ИК-спектроскопия хлопчатобумажной пряжи, обработанной в газовом разряде Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 543.421/.424

А. А. Чижевский, И. Ш. Абдуллин, А. А. Азанова

ИК-СПЕКТРОСКОПИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ПРЯЖИ, ОБРАБОТАННОЙ В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ

Ключевые слова: спектроскопия Фурье, хлопчатобумажная пряжа, разряд.

В статье приведены результаты ИК спектроскопии хлопчатобумажной пряжи до и после её обработки в плазме высокочастотного разряда. Показано, что в процессе плазменной обработки происходит модификация поверхности хлопчатобумажной пряжи за счёт окисления спиртовых групп до карбонильных и вместе с тем, происходит модификация парафинирующих веществ, содержащихся на пряже и частичное их удаление.

Keywords: spectrum Fourier, cotton yarn, discharge.

The results of IR spectroscopy cotton yarn before and after treatment with high-frequency plasma discharge. It is shown that the plasma treatment process is modified cotton yarn surface, due to the oxidation of alcohol to carbonyl groups, however, are modified paraffins substances on the yarn and their partial disposal.

Введение

Хлопчатобумажную пряжу для трикотажного производства в процессе перематывания подвергают парафинированию с целью повышения качества вязания полотна. Содержание парафина в такой пряже, как правило, составляет 0,3-0,8 % от массы парафинированной пряжи [1]. Вязаное полотно из парафинированной пряжи плохо смачивается водой, и, традиционно, для очистки полотна от парафинирующего состава и примесей и придания ему высокой капиллярности применяют щелочное отваривание, при котором происходят деструктивные процессы и материал теряет прочность. Одним из методов очистки текстильных материалов является плазменная обработка, которая позволяет выполнять этот процесс наименее деструктивно. Авторами рассмотрено влияние высокочастотного емкостного (ВЧЕ) газового разряда на хлопчатобумажную пряжу для трикотажного производства методом ИК спектроскопии.

Материалы и методы

Объектами исследования являлась хлопчатобумажная пряжа для трикотажного производства с линейной плотностью 16,5 текс; также в качестве модели парафинирующего состава использовали парафин технический марки П-2. Плазменную обработку проводили на ВЧЕ плазменной установке пониженного давления с использованием в качестве плазмообразующего газа воздуха. ИК спектры снимали на ИК Фурье спектрометре IRA ffinity-1.

Результаты и обсуждение

Основной составляющей хлопкового волокна является целлюлоза, которая представляет собой линейные неразветвленные цепи, построенные из большого числа остатков D-глюкопиранозы, соединённых между собой р - 1,4 гликозидными связями [2]. В такой цепи можно различить эфирную группу, фурановый цикл. Для этой системы характерны полосы 3102 и 815 см-1. Молекулярные глобулы целлюлозы имеют высокую макромолекулярную

массу порядка 8000. Такая величина указывает на значительное количество сложно связанных молекул в целлюлозе. Такая структура не приводит к значительному смещению полос в спектре, но в тоже время приводит к увеличению амплитуды отдельных групп сигналов. Основными группами целлюлозы, являются группы О-Н и -С-Н, для которых, как правило, характерно три основных сигнала при 1330 и 3300 см-1 [3], причем последняя полоса является широкой. Валентные колебания для СН находится при 2857см-1.

Анализ полученных спектров хлопчатобумажной пряжи показал наличие характерных полос: 2880см-1, представляющий собой сигналы групп -С-Н, широкая полоса около 3200 см-1, пик при 820см1 (рис.1).

Далее сняты спектры с образцов, обработанных в ВЧЕ плазме (рис. 2). Был спектроскопирован образец промышленного хлопчатобумажная материала [4, 5] на котором наблюдаются следующий сигналы: широкая полоса он около 3200см-1, две полосы 3980см-1, 3900см-1, принадлежащие СН, узкая полоса 1475см-1 и 1380см1, отнесенные к группе СН2 и мало интенсивная полоса при 815 см-1.

3400 3200 ЭООО 2000

2400 2200 2000 1800

1400 1200 1000

Рис. 1 - ИК-спектры образцов хлопчатобумажной пряжи арт. 5014 до обработки

Хлопчатобумажная пряжа подвергалась обработке в плазме ВЧЕ разряда, при которой происходила объёмная обработка [6]. Проводя сравнительный анализ полученных спектров, можно предположить, что в результате ВЧЕ плазменной обработки произошла очистка пряжи от парафинового компонента волокон, свидетельством чему является уменьшение интенсивности сигналов (рис 3). В тоже

время, наблюдается полоса 1600 см-, отнесенная к С=О связи, что говорит о протекании процессов окисления.

0.1 0.075 -0.05 0.025

0

Рис. 2 - ИК-спектры образцов хлопчатобумажной пряжи арт. 5014 после обработки

Abs

0.125 -

0.1 0.075 0.05 0.025 0

Рис. 3 - ИК-спектры образцов хлопчатобумажной нити и парафина

Выводы

1. При ВЧЕ плазменной обработке в данном режиме хлопковые волокна сохраняют свою структуру и не подвергаются деструкции.

2. В процессе ВЧЕ плазменной обработки происходит модификация поверхности хлопчатобумажной пряжи, за счёт окисления спиртовых групп до карбонильных.

3. ВЧЕ плазменная обработка приводит к модификации парафинирующего состава пряжи, не исключая его частичное удаление.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения № 14.577.21.0019 от 05.06.2014 проект № 2196.

Литература

1. ГОСТ Р 51703-2001 Пряжа смешанная из смеси хлопкового, льняного и химического волокон. Технические условия.

2. З. А. Роговин «Основы химии и технологии химических волокон», производство искусственных волокон М. «Химия», 1974г.235 стр.

3. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения, сб. статей, ред. Г.Н.Жижина, «Мир», М., 1972.

4.Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М.: Мир, 1965

5. Инфракрасная спектроскопия полимеров [Текст]: монография / И. Дехант, Р. Данц, В. Киммер, Р. Шмольке. -М: Химия, 1976. - 472 с.

6.Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения .- Казань: Изд-во Казан.ун- та, 2000.-348с.

Спектр парафина более простой [3]: на нем наблюдается крупный широкий пик 2980см"1, пик 2900см-1, которые принадлежат СН колебанием, что свидетельствует о его линейной структуре. Также имеется полосы 1480 см"1 и 1380 см"1 , принадлежащие -СН2-группам. Наблюдается частичное удаление парафина из материала. Вместе с тем, имеет место частичное окисление спиртовых групп целлюлозы до карбонильных.

© А. А. Чижевский к.х.н., с. н. с. каф. ПМТВМ КНИТУ, chaaman@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д. т. н., проф., зав. каф. ПМТВМ КНИТУ; А. А. Азанова - к.т.н., доцент каф. МТ КНИТУ, azanovlar@rambler.ru.

© A. A. Chizhevsky, PhD.S s.r. chair. "Chemical and nanotechnology macromolecular materials", KNRTU, chaaman@mail.ru;

1 Sh. Abdullin, D. T. N., Professor, head of the Department "Chemical and nanotechnology macromolecular materials", KNRTU; A. A. Azanova - Ph.D., assistant professor of dep. fashion and technology KNRTU, azanovlar@rambler.ru.

3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

1/cm