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Perfectionnements à la teinture et à l'impression de la laine.
La présente invention est relative à des per- fectionnements concernant la teinture de la laine et l'im- pression sur laine et elle concerne spécialement la teinture ou l'impression de textiles laineux et de textiles contenant de la laine, à l'aide de teintures acides, teintures au chrome et teintures métallisées.
Les opérations de teinture et d'impression sur laine à l'aide de certaines teintures organiques, par exemple des teintures acides, au chrome et métallisées, impliquent ordinairement l'emploi d'acide sulfurique ou d'un acide orga- nique, par exemple de l'acide acétique ou de l'acide formique, dont la fonction et le mode d'emploi dépendent à un certain degré, de la teinture particulière utilisée et de la nature de la matière traitée.
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Suivant les thépories chimiques actuelles en ma- tière de teinture de laine, on considère que l'addition d'acide à la laine, soit avant, soit pendant la teinture, remplit deux fonctions, n premier lieu, tout alcali résiduaire est neutralisé et en second lieu, avec de plus grandes quantités d'acide, la laine se combine avec l'acide, suivant la concentration en ions hydrogène, de la solution extérieure. L'addition à ce système, d'une teinture qui peut subir une certaine décomposition pen- dant l'opération de teinture, peut nécessiter l'addition d'acide supplémentaire au bain de teinture, pour maintenir le pH suffi- samment bas que pour compléter l'opération de teinture.
Des substances alcalines, par exemple de l'ammonia- que et du carbonate de sodium,peuvent être utilisées pour rédui- re l'acidité de la laine ou du bain de teinture, soit seules, soit conjointement avec l'acide utilisé. Avec certaines teintu- res, il est d'usage courant d'employer le sel de l'acide, par exemple du sulfate de sodium, du sulfate d'ammonium, de l'acé- tate de sodium, de l'acétate d'ammonium. Certaines teintures, par exemple les colorants au chrome, peuvent être développées par l'emploi de chromates ou bichromates de sodium ou de potas- sium, soit avant', pendant ou après l'opération de teinture, avec ou sans n'importe lequel des acides ou sels susmentionnés.
C'est ainsi que de la laine est teinte à l'aide de bains variant d'un pH 1 à un pH 10, suivant les produits chi- miques et les teintures utilisés et le degré de perfection atteint dans le procédé de teinture dépend largement du contrôle du pH du bain de teinture et de l'uniformité du pH de la laine.
Cela est particulièrement le cas, parce que la laine subit des dommages par ébullition dans des acides ou alcalis très forts, et de telles conditions doivent être évitées.
L'acide sulfurique est utilisé dans l'application d'un grand nombre de teintures à de la laine, par exemple dans les cas où un bain de teinture acide, fort, est nécessaire.
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Pratiquement, le seul avantage de l'acide sulfurique pour son emploi en teinture, comparé à d'autres acides, est son bas prix, alors qu'il présente de nombreux inconvénients. Il attaque tous les métaux et même à l'état dilué il dissout l'a- luminium, le chrome, le cobalt, le cuivre, le fer, le manganèse, le nickel, le zinc et d'autres métaux.
Dans certaines conditions, il désintègre la laine, le caoutchouc, les textiles et autres matières organiques. La lai- ne est endommagée par ébullition dans des solutions fortes d'acide sulfurique.
Dans la teinture de la laine, avec de l'acide sulfuri. que comme agent acidifiant, ilfaut prendre grand soin pour empêcher une acidification inégale de la laine (due à la grande affinité de l'acide sulfurique vis à vis de la laine) et comme conséquence, un teinture inégale. Pour cette raison, il est habituellement recommandé de ne pas utiliser moins de 3% d'aci- de sulfurique dans la teinture de la laine, même pour la tein- ture de teintes pâles.
De telles quantités comparativement gran- des d'acide ne sont pas requises pour épuisement de teintes pâles de matières tinctoriales dispersées à action de teinture uniforme, mais ces quantités d'acide sulfurique sont nécessai- res, parce que l'on considère comme impossible de répartir uni- formément dans la laine, une plus petite quantité d'acide sul- furique, à moins d'un emploi copieux d'agents d'égalisation, d'humidification ou de retardement. De plus, des essais effec- tués montrent que le degfé d'égalisation pouvant se produire en présence de quantités moyennes d'acide et de sel de Glauber, à la température de l'opération de teinture, est petit.
La vi- tesse de teinture ou d'action de beaucoup de matières tincto- riales est trop grande, pour la teinture de teintes pâles à l'ai- de de 3% d'acide sulfurique, même en présence de grandes quan- tités d'un agent de retardement tel que le sel de Glauber, de sorte que l'acide sulfurique ne peut pas être utilisé d'une manière satisfaisante pour la teinture de la laine à l'aide de telles matières tinctoriales.
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De plus, dans la teinture de produits en laine ou laine filée, contenant des fils de coton, de soie ou de rayon- ne, il existe le danger que de l'acide sulfurique sera4 laissé dans les produits après l'opération de teinture et aura un effet nuisible sur les dits fils. 'j'acide sulfurique attaque égale- ment les conduites de vapeur, en fer, et/analogues , et est par conséquent capable de produire des taches brunes sur le produit teint. un autre inconvénient de l'acide sulfurique, dans la teinture à l'aide de certains colorants au chrome, est qu'il tend à les rendre plus ternes et moins nets que lorsqu'on utili- se des acides plus faibles.
Certains matières tinctoriales ont tendance à teindre trop rapidement lorsqu'on utilise de l'acide sulfurique et, par conséquent, un acide organique-à savoir : de l'acide acé- tique ou de l'acide formique- est généralement utilisé avec de telles matières tinctoriales, la teinture étant ultérieure- ment épuisée sur la matière traitée, en ajoutant de l'acide sulfurique au bain, mais ce processus est soumis au risque d'une teinture inégale de la laine.
L'objet général de la présente invention est de re- médier aux inconvénients susmentionnés qui résultent , d'une part, de l'emploi d'acide sulfurique pour les buts indiqués ci-dessus et, d'autre part, de l'emploi d'acides organiques, pour des tels buts.
Suivant la présente invention, des textiles en laine ou contenant de la laine sont teints ou imprimés à l'aide de teintures ou matières tinctoriales acides, au chrome ou métal- lisées, avec addition d'acide orthophosphorique, par quoi l'opé. ration de teinture est effectuée en présence d'acide ortho- phoshorique ou un sel acide soluble de celui-ci. Le terme "sel acide" d'acide phosphorique doit être ..entendu comme comprenant des sels tels que le phosphate monosodique, le phosphate mono- ammonique et le phosphate diammonique.
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Dans la teinture ou l'impression de laine, à l'aide d'acide phosphorique, le bain de teinture initial, sans la laine, possède une valeur de pH plus élevée qu'un bain de teinture si- milaire aux autres points de vue, contenant de l'acide sulfuri- que en quantité équivalente. Après l'addition de la laine, au bain de teinture acidifié à l'aide d'acide phosphorique, le pH résultant de la solution est plus élevé que celui du bain de teinture à l'acide sulfurique,.auquel on a ajouté la laine. il en résulte que, lorsqu'on utilise de.l'acide phosphorique, il peut se produire une plus grande migration de matière tinc- toriale d'une fibre à l'autre, avec la production d'une matière teinté et pénétrée plus uniformément.
L'acide phosphorique a une action destructrice moin- dre, sur la laine, que l'acide sulfurique, aux concentrations nécessaires pour fournir la même quantité de teinture de cer- taines matières tinctoriales, par exemple des matières tincto- riales métallisées nécessitant des bains de teinture, fortement acides.
L'acide phosphorique ne ramollit pas ni n'affecte autrement, de manière nuisible, les fils de coton, soie ou rayonne, au même degré que l'acide sulfurique et est par consé- quent avantageux pour la teinture de matières laineuses con- tenant ces fibres.
L'acide phosphorique ne produit pas l'effet nuisible provoqué par l'acide sulfurique en ternissant ou en détruisant par oxydation, certaines matières tinctoriales, en présence de bichromate de sodium ou potassium.
L'acide phosphorique n'affecte pas de manière appré- ciable les métaux utilisés dans les appareils de teinture., tels que le fer et les aciers inoxydables, tandis que l'acide sul- furique dissout le fer et,ensemble, l'acide sulfurique, l'aci- de acétique et l'acide formique ont un effet nuisible sur les aciers inoxydables. Le fer ainsi dissout dans le bain de téin-
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ture peut détruire ou modifier la teinte de beaucoup de ma- tières tinctoriales et, en outre, il existe le danger que des taches de fer n'endommagent la matière en voie de teinture.
L'acide ,phosphorique tend à empêcher la formation de rouille et son emploi dans la teinture de la laine évite ou réduit au:;minimum la formation de taches de rouille brunes sur la matière teinte.
Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, un acide organique est généralement employé pour les matières tinc- toriales qui teignent trop rapidement lorsqu'utilisées conjoin- tement avec l'acide sulfurique, mais comme les acides organi- ques sont relativement très faibles, il en faut une plus gran- de quantité, alors que, de plus, les acides organiques sont relativement coûteux.
On a découvert expérimentalement que l'acide phospho- rique peut être utilisé en lieu et place d'acides organiques pour la teinture de laine à l'aide de matières tinctoriales nécessitant des bains de teinture, faiblement acides et un avantage particulier de l'emploi d'acide phosphorique pour la teinture à l'aide de tels colorants réside dans le fait que sa force en solutions équimoléculaires est comprise entre celle de l'acide sulfurique et celle des acides organiques, en con- séquence de quoi il est possible d'effectuer la teinture avec un seul acide, alors qu'il est actuellement de pratique cou- rante d'employer unacide organique pour commencer la teinture et un acide fort, tel que l'acide sulfurique, pour épuiser la matière tinctoriale, sur la laine.
La présente invention per- met, par conséquent, une simplification considérable de la mé- thode de teinture .
Dans la neutralisation de l'acide orthophosphorique (H3PO4), le premier hydrogène est neutralisé à environ pH 4,6, le second à environ pH 9,3 et le troisième à environ pH 13,6.
Par conséquent, dans la teinture à l'aide de matières tincto-
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riales organiques, à partir d'un bainacide fort, en desous de pH 4,6, on a trouvé que l'acide phosphorique se comporte comme un acide monobasique. L'acide phosphorique est seulement partiel- lement. bibasique si le pH final du bain de teinture est supé- rieur à pH 4,6, le premier hydrogène ayant été neutralisé par l'alcalinité résiduaire dans la laine ou par un alcali ayant été ajouté.
On a montré que la laine est une protéine amphotéri- que, c'est à dire capable de se combiner soit à des acides, soit à des alcalis, et le pH auquel la laine ne se combine ni aux uns ni aux autres, est le point isoélectrique et il est voisin de pH 4,8, chiffre qui varie avec les différentes laines. La laine à un pH au-dessus du point isoélectrique se combine avec de l'alcali. Si l'alcalinité est due à du car- bonate de sodium ou de l'ammoniaque, l'addition d'acide phos- phorique réduira le pH de la laine avec formation d'une cer- taine quantité de phosphate disodique ou diammonique et/ ou de phosphate monosodique ou monoammonique, suivant la quantité d'acide phosphorique utilisée. Les premiers sels se forment à un pH d'environ 9,3 et les derniers à un pH d'environ 4,6.
Les effets de l'addition d'acide phosphorique à de l'hydroxyde de sodium, peuvent être observés par l'examen de la courbe de titrage de l'acide phosphorique avec électrode à l'hydrogène, comme représenté 'figure 1 des dessins annexés.
La courbe de titrage de l'acide acétique avec électrode au quinhydrone est représentée à titre comparatif% à la figure 2 des dessins. Ces courbes sont extraites de l'ouvrage : "Hydrogen ions", par H.T.S. Britton, Vol. 1, nages 191 et 193.
Les trois stades de neutralisation de l'acide ortho- phosphorique sont les suivants :
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Le premier stade correspond à la neutralisation d'un acide fort, le second à la neutralisation d'un acide faible et le troisième, à la neutralisation d'un acide extrêmement faible- La courbe de titrati.on de l'acide phosphorique peut donc être considérée comme étant composée des courbes de trois acides mono- basiques de forces largement différentes.
La teinture ou l'impression de laine, suivant la pré- sente invention, peut être effectuée en présence d'acide 'ortho- phosphorique et le pH de la solution peut être réglé de manière à ce que l'acide agisse comme acide monobasique suivant l'équa- tion (1) ci-dessus, ou bien suivant une alternative, le pH peut être tel que l'acide agit partiellement comme acide monobasique suivant l'équation (1) et partiellement comme acide monobasique suivant l'équation (2).
Dans la teinture de la laine à l'aide de matières tinctoriales qui, pendant le début de l'opération de teinture, nécessitent un bain de teinture faiblement acide, et, pendant la période finale de l'opération, nécessitent un bain de tein- ture relativement fort, on peut évantageusement utiliser de l'acide orthophosphorique comme seul agent d'acidification, des quantités plus grandes d'acide étant ajoutées, au fur et à mesure que l'opération de teinture progresse. Le pH du.bain de teinture peut ainsi être tel, que, pendant le début de l'opé- ration de teinture, au moins un ion hydrogène de l'acidephospho- rique est complètement neutralisé et que, pendant la partie fi- nale de l'opération de teinture, le premier on hydrogène est seulement partiellement neutralisé.
Les solutions partiellement neutralisées, d'acide phosphorique, qui se forment dans les opératiors de teinture de laine alcaline, c'est à dire de laine ayant un pH d'une valeur au-dessus de 4,8, en présence d'acide phosphorique, tendent à résister à. toute modification de la concentration en ions hydro- gène, par suite d'une action dite *action tampon't . L'effet tam-
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pon maximum se produit à un pH de 2,3 et un pH de 6,23, d'après des calculs basés sur les constantes de dissociation des systèmes (1) et (2) ci-dessus.
On remarquera toutefois, d'après la figure 1, que lors de la nautralisation d'acide phosphorique, il y a deux stades d'effet tampon, à savoir, lorsque la concentration de la solution en ions hydrogène est approximativement com- prise entre pH 2 et pH 4 et entre pH 5 et pH 8. Les zones de l'effet tampon s'étendent plus particulièrement de pH 2 à. pH 3,4 et de pH 5,5 à pH 8.
Une particularité de la présente invention consiste en l'opération de teinture de laine avec des additions d'acide orthophosphorique et d'alcali, telles qu'elles permettront d'obtenir des effets tampon, dans les susdites zones de pH.
Certaines matières tinctoriales ne teindront pas la laine jusqu'à un degré d'épuisement satisfaisant, hors d'un bain neutre (c'est à dire sans addition diacides ou d'alcalis) ou hors de bains contenant des sels d'ammonium, à savoir du sulfate d'ammonium ou de l'acétate d'ammonium, parce que le pH résultant est trop élevé pour permettre l'a- chèvement de l'opération de teinture. D'autre part, l'addi- tion d'une petite quantité d'un acide faible, par exemple de l'acide acétique, est susceptible de provoquer une tein- ture inégale, par suite de la difficulté de répartir une petite quantité d'acide dans la laine, tandis que l'addition de plus grandes quantités d'acide acétique augmente la vi- tesse de teinture avec le danger de produire des teintures inégales et n'ayant pénétré que faiblement.
On a trouvé toutefois que, si l'on ajoute une quantité appropriée d'acide phosphorique au bain de teinture, qui a précédemment été soumis à une action tampon à l'aide d'un alcali , par exemple de l'ammoniaque, à. une valeur de pH convenable, on obtient un bain de teinture faiblement.
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acide, qui convient éminemment pour l'application des sus- dites teintures et n'est pas sujet aux inconvénients susmen- tionnés. La quantitéd'acide phosphorique et d'alcali utiè lisée peut être relativement grande et ainsi la laine acquiert un -on uniforme dans tout le bain, permettant une teinture de la laine plus uniforme que cela n'est possible avec une petite quantité d'an acide faible tel que l'acide acétique.
Les acides acétique et formique, lorsqu'ils sont partielle- ment neutralisés, forment également des solutions à action tampon, mais l'effet tampon maximum se produit à des valeurs de pH qui sont bien différentes de celles d'acide phosphori- que à action tampon (voir figure ).
Si de la laine d'un pH de @ à un pH de 9 (ce qui est habituellement le cas pour de la laine écurée commer- cialement) est immergée dans une solution très diluée d'aci- de acétique (considéré jusqu'à présent comme l'acide conve- nant le mieux pour la teinture de la laine) , ou dans un acide acétique à action tampon, avec ou sans une matière tinctoriale, il se produit une augmentation de la valeur de pH de la solution et le pH résultant de la laine varie considérablement, suivant de petites variations d'alcali dans la laine ou de la quantité d'acide acétique ou d'aci- de acétique tamponné présente.
Toutefois, si de la laine à une valeur de pH similaire est immergée dans de l'acide phosphorique tamponné, réglé pour fournir le même pH résul- tant que le bain d'acide acétique ou d'acide acétique tam- ponné, il y aura une variation négligeable du pH du bain de teinture , due à des petites différences dans la quan- tité d'alcali dans la laine ou à des différences dans les quantités d'acide phosphorique et d'alcali utilisées.
Pour ces raisons, la teinture de la laine à l'aide d'acide phosphorique ou d'acide phosphorique tamponné, dans certaines zones des valeurs de pH, conformément à la présen-
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te invention, presente des avantages importants par rap- port aux procédés de teinture existants, dans lesquels on utilise des acides sulfurique, acétique, formique et autres.
Bien que les effets tampons de l'acide orthophospho- rique et de l'acide acétique sont largement différents, on a remarqué que la courbe de titration des ions hydrogène d'un mélange de ces acides est notablement plus droite que celle de chacun de ces acides, et qu'un mélange équi- moléculaire de ces deux acides, lors du titrage à l'aide d'un alcali tel que l'ammoniaque, présente une courbe de titrage d'ions hydrogène à peu près droite ((voir figure 3). ette figure montre la courbe obtenue en titrant un mélange d'une solution d'acide phosphorique 0,0167 moléculaire et 0,0167 N d'acide acétique avec une solution normale d'am- moniaque.
Par conséquent, si un mélange approprié d'aci- des phosphorique et acétique est employé pour la teinture de la laine, on atteint un haut degré de stabilité de la valeur du ph de la solution, et de plus, la concentration en ions hydrogène peut être uniformément et exactement con- trôlée par des additions des deux acides ou d'alcali, sui- vant ce qui est requis. Pour ces raisons, l'emploi d'un mé- lange d'acides phosphorique et acétique dans la teinture de la laine, présente des avantages pratiques qui ne peuvent pas être obtenus avec les agents déacidification utilisés jusqu'à présent.
.De l'acide phosphorique ou de l'acide phosphorique tamponné, peut être utilisé dans la teinture de la laine, conjointement avec des agents d'égalisation ou de mouillage, par exemple un acide naphtalène-sulfonique alkylé, ou son sel de sodium ou des composés contenant de la pyridine, qui aident à l'obtention d'un traitement plus uniforme de la laine. Les exemples qui suivent sont des applications pratiques de l'invention :
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EXEMPLE A.
50 livres de laine filée à tricoter, de la qualité 1/15, préalablement nettoyée à l'aide d'un alcool gras sulfaté, furent immergées dans une machine à teindre Hussong, conte- nant en solution à 120 Fahrenheit, les matières tinctoriales et produits chimiques suivants : 52 grs. de bleu pâle à l'alizarine BGA cône. (Sandoz) 32 grs. de Jaune pâle au xylène 2G (Sandoz)
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9 1/ gr. d'Azo 1'{ubinol 2G, 17'b% (Sandoz) 1 livre du sel sodique d'acide naphtalène-sulfonique iso- propyle (agent d'égalisation et de.mouillage) b livres de cristaux du sel de Glauber (sulfate de sodiun) 1000 grs. d'acide phosphorique à 75% (égal à 4,4% du poids de la laine.
Le bain de teinture fut porté à l'ébullition en 45 mi- nutes et l'ébullition continues pendant 1 heure 15 minutes.
Le pH des produits chimiques dissouts, sans la laine était de pH l,b et à l'achèvement de l'opération de teinture, le pH avait atteint pH 4,4. La liqueur de teinture fut évacuée et la laine filée fut rincée à l'eau froide. La laine était uniformément teinte en une nuance "aqua".
EXEMPLE B.
50 livres de laine filée, de la qualité 2/28 furent convenablement nettoyées. une machine à teindre Hussong fut à peu près remplie d'eau qui fut .portée à l'ébullition. Les matières tinctoriales et produits chimiques dissous ci-près furent ajoutés : 1 liv,re et 14 onces de Bleu Sulfonine RNC (Sandoz) (connu également sous le nom de bleu Sulfonine-
5 R ou ) RC extra) 2 livres d'acide phosphorique à 75% 565 cc d'ammoniaque, poids spécifique 0,88 livre du sel sodique d'acide naphtalene-sulfonique iso- propyle 5 onces de bichromate de sodium.
La laine filée préalablement nettoyée fut immergée dans la lioueur de teinture à une températurede 195 F. et la liqueur de teinture fut mise en circulation pendant 20 minutes. De la vapeur fut introduite et la température por- tée de 195 à 205 F. et l'opération de teinture fut pour-
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suivie à cette température pendant 40 minutes. L'acide phos- phorique, l'ammoniaque et le bichromate, mélangés en solu- tions diluées, donnèrent un pH d'environ 5,2. Le pH du bain de teinture, avec la laine était de pH 6,5 et après achèvement de l'opération de teinture était de pH 6,6. La liqueur de teinture fut évacuée et la laine rincée à l'eau froide.
La laine filée était teinte uniformément et une nuance par- ticulierement vive fut obtenue.
JUMELE C.
450 livres de mèches de laine filée furent introduites dans une machine à teindre du type Callebaut de Blicquy et furent humidifiées à fond avec de l'eau tiède et un agent de mouillage ,13 1/2 livres d'acide phosphorique (75%) fu- rent diluées avec de l'eau et ajoutées également2 La teinture comprenant 20 1/2 livres de Noir au Chrome Oméga S.160% (con- nu également sous le nom de Noir au Chrome Omega TWD 160%) fut dissoute dans de l'eau bouillante clans un réservoir situé plus haut. La liqueur de teinture fut alors mise en circu- lation au travers de la laine à 110 Fahrenheit. Le bain de teinture fut amené à l'ébullition en 45 minutes et bouilli pendant 40 minutes . Avant le traitement au chrome, le pH du bain de teinture était de pH 4,2.
On laissa le bain se re- froidir et on y introduisit 4 1/2 livres de bichromate de sodium en solution dans de l'eau chaude et l'ébullition fut poursuivie pendant 30 minutes. La laine fut alors lavée à l'eau froide.
EXEMPLE D.
Une certaine quantité de laine filée fut humidifiée dans de l'eau tiède et un agent de mouillage. Les produits chimiques suivants furent alors ajoutés : 105 de cristaux de sel de Glauber lb% d'acide phosphorique (75%).
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La matière tinctoriale ci-après, dissoute dans de l'eau bouillante fut alors ajoutée :
5% de Rose Neolan B. (CIBA) (une matière tinctoriale métallisée).
Les pourcentages susmentionnés furent calculés par rapport au poids de la laine.
Le bain de teinture fut porté à l'ébullition en 30 minutes et bouilli pendant 1 1/2 h. Le pH de la solution, après addition de l'acide et de l'agent de mouillage était de ph 1,8 et, après addition de la laine, de pH 2,5. Après achevement de l'opération de teinture, le pH du bain de tein- ture était de pH 2,8. Une nuance rose profond à teinture uni- formément répartie fut obtenue.
Une opération de teinture similaire fut effectuée en utilisant une quantité chimiquement équivalente d'acide sulfurique au lieu d'acide phosphorique eton constata que le pH du bain après addition de la laine était pH 2,2 et après achèvement de l'opération de teinture, p H 2, 5, plus bas que celui résultant de l' opération de teinture après achèvement, à l'aide d'acide phosphorique.
On a trouvé que l'opération de teinture avec de l'aci- de phosphorique avait pour résultat l'obtention d'unetcinte plus profonde que celle obtenue en utilisant de l'acide sul- furique , à savoir qu'un meilleur degré d'épuisement de la matière tinctoriale était obtenu par la première méthode.
Revendications.
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