CC BY
78
Study of properties of composition basd on oxidized starch and water-soluble polymers for textile industry
Section 11. Chemistry
Sharipov Muzafar Samandarovich, Bukhara state university phD of technical science, assis prof. (dotsent) E-mail: [email protected] Shadieva Shoira Shuhratovna, Bukhara State University 2nd year undergraduate majoring 5A140501 — Chemistry (by fields of science)
Yariev Oltin Muzafarovich, Bukhara State Medical Institute Head of the department"bioinorganic, bioorganic and biological chemistry”
Study of properties of composition basd on oxidized starch and water-soluble polymers for textile industry
Abstract: In the article the results of investigation properties of new developed polymeric composition thickeners based on starch oxidized by sodium xlorate and water soluble polymers which products ofour country are given. Including to the solution ofmodified starch the water — soluble polymers results to higher of coefficient of thixotropic reduction. Keywords: starch, polymer, thickener, composition, properties, rheology, clother (fabric).
Шарипов Музафар Самандарович, Бухурский государственный университет, Доцент каферы химии, факультет естественных наук
E-mail: [email protected] Шадиева Шоира Шухратовна, Бухарский государственный университет Магистрант 2 курса по специальности 5 А140501 — Химия (по направлениям науки) Яриев Олтин Музафарович, Бухарский государственный медицинский институт Заведующий кафедры «Бионеорганической, биоорганической и биологической химии»
Изучение свойств загущающих композиций на основе окисленного крахмала и водорастворимых полимеров для текстильной промышленности
Аннотация: В статье приведены результаты изучения свойств новых разработанных полимерно композиционных загустителей на основе крахмала окисленного хлоратом натрия и водорастворимых полимеров производящиеся в нашей республике. Введение в клейстер модифицированного крахмала, водорастворимых полимеров приводит к повышению коэффициента тиксотропного восстановления.
Ключевые слова: крахмал, полимер, загуститель, композиция, свойства, реология, ткань.
Текстильным предприятиям в качестве загуща- цированных крахмалов: сольвитоза (Нидерланды), ющих средств предлагаются десятки марок модифи- сольвитексы, эмпринты СЕ («ЕmSt», Германия)
133
Section 11. Chemistry
привозимые из других стран за счет валюты [1; 2]. Загущающие материалы играют вспомогательную роль в текстильном производстве, тем не менее, их стоимость и качество ощутимо влияют на экономические показатели отделочного производства [3].
На отечественных текстильных предприятиях из-за отсутствия собственного ассортимента используются либо дорогие импортные модифицированные крахмалы либо загусток на основе — альгинатов [4]. Кроме того, это не только большие экономические затраты но отставание по технологиям получения эффективных загустителей на основе наших же сырьевых ресурсов на несколько лет даже десятилетий [5]. В связи с этим нами была изучена возможность их полной или частичной замены препаратами на основе сырьевых ресурсов и продуктов отечественного производства.
Из новых типов смесей, которые могут найти применение в печати, следует отметить полимернокомпозиционные загустители на основе природных и синтетических водорастворимых высокомолекулярных соединений. Из них следует особенно отметить полимерных композиции содержащее окисленного крахмала (ОК), с хлоратом натрия, а также водорастворимых полимеров, таких как ГИПАН (гидролизованный полиакрилонитрил), натриевая соль
карбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ) и препарат унифлок (УФК), которые являются отечественными продуктами.
Нами изучена изменения вязкости водных растворов композиций. Результаты полученных данных представлены в таблице 1. Как видно, из полученных данных на вязкость раствора полимерной композиции существенные влияния оказывает концентрации компонентов. Резкое повышение вязкости водного раствора композиции, по-видимому, связано с ускорением процесса расщеплении окиссленного крахмала в присутствии в ГИПАН составе композиции с одной стороны, и другой стороны между крахмалом и унифлока происходит структурообразование молекул приводящие к повышению вязкости раствора. Проведенные исследования показали, что добавки синтетических водорастворимых полимеров оказывают существенное влияние на процесс структурообразования в водных растворах окисленного крахмала. Ее частицы встраиваются в надмолекулярную структуру водорастворимого полимера за счет адсорбционного взаимодействия полимерных цепей. Фотографии оптической микроскопии подтверждают процессы образования надмолекулярных структур приведенных в рисунке 1.
а 61
Рис. 1. Микрофотографии композиций: а — 100х увел., б — 400х увел.
Как видно из рис. 1, введение Na-КМЦ и ГИПАНа в раствор окисленного крахмала иводит к общей тенденции увеличения размеров надмолекулярных образований. По всей массе наблюдаются более длинные, точнее анизодиаметричные частицы, являющиеся надмолекулярными образованиями
макромолекул Na-КМЦ. Их основу составляют те макромолекулы полимера, не успевшие взаимодействовать с молекулами O& В месте с тем, следует также указать на наличие в микроструктуре пленки МК-ГИПАН областей, где отсутствуют анизодиаметричные агрегаты макромолекул ГИПАНа.
в
а
Рис. 2. Микрофотографии OK-Na-КМЦ-ГИПАН с увел. а - 40х, б -100х, в - 400х.
134
Study of properties of composition basd on oxidized starch and water-soluble polymers for textile industry
Микроскопические наблюдения показали, что с появлением третьего компонента в массе (системы OK-Na-КМЦ-ГИПАН), формы и размеры надмолекулярных образований, характерных макромолекулам ГИПАНа, сильно видоизменяются. Из рис. 2 а, б легко видеть заметные видоизменения микроструктуры, особенно под влиянием составляющих компонентов между собой, что можно заметить из представленных микрофотографий. Это особенно четко заметно при больших увеличениях (рис. 2 в).
Полимерные композиции при высыхании способны образовывать прочные и эластичные плёнки. Способность композиции к плёнкообразованию крайне необходима при загущения, так как за счёт этого между волокнами происходит возникновение пленочных связей, способствующих большему воздействию между волокнами, что, в свою очередь, повышает выносливость пряжи в переработке. Качество плёнок характеризуется физико-механическими свойствами, которые обусловливают физико-механические свойства напечатанной пряжи, и поэтому не должна быть хуже, чем у пряжи [6; 7].
Особенности структурообразования полимерного раствора в присутствии добавок вызваны изменением молекулярной подвижности в граничном слое вследствие адсорбционного взаимодействия полимерных цепей с поверхностью окисленного крахмала
и конформационными ограничениями вблизи поверхности частиц гетерогенной фазы [8]. В результатые возможно образование мостичных поперечных связей и увеличение интенсивности межмолекулярного взаимодействия в растворе полимера.
На основании микроскопических исследований поэтапного образования загущающего композитного материала, можно сделать вывод о том, что составляющие его компоненты: Na-КМЦ и полиакрилаты (ГИПАН и унифлок), придавая в целом композиту важные свойства, выполняют также немаловажную задачу гомогенизации микроструктуры по всей массе. Иными словами и Na-КМЦ и ГИПАН особенно, взаимодействуя с унифлоком (макромолекулами надмолекулярных образований), существенно изменяют химическую природу и конформацию полимерных молекул. А это, в свою очередь, приводит к эффекту гомогенизации микроструктуры.
Согласно литературным данным, для печати пригодны загустки обладающие тиксотропностью, свойством, характерным для полимерных растворов, на практике одного лишь наличия этого свойства недостаточно. Большое значение имеет также быстрота восстановления внутренней структуры системы после механического воздействия в процессе печати, о которой в определенноё степени позволяют судить гистерезисные петли на кривых течения [9; 10].
Таблица 1. - Изменение вязкости водных растворов композиции окисленного крахмала в зависимости от состава композиции при различных температурах
Состав композиции,% Вязкость раствора, ПаЧ
Окисленный крахмал унифлок ГИПАН Температура, К
298 313
6,0 - - 0,98 0,84
6,0 - - 1,05 1,02
7,0 - - 1,22 1,17
8,0 - - 1,29 1,23
5,0 0,55 0,06 1,47 1,39
0,60 0,08 1,59 1,51
0,65 0,1 1,68 1,62
0,70 0,12 1,81 1,73
6,0 0,55 0,06 1,77 1,67
0,60 0,08 1,89 1,83
0,65 0,1 2,03 1,94
0,70 0,12 2,15 2,07
7,0 0,55 0,06 1,94 1.86
0,60 0,08 2,10 2,03
0,65 0,1 2,26 2,18
0,70 0,12 2,43 2,35
135
Section 11. Chemistry
Структура это взаимное расположение молекул растворителя и полимеров, конформация молекул, взаимодействие между макромолекулами полимера, одно из основных факторов определяющий стабильность растворов можно судить по значениям степени тиксотропного восстановления, т. е. способность структур после разрушения в результате какого-нибудь механического воздействия самопроизвольно восстанавливаться во времени [11; 12]. Данные значение предел текучести и степень тиксотропного восстановления растворов композиций представлены в таблице 2.
Таблица 2. - Предел текучести и степень тиксотропного восстановления композиций
Содержание компонентов в растворах Предел текучести, г/см 2 Степень тиксотропного восстановления,%
ОК,% УФК,% ГИПАН,% КМЦ,%
6 - 0,06 - 62,55 87,43
- 0,08 - 48,84 89,88
- 0,1 - 37,18 90,21
- 0,12 - 33,27 92,48
6 0,55 - - 39,77 93,28
0,60 - - 30,43 94,34
0,65 - - 26,32 96,76
0,7 - - 17,55 96,62
6 0,55 - 0,1 27,34 79,85
0,60 - 0,1 23,37 83,74
0,65 - 0,1 17,70 85,24
0,7 - 0,1 13,73 87,51
6 0,55 0,06 - 42,55 96,27
0,60 0,08 - 33,17 97,71
0,65 0,1 - 27,44 97,07
0,7 0,12 - 19,47 98,33
6 - 0,06 0,1 23,32 87,53
- 0,08 0,1 16,55 90,68
- 0,1 0,1 12,33 91,37
- 0,12 0,1 5,77 93,29
6 0,55 0,06 0,1 19,43 96,27
0,60 0,08 0,1 11,88 97,72
0,65 0,1 0,1 10,77 97,07
0,7 0,12 0,1 2,11 98,33
Из таблицы видно, что предел текучести с повышением содержанием УФК и ГИПАН растет особенно заметно предел текучести композиции возрастает когда в состав композиции одновременно входит окисленный крахмал, ГИПАН, Na-КМЦ растет также прямолинейный участок кривой течения, соответствующий условно упругой области характеризующейся модуляции упругости и вязкостью упругого
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 (кривая 1), так и от добавок и компонентов печатной краски (кривая 2). Наличие хорошей совместимости также подтверждается высокой стабильностью получаемых смесей.
Результаты исследований далее свидетельствуют,
последствиях.
Как показали исследования, при изучении зависимости предела текучести (Рт) водорастворимой полимерной композиции весьма положительные результаты получаются для загусток на основе смеси окисленного крахмала (ОК), унифлок, ГИПАН и Na-КМЦ. Эти данные представлены на рисунках 3, 4.
что по характеру реологических кривых крахмальный клейстер без ГИПАН и унифлок можно отнести к упруго-хрупким или эластично-хрупким твердообразным системам, для описания их структурно-механических свойств, которые используют такие характеристики как модули упругости и вязкость упругого последствия.
136
Study of properties of composition basd on oxidized starch and water-soluble polymers for textile industry
Из кривых течения 6%-ных крахмальных клей-стеров и полимерной композиции следует, что при введении в состав композиции ГИПАН и УФК, упру-
Концентраиия ГИПАН, г/кг
Рис. 3. Зависимость предела текучести композиции от концентрации ГИПАН. Загустки на основе:
1 - ОК - КМЦ - ГИПАН;
2 - ОК - УФК - ГИПАН;
3 - ОК - УФК - КМЦ - ГИПАН
го-вязкая твердообразная система 6%ного клейстера модифицированного крахмала преобразуется в упруго-пластичную систему.
Рис. 4. Зависимость пластической прочности Pm вторичной структуры полимерной композиции от концентрации ГИПАН Загустки на основе:
1 - ОК - КМЦ - ГИПАН;
2 - ОК - УФК - ГИПАН;
3 - ОК - УФК - КМЦ - ГИПАН
Можно заключить, что разработанная загущающая композиция будет иметь, наряду с хорошими физико-химическими свойствами, также весьма однородную (гомогенную) аморфную структуру. Таким образом, введение в клейстер модифицированного
крахмала, унифлок и ГИПАН приводит к повышению коэффициента тиксотропного восстановления. Полученные композиции можно успешно использовать как загуститель печатных красок для печатания хлопчатобумажных тканей.
Список литературы:
1. Ragheb A. A., El-Sayiad H. S., Hebeish A. Preparation and characterization of carboxymethyl starch (CMS) products and their utilization in textile printing. Starch/Starke, 1997, 49, 238-245.
2. Некрасова В. В. Разработка новых загущающих систем на основе эфиров целлюлозы и крахмала для текстильной печати. Автореф. канд. техн. наук. - Иваново., 2010. - 15 с. 3. Б. Н. Мельников. Роль текстильных вспомогательных веществ. Прогресс текстильной химии и технологии//Рос.хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева), 2002, т.ХЬУ1, № 1 С. 9-19.
3. Амонов М. Р. Водорастворимые полимерные композиции на основе местного сырья для применении в производстве хлопчатобумажных тканей и технология их получения: Дисс... д-ра.техн.наук. -Ташкент, 2005. - 252 с.
4. Шарипов М. С., Мардонов С. Э., Ниёзов Э. Д., Аскаров М. А. Изучение особенностей реологических свойств гелей композиций на основе электрохимический модифицированного крахмала//ДАН РУз. -2012. - № 1. - С. 63-66.
5. Кричевский Г. Е. Химическая технология текстильных материалов. - М., 2001. - Т. 1: РЗИТЛ. - 480 с.
6. Шарипов М. С. Разработка технологии получения высокоэффективных загустителей на основе окисленного крахмала и водорастворимых полиакрилатов. Дис. канд. наук. Ташкент, 2008. - С. 135.
7. Чалых А. Е., Герасимов В. К., Михайлов Ю. М. Диаграммы фазового состояния полимерных систем. - М.: Янус-К. -1998. -216 с.
8. Белокурова, О. А., Щеглова, Т. Л. Перспективные технологии, материалы и оборудование для текстильной печати: учеб. пособие/Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2008. - 72 с.
9. Шарипов М. С., Равшанов К. А., Амонов М. Р. Изучение структурно-механических свойств загустки на основе модифицированного крахмала и синтетических полимеров//Композиционные материалы, 2007. -№ 1. - С. 24-26.
10. Межиковский С. М. Физико-химия реакционноспособных олигомеров. - М.: Наука. -1998. -233 с.
11. Алексеева О. В., Рожкова О. В., Крестов Г. А. Особенности реологических свойств и фазового состояния многокомпонентных жидкофазных систем на основе простых эфиров целлюлозы//Текстильная химия, 1993, № 2 (4), C. 31-36.
137
