností a do oblasti fotografické reprodukce [14].
1.5.5
Termální inkoustový tisk
CIJ metoda tisku je komerčně použita na začátku 70. let a je zřejmě nejvíce rozšířenou technologií použitou v dnešních zařízeních. Princip je značně jednoduchý, vývoj trval mnoho let. Přes dlouhé roky práce a důležitých změn hlavně v řídící a kontrolní části tiskárny, mechanický díl hlavy zůstává konstrukčně téměř beze změn.
Rozdělení technologií ukazuje jednoduchý obrázek 12.
Bakalářská práce 24 Obrázek 12. Rozdělení inkoustového tisku
V roce 1985 pracovník firmy Canon náhodou přiložil rozpálenou páječku k injekční stříkačce, což způsobilo vystříknutí kapky inkoustu z trysky. Takto vznikla technologie propagovaná firmou Canon, s obchodním označením ,,Bubble-Jet". Tento příběh velmi dobře a jednoduše popisuje základní princip termálního inkoustového tisku. Označení ,,termální" vychází z názvu hlavního činitele, kterým je teplo. Topné těleso zahřáté na 300 °C zahřeje méně než 0,3% obsahu komory s inkoustem (oficiální informace firmy Hewlett-Packard). Při teplotě 300 °C se u topného tělesa odpařením malého množství inkoustu vytvoří bublina, která svým rozpínáním v omezeném prostoru komory zapříčiní vystříknutí inkoustu. Poté je topné těleso ochlazeno. Tento proces se v současných tiskárnách opakuje i více než 18 000 krát za vteřinu. K ohřátí topného tělesa dochází jen tehdy, je-li potřeba vytisknout jeden tiskový bod. Podle způsobu umístění topného tělesa rozlišujeme komory realizované technologií roof- shooter nebo side-shooter [15].
1.5.5.1 Roof-shooter
V konstrukčním řešení označovaném jako roof-shooter je topné těleso umístěno přímo proti ústí trysky. Bublina vzniklá odpařením inkoustu se tak rozpíná přímo proti trysce.
Bakalářská práce 25
1.5.5.2 Side-shooter
Topné těleso je umístěno kolmo k trysce. Bublina se tedy nerozpíná přímo proti trysce, ale proti protější stěně komory. Princip tisku ale zůstává stále stejný.
1.5.5.3 Inkoustový tisk
Nevýhodou termálního oproti piezo-elektrickému inkoustového tisku je tvorba sekundárních kapek tzv. satelitů. Satelity se utvářejí díky porušení povrchu kapky při jejím vystřelení z trysky. Jsou ovšem tak malé, že pro jejich pozorování je potřeba velmi silný mikroskop [16].
1.5.5.4 Piezo-elektrický inkoustový tisk
Roku 1988 se firma Seiko-Epson rozhodla investovat do vylepšení technologie založené na piezoelektrickém jevu za účelem vyvinutí tiskové hlavy. Zlom ve vývoji nastal díky použití vícevrstvého piezo-krystalu, který umožnil inženýrům snížit napájecí napětí a celé zařízení tak miniaturizovat. První komerční piezo-elektrická tiskárna byla uvedena do prodeje v březnu roku 1993. Piezoelektricita je schopnost krystalu při působení tlaku generovat elektrické napětí. Tento efekt platí i obráceně, proto při působení elektrického napětí na piezo-krystal dochází k drobným změnám tvaru. Při působení záporného napětí dochází ke zmenšení piezo-krystalu, což má za následek rozšíření průměru tlakové komory a vznik podtlaku, který do komory nasaje inkoust. Při rychlém převrácení polarity napětí dochází k zmenšení průměru tlakové komory a vypuzení inkoustu. Pro snížení množství kapek je opět polarita převrácena a do trysky je nazpět nasát inkoust, ze kterého by se jinak vytvořily kapky.
1.5.5.5 Voskové inkoustové tiskárny
Způsob tisku se podobá tisku termální inkoustové tiskárny, rozdíl je však v inkoustu. Ve voskových inkoustových tiskárnách je místo tekutého inkoustu užíván speciální vosk (bývá také nazýván tuhý inkoust). Tiskárny se liší i tím, že dokáže namíchat potřebnou barvu bodu i bez nutnosti překrývání rastrů. Tisk je kvalitnější a také podání barev je živější.
Bakalářská práce 26
1.5.5.6 Squeeze-mode (Squeeze-tube)
Tisková hlava je realizována buď jako tenká trubička z piezo-krystalu obklopující skleněnou trysku nebo jako piezo-krystal potažený plastem obklopující přívodní kanálek.
1.5.5.7 Bend-mode
Piezo-krystal má formu plátů, které jsou připevněny k přepážce. Tvoří tak pole bilaminárních elektromechanických měničů. Pláty piezo-krystalu jsou umístěny proti trysce. Při přivedení napětí dojde k prodloužení krystalu, který přes membránu vytlačí inkoust ven z komory.
1.5.5.8 Push-mode
Teoreticky piezo-krystal tvaru tyče umístěný proti trysce při rozpínání tlačí inkoust směrem ven z trysky. V praktické implementaci se mezi piezo-krystal a inkoust umísťuje membrána, aby se předešlo neočekávaným interakcím mezi piezo-krystalem a inkoustem.
1.5.6
Výhody a nevýhody inkoustových tiskáren
Výhodami jsou:
klidnější provoz
jemnější tisk a hladší detaily
kvalitní fotografický tisk
levná, ekologická metoda pro výrobu mikrostruktur
bezkontaktní depoziční technologie schopná deponovat kovové a polymerní inkousty, biologické proteiny i buňky
mnoho experimentů je založeno na využití klasických domácích inkoustových tiskáren
nevyžaduje čisté prostory (clean rooms)
určena pro tisk 2D struktur, skládáním vrstev materiálu však lze získat i 3D strukturyBakalářská práce 27
Nevýhodami jsou:
vysoká cena inkoustu
náchylnost trysek k ucpání zaschlým inkoustem
jemnější tisk a hladší detaily
rozpustnost inkoustového potisku ve vodě, a proto je třeba chránit dokumenty před každou kapkou
časově omezená životnost inkoustů – blednou [17].
standardní technologie má nižší rozlišení než jiné technologie (5 μm),fotolitografie (~ nanometry)
před vytisknutím materiálu je nutné prozkoumat jeho vhodnost použití jako inkoustu (může to být velmi složité)
nedosažení hodnot jakéhokoliv z parametrů kladených na inkoust (viz dále) může vést k ucpávání trysek
„coffe-ring effect“ – rozpíjení inkoustu
1.5.7
Digitální tisk textilií
Je vyžívána především technologie inkoustového tisku. Stroje (tiskárny) určené pro potisk textilií vyrábí v současnosti celá řada firem viz.Tab.1.
Tabulka 1. Seznam firem
Výrobce Země
Mimaki Japonsko
Rolland Japonsko
Epson Japonsko
Mutoh Japonsko
DGI Korea
DURST Italie
D-GEN Korea
KONICA Japonsko
MTEX Portugalsko
Jako tiskařské medium se používají reaktivní inkousty, přičemž je potiskována převážně bavlna. Při tisku a následném zpracování v alkálii dochází mezi barvivem a celulózou k vazbě, jak bylo popsáno v kapitole 1.4. Alkálie potřebná pro fixaci barviva
Bakalářská práce 28
je buď součástí inkoustu (nevýhodné – omezená skladovatelnost), nebo je nanášena na textilii před nebo po tisku reaktivními barvivy.
1.6
Stálosti vybarvení
Jedním z nejdůležitějších hledisek při posuzování kvality textilních výrobků je stálost jejich vybarvení. Nedostatečná stálost vybarvení se většinou projeví již velmi brzo při dalším zpracování. Používání nebo ošetřování výrobku je doprovázeno nepříznivými změnami jeho vzhledu, které snižují užitnou hodnotu výrobku natolik, že je v některých případech k původnímu účelu nepoužitelný. Vedle toho dochází i k zabarvení jiných výrobků, které jsou ve styku s nestálobarevnou textilií [18]. Způsob barvení by měl být proto volen velmi pečlivě. Při volbě barviva a technologie zpracování je nutno respektovat zejména tři hlediska, a to účel použití výrobku, životnost výrobku a jeho cenu. Soulad těchto faktorů vyžaduje mj. i znalost zkušebních metod pro hodnocení stálostí vybarvení textilií. Základem všech zkušebních metod pro zjišťování stálostí vybarvení jsou jednak pracovní postupy při zušlechťování textilií (bělení, vyvářce apod.), tzv. provozní stálosti a jednak napodobování vlivů, kterým textilie podléhají při používání a ošetřování (stálost v potu, na světle, v praní apod.), tzv.
spotřebitelské stálosti. Stanovují se zejména tyto stálosti: – stálost vybarvení v otěru – stálost vybarvení ve vodě a v praní – stálost vybarvení na denním a umělém světle – stálost vybarvení při žehlení [19].
1.6.1
Stálosti za mokra
Mezi tzv. mokré stálosti patří stálost ve vodě, v potu, v praní, v alkalické vyvářce, krabování, bělení peroxidem atd. Vzorek pro mokré stálostní zkoušky se skládá ze tří textilních materiálů o velikosti 10 x 4 cm. Taktéž se tento sdružený vzorek jednoduše nazývá sendvič. Po sestavení vzorků se musejí vrstvy zpevnit, aby se jednotlivé vrstvy neoddělily od ostatních. Sdružený vzorek se připravuje striktně podle normy ČSN EN ISO 105-C06 (80 0123). Vytvořený sendvič se upevňuje sešitím na jedné krátké straně.
vrstvu tvoří první doprovodná neobarvená tkanina, která musí mít stejné materiálové složení jako zkoušený vzorek
Bakalářská práce 29
vrstvu tvoří obarvená zkoušená textilie
vrstvu tvoří druhá doprovodná neobarvená tkanina definovaná normou Stálost v potu je popsána normou ČSN 80 0165.
Bakalářská práce 30
2 Experimentální část
2.1 Formulace problému a postup řešení
Finální úpravy jsou nedílnou součásti barvícího procesu. Jedná se především o praní, jehož úkolem je odstranit nefixovaný, zhydrolyzovaný podíl barviva, který není schopen pevněji se vázat se substrátem. Odstranění tohoto hydrolyzátu je časově náročný proces, protože substantivita značně zpomaluje vypírání tohoto nežádoucího podílu z vláken. Efektivním způsobem pro odstranění hydrolyzovaného RB z vláken je jednoduché intenzivní vyváření ve vroucí vodě. Voda musí být dostatečně opakovaně vyměňována tak dlouho, až zůstává nezabarvena. Důsledkem nedokonalého závěrečného zpracování je podstatné snížení zejména mokrých stálostí.
Právě tato velká náročnost provozního vypírání - oplachování na energii a spotřebu vody představuje důležitý omezující pohled při aplikaci reaktivních barviv v barvířství a tisku.
Experimentální část této bakalářské práce byla změřena na intenzifikaci praní, která by vedla k minimalizace spotřeby vody.
Cílem práce je zlepšit proces praní po digitálním tisku.
Bakalářská práce 31
2.2 Použitý materiál, přístroje a chemikálie.
2.2.1
Použitý materiál
Tato práce byla provedena na nemercerované bavlněné tkanině viz. Tab. 2.
Tabulka 2. Charakteristika použitého materiálu
Složení: 100% nemercerovaná bavlna Ms [g/m2] 133 g.m-2
Do [nití/10cm] 29 nití/cm Dú [nití/10cm] 20 nití/cm.
Vazba: plátnová
2.2.2
Použité chemikálie
1. Pro stálostí vybarvení v potu - alkalicky roztok(Obrázek č. 13), obsahující v jednom litru : 0,5g monohydrátu L-histidinmonohydrochloridu (C₆H₉O₂N₃. HCL .H₂O), 5g chloridu sodného (NaCl), 5g dodekahydrátu hydrogenfosforečnanu disodného (Na₂HPO₄ . 12 H₂O) pH roztoku se upraví na 8 roztokem hydroxidu sodného o koncentraci (NaOH)₌ 0,1 mol/l
Obrázek 13. Alkalicky roztok
Bakalářská práce 32
2. Pro praní a neutralizaci - 10% CH₃COOH (kyselina octová), Na₂CO₃ (uhličitan sodný) (Obrázek č. 14 a 15), 20% H₂O₂ (peroxid vodíku)
Obrázek 14. Kyselina octová
Obrázek 15. Uhličitan sodný
2.2.3
Použité přístroje
2.2.3.1 Spektrofotometr UV-1600PC
Přístroj pro měření absorbance světla o určité vlnové délce z VIS spektra, procházejícího přes roztok zkoumané látky. Je to jednopaprskový spektrofotometr, který měří v oblasti vlnových délek 190–1100nm. Parametry přístroje: přesnost ±0,5nm, fotometrický rozsah −0,3 do 3 A; 0 - 200% T, vlnový rozsah 190-1100 nm. Přístroj je umístěn na Katedře materiálového inženýrství TUL a dodán firmou VWR Collection.
Spektrofotometr UV-1600PC je ukázán na obrázku (Obrázek č. 16) Spektrofotometr má tedy tyto části:
1. zdroj světla (deuteriový/wolframový halogen) 2. monochromátor (mřížka 1200 řádků/mm) 3. kyvetový prostor
4. silikonový fotodiodový detektor 5. vyhodnocovací zařízení
Obrázek 16. Spektrofotometr UV-1600PC (Zdroj: Vlastní)
Bakalářská práce 33
2.2.3.2 Sušárna, zajištující teplotu (37±2) °C (viz. Obr. č. 17)
Obrázek 17. Sušárna (Zdroj:Vlastní)
2.2.3.3 Perspirometr
Zařízeni sestávající z rámu, zhotoveného z nekorozivního materiálu nebo z materiálu opatřeného nekorozivní vrstvou, ze závaží hmotnosti 5 kg a destiček ze skla o rozměrech 115 mm × 60 mm × 1,5mm.
Perispometr je na obr. 18.
Obrázek 18. Perspirometr (Zdroj: Vlastní)
Bakalářská práce 34
2.2.3.4 Šedá stupnice pro hodnocení změny odstínu a zapuštěni
Pomocí šedé stupnice (Obrázek 19 a 20) se u stálostních zkoušek hodnotí jednak změna odstínu, jednak zapuštění na doprovodné tkaniny. Vyhodnocuje se vizuálním srovnáváním se dvěma pětistupňovými šedými etalony (5- "nejstálejší", 1-
"nejhorší",uvádějí se i mezistupně- např. 2-3) [20].
Obrázek 19. Šedá stupnice pro hodnocení zapouštění Obrázek 20. Šedá stupnice pro hodnocení změny odstínu
2.2.3.5 Vysokotlaký čistič Kärcher (viz. Obr. č. 21)
Tabulka 3. Technické údaje
Tlak (bar/MPa) Max. 110 / Max. 11
Průtok (l/h) Max. 360
Max. teplota přívodní vody (°C) Max. 40
Napětí (V) 220 - 240
Příkon (kW) 1,4
Plošný výkon (m²/h) 20
Hmotnost bez příslušenství (kg) 4
Rozměry (D x Š x V) (mm) 176 x 280 x 443
Bakalářská práce 35 Obrázek 21. Vysokotlaký čistič Kärcher [21]
2.2.4
Zkušební metody
2.2.4.1 Zkouška stálobarevnosti v potu
2.2.4.1.1 Podstata zkoušky
Metoda je založena na zjišťování změny odstínu vzorku a zapouštění doprovodných tkanin ve stupních šedé stupnice při působení alkalických nebo kyselých roztoků, obsahujících histidin - imitujících lidský pot [22].
2.2.4.1.2 Postup zkoušky
Doprovodné bavlněné tkaniny o velikosti 100 mm×40 mm a analyzované vzorky jsme namočili v alkalickém roztoku (Obr. č. 20) a sledovali zapouštění barviva na doprovodné textilie za podmínek při pocení lidského těla – 4 hodiny, 37°C. Po zpracování v roztoku simulujícím složením pot (30 min, při teplotě místnosti) jsme ve vlhkém stavu spolu se smočenými doprovodnými textiliemi vložili do termostatovaného zařízení, kde jsou definovaně stlačeny (12,5 kPa) po dobu 4 hodiny. Po usušení jsme analyzovali změnu odstínu vzorku a zapouštění do doprovodných tkanin podle šedé stupnice.
Bakalářská práce 36
2.2.4.2 Absorpční spektrometrie
Hlavním principem měření u metod absorpční spektroskopie je sledování absorpce neboli pohlcování záření vzorkem. Množství absorbovaného záření je závislé na koncentraci vzorku a vztah mezi těmito veličinami určuje již výše zmiňovaný Lambertův-Beerův zákon [23].
Průchodem vysílaného záření přes vzorek se jeho intenzita zmenší, ale vlnová délka záření se nemění. Při měření používáme různé vlnové délky záření a tím postupně získáváme absorpční spektrum. Veličina absorpčního maxima vyjadřuje vlnovou délku, při které analyzovaná látka nejvíce absorbuje záření. Tato hodnota je charakteristická pro různé látky a napomáhá nám analyzovat vzorek. Při podrobnějším zkoumáním můžeme určit i přítomnost některých atomových uskupení a jejich množství ve vzorku.
Absorpční spektroskopii můžeme dělit na mnoho metod podle druhu použitého záření a druhu vzorku. [24].
2.3 Postup experimentů
1. Simulované praní: původně potištěný materiál byl vyprán za varu ve čtyřech lázních o poměru 1:100 ml. Tento postup představuje „dokonalé“ seprání hydrolyzovaného barviva.
2. Experimenty vedoucí k intenzifikaci pracího procesu:
a) Opakovaný postřik (prosávání) – pomocí vývěvy.
b) Třepání v krátké lázni.
c) Oxidace.
d) Postřik přístrojem Kärcher.
e) Prosávání pod tlakem – se zvýšeným tlakem (vysavač).
f) Prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody
3. Zkouška v alkalickém potu, jako posouzení vhodnosti pracího postupu.
Bakalářská práce 37
2.4 Provedené zkoušky
2.4.1.1 Podstata zkoušek
Z toho důvodu, že na textilii zůstává neupevněné barvivo, zhoršilo by též stálosti po tisku, a proto bylo provedeno simulované praní.
Původně potištěný materiál byl vyprán za varu ve čtyřech lázních o poměru 1:100 ml. Tento postup představuje „dokonalé“ seprání hydrolyzovaného barviva.
Všechny vzorky po praní byly podrobeny testům stálosti v alkalickém potu a také bylo měřeno pH povrchu pomocí pH papírku (za mokra okamžitě po „vyprání“
vzorku).
2.4.1.2 Vyhodnocení zkoušky stálobarevnosti v alkalickém potu
Stálosti vzorků podrobených intenzifikovanému praní byly porovnány se stálostmi vzorků nepraných a rovněž se stálostmi vzorků podrobených "standardnímu"
praní . Hodnocení výsledků probíhalo podle šedé stupnice. Zkouška byla provedena podle příslušné normy ČSN 80 0119.
Podle šedé stupnice pro hodnocení změny odstínu znamená
1 - velký rozdíl, nejmenší stálost 5 - žádný rozdíl, nejvyšší stálost
Podle šedé stupnice pro hodnocení zapouštění barviva znamená
1 - nejvyšší míra zapouštění,vzorek se zcela obarvil
5 - žádné zapouštění ,vzorek zůstal po zkoušce v alkalickém potu v původním barevném odstínu
Výsledky hodnot stálostí byly porovnávány se stálostmi vzorků po „dokonalém“ (za varu ve čtyřech lázních o poměru 1:100 ml praní ) a stálostmi vzorků nepraných (Tabulka 4 a 5).
Bakalářská práce 38 Tabulka 4. Neprané vzorky po zkoušce v alkalickém potu
Barva Zapouštění na materiál Stupeň změny odstínu
Modrá 2 3
Fialová 1 4
Hnědá 2 4
Tabulka 5. Vyprané vzorky po zkoušce v alkalickém potu
Barva Zapouštění na materiál Stupeň změny odstínu
Modrá 4-5 5
Fialová 4 5
Hnědá 4-5 5
2.4.2
Opakovaný postřik (prosávání)
2.4.2.1 Postup zkoušky
Prosávání bylo prováděno pomocí zařízení pro filtraci za sníženého tlaku. Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky (Obrázek č. 22) s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 80°C. Celkem bylo aplikováno 5 krát po 2ml vody.
Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 8. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 5x5ml). Výsledné pH vzorečku v nálevce se pak snížilo na 7.
Obrázek 22. Büchnerova nálevka
Bakalářská práce 39 Tabulka 6. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
1 80°C - 5x 2 ml 8
2 80°C - 5 x 5 ml 7
2.4.2.2 Opakovaný postřik (prosávání s kyselinou octovou)
1. Neutralizace kyselinou octovou. Byla použitá lázeň - 10% CH3COOH.
2. Před prosáváním byl vzorek postříkán 10% CH3COOH. Prosávání bylo prováděno pomocí zařízení pro filtraci za sníženého tlaku. Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky (Obrázek č. 22) s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 80°C. Celkem bylo aplikováno 4 krát po 2ml vody. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 6. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 4x5ml). Výsledné pH vzorečku v nálevce bylo 6.
Tabulka 7. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
3 80°C 2ml 10%
CH3COOH
4 x 2 ml 6
4 80°C 5ml 10%
CH3COOH
4 x 5 ml 6
2.4.3
Třepání v krátké lázni
2.4.3.1 Postup zkoušky
Do uzavíratelných nádob bylo odměřeno po 2ml nebo 5ml studené lázně. Následně jsme vložili do každé nádoby vzorky. Hmotnost jednoho vzorku byla 0,14g. Nádoba byla uzavřena a následovalo třepání v studené lázni. Doba působení byla 1 minuta.
Tento postup byl 5 krát opakován.
Bakalářská práce 40 Tabulka 8. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody
5 20°C - 5 x 2 ml
6 20°C - 5 x 5 ml
2.4.4
Oxidační praní
Oxidace intenzifikuje řadu procesů, a proto bylo provedeno rovněž oxidační praní vzorků. Vzhledem k tomu, že je oxidace agresivní metoda, která může ovlivnit i strukturu samotného barviva, byl před vlastními testy nazvanými „oxidační praní“
proveden test stability vybraných reaktivních barviv při oxidaci v různém pH.
Vzhledem k tomu, že nemáme k dispozici inkousty, s nimiž je textilie potištěna, byla pro test vybrána barviva s různou konstitucí a reaktivní skupinou.
2.4.5
Oxidace při různém pH
2.4.5.1 Spektra reaktivních barviv po oxidaci v různém pH
Oxidace barviv:
0.2 ml roztoku barviva o konc. 2 g/l bylo převrstveno 3 ml 20% H2O2,
pH bylo nastaveno na hodnotu pH=3 (kys. octová), pH=7, pH=10 (uhličitan sodný) Doba působení 5 minut, pro spektrofotometrii 10x zředěno.
(0,0004g barviva na 3ml 20% peroxidu = 0,13g barviva na 1l H2O2) Použitá barviva:
Ostazinová oranž V-3R (Reactive Orange 16) - sulfatoethylsulfon (viz. Obr. č. 23) Ostazinová modř H3R (Reactive Blue 49) - monochlortriazin (viz. Obr. č. 24) Ostazinová červeň V-RB (Reactive red 198) - bifunkční (sulfatoethylsulfon + monochlortriazin (viz. Obr. č. 25)
Bakalářská práce 41
2.4.5.2 Vyhodnocení zkoušky absorpční spektrometrie
Obrázek 23. pH křivky - ostazinová oranž V-3R
Obrázek 24. pH křivky- ostazinová modř H-3R
Obrázek 25.- pH křivky - ostazinová červeň V-RB
Z grafů na obrázcích je zřejmé, že ve většině případů nedochází k změnám spekter, z čehož lze usoudit, že nedochází k poškození barviva.
Bakalářská práce 42
2.4.5.3 Postup zkoušky oxidace při různém pH
Byla použitá lázeň - 20% H₂O₂ (peroxid vodíku). Vzorky byly namočeny do peroxidové lázně s různým pH (3, 7, 10) po dobu 20 sek. Poté byly vzorky proplachovány pod tekoucí vodou. PH bylo nastaveno kyselinou octovou na pH 3 a uhličitanem sodným na pH 10. Byly zpracovány vzorky v neutrálním prostředí pH 7.
2.4.5.4 Postup zkoušky oxidační praní
Před prosáváním byl vzorek postříkán roztokem, obsahujícím 20% H₂O₂.
Prosávání bylo prováděno pomocí zařízení pro filtraci za sníženého tlaku. Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně.
Teplota použité vody 20°C. Celkem bylo aplikováno 4 krát po 2ml vody. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 6. Stejný proces jsme udělali i s 2ml (tzv.
4x2ml),ale teplota použité vody byla 80°C . Výsledné pH vzorečku v nálevce bylo 7.
Tabulka 9. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
7 20°C 2ml 20% H₂O₂ 4x 2 ml 6
8 80°C 2ml 20% H₂O₂ 4 x 2ml 7
2.4.6
Oxidace v kyselém prostředí
2.4.6.1 Postup zkoušky
Před prosáváním byl vzorek postříkán roztokem, obsahujícím 20% H₂O₂ a 10%
CH3COOH. Prosávání bylo prováděno pomocí zařízení pro filtraci za sníženého tlaku.
Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 20°C. Celkem bylo aplikováno 4 krát po 2ml vody.
Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 6. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 4x5ml).Výsledné pH vzorečku v nálevce bylo 6.
Bakalářská práce 43 Tabulka 10. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
9 20°C 2ml % H₂O₂ a 10%
CH3COOH
4x 2 ml 6
10 20°C 5ml % H₂O₂ a 10%
CH3COOH
4 x 5ml 6
2.4.7
Postřik přístrojem Kärcher
Přísroj Kärcher je podrobněji popsán v odstavci 2.2.3. - Použité přístroje".
Vzorek byl umístěn do síta a postříkán přístrojem s vysokým tlakem.
2.4.8
Prosávání pod tlakem (prosávání s kyselinou octovou)
2.4.8.1 Postup zkoušky
1. Neutralizace kyselinou octovou.Vzorky byly postříkány 10% CH3COOH.
2. Následně byl prováděn prosávácí test za intenzivního odsávání pomocí vysavače(Obrázek č. 26). Díky vysavači vzniká vyšší tlak,než při běžném napojení vodou. Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky (Obrázek č. 22) s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 80°C. Celkem bylo aplikováno 4 krát po 2ml vody. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 5. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 4x5ml vody). Výsledné pH vzorečku v nálevce 5.
Tabulka 11. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
11 80°C 2 ml 10%
CH3COOH
4x 2 ml 5
12 80°C 5 ml 10%
CH3COOH
4 x 5ml 5
Bakalářská práce 44
2.4.9
Prosávání pod zvýšeným tlakem
1. Byl prováděn prosávácí test za intenzivního odsávání pomocí vysavače (Obrázek č. 26). Díky vysavači vzniká vyšší tlak, než při běžném napojení vodou. Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky (Obrázek č. 22) s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 80°C. Celkem bylo aplikováno 5 krát po 2ml vody. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 8. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 5x5ml vody). Výsledné pH vzorečku v nálevce se pak snížilo na 6.
2. Byl prováděn prosávácí test za intenzivního odsávání pomocí vysavače. Postup byl úplně stejný ,ale teplota použité vody byla 20°C. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce bylo 7 (tzv. 5x5ml vody), výsledné pH (tzv. 5x2ml vody) bylo 9.
Tabulka 12. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
13 80°C - 5x 2 ml 8
14 80°C - 5 x 5ml 6
Tabulka 13. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
15 20°C - 5x 2 ml 9
16 20°C - 5 x 5ml 7
2.4.10
Prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody
Byl prováděn prosávácí test za intenzivního odsávání pomocí vysavače (Obrázek č.
26). Vzorek byl umístěn do Buchnerovy nálevky (Obrázek č. 22) s děrovaným dnem, následně jsme vzorek prolévali 2ml vody. Po prokapání veškeré vody ze vzorku byla aplikována voda opakovaně. Teplota použité vody 20°C. Celkem bylo aplikováno 3 krát po 2ml vody. Výsledné pH měřené na povrchu vzorku v nálevce
Bakalářská práce 45
bylo 10. Stejný proces jsme udělali i s 5ml (tzv. 3x5ml vody). Výsledné pH vzorečku v nálevce se pak snížilo na 9.
Obrázek 26. Vysavač Electrolux XXL110
Tabulka 14. Podmínky zkoušky
Číslo vzorku Teplota použité vody
Chemikálie Množství vody pH
17 20°C - 3x 2 ml 10
18 20°C - 3 x 5ml 9
Bakalářská práce 46
3 Výsledky a diskuse výsledků
Byly provedeny zkoušky stálostí v potu, tedy zapouštění do doprovodných tkanin. Zkouška byla provedena podle příslušné normy ČSN 80 0119. Zkoušený vzorek byl hodnocen pomocí šedé stupnice pro hodnocení změny odstínu.
Podle šedé stupnice pro hodnocení změny odstínu znamená
1 - velký rozdíl, nejmenší stálost 5 - žádný rozdíl, nejvyšší stálost
Podle šedé stupnice pro hodnocení zapouštění barviva znamená
1 - nejvyšší míra zapouštění,vzorek se zcela obarvil
5 - žádné zapouštění ,vzorek zůstal po zkoušce v alkalickém potu v původním barevném odstínu
Na základě předchozích experimentů byly experimenty (prosávání pod zvýšeným tlakem tzv. 5x5ml 80°C a prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody tzv. 3x5ml 20°C) provedeny opakovaně z toho důvodu, že jejich výsledky byly lepší v porovnání s ostatními. V této kapitole jsou uvedeny pouze demonstrační příklady lepších výsledků, ostatní jsou v příloze.
Vyhodnocení zkoušky stálobarevnosti v alkalickém potu
Tabulka 15. Prosávání pod zvýšeným tlakem tzv. 5x5ml 80°C
Barva Zapouštění na materiál Stupeň změny odstínu
Modrá 4,4,4,5,5 4,4,4,4.4
Fialová 4,3,4,3,3 4,5,4,5,4
Hnědá 3,2,3,4,4 5,5,5,5,5
Žlutá 4 5
Oranžová 3 4
Zelená 3 5
Bakalářská práce 47
Barva Zapouštění na materiál Stupeň změny odstínu
Růžová 3 4
Černá 3 5
Tmavě hnědá 3 4
Diskuze – Zkouška stálobarevnosti v potu
Při hodnocení změny odstínu byl u všech vzorků zjištěn stupeň mezi 4-5, což je beze změny odstínu mezi odstínem zkoušeného a původního vzorku, stálost barviva na textilii nejvyšší. Při posouzení stupně zapouštění byl zjištěn stupeň mezi 2-4.
Tabulka 16. Prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody tzv. 3x5ml 20°C
Barva Zapouštění na materiál Stupeň změny odstínu
Modrá 3,3,3,2,3 4,4,4,4.4
Fialová 2-3,3,3,3,3 4,5,4,5,4
Hnědá 3,2,2,2,2 5,5,5,5,5
Žlutá 3 5
Oranžová 3 5
Zelená 3 5
Růžová 3 4
Černá 2 5
Tmavě hnědá 2-3 5
Diskuze – Zkouška stálobarevnosti v potu
Při hodnocení změny odstínu byl u všech vzorků zjištěn stupeň mezi 4-5, což je beze změny odstínu mezi odstínem zkoušeného a původního vzorku, stálost barviva na
Bakalářská práce 48
textilii nejvyšší. Při posouzení stupně zapouštění byl u všech vzorků zjištěn stupeň mezi 2-3.
Popisná statistika
Pro vzorky z obou experimentů byl spočten podle následujících vzorců aritmetický průměr naměřených hodnot, jejich výběrová směrodatná odchylka, variační koeficient a dolní a horní 95% interval spolehlivosti, medián,modus,rozptyl. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 15 a 16.Vysledky měření jsou uvedeny v tabulce č. 17 a 18.
1. Aritmetický průměr
n
i
xi
x n
1
1
2. Výběrová směrodatná odchylka
n
i
i x
n x s
1
2
1 1
3. Dolní mez 95% intervalu spolehlivosti
n n t x s
PD ( 1)
% 95
4. Horní mez 95% intervalu spolehlivosti
n n t x s
PH ( 1)
% 95
5. Variační koeficient
6. Rozptyl
Tabulka17. Výsledky měření ( Prosávání pod zvýšeným tlakem tzv. 5x5ml 80°C)
Barva Stupeň zapouštění na materiál
Stupeň změny odstínu
Modrá 4,4 4
Fialová 3,4 4,4
Hnědá 3,2 5
Žlutá 4 5
Oranžová 3 4
22
1
1
nx i
i
s x x
n
Bakalářská práce 49
Zelená 3 5
Růžová 3 4
Černá 3 5
Tmavě hnědá 3 4
Průměr 3,33 4,48
Směrodatná odchylka 0,52 0,50
Dolní interval 95% spolehlivosti 2,93 4,1 Horní interval 95% spolehlivosti 3,73 4,87
Rozptyl 0,27 0,25
Variační koeficient 15,5 11,2
Modus 3 4
Medián 3 4,4
Tabulka 18. Výsledky měření (Prosávání pod tlakem se sníženým množstvím vody tzv. 3x5ml 20°C )
Barva Stupeň zapouštění
na materiál
Stupeň změny odstínu
Modrá 2,8 4
Fialová 2,9 4,4
Hnědá 2,2 5
Žlutá 3 5
Oranžová 3 5
Zelená 3 5
Bakalářská práce 50
Růžová 3 4
Černá 2 5
Tmavě hnědá 2,5 5
Průměr 2,72 4,71
Směrodatná odchylka
0,39 0,44
Dolní interval 95% spolehlivosti
2,41 4,37
Horní interval 95% spolehlivosti
3,06 5,05
Rozptyl 0,15 0,20
Variační koeficient
14,21 9,51
Modus 3 5
Medián 2,9 5