Электрохимический способ крашения полиакрилонитрильных волокон кислотными красителями

 

Сущность изобретения: электрохимический способ крашения полиакрилонитрильных волокон кислотными красителями осуществляют в слабо-кислой среде при pH 3 - 5 в закрытом электролизере под давлением 15 атм, температуре 130°С с концентрацией красителя 0,06 г/л в присутствии ионов Cl^- в течение 30 - 40 мин при анодной плотности тока 0,007-0,009 A/дм². Выход по току ионов Cu (I) составляет 95 - 100%, выбираемость красителя волокном повышается до 65 - 70% .

Изобретение относится к электрохимическому производству и может применяться для крашения полиакрилонитрильных волокон.

Известен способ крашения ПАН-волокон и родственных волокнистых материалов, заключающийся в электрохимической генерации ионов одновалентной меди. Крашение осуществляется при температуре кипения с использованием медных электродов с концентрацией красителя 4% от массы волокна в течение 70-105 мин при анодной плотности тока 0,3 А/дм². Недостатки данного способа - низкая эффективность использования медного анода и низкая выбираемость красителя волокном.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является электрохимический способ крашения ПАН-волокна, заключающийся в генерировании ионов одновалентной меди непосредственно в красящем растворе. В качестве растворимого анода применяется Г-образная медная пластина. Генерирование ионов Cu(I) осуществляется в красящем растворе при атмосферном давлении, температуре 98^оС, рН 6 с концентрацией красителя 0,4 г/л в течение 60 мин при плотности тока (2-4) ˙10^-4 А/см².

Недостатки известного способа - низкий выход по току ионов Сu(I) и высокий расход красителя.

Целью изобретения является повышение выхода по току ионов Cu(I) и снижение расхода красителя.

Поставленная цель достигается тем, что генерирование ионов Cu(I) осуществляется под давлением 15 атм при температуре 130^оС в слабокислой среде (рН 3-5) в присутствии ионов Cl^- с концентрацией красителя 0,06 г/л в течение 30-40 мин при анодной плотности тока 0,007-0,009 А/дм².

Известные оптимальные условия, которые позволяют осуществить генерирование ионов Cu(I) в кипящем красящем растворе, соответствуют плотности тока (2-4)˙ 10^-4 А/см². Однако при этих условиях генерирования ионов Cu(I) не достигается потенциал электрода, при котором обеспечивается их максимальный выход по току.

На основании проведенных опытов установлено, что при давлении 15 атм поддерживается температура 130^оС, при этом анодная плотность тока составляет 0,007-0,009 А/дм², причем наблюдается максимальный выход по току ионов Cu(I) при анодном потенциале, равном 0,05 В (относительно хлорсеребряного электрода сравнения). Как при повышении плотности тока (> 0,009 А/дм²), так и при понижении плотности тока (< 0,007 А/дм²) потенциал анода сдвигается и выход по току ионов одновалентной меди падает. Выбираемость красителя волокном в найденном интервале плотностей тока максимальная. Эксперименты, проведенные по генерированию ионов Cu(I) в условиях прототипа, показали, что потенциал анода равен -0,1 В. При таком потенциале анода выход по току ионов Cu(I) снижается примерно в 1,7 раза, а выбираемость красителя волокном составляет всего до 50%. Добавление хлоридов при давлении 15 атм, температуре 130^оС показало, что ионы Сl^- до их концентрации 0,2 г/л повышают выход по току ионов Cu(I) в красящем растворе примерно на 6%, но не влияет на потенциал максимального выделения ионов Cu(I). Дальнейшее увеличение концентрации ионов Cl^- приводит к ухудшению окрашивания ПАН-волокна. В пересчете на 1 т нитрона по предложенному способу со сточными водами сбрасывается 4,2 кг красителя, а по известному - 20 кг. Таким образом, в предложенном способе экономия красителя составляет 15,8 кг на 1 т нитрона.

Эксперименты проводили в закрытом электролизере под давлением 15 атм, выполненном из нержавеющей стали объемом 1 л. Анод - прямоугольная пластина из рафинированной меди, катод - прямоугольная медная пластина.

П р и м е р 1. В закрытый электролизер помещен красящий раствор состава, аналогичного прототипу: 8 г/л сульфата аммония; 6 г/л сульфата натрия; 0,6-1 г/л муравьиной кислоты; 0,2 г/л хлористого натрия; 0,06 г/л кислотного хромового зеленого антрахинового красителя (ГОСТ 10945-74), 10 г ПАН-волокна. Продолжительность генериро- вания ионов Cu(I) под давлением 15 атм, температуре 130^оС, i = 0,008 А/дм² в слабо кислой среде (рН 3-5) составила 40 мин. Потенциал анода -0,05 В. Выход по току ионов Cu(I) 100%, что примерно в 1,7 раза выше, чем в прототипе. Выбираемость красителя волокном составляет примерно 70%, что в 1,4 раза выше, чем в прототипе.

П р и м е р 2. Условия те же, что и в примере 1, но плотность тока i= 0,007 А/дм², продолжительность 30 мин. Потенциал анода равен 0,07 В. Выход по току ионов Cu(I) 95%, что примерно в 1,58 раза выше, чем в прототипе. Выбираемость красителя волокном составляет приблизительно 65%, что в 1,3 раза выше, чем в прототипе.

П р и м е р 3. Условия те же, что и в примере 1, но плотность тока i= 0,009 А/дм², продолжительность 35 минут. Потенциал анода 0,02 В. Выход по току ионов Cu(I) 97%, что примерно в 1,6 раза выше, чем в прототипе. Выбираемость красителя волокном составляет приблизительно 66%, что в 1,32 раза выше, чем в прототипе.

П р и м е р 4. Условия те же, что и в примере 1, но i = 0,004 А/дм², продолжительность 105 мин. Потенциал анода = -0,25 В. Выход по току ионов Сu(I) 50% . Выбираемость красителя волокном составляет около 49%, что соответствует выходу по току меди и выбираемости красителя волокном в прототипе.

П р и м е р 5. Условия те же, что и в примере 1, но i = 0,01 A/дм², продолжительность 30 мин. Потенциал анода +0,05 В. Выход по току ионов Cu(I) 75% , что ниже, чем в примере 1, на 25%. Выбираемость красителя волокном составляет около 40%.

П р и м е р 6. Условия те же, что и в примере 1, но используется кислотный красный 2 Ж. Выбираемость красителя волокном составляет 68%, что в 1,35 выше, чем в прототипе.

П р и м е р 7. Условия те же, что и в примере 1, но используется кислотный ярко-фиолетовый. Выбираемость красителя волокном составляет 67%, что в 1,34 раза выше, чем в прототипе.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ КРАШЕНИЯ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛЬНЫХ ВОЛОКОН КИСЛОТНЫМИ КРАСИТЕЛЯМИ путем генерирования ионов Cu (I) током с использованием растворимого медного анода в красящем растворе со слабокислым рН при повышенной температуре, отличающийся тем, что процесс ведут при анодной плотности тока 0,007 - 0,009 А/дм², рН 3 - 5, температуре 130^oС и давлении 15 атм в течение 30 - 40 мин.