CC BY
16
БИОХИМИЯ
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ
Маджидов Абдинаби Аманович
канд. техн. наук (PhD), преподаватель кафедры «Биохимии» Бухарского государственного медицинского института, Республика Узбекистан, г. Бухара E-mail: [email protected]
STUDY OF THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF A POLYMER COMPOSITION
Abdinabi Majidov
Candidate of Technical Sciences (PhD), Lecturer at the Department of Biochemistry, Bukhara State Medical Institute, The Republic of Uzbekistan, Bukhara
АННОТАЦИЯ
В статье анализируется проблемы использования загущающих полимерных композиций в текстильной промышленности для набивки хлопчатобумажной ткани активными красителями. Уделяется особое внимание на определение структурно-механических свойств загущающих полимерных систем. Определены физико-механических и колористических свойств набивных тканей, напечатанными активными красителями. А также изучено влияние различных факторов на физико-химические свойства полимерных систем на основе крахмала, Na-КМЦ и серицина и определены оптимальные составы компонентов, входящих в состав загустителей.
ABSTRACT
The article analyzes the problems of using thickening polymer compositions in the textile industry for stuffing cotton fabric with active dyes. Particular attention is paid to the determination of the structural and mechanical properties of thickening polymer systems. The physico-mechanical and color properties of printed fabrics printed with active dyes are determined. And also the influence of various factors on the physicochemical properties of polymer systems based on starch, Na-KMC and sericin was studied and the optimal compositions of the components that make up the thickeners were determined.
Ключевые слова: полимерные композиции, краситель, ткань, серецин, компонент, вязкость.
Keywords: polymer compositions, dye, fabric, serecin, component, viscosity.
Несмотря на значительные достижения в области облагораживания ткани из хлопкового волокна, успехи в этой области далеко не исчерпаны. Поэтому разработка эффективных водорастворимых композиций на основе местного сырья, пригодных как для шлихтования пряжи, так и в качестве загустки в процессе печатания тканей, является весьма актуальной задачей.
Вязкость загустителей - одна из основных характеристик системы, так как она должна находиться в пределах оптимального значения, при котором обеспечивается образование на поверхности ткани защитной пленки с красителями, придающей ей прочность и полного перехода красителя на ткань [1].
Вязкость исследованных систем измерялась при определенных градиентах скорости сдвига, а именно, при увеличении в 8000 раз, т.е. от 410-1 до 3,122 103 с-1. Условный показатель структуры (ПС) рассчитывали по формуле
ПСусл. = (Л1/Л2) - 1 ,
где п 1 - вязкость при в = 0,4 с-1 , п 2 - вязкость при в = 3,122 с-1.
Величины ПСусл для исследуемых композиций представлены в таблице 1.
Как следует из полученных данных, композиции, входящие в первую группу, характеризуются значительно меньшими величинами ПСусл (не более 100) по сравнению, с загустителями второй группы, для которых ПСусл составляет 200-300 и более. Следовательно, можно сделать вывод, что для первой группы композиций характерна сравнительно меньшая потеря вязкости в процессе механического разрушения. Это должно обеспечивать большую стабильность при работе с загустками на печатной машине. Очевидно, ньютоновский характер течения такой загустки делает ее высококачественной. Поэтому, надо полагать, что №-КМЦ в составе полимерной композиции более эффективна, чем другие загустители.
Библиографическое описание: Маджидов А.А. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2022. 3(93). URL:
https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13188
Таблица 1.
Условные показатели структуры полимерной композиции
Композиции Концентрация, % Вязкость при £ = 0,4с-1, Лх Вязкость при £=3,122103с -1, Л2 Показатель структуры, ПСусл
№-КМЦ 9 183,8 2,47 72,85
Альгинатнатрия 8,0 219,4 6,56 32,70
Крахмал-серицин-№а-КМЦ 7,05 299,9 8,74 3,83
Крахмал 12 1114,0 3,17 353,7
Манутекс 2,5 441,4 1,83 247,6
Полупринт 14 366,4 1,78 226,9
Эмпринт 16 872,4 3,86 214,7
В табл.2, приведены данные теплоты активации вязкого течения растворов полимерной композиции и Ка-КМЦ, а также ориентировочные величины времени релаксации для этих систем. Видно (табл.2), что величина ЛНвяз для раствора Ка-КМЦ практически в 2-2,5 раза больше, чем для композиции. Для последней она равна 4-5 ккал/моль и выражает теплоту активации, обусловленную образованием менее прочных флуктуационных сеток.
Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что менее выраженная
аномалия вязкости композиции на основе карбо -цепного полимера гидролизованной акриловой эмульсии объясняется более слабым межмолекулярным взаимодействием, меньшим размером сегментов и большей гибкостью цепи по сравнению с полярным гетероцепным полимером Ка-КМЦ. Как следствие этого, композиция из крахмала, серицина и Ка-КМЦ характеризуется меньшими значениями ЛНвяз, времени релаксации и наименьшей величиной показателя структуры ПСусл = 3,83.
Таблица 2.
Изменение теплоты активации вязкого течения и время релаксации растворов ^ - КМЦ
и полимерной композиции
Состав композиции Температура, Т, К Температура, 1/Т- 103, К при ^ Р=2,00 Теплота активации (ДНвяз), ккал/моль Время релаксации, 1ч(с)
№-КМЦ 293 3,413 2,2490 9,7 3,2
313 3,195 1,7360
333 3,003 1,4120
Крахмал + Серицин 293 3,413 1,5430 6,4 2,6 10-2
313 3,195 1,4620
333 3,003 1,2440
Крахмал ПАА 293 3,413 1,4870 6,9 2,810-2
313 3,195 1,3210
333 3,003 1,1160
Крахмал Серицин+ПАА 293 3,413 1,5630 5,3 2,3 • 10-2
313 3,195 1,4920
333 3,003 1,3111
Крахмал Серицин+ ПАА+ Ш-КМЦ 293 3,413 1,6420 4,7 1,910-2
313 3,195 1,5170
333 3,003 1,3840
Как показали исследования, при изучении зависимости предела текучести (Рт) водорастворимой полимерной композиции весьма положительные результаты получаются для загусток на основе смеси
серицина, крахмала и Ка-КМЦ. Эти данные представлены на рисунках 1, 2. Виден плавный ход и отсутствие минимумов на кривых зависимости Рт от состава композиции, что свидетельствует о хорошей совместимости загустителей независимо как от их
соотношений в смеси (кр.1), так и от добавок и компонентов печатной краски (кр.2). Наличие хорошей совместимости также подтверждается высокой стабильностью получаемых смесей [2].
Результаты исследований свидетельствуют, что по характеру реологических кривых крахмальный
клейстер без серицинаи ПАА можно отнести к упруго-хрупким или эластично-хрупким твердообразным системам, для описания структурно-механических свойств которых используют такие характеристики, как модуль упругости и вязкость упругого последствия [3].
А
5 6 7 8 Э Количества КМЦ, г/кг
Рисунок 1. Зависимость предела текучести композиции от концентрации КМЦ и загустки на основе:
1 - крахмал - КМЦ; 2 - крахмал - серицин; 3 - крахмал - КМЦ - серицин
Количества КМЦ, г/кг
Рисунок 2. Зависимость пластической прочности Рп внутренней структуры полимерной композиции от концентра-ции КМЦ и загустки на основе:
1 - крахмал - КМЦ; 2 - крахмал - серицин; 3 - крахмал - КМЦ - серицин
Из кривых течения 6%-ных крахмальных клей-стеров и полимерной композиции следует, что при введении в состав композиции КМЦ и серицина, упруго-вязкая твердообразная система 6%-ного крахмального клейстера преобразуется в упруго-пластичную систему [4]. Кроме того, замечено, что чем больше содержание КМЦ и серицина в системе, тем ярче проявляются пластичные свойства системы [5].
Из полученных данных (табл.3.) видно, что вязкость полученной композиции с одинаковой концентрацией крахмала сравнительно высокая. Если при 293К вязкость 4%-ного раствора крахмала достигает 14.516 Па.с, тогда вязкость этого же раствора с добавками Ка-КМЦ и серицина с концентрацией 3,0 и 0,3 % соответственно относительно веса крахмала будет 24.721 Па.с. Вязкость раствора составляет 41.064 Па.с если концентрацию некрахмала довести до 6%. Вязкость системы повышается до 62.787 Па.с если под-вергнутьмодификации крахмал сКа-КМЦ и серици-ном (концентрация модификаторов соответственно составляет 3,0 и 0,3 % от веса крахмала), в данном случае вязкость системы будет в1,5 раза больше исходной [6]. Исходя из этого, можно сказать, что функциональные группы исходных компонентов
взаимодействуют за счет Ван-дер-Ваальсовых сил, что указывает на модификацию гидроксильных групп крахмала [7]. Также надо подчеркнуть, что добавление модификаторов в систему не только повышает ее вязкость, но и приводит к увеличению степени тиксо-тропного восстановления, впоследствии уменьшается предел текучести загустки. Если концентрация крахмала достигает 5,0% тогда степень тиксотропного восстановления -84,2% и предел текучести -39,14 г/см2, при той же концентрации крахмала, если провести модификацию, тогда величины изменятся следующим образом 97,6% и 34,23 г/см2, соответственно.
Важными факторами, определяющими технологические свойства загустителя и его качества, являются химическая природа, строение, комплекс химических свойств ингредиентов загущающих систем. Кроме того, загуститель должен обладать, высокой эластичностью, иметь достаточную вязкость при не высокой концентрации загущающих компонентов и высокую смачивающую способность волокнистого материала, быть стабильным при хранении и использовании, а также обладать хорошей биологической разлагае-мостью в промывке и аппретировании [8].
Таблица 3.
Изменение реологических свойств разработанного состава в зависимости от концентрации крахмала, КМЦ и серицина
Концен-трация Концентрация модификаторов, % от веса крахмала п, Па.с (Т=293К) Степень тиксо-тропного восстанов-ле- Предел те- Степень рас-
крахмала в за-густке, % кучести, Рm, г/см2 шепления крахмала, %
^-КМЦ Серицин ния, %
4 - - 14.516 80,4 41,36 -
5 - - 23.543 84,2 39,14 -
6 - - 41.064 93,3 25,40 -
2,0 - 16.730 83,7 40,23 63,0
3,0 - 18.145 86,4 37,14 67,5
4,0 - 21.283 95,2 33,26 72,3
4 - 0,1 15.264 82,3 40,78 56,4
- 0,2 17.846 85,1 38,19 58,6
- 0,3 18.935 94,4 35,27 64,0
3,0 0,3 24.721 96,7 30,41 75,7
2,0 - 26.434 86,8 38,76 60,4
3,0 - 28.743 88,7 35,28 62,3
4,0 - 32.672 96,1 31,08 64,7
5 - 0,1 25.126 84,2 38,56 53,4
- 0,2 27.447 86,3 36,15 54,2
- 0,3 29.165 95,1 33,47 58,1
3,0 0,3 35.284 97,6 34,23 75,6
2,0 - 47.182 88,4 25,11 57,8
3,0 - 51.723 91,5 23,64 59,7
4,0 - 55.641 97,6 20,78 63,4
6 - 0,1 31.142 85,3 26,24 52,1
- 0,2 34.284 87,8 25,18 53,6
- 0,3 40.166 96,2 22,34 55,4
3,0 0,3 62.787 98,7 19,26 73,2
Хорошей стабильностью характеризуются пористые структуры «щелочных» вязких составов, которые содержат в качестве природного крахмала и синтетические полимеры №-КМЦ и серицин. Устойчивость таких составов, приготовленных из
растворов полимеров различной концентрации, оценивали по вязкости систем сразу после приготовления и после выдерживания в течение суток. Соответствующие зависимости представлены на рис. 3 (а, б).
а)
б)
Рисунок 3. Зависимость вязкости гелеобразных загусток от концентрации компонентов загущающих ингредиентов и времени выдерживания
Загуститель на основе: 1. Ма-КМЦ и серицина; 2. Крахмала; 3. Крахмала-серицина;
4. Крахмала- Ма-КМЦ; 5. Крахмала- Nа-КМЦ-серицина а) - свежеприготовленная система; б) -вязкая система после 24-х часов выдержки
Из графиков видно, что наиболее предпочтительным является использование вязких систем на основе крахмала, Ка-КМЦ и серицина (рис.3. кривая 1), причем составы из крахмала, Ка-КМЦ и серицина имеют необходимую динамическую вязкость (308 Па-с) при концентрации крахмала - 5,0%, Ка-КМЦ-3,0% и серицина 0,3%, а после выдерживания композиции в течение суток она уменьшается до 136 Па-с. Возможность приготовления загущающих трехкомпонентных композиций из крахмала, Ка-КМЦ и серицина не исключаются и наиболее эффективными являются низкоконцентрированные системы
на основе крахмала, Ка-КМЦ и серицина и при 5,0; 2,0 и 0,3%, соответственно [9].
Выявлено, что введение в состав загустителя печатных красок -крахмала и таких полимеров, как Ка-КМЦ и серицина, приводит к образованию пленки с повышенной эластичностью и текучестью. Определено, что по показателям устойчивости окрасок к мокрым обработкам, их интенсивности, прочности к трению и жесткости напечатанной ткани, полученные результаты, рекомендуемым составом практически близки к альгинатной загустке.
Список литературы:
1. ТретьяковаА.Е., СафоновВ.В., Красильникова Е.В. Исследование влияния солей переходных металлов на качество печати активными красителями хлопчатобумажной ткани // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. - 2007. - №2. - с.61 -63.
2. МихайловскаяА.П., Калугина М.С.Крашение хлопчатобумажных текстильных материалов активными красителями в присутствии четвертичных аммониевых солей // Технология легкой промышленности серии Известия вузов, 2014. - № 3. - С. 33-35.
3. МихайловскаяА.П., СероваН.Е., Калугина М.С.Крашение целлюлозных текстильных материалов активными красителями // Инновации молодежной науки: тез.докл. Всерос. науч. конф. молодых ученых. - СПб.: ФГБОУВПО «СПГУТД», 2014. - С. 208-209.
4. ТретьяковаА.Е., СафоновВ.В., ЮсинаА.Ю.Исследование процессов крашения полиуретановых волоконкра-сителями различных классов // Химические волокна. - 2012. - № 5. - с. 24-27.
5. МихайловскаяА.П., КалугинаМ.С., СероваН.Е., Киселев А.М.Разработка интенсифицированных технологий крашения хлопчатобумажной пряжи активными красителями // Современные тенденции развития химии и технологии полимерных материалов: тез.докл. Междунар. науч. конф. - СПб: СПГУТД, 2015. - С. 130-131.
№ 3 (93)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
• 7universum.com
март, 2022 г.
6. ЗахарченкоА.С., КозловаО.В.Перспективы использования отечественных полимеров вотделке текстиля: сб. тез.докл. междунар.научно-практ. конф. «Текстильная химия - 2011», ИХР РАН, Иваново, 2011. - С. 83-84.
7. КалугинаМ.С., МихайловскаяА.П., 2аЬогеЫМ., Киселев А.М.Придание биостойкости хлопчатобумажной пряже в процессе крашенияактивными красителями // Дизайн. Технология. Материалы, 2016. - № 2. - С. 46-49.
8. Белокурова О.А., Щеглова Т.Л., Перспективные технологии, материалы и оборудование для текстильной печати. Иван. Гос. Хим-технол. Ун-т. - Иваново, 2008. - 72 с.
9. ЕпишкинаВ.А., ЦелмсР.Н., КиселевА.М., Васильев В.К.Использование акриловых сополимеров в процессе печатания активными красителями // Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. - 2008. - № 2 - С. 59-62.
