КІНЕТИКА НЕІЗОТЕРМАЛЬНОЇ АДСОРБЦІЇ ЗА ПОСТІЙНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ БАРВНИКА НА ПОВЕРХНІ НИТКИ

Анотація

Для опису процесу фарбування текстильних матеріалів недостатньо розглядати кінетику адсорбції барвника окремим волокном. Таке припущення справедливе у разі малоінтенсивних низькотемпературних процесів, коли коефіцієнт дифузії барвника волокна на кілька порядків менше коефіцієнта дифузії у просторі між волокнами. У цьому разі процес масопереносу визначається перенесенням у волокні. У міру підвищення температури або за інших способів інтенсифікації процесу відбувається різке збільшення коефіцієнта дифузії у волокні, тоді як коефіцієнт дифузії у рідкій фазі поза волокном змінюється незрівнянно меншою мірою, тобто різниця у величинах коефіцієнтів дифузії у волокні та поза волокном різко зменшується. Якщо врахувати значну різницю в лінійних розмірах волокна і нитки, стає очевидним, що настає момент, коли час релаксації дифузії у волокні, що визначається як f f f r D 2 2 , стає менше часу релаксації нитки, що визначається як t t t r D 2 2 . До цих умов сумісності часів релаксації дифузії по волокну і нитки абсолютно некоректно опис процесу фарбування текстильного матеріалу шляхом розгляду кінетики процесу в окремому волокні. Суворішою є така схема процесу: перенесення фарбника до поверхні нитки, дифузія в просторі між волокнами, адсорбція внутрішньою поверхнею волокна і хімічна взаємодія, якщо таке має місце. Така постановка задачі має багато спільного з проблемами дифузії в гранульованих пористих середовищах [1], які мають велике значення для кількісного опису динаміки сорбції як у загальнотеоретичному плані, так і для опису різних технологічних процесів: фільтрації через зерна шару різної форми, дифузійного вилучення речовин з пористих середовищ тощо. Існуючі рівняння, які описують процеси дифузії у пористих системах, що містять мікропористі включення, не враховують обмеження на форму мікропористого включення і взагалі геометрію системи. Природно, що розв’язання цих рівнянь вимагає певної конкретизації як щодо форми мікропористого включення і щодо характеру дифузії. Під час розгляду таких процесів необхідно виходити з розв'язання задачі дифузії в мікропористе включення. Процес масопереносу у волокні розглядається як дифузійний із коефіцієнтом дифузії, що здається. Загалом дана постановка завдання повинна бути доповнена з урахуванням взаємодії подвійних електричних шарів частинки барвника та волокон, що уповільнює (за однойменних зарядів поверхонь) процес перенесення барвників Поки ж з метою спрощення завдання пропонується така модель процесу: розглядається молекулярна дифузія в нескінченно довгий непроникний із торців циліндр (нитка) з безліччю нескінченно довгих мікропористих циліндричних включень (волокон), однорідно розподілених за його перерізом. Вирішення кінетичної задачі проводиться для чотирьох випадків, що відповідають таким умовам проведення процесу: 1. Ізотермічний режим, стала концентрація барвника на поверхні нитки. Це завдання відповідає фарбуванню з ванн постійної концентрації. 2. Ізотермічний режим, змінна концентрація поверхні. Відповідає фарбуванню з ванн змінної концентрації, фіксації з плівки в середовищі насиченої пари або серед перегрітої пари, або нагрітого повітря за відносно низьких температур (коли час прогрівання матеріалу значно менше часу фіксації). 3. Неізотермічний режим, постійна концентрація поверхні. Відповідає фарбуванню із середовища аерозолю. 4. Неізотермічний режим, змінна концентрація поверхні. Цей найбільш складний випадок відповідає високоінтенсивним, високотемпературним способам фіксації за температур матеріалу в кінці процесу, близьких до температури його розм'якшення або деструкції. У статті розглядається третій випадок, що відповідає аерозольному фарбуванню тканин.