CC BY
14УДК 677.027.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКРИЛОВЫХ ПОЛИМЕРОВ В ПЕРЕВОДНОЙ ПЕЧАТИ ПО ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫМ ТКАНЯМ
Т. Н. Зеленкова, О. В. Козлова, В. В. Ширманова, С. Н. Хахин
ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА ЗЕЛЕНКОВА - аспирант кафедры Химической технологии волокнистых материалов. Область научных интересов: теория и практика получения колористических эффектов на тканях различной химической природы путем переводной печати; E-mail: zelenkovatn@mail.ru
ОЛЬГА ВИТАЛЬЕВНА КОЗЛОВА - к.т.н., доцент кафедры химической технологии волокнистых материалов ИГХТУ Область научных интересов: теория и практика использования отечественных пленкообразующих полимеров в процессах колорирования и заключительной отделки текстильных материалов. Е-mail: ovk-56@mail. ru
ВИКТОРИЯ ВИТАЛЬЕВНА ШИРМАНОВА — студентка 4 курса Ивановского государственного химико-технологического университета (ИГХТУ). Область научных интересов: изучение проблем колорирования текстильных материалов из синтетических трудноокрашиваемых волокон в присутствии полимерных модификаторов. E-mail:Shirmanova.viktoriya@mail.ru
СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ ХАХИН - генеральный директор ОАО «Ивхимпром», г.Иваново. Область научных интересов: изучение проблем и разработка инновационных экологически безопасных продуктов химической промышленности, в том числе текстильной химии. E-mail: x001c@mail.ru
153000, Иваново, пр. Шереметевский, 7, Ивановский государственный химико-технологический университет (ИГХТУ), тел. +7 (4932) 329241, факс: +7 (4932) 417995.
Проведен сравнительный анализ использования водных дисперсий акриловых полимеров в технологиях пигментного колорирования текстильных материалов. Целью исследований авторов статьи являлось изучение возможности и эффективности использования полимеров-модификаторов акриловой природы отечественного производства в качестве праймеров под переводную термопечать. Осуществлен выбор пленкообразующих препаратов - полимеров отечественного производства с целью выявления наиболее эффективного модификатора для повышения степени переноса дисперсных красителей с переводной бумаги нa целлюлозосодержащие текстильные материалы.
Ключевые слова: акриловые полимеры, сублимационные красители, переводная печать, хлопчатобумажные материалы.
THE APPLICATION OF ACRYLIC POLYMERS IN TRANSFER PRINTING OF COTTON FABRICS
T. N. Zelenkova, O. V. Kozlova, V. V. Shirmanova, S. N. Hahin
A comparative analysis of the use of acrylic polymers aqueous dispersions in the technologies of pigment coloration oftextile materials is carried out. The aim ofthe authors' research was to study the possibility and efficiency of using the acrylic polymer modifiers of domestic production as primers for transfer thermal printing. In the study for comparison, polymers of urethane nature of foreign manufacturers, widely used in Russian textile industries
for finishing textile materials, were used. The selection of film-forming agents - domestic-produced polymers -was carried out to identify the most effective modifier for increasing the degree of transfer of disperse dyes from the transfer paper to cellulose-containing textile materials.
Keywords: acrylic polymers, sublimation dye, sublimation transfer printing, cotton materials.
Неблагоприятная экологическая ситуация, сложившаяся в последнее время в текстильной промышленности, заставляет переходить промышленность, особенно отделочные производства, на более экономически и экологически выгодные технологические режимы, применять технологии, предусматривающие использование малотоксичных, пожаробезопасных веществ, а также энерго-, тепло - и водосберегающих процессов. При отделке текстильных материалов такими технологиями являются различные способы колори-рования тканей (крашение, печать), предусматривающие беспромывочные процессы.
В настоящее время одним из распространенных непрямых методов расцвечивания текстильных полотен является сублимационная печать. Основным недостатком сублимационной печати является то, что красители закрепляются только на синтетическом материале. Ткань, например, должна иметь в своем составе не менее 65 % синтетического (преимущественно полиэфирного) волокна. Это связано с тем, что сублимационные красители являются дисперсными красителями и наибольшим сродством они характеризуются к синтетическим волокнам.
Одним из методов химической модификации текстильных материалов, который позволил бы повысить восприимчивость хлопчатобумажных тканей к дисперсным красителям, является обработка её полимерами - модификаторами. Последнее можно реализовать при использовании водно-дисперсионных (со)полимеров акриловой природы.
Технология цифровой и/или переводной печати по целлюлозосодержащим тканям заключается в нанесении сублимационных чернил (красителей) на специально обработанную поверхность текстильного материала.
От подготовки поверхности, и в большей степени от полимерного модификатора, зависит и устойчивость полученных окрасок, и мягкость грифа ткани, и качество цветопередачи. Известна работа зарубежных ученых в области переводной печати по хлопчатобумажным тканям [1], где авторами предлагается предварительная обработка хлопкополиэфирных тканей смолой на основе продукта реакции меламиноформальдегида и по-лиэтиленгликоля PEG 200, что позволяло полу-
чить прочные с высокой степенью переноса окраски, причем выбор дисперсных красителей осуществлялся с учетом возможности их взаимодействия со смолой. Наличие в структуре дисперсного красителя свободной NH2-группы обеспечивало в итоге устойчивость окрасок к стирке. Недостатками модификаторов-смол являются ухудшение грифа ткани, опасность ее пожелтения при термообработке и экологическая небезопасность ее эксплуатации.
Современные акриловые полимеры решают экологические проблемы и способствуют получению мягкого грифа модифицированной ткани. Авторами [2] показана перспектива использования цифровой печати на хлопчатобумажных тканях при использовании полимеров как акриловой, так и уретановой природы. Однако, химическая природа применяемых для предварительной обработки ткани полимерных препаратов и композиций разработчиками держится в секрете, что приводит к трудностям импортозамещения и удорожанию всей технологии колорирования.
Целью авторов является показать возможность и эффективность использования полимеров-модификаторов акриловой природы отечественного производства в качестве праймеров под переводную сублимационную термопечать. В российской практике для этой цели используют зарубежные полимеры-праймеры и сведения о применении отечественных полимеров в научной литературе отсутствуют.
Ранее авторами [3] было показано, что с целью получения текстильных полотен с прочными пигментными рисунками и мягким грифом к используемым в качестве связующих полимерам предъявлялись особые требования, наиболее важным из которых являлось образование на поверхности текстильного материала прочной, мягкой, эластичной и прозрачной пленки, обладающей высокой устойчивостью к бытовым стиркам, действию света, тепла, окислителей, органических растворителей. Любой из известных полимеров может выполнить эти требования лишь частично, поэтому для обеспечения всех необходимых условий текстильные эмульсии и латексы нового поколения чаще представляют собой сополимеры из мономеров различной природы, большую группу кото-
рых представляют водные дисперсии сополимеров (мет)акриловых мономеров со стиролом [4].
Наибольший интерес для текстильной промышленности представляют первичные дисперсии, получаемые методом эмульсионной полимеризации. Особенно широко распространенными пленкообразователями, используемыми в рецептурах при отделке текстиля, являются водные дисперсии акриловых, акрилстирольных сополимеров, а также гомо- и сополимеров винилацета-та. В результате эмульсионной полимеризации получают макромолекулы полимера, содержащиеся внутри латексных частиц, равномерно распределенных в водной фазе. Промышленные дисперсии, как правило, имеют достаточно высокое содержание полимеров (40-60 % по массе). Основные свойства полимеров - температура стеклования (Тст), минимальная температура пленкообразования (МТП), зависящие от структуры основной и боковых цепей полимерной макромолекулы, определяют в конечном итоге физико-механические свойства получаемых покрытий. Различие в химическом строении и свойствах используемых мономеров, на базе которых синтезируются пленкообразующие полимеры, позволяют получить широкое многообразие получаемых пленок - от мягких до жестких с Тст от -100 до +165 °С.
Процесс пленкообразования полимерных дисперсий должен протекать при температурах выше МТП, так, как только в таких условиях формируется качественная, способная выдерживать деформационные нагрузки, пленка. Если процесс испарения воды протекает при температурах ниже МТП, то образуется мутная растрескивающаяся или даже осыпающаяся пленка.
Жесткость полиметакрилатов выше, чем соответствующих полиакрилатов, так как дополнительная метильная группа вызывает стерические затруднения при вращении цепи.
Возрастание жесткости вызывает повышение Тст и твердости и снижение гибкости полиме-такрилатов. При увеличении длины цепи макромолекулы повышаются Тст полимера, увеличивается твердость и относительное удлинение пленок вследствие возрастания степени кристалличности поли(мет)акрилатов.
Длина боковой цепи макромолекулы поли(мет) акрилатов, а также вид заместителей в боковой цепи существенно влияют на деформационно-прочностные свойства и значения Тст пленок. [5, 6].
В качестве связующих в текстильной промышленности обычно используют продукты, полученные при сополимеризации «мягких» мономеров с низким значением Тст (бутил- и этилгексилакри-лат) с «твердыми» мономерами с высокой Т (бу-
тил- и метилметакрилат). Такое сочетание позволяет получать сополимеры с Тст от 0 до 40 °С.
Получение сополимеров акрилатов со стиролом возможно благодаря способности этих мономеров легко сополимеризоваться с акрилата-ми и почти одинаковой температуре стеклования гомополимеров. Использование неполярного мономера стирола вместо метилметакрилата приводит к улучшению водо- и щелочестойкости получаемых сополимеров, увеличению сродства к пигменту и повышению блеска покрытий. Однако высокое содержание стирола может быть причиной снижения атмосферостойкости, блеска и появлению некоторого пожелтения покрытия [7, 8].
Таким образом, свойства полимеров, применяемых в текстильной промышленности, зависят от вида и свойств мономеров, входящих в состав сополимера, их соотношений, а также от способа полимеризации.
Важным фактором, определяющим пригодность полимера для модификации текстильного материала, является прочность образующейся на поверхности ткани пленки, которая в свою очередь зависит от строения и свойств пленкообразующих полимеров. Устойчивость её к стиркам зависит от характера и степени образования поперечных связей в полимере. Полимеры с более высокой Тст, хотя и дают более жесткий гриф, способствуют образованию более прочных к стиркам полимерных покрытий. Причем прочность в большей мере зависит от строения полимера, чем от степени образования поперечных связей.
Обобщенные данные о влиянии строения и свойств акриловых полимеров на прочность полимерного покрытия при модификации тканей можно представить данными таблицы 1 [4].
Из российских разработок текстильных технологий, где отечественные полимеры применялись в области колорирования текстильных материалов, известны исследования Епишки-ной В.А., Целмса Р.А. [9-11]. Группой ученых ИГ-ХТУ совместно со специалистами ООО «Сван» (г.Дзержинск) специально разработана серия водных дисперсий акриловых сополимеров для использования в процессах печати [12, 13], крашения [14, 15] и заключительной отделки хлопкосо-держащих тканей [16]. Учеными детально изучены свойства имеющихся на российском рынке полимерных связующих, определены основные научные критерии достижения высоких результатов закрепления придаваемых эффектов на текстильных материалах, спрогнозированы свойства и синтезированы новые полимеры для текстильной печати, крашения и заключительной отделки тканей [17-20].
Таблица 1
Влияние структуры и свойств акриловых полимеров на технические результаты модификации тканей
Факторы
Устойчивость, баллы
к стирке
химчистке
старению
истиранию
Твердость полимера Структура полимера Образование поперечных связей
* 0 - не влияет; 1 - незначительно влияет; 2 - слабо влияет; 3 - посредственно влияет; 4 - заметно влияет.
На основании детальных спектрофотометри-ческих, сорбционных, деформационных исследований выявлены основные критерии изменения свойств пленкообразующих полимеров (МТП, Тст, поверхностное натяжение и др.) путем целенаправленного подбора мономерного состава, инициаторов, эмульгаторов и ПАВ на стадии эмульсионной полимеризации.
Разработаны совместно с ООО «Сван» и прошли серию промышленных испытаний при колори-ровании и отделке текстиля препараты Ларус-33,20 и 21, Рузины -33 и 14И и др. Такие препараты, как Ла -рус-33 и Рузин-14И, успешно используются рядом отделочных фабрик Ивановского региона в качестве связующих для пигментной печати и крашения, а также в заключительной отделке при сообщении хлопчатобумажным тканям свойств воздухонепроницаемости (ткани тиковой подгруппы), проти-воусадочной, наполненности, добротности (хлопчатобумажные ткани бязевой группы).
Перечисленные выше примеры использования полимеров отечественного производства в текстильных технологиях и ряд полученных закономерностей по изучению полимеров и технических результатов модификации текстильных материалов с их использованием (будь то колорирование или заключительная отделка), полученных авторами ранее [12-19] явились основой при разработке современных способов переводной печати по цел-люлозосодержащим тканям с предварительной мо -дификацией ткани полимерами.
Авторами статьи получены интересные результаты использования акриловых полимеров отечественного производства в процессах переводной печати текстильных материалов.
На основании серии исследований по выбору наиболее доступных по цене, по технологической пригодности, по экологическим характеристикам полимеров, а также учитывая полученные ранее результаты использования отечественных полимеров, разработаны методы нанесения модификаторов, определены оптимальные концентрации, параметры фиксации и др. Для сравнения исполь-
зованы уретановые и полимеры зарубежных производителей, широко применяемые в российских текстильных производствах в процессах печати, крашения и заключительной отделки текстильных материалов.
Обработку тканей с содержанием хлопкового волокна более 80 % проводили методом ракельного нанесения загущенного полимерного состава с последующей сушкой и кратковременной фиксацией модифицированной ткани. Далее следовал процесс перевода дисперсного красителя с бумажной подложки на модифицированную ткань. Результаты печати, оцененные по показателям насыщенности окрасок, приведены на рисунке 1.
226 223 22? 225
Ш 22»
159
160
209
215 213 216
-223-
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
препараты
Рис. 1. Насыщенность окраски, полученной при переводной печати с использованием диспеpсного aлого п/э, с пpедвapительной модификaцией хлопчатобумажной ткани полимерами
1 - Ларус-33, 2 - Рузин-33, 3 - Ларус-21И, 4 - Лакротен-Э64, 5 - Аквапол-11, 6 - Аквапол-10, 7 - Рустан14, 8 - С-612, 9 - KFC, 10 - Mlihanate,
II - Гликазин, 12 - Аквапол-12, 13 - Нува-HPU,
14 - EEE, 15 - AIR, 16 - WEB
Анализ результатов показал следующее: Полимерный препарат - Ларус 33С (1), который вызвал прочное склеивание напечатанной
бумаги с тканью, и полимеры, которые показали слабый переход красителя на ткань, - Рустан 14 (7) и полиуретан С-б12 (8) - оказались технологически непригодными для модификации под переводную печать.
Препараты: Ларус 21И (3), Лакротен Эб4 (4), Аквапол-10 (б), Аквапол-11 (5), и зарубежные препараты Репеллан - KFC (9), Mlihаnаte (10) и Ruœ-Guаrd AIR (15) показали положительные результаты переводной печати и способствовали получению хороших окрасок с высокой интенсивностью. При их применении бумага легко отделяется от ткани после термообработки. Наиболее мягкий гриф получаемой печати получен при использовании Аквапола-10, Репеллана KFC и Ml^^te.
Если сравнивать препараты по стоимости, доступности и экономической целесообразности использования в переводной печати, то наиболее эффективными являются отечественные полимеры Ларус 21И и Лакротен Эб4. В настоящее время исследования в этой области продолжаются и направлены на оптимизацию технологических процессов переводной печати.
Выводы
1. Проведен анализ литературных данных о существующих способах полимерной модификации текстильных материалов и о влиянии строе -ния и свойств полимеров на технические результаты отделки тканей.
2. Показана эффективность применения отечественных пленкообразующих полимеров: Ларуса-21И, Лакротена-Эб4, Аквапола-10 и Аквапола-11 в качестве модификаторов поверхности хлопчатобумажной ткани, способствующих получению хо -роших окрасок с мягким грифом ткани, качественной цветопередачей и высокой степенью переноса красителя. Оценка результатов печати позволила разделить используемые полимеры на пригодные для этого способа печати и непригодные.
Литература
1. R.B. Chavan and M. Hanif Lange. Textile Research
Journal. 1988. 58. p. 51-5б.
2. J. Bemskal, J. Szkudlarek. AUTEX Research Journal.
2013. v. 13. № 3. p. б7-70.
3. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д., Кириллова М.Н. Физико-химические основы процессов отделочного производства - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982. с. 280.
4. Глубиш П.А. Применение полимеров акриловой кислоты и ее производных в текстильной и легкой промышленности. - М.: Легкая индустрия. 1975. с. 208.
5. DоlgоnоsоvА.М. Reаctive Ро1утеге. 1992. V. 17. р. 95.
6. Аntоnik L.M., Ьоругеу К.А., Tiunоv М.Р., Dоlgushin ак Zhum. рпкЫ. кЫти. 2001. V. 73. № 11. р. 1759.
7. Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. - Л.: Химия. 1978. с. 392.
8. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. 3-е изд. переработанное. М.: Химия. 1978. с. 544.
9. Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Киселев А.М., Цобкалло Е.С. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2009. № 3. с. 60-63.
10. Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Киселев А.М., Васильев В.К. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2008. № 2. с. 59-62.
11. Капустина В.В., Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Цобкалло Е.С. Изв. Вузов. Технология легкой промышленности. 2013. № 2. с. 27-31.
12. Алешина А.А., Козлова О.В., Мельников Б.Н. Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2007. т. 50. № 6. с. 3-8.
13. Меленчук Е.В., Козлова О.В., Алешина А.А. Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2011. т. 54. № 1. с. 13-20.
14. Меленчук Е.В., Захарченко А.С., Козлова О.В. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2010. т 238. № 7. с. 37-40.
15. Захарченко А.С., Меленчук Е.В., Козлова О.В. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2010. № 6. с. 41-45.
16. Захарченко А.С. Обоснование и разработка технологий заключительной отделки текстильных материалов с использованием отечественных стиролмета-криловых и уретановых полимеров. - дисс.на соиск. степени к.т.н. - 2013.
17. Козлова О.В., Алёшина А.А., Рудыка В.И. Патент РФ № 2387748. 2008.
18. Козлова О.В., Меленчук Е.В. Патент РФ 2446240. 2010.
19. Захарченко А.С., Козлова О.В. Патент РФ 2480548. 2013.
20. Козлова О.В., Одинцова О.И., Меленчук Е.В., Федо-ринов А.С. Российский химический журнал. 2014. т. иУШ. № 2. с. 79-82.
