CC BY
10
УДК 665.939.35
В.П. ГН1ДЕЦЬ, Ю.М. ГНЩЕЦЬ, О.В. СКРОПИШЕВА, О.М. СМОЛИЛ
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ СКЛАД1В ГЕЛЕЙ НА ОСНОВ1 АЛЬГ1НАТУ ТА ВОДОРОЗЧИННИХ ПОЛ1МЕР1В НА IX РЕОЛОГ1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1
У po6omi до^джено реологiчнi властивостi CKnadie на ocHoei альгтату натрiю, який е гелеутворюючою добавкою у харчовш npoMu^oeocmi, та i'x сумiшей з препаратом ЕПАА -модифкованим легкорозчинним nолiмером полiакриламiду. Показано, що властивостi складiв на основi альгтатних загусток та ix сумшей з препаратом ЕПАА мають близью гiдродинамiчнi властивостi та можуть бути успшно використанi при вибиванш тканин активними барвниками. При вибиванш забезпечуеться така ж iнтенсивнiсть забарвлення та ступiнь фжсаци активних барвниюв на бавовняних тканинах, як i при використаннi загусток на основi альгтату натрт.
Ключовi слова: альгiнат натрiю, альгiнатна загустка, реологiчнi властивостi, препарат ЕПАА.
V.P. HNIDETS, Y.N. HNIDETS, E.V. SKROPISHEVA, O.N. SMOLINA
Kherson National Technical University
STUDY EFFECT OF COMPOSITION GELS BASED ON ALGINATE AND WATERSOLUTION POLYMERS ON THEIR RHEOLOGICAL PROPERTIES
Abstract
We have studied the rheological properties of compositions based on alginate thickeners, and mixtures thereof with the drug EPAA - easily soluble polymer modified polyacrylamide. It has been shown that the properties of formulations based on alginate thickeners, and mixtures thereof with the drug EPAA have similar hydrodynamic properties and can be successfully used in the printing of fabrics with reactive dyes. When printing is provided the same degree of intensity and color fixing reactive dyes on cotton fabrics as thickeners using sodium alginate.
Keywords: sodium alginate, alginate thickener, rheological properties, the drug EPAA.
Постановка проблеми
У сучасних умовах високояшсне вибивання тканин повинно бути рацюнальним, економ1чно випдним та забезпечувати надання текстильним матер1алам комплексу споживчих властивостей, комфортносп у споживанш, високих саштарно-ппешчних властивостей при повному додержанш еколопчних вимог текстильних матер1ал1в.
Подальший прогрес в обласп вибивання тканин неможливий без розробки та упровадження теоретично обгрунтованих, принципово нових технолопчних процеав та препарапв, заснованих на використанш енерги шфрачервоного випром1нювання, струм1в високо! частоти, вакууму та шшого [1-5]. Шдвищення випуску вибивних тканин та покращення !х колористичного оформлення залежить в1д виршення ряду проблем, пов'язаних з технолопчними особливостями процесу вибивання текстильних матер1ал1в. Одшею з них е проблема вибору ефективного загусника, який волод1е комплексом реолог1чних та техшчних властивостей, необх1дних для досягнення потр1бно! якост1 вибивання.
Аналiз останшх досл1джень i публiкацiй
Вибивання бавовняних тканин активними барвниками. Вибивання, тобто нанесення малюншв на тканину, можна розглядати як фарбування i"i окремих дшьниць, розм1р i форма яких залежить вiд малюнка який наносять. Хiмiчнi процеси, якi протiкають при вибиванш та фарбуваннi, не дуже розрiзняються, але нанесення барвника вибиванням та закрiплення його на тканиш потребуе деяких специфiчних умов та особливого мехашчного обладнання, бiльш складного шж при фарбуваннi. Завдяки яскравосп та стiйкостi забарвлення до мокрих обробок, нескладносп приготування та стшкосп фарб для вибивання активнi барвники широкого використовують для вибивання тканин з целюлозних волокон.
Активнi барвники можуть вступати у реакцш з крохмалем шлiхти та iншими речовинами, яш нанесено на тканину. Вибивання цими барвниками проводять по добре шдготовленш тканинi, яка може добре змочуватися. На тканинi не повинно бути слщв хлору, перекису водню, вона повинна мати нейтральну реакцш. Бшьшють загусник1в мiстить гiдроксильнi групи, як1 здатнi хiмiчно реагувати з барвником, i тим самим знижувати ступiнь використання барвника. Загусники, яш мiстять гiдроксильнi групи, можна використовувати за умови, що частина пдроксильних груп загусника окислена до карбоксильних груп. Гарнi результати при вибиванш активними барвниками дають загустки на основi альгiнату натр1ю, карбоксиметильованих похвдних целюлози та крохмалю, синтетичних полiмерiв, як1 мiстять карбоксильнi групи [2].
Фгксацш активних барвнишв шсля вибивання проходить шляхом запарювання або при термофшсацп. Пiсля вибивання, висушування та термофжсацп барвники можуть знаходитися на волокш у виглядi гiдролiзованих та адсорбованих форм, як1 не вступили у реакцш з волокном. Тому метою промивання тканини е видалення загусника, допомiжних речовин фарби та барвника який не вступив у реакцш з волокном. Активний барвник краще вщмиваеться у холоднiй вод^ а загустка та гiдролiзованний барвник - при промиванш гарячою водою та мильно-содовими розчинами [3].
Роль загусника при вибивашм. Для утворення кольорового малюнка на тканинi при юнуючш технологи необхiдно внести барвник у в'язку систему, яка здатна забезпечити переход його iз гравюри чи через сiтку шаблону на тканину, ввдповщно, з площею та глибиною малюнка на валу.
Загусники, тобто речовини, як1 здатнi утворювати в'язк системи, е основними компонентами фарби для вибивання. Загусник створючи таю властивостi фарби для вибивання, яш забезпечують найкращий переход барвника на тканину, сприяючи одержанню тонкого та чггкого контуру малюнка при максимальнш яскравостi та тональностi забарвлення [1-5]. Загусник повинен мати такий колiр та хiмiчнi властивостi, яш не перешкоджали б одержанню чистого кольору при проявленш забарвлення.
Барвник у дешлька разiв дорожче загусника, а витрачаеться його (у перерахунку на суху речовину) стiльки ж чи бшьше вартостi загусника. Вiрний вибiр загусника сприяе економп барвника, одержанню мщних забарвлень та вибиванню високо! якостi. Для досягнення найкращих результапв слад використовувати загусники, яш надають високу в'язк1сть друкарськ1й фарб^ при цьому повинна забезпечуватися легка подальша вiдмивка загусника з тканини.
В'язшсть фарби для вибивання е одним з основних показнишв, яш залежать ввд концентрацп загусника та його особистих властивостей. Зазвичай, у якосп загусника використовують наступнi високомолекулярш речовини: крохмаль, продукти хiмiчно! переробки крохмалiв, ефiри целюлози та продукти переробки морських водоростей.
1з загусник1в найбiльше значення вiдiграе крохмаль, однак у чистому виглядi вш реагуе з активними барвниками, важче за iншi загусники змиваеться з тканини. Основним напрямком робiт в обласп загусникiв фарби для вибивання е прагнення полiпшити як1сть вибивання за рахунок створення стiйких в'язких систем якi забезпечують високий колористичний ефект без прикладання великих навантажень на вал для вибивання [2-7].
Формулювання мети досл1дження
Метою дослщжень дано! роботи було порiвняльне вивчення реолопчних властивостей природних альгiнатних згущувачiв та !х складiв у сумiшi з легкорозчинними полiмерами полiакриламiду, встановлення можливостей застосування самих гелiв полiмерiв та !х сумiшей для процеав друкування бавовняних тканин активними барвниками.
Матерiали та методи дослвджень. У данш роботi проведено порiвняльне вивчення реолопчних властивостей природних альпнатних згущувачiв та !х складiв у сумiшi з легкорозчинними полiмерами полiакриламiду - препарату ЕПАА (модифшованого легко розчинного полiакриламiду). Показано, що препарат ЕПАА може устшно використовуватися при вибиванш бавовняно! тканини активними барвниками. Для оцшки можливостi застосування препарату ЕПАА для друкування бавовняно! тканини у порiвняннi з альпнатною загусткою, нами було дослщжено !х реологiчнi властивостг Склади загусток для дослiдження !х реологiчних властивостей готувалися зпдно рекомендацш по !х складах та способах приготування, наведених у довiдковiй, науково-техшчнш лiтературi та рекомендащях виробництва. Дослвдження реологiчних властивостей загусток проводились на ротацшному вiскозиметрi «Кео1е81-2» у дiапазонi градiенту швидкостей зсуву 1-1312 с при температурi 20оС.
Викладення основного матерiалу досл1дження
Дослвдження реологiчних властивостей загусток на основi альгiнату натрш та його сумiшей з препаратом ЕПАА проводили при вимiрюваннi !х гiдродинамiчних властивостей на вiскозиметрi «Кео1е$1-2». У практицi вибивання текстильних матерiалiв використовують загустки та фарби для вибивання з рiзною в'язк1стю, яка визначаеться характеристикою обладнання для вибивання, властивостями текстильного матерiалу та типом рисунку. Так, наприклад, для вибивання з використанням валiв з малою гравюрою, щшьних текстильних матерiалiв, грунтових малюнк1в необхiднi бiльш в'язк1 фарби для вибивання, шж при використанш глибоких гравюр, контурних малюнк1в [2-7]. Як правило, регулюють в'язк1сть у процеа приготування фарб для вибивання шляхом розбавлення загусток, тобто змшою концентрацil загусника у фарбi для вибивання. Необхвдною умовою вибивання е складання оптимальних рецептур фарби з потрiбною в'язк1стю. Необх1дною умовою створення оптимально! рецептури фарб для вибивання з потрiбною в'язк1стю е наявнють даних про характер залежностi в'язкосп фарби вiд концентрацi! використаного загусника.
1снують рiзнi пiдходи до графiчно! iнтерпретацi! залежностi в'язкостi водорозчинних полiмерiв в1д концентрацi!. Для водорозчинних полiмерiв, як1 використовуються у приготуваннi загусток та фарб, залежшсть в'язкостi вщ концентрацi!, зазвичай, носить експоненцiальний характер. Вщображення тако! залежностi в координатах в'язшсть - концентращя наглядно вщображае рiзке збiльшення в'язкостi з
ростом концентраци загусника, що ускладнюе оцшку реолопчно! поведiнки загусток i фарб та спiвставлення властивостей шдивщуальних загусник1в, що будуть обумовлювати яшсть при вибиваннi. Для оцiнки придатносп використання загуснишв для процесу вибивання запропоновано використовувати концентрацiйнi залежностi в'язкосп розчинiв полiмерiв в координатах «подвшно! логарифмiчно! в'язкостi - логарифма концентраци», що дозволяе представляти цi залежносп в лiнiйнiй формi у широкому iнтервалi концентрацiй [2-7]. Для бшьшосп промислових типiв загусник1в, таких як альпнатш (манутекс, альгiнат, ламальгiн), крохмаль, похiднi галактомананiв та целюлози (КМЦ, оксиметилцелюлоза, метилцелюлоза), як1 застосовуються у друкуванш текстильних матерiалiв визначенi величини мшмально! «критично!» концентраци, як1 обумовлюють необхвдну як1сть забарвлення та читасть контуру рисунку.
Дослiдження реологiчних властивостей загусток на основi препарату ЕПАА. Для загуснення фарб для вибирання використовують загусники рiзного типу у виглядi сухих порошков або водних паст (синтетичш); загусники, як1 при набуханш та розчиненнi у водi дають в'язк1 маси (загустки), що мають вiдповiдний комплекс необх1дних властивостей (клейшсть, структурованiсть, пластичнiсть). У якосп загусник1в використовують природнi полiмери та !х модифiкованi продукти: крохмаль та продукта його пдрол1зу (декстрини), прост та складнi ефiри крохмалю, альпнати та ефiри целюлози. Крiм природних загусник1в, застосовують i синтетичнi полiмери на основi полiвiнiлового спирту, пол1акриламщу, полiакриловоl та пол1метакрилово! кислоти. У зв'язку з розвитком синтетично! оргашчно! хiмi! та хiмi! ВМС, у даний час стають перспективними загусники, що являють собою зшитi полiелектролiти на основi акрилово!, метакрилово!, вшшсульфоново! кислот, а також мале!нового анпдриду. Усi названi загусники мають як ряд переваг, так i недолтв. Для використання у процесi вибивання тканин вони повинш мати ввдповщт названi вище технологiчнi властивостi та достатньо високу економiчну ефективнiсть !х застосування. Економiчний ефект !х застосування обумовлюються тим, що загусник виконуе роль переносника барвника на текстильний матерiал та потiм видаляеться. Це особливо важливо для процесу друкування водорозчинними активними барвниками.
Для процесу вибивання використовуеться полiакриламiд та його похвдш. У даний час на кафедрi ХТБС ХНТУ освоено промисловий випуск легкорозчинного полiмеру на основi полiакриламiду -препарату ЕПАА. Даний препарат мае ряд переваг:
- Не потребуе процесу розварювання при виготовленш водних розчинiв, на ввдмшу вiд звичайного полiакриламiду. Легко розчиняеться у водi при розмшуванш.
- Не змiнюе розчиннiсть у процеа зберiгання.
- Легко видаляеться з тканини при промивцг
Так як препарат ЕПАА добре розчиняеться у вод^ вш легко може змiшуватись з крохмалем та альпнатами, iншими загусниками фарб для вибивання. Для оцшки можливостi застосування препарату ЕПАА для друкування бавовняно! тканини у порiвняннi з альгiнатною загусткою, нами було дослiджено !х реолопчш властивостi. Склади загусток для дослщження готувалися зпдно рекомендацiй по !х складах та способах приготування, наведених в довщковш, науково-технiчнiй лiтературi та рекомендациях виробництва.
Загустки, як1 мають додавати друкарським фарбам необхiднi технолопчш властивостi, наведено
в табл.1.
Таблиця 1
Склад загусток__
Загустка № Компоненти загустки Склад, г/кг
1 Манутекс 3%-ий Вода 600 до 1000
2 Препарат ЕПАА- 11 6%-ий Манутекс 3%-ний Вода 400 200 до 1000
3 Препарат ЕПАА 7%-ий Вода 600 до 1000
4 Препарат ЕПАА 11-С 6%-ий Вода 600 до 1000
5 Препарат ЕПАА-11 6%-ий Вода 600 до 1000
6 Препарат ЕПАА- 11 6%-ий Манутекс 3%-ий Вода 300 300 до 1000
Проведет дослвдження та ствставлення реолопчних властивостей загусток дозволили спрогнозувати можливють застосовувати 1х для процесу вибивання бавовняних тканин активними барвниками.
Дослвдження реологiчних властивостей загусток на основi альгiнату натрш та його сумшей з препаратом ЕПАА проводились на ротацшному вiскозiметрi «Кео1е81-2» у дiапазонi градieнту швидкостей зсуву 1-1312с при температурi 20оС.
Реологiчнi властивостi дослвджуваних складiв - залежностi в'язкостi розчишв полiмерiв в координатах «подвшно! логарифмiчноl в'язкостi - логарифма концентрацп» наведеш на рис. 1-4.
Реологiчнi властивосп манутексу приведено на рис. 1.
Ьп у
Рис. 1. Реолопчш властивостi манутексу
В'язкiснi характеристики препарату ЕПАА в координатах «подвшно! логарифмiчноl в'язкостi -логарифма концентрацп» наведено на рис. 2.
Ьп у
Рис. 2. В'язккш характеристики препарату ЕПАА
Вивчення реологiчних властивостей загусток показало, що у порiвняннi з альпнатною загустою , загустки на основi препарату ЕПАА мало в^^зняються по в'язкостi, що пiдтверджено 1х реологiчними властивостями i ще рядом показнишв. Висока в'язк1сть даних загусток дозволяе готувати фарби для вибивання, яш дають чiткий малюнок (КМЦ мае гiршi властивостi). Препарат ЕПАА-11, як показали дослвдження його реолопчних властивостей, мае меншу в'язк1сть, тому вш може бути рекомендований
для використання у змшання складах загусток. Нами розроблено склади загусток на основi препарату ЕПАА, яю мають близью реолопчш властивосп до загустки на основi альгiнату.
Реолопчш властивосп загустки №2 на основi препарату ЕПАА-11 та сил1кату натрш наведено на рис. 3.
Ьп у
Рис. 3. Реолопчш властивост загустки №2
Реолопчш властивосп загустки №4 на основi препарату ЕПАА 11-С та силжату натрш наведено на рис. 4.
Ьп у
Рис. 4. Реолопчш властивост загустки №4
На рис. 4 показано залежшсть реологiчних характеристик загусток ввд швидкостi зсуву при температурi 20оС. Як видно з рис. 1-4, в'язюсть загусток знижуеться з ростом швидкостi зсуву. В'язюсть загусток лiнiйно залежить ввд швидкосл зсуву в логарифмiчних координатах. Така залежшсть сввдчить про перспективнiсть застосування досл1джуваних складiв та можливостi отримання чiтких контурiв при нанесеннi рисунку на тканини.
Дослщження загусток для вибивання з допомiжними речовинами, яш використовують у вибиванш текстильних матерiалiв. 1снуюча у даний час технолопя забарвлення текстильних матерiалiв мiстить багато рiзноманiтних способiв вибивання, як1 класифшуються за будовою барвника, а також за прийомами нанесення рисунку на текстильний матерiал та його наступнш обробцi. Кожен з цих способiв володiе визначеними вiдмiнними властивостями, яю проявляються як в як1сному, так i в к1льк1сному складi фарб для вибивання.
Анатзуючи шформацш, яка мютиться у сучаснш лггератур^ звертае на себе увагу багатокомпонентнiсть колоруючих складiв, адже окрiм барвника та загусника, фарба мютить рiзнi допомiжнi речовини: прискорювачi процесу фiксацi!, ПАР та ш. [2-8]. Крiм того, частина допом1жних речовин потрапляе у фарбу разом з барвником, осшльки мiститься у випускних формах барвник1в та !х паст. Тому одним iз важливих аспектiв розробки нових загусник1в е вивчення !х сумiсностi з основними класами хiмiчних сполук, як1 використовують у якосл допомiжних речовин у вибиванш текстильних матерiалiв. Не дивлячись на значш вiдмiнностi фiзико-хiмiчного стану барвника, щ сполуки несуть однакове функцiональне навантаження, яке полягае у змш хiмiчного та фiзичного стану барвника волокном та потрiбно! його стшкосп як у фарбi, так i на волокнi. Кiнцева мета тако! змiни - це забезпечення максимального ступеня фiксацi! барвника волокном та його потрiбно! стiйкостi як у фарб^ так i на волокш Досягнення ще! мети залежить не тiльки вiд iндивiдуальних властивостей iнтенсифiкаторiв але й ввд характеру його взаемоди з загусниками. Одним з найб№ш розповсюджених iнтенсифiкаторiв е сечовина. Збшьшення концентрацi! сечовини викликае зниження в'язкостi загустки з альпнату та полiакриламiду. Це обумовлюеться тим, що сечовина руйнуе зв'язки, завдяки яким макромолекули утримуються в «доменах» - надмолекулярних структурних одиницях. У порiвняннi з згустками, введення допом1жних речовин знижуе в'язк1сть фарб для вибивання.
Аналiз проведених досл1джень реолопчних властивостей загусток показав !х близьку схожють з реологiчними властивостями 3 % загустки з манутексу. Дослвдження в'язшсних властивостей змiшаних загусток на основi препарату ЕПАА показали можливють застосування таких складiв загусток та фарб для вибивання у процес друкування. При друкуванi забезпечуеться така ж штенсившсть забарвлення бавовняно! тканини та стутнь фшсаци барвника, як i при застосуваннi альгiнатних загусток.
Висновки
1. Дослвджено реолопчш властивосп загусток на основi природних альгiнатних згущувачiв та !х складiв у сумiшi з легкорозчинними пол1мерами полiакриламiду - препаратом ЕПАА (модифшзваним легкорозчинним пол1мером полiакриламiду) та модифжованих загусток на його основi.
2. Установлено, що модифшоваш сумiшнi загустки на основi природних альгiнатних згущувачiв та !х складiв у сумiшi з препаратом ЕПАА мають близью друкарсько-технолопчш властивостi з чистими альпнатними згустками.
3. Виявлено, що препарат ЕПАА та змгшат загустки на його основi можуть успiшно використовуватися при вибиванш бавовняно! тканини активними барвниками. При цьому забезпечуеться така ж штенсившсть забарвлення бавовняно! тканини та стутнь фшсаци барвника, як i при застосуванш альпнатних загусток.
Список використаноТ лiтератури
1. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. — М, Т.1-3, РЗИТЛ, 2001. — 1274 с.
2. Глубш П.А., Добровольский С.А. Шдвищення якосп обробки текстильних матерiалiв. - К.: Техшка, 1994. - 162 с.
3. Глубш П.А. Хiмiчна технолопя текстильних матерiалiв (завершальне оброблення). - К.: Арютей, 2005. - 300 с.
4. Марыганов А.П., Захаров А.Г., Живетин В.В. Перспективы полимерных материалов для химико-текстильного производства // Рос. Хим. ж.(Ж. Рос. Хим об-ва им. Д.И. Менделеева). - 2002. -Т. ХЦУТ. - №1. - С. 58-66.
5. Романова М.Г., Гордеева Н. В. Активные красители текстильной промышленности. - М, 1986. -143 с.
6. Степанов А.С. «Загустители и печатные краски». -М.: «Легкая индустрия», 1969 г. - 176 с.
7. Сенахов А.В., Коваль В.В., Ф.И. Садов. Загустки, их теория и применение. - М.: «Легкая индустрия», 1972. - 320 с.
8. Виноградов Г.В., Белкин И.М. «Ротационные приборы. Измерение в'язкости и физико-механических характеристик материалов». - М, 1968. - 157 с.
