CC BY
17
УДК 677.027
Д.С. КАЧУК, Т.1. ТЕРНОВА, М.Й. РАСТОРГУЕВА
Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет
ОПТИМ1ЗАЦ1Я ПРОЦЕСУ Г1ДРОФОБВАЩ1 КРЕМН1ЙОРГАН1ЧНИМИ СПОЛУКАМИ ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕР1АЛ1В, НАДРУКОВАНИХ
П1ГМЕНТАМИ
Здшснено оптимгзацт процесу гiдpофобiзaцii кремншоргатчними сполуками текстильних Mamepianie, а саме камуфляжних, що надрукован за п^ментною технологieю, шляхом проведення повного факторного експерименту та регресшного анализу одержаних даних. Отримано математичн модeлi зaлeжносmi гiдpофобного ефекту вiд спiввiдношeння концентрацш компонeнmiв чотирьохкомпонентного гiдpофобiзуючого складу. Визначено оптимальн спiввiдношeння концентрацш компонeнmiв складу для яюсного гiдpофобного оброблення тканин, на поверхн яких знаходиться п^ментована полiмepнa плiвкa.
Ключовi слова: тканина, пiгмeнmовaнa плiвкa, гiдpофобiзamоp, кремншоргатчна сполука, математичне моделювання, регресшний анализ, математична модель.
D.S. KACHUK, T.I. TERNOVA, M.Y. RASTORGUEVA
Kherson National Technical University
OPTIMIZATION OF THE HYDROPHOBIZATION PROCESS OF TEXTILE MATERIALS, PRINTED BY PIGMENTS, BY SILICONES
Аbstract
The optimization ofprocess of hydrophobization with silicones of textile materials such as camouflage, printed by pigment technology, through the full factorial experiment and the regression analysis of the obtained data has been carried out. The mathematical models of dependence of hydrophobic effect on the ratio of the concentrations of the components of a four-component hydrophobicing composition have been obtained. The optimum ratio of concentrations of components of composition for the qualitative hydrophobization offabrics on the surface of which there is pigmented polymer film have been determined.
Keywords: fabric, pigmented film, repellent, silicone, mathematical modeling, regression analysis, mathematical model.
Постановка проблеми
На сьогодшшнш день краши-виробники текстильно! продукци все бшьше ор1ентуються на випуск текстильних матер1ал1в (ТМ) 3i спещальними споживчими властивостями. Зокрема, особливим попитом у споживачiв користуються текстильш матерiали з водовщштовхувальним ефектом.
Оброблення ТМ кремншоргатчними сполуками (КОС) на даний час е одним i3 перспективних способiв надання !м водовщштовхувальних властивостей [1,2].
Однак, не дивлячись на широк! масштаби застосування технологш пдрофоб!заци текстильних матерiалiв кремншоргатчними сполуками, одержаний ефект в окремих випадках е досить низьким i нестшким при експлуатаци готових вироб!в. На тканинах, яш попередньо були опорядженi за тгментною технологiею, не вдаеться одержати однаково високий пдрофобний ефект, у пор!внянш з тканинами, що тгментовану пл!вку не мютять [3]. При виршенш ща проблеми автори роботи [3, 4] показали ефектившсть додавання до апретiв спецiальних речовин, що виконують у складах роль посереднишв у зв'язуваннi шарiв пл1вок м!ж собою i посилювачiв адгезп. Для встановлення оптимального складу апрету, ускладненого добавками амiнiв, посилювач!в адгези i солей d-металiв, доцшьно здшснити його оптимiзацiю, побудувавши математичнi моделi залежносп якосп ефекту в!д названих вище добавок.
Аналiз останшх досл1джень i публiкацiй
В умовах сьогодення актуальним завданням е забезпечення вшськовослужбовщв Украши сучасним функцюнальним i комфортним одягом, у тому числ1 камуфляжними тканинами з! спещальними видами оброблення, зокрема водовщштовхувальним.
Для досягнення на надрукованш тгментами тканин! гидрофобного ефекту високо! якосл необхщно удосконалити юнуюч! або створити нов! технологи гидрофобного оброблення ТМ у вщповвдносп з вимогами ринку [4].
Ефектившсть технологи гiдрофобiзацil КОС надруковано! тгментами тканини може бути значно пiдвищена за рахунок розробки нових гiдрофобiзуючих складiв, що володiтимуть б№ш високими технологiчними характеристиками i здатнютю щдвищувати спорiдненiсть гiдрофобiзатору до субстрату.
Формулювання мети дослiдження Метою дано! роботи е оптимiзацiя складу апрету для гiдрофобiзацil текстильних матерiалiв, надрукованих пiгментами, кремнiйорганiчними сполуками, який забезпечуватиме формування водоввдштовхувального ефекту високо! якосп у присутностi добавок посилювачiв адгези.
Викладення основного матер1алу досл1дження На основi дослiджень з штенсифжаци процесу гiдрофобiзацil кремнiйорганiчними сполуками текстильних матерiалiв, надрукованих пiгментами, компонентами складу для водовщштовхувального оброблення даних тканин було обрано наступнi [4]: ол^ометилгвдридсилоксан у якостi гiдрофобiзатору, кремнiевмiщуюча сполука органоалк1лтриетоксисилан у якостi промотору адгези, а також нпрогеноргашчна речовина та сшь d-металу.
З метою оптимшци дослвдження i визначення умов, яш забезпечуватимуть оптимальну величину критерiю оптишзацц - водовiдштовхування - проводили повний факторний експеримент типу 24, який складаеться з 16 дослiдiв.
Ефектившсть процесу водоввдштовхувального оброблення камуфляжних тканин залежить ввд наступних факторiв: концентраци гiдрофобiзатора (С1), штрогеноргашчно1 речовини (С2), препарату, що мiстить сiль d-металу (С3), органоалк1лтриетоксисилану (С4). Враховуючи попередньо проведет дослвдження та задану область визначення факторiв, за нульову точку (основний рiвень факторiв) було прийнято наступнi !х значения: С1 = 22,5 г/л; С2 = 12,5 г/л; С3 = 12,5 г/л; С4 = 6 г/л. Фактори, рiвнi варшвання та iнтервали варшвання наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Фактори, р1вн1 вар1ювання та штервали вар1ювання_
Найменування й позначення фактору Рiвнi варшвання 1нтервал варшвання
- 1 0 + 1
Концентращя гiдрофобiзатора, г/л (Х1) - С1 15 22,5 30 7,5
Концентращя нпрогеноргашчнох речовини, г/л (Х2) - С2 10 12,5 15 2,5
Концентрацiя препарату, що мктить сiль d-металу, г/л (Х3) - С3 10 12,5 15 2,5
Концентрацiя органоалк1лтриетоксисилану, г/л (Х4) - С4 3 6 9 3
Робоча матриця та матриця планування наведенi в табл. 2.
Таблиця 2
_Робоча матриця та матриця планування експерименту_
№ Матриця планування Робоча матриця
Х0 Х1 Х2 Х4 Х1 Х 2 Х1 Х 3 Х1 Х 4 Х2 Х 3 Х2 Х 4 Х3 Х 4 С1 С2 С3 С4
1 + + + + + + + + + + 30 15 15 9
2 + - + + - - - + + + 15 15 15 9
3 + + - + - + + - - + 30 10 15 9
4 + — - + + - - - - + 15 10 15 9
5 + + + + + - + - + - 30 15 10 9
6 + — + + - + - - + - 15 15 10 9
7 + + - + - - + + - - 30 10 10 9
8 + - - + + + - + - - 15 10 10 9
9 + + + - + + - + - - 30 15 15 3
10 + - + - - - + + - - 15 15 15 3
11 + + - - - + - - + - 30 10 15 3
12 + - - - + - + - + - 15 10 15 3
13 + + + - + - - - - + 30 15 10 3
14 + - + - - + + - - + 15 15 10 3
15 + + - - - - - + + + 30 10 10 3
16 + - - - + + + + + + 15 10 10 3
При побудовi лшшно1 моделi знаходили численш значення коефiцiентiв рiвняния:
¥ = ьо + Иь,х, + ЛЪр^х}>
де Y - значения критерш оптим1зацп; Ь0 - вшьний член; Ь - лшшш коефщенти; Ьу - коефщент подвшно! взаемоди фактор1в. Для k = 4 визначали наступш коефщенти:
Y = Ь 0 + + b2X2 + ЬзХз + b4X4 + bl2XlX2 + Ь1зХХз + Ь^Х4 + Ь2зХ2Хз + b24X2X4 + bз4XзX4. (2)
За величиною лшшних коефщенпв можна приймати ршення про стутнь впливу окремих факгор1в на величину критерш оптим1заци. Чим бшьше величина bi для в1дпов1дного фактора, тим сильшше його вплив. Важливо враховувати знак цих коефщенпв: якщо коефщент bi мае позитивний знак, то збшьшення ввдповщного фактора повинно сприяти збшьшенню значення критерш оптим1зацп; за вщ'емного знаку лшшного коефщента збшьшення значення ввдповщного фактора буде знижувати величину критерш оптим1заци.
При кодуванш фактор1в користувалися насту иною формулою:
' ' д- _ ( , Г,, ' (3)
де Х1 - кодоване значення фактора (безрозм1рна величина);
С! та Си - иоточие значення фактора та натуральне (його значення на нульовому р1вш); £ - натуральне значення штервалу варшвання (ДС) [5].
Для розрахунку лшшних коефщенпв регреси використовували метод найменших квадралв, який пов'язаний з регресшним анал1зом. Лшшш коефщенти регреси розраховували за формулою:
N N
(4)
1
де Xiu - значення фактора Хi в м-му дослщ;
Yu - значення параметра оптим1заци в дослщ; N - число дослщв у матриц [5].
Для визначення в1льного члена Ь0 у р1внянш регреси використовували середне арифметичне вс1х значень параметра оптим1зацп в матриц [5]:
N
Ьо=—■ (5)
0 N
Коефщенти регреси, як1 характеризують парну взаемодш фактор1в, знаходять за формулою [5]:
N N
X а ш щ1 и X -1'1 ш щ1 и ^^
Ъ,] Д о N '
ХА-™ 1
У результат! проведеного експерименту, в якому враховувався вплив чотирьох фактор1в на ефективнють водовщштовхувального оброблення камуфляжно! тканини, було знайдено 16 значень критерш оптим1заци (Yo). Отримаш експериментальш даш враховувались при визначенш коефщенпв р1вняння регреси.
Коефщенти регреси: Ь0 = 69,896; Ь = 0,729; Ь2 = 0,313; Ьз = - 0,521; Ь4 = 8,855; Ь12 = 1,98; Ь13 = 0,729; Ь14 = - 4,063; Ь23 = 2,813; Ь24 = 0,521; Ь34 = 2,188.
Визначення похибки в ощнщ коефщента, а також порiвняння абсолютно! величини коефiцieнтiв та вiдповiдних довiрчих штервалв показало, що коефiцieнти Ъь Ъ2, Ь3, Ъ12, Ь13, Ъ24, Ь34 статистично не значимi, тому можуть бути виключенi з подальшого розгляду. Рiвняння регресп набувае вигляду:
У = 69,896 + 8,855Х4 - 4,063^Х4 + 2,813Х2Х3. (7)
Переводимо отримане рiвняння до iменованого вигляду:
У = 163,355 + 2,726С4- 0,09С!С4 + 0,45С2С3. (8)
Анатз рiвняння дозволяе зробити висновок, що на ефект водовщштовхування серед дослвджуваних факторiв та в межах розглянутих iнтервалiв варiювання впливають: концентрацiя органоалшлтриетоксисилану, а також сумiсний вплив таких факторiв, як концентращя гiдрофобiзатору i органоалк1лтриетоксисилану, концентрац1я штрогеноргашчно! речовини та препарату, що мютить сiль ^металу. Ступiнь впливу вказаних факторiв суттево вiдрiзняеться: максимальний вплив мае змша концентрацп органоалк1лтриетоксисилану, iншi - менш впливовi.
На основi проведених експериментальних дослiджень i розрахунк1в графiчно ввдображено залежнiсть водоввдштовхувального ефекту ввд факторiв на рис.1.
20—/
/ Концентрация
25 ' ттрогеноргатчно1 речовини. г/л
Концентрация пдрофобЬатора. г л
а)
ВодовщштовхуБання, у .04
що М1сппъ стьё-металу. г/л
б)
Рис. 1. Залежшсть водов1дштовхувального ефекту в1д фактор1в:
а) концентрацп штрогеноргашчноТ речовини та концентрацп гiдрофобiзатору при фiксованих
концентращях силану 5 г/л та препарату, що мктить сiль d-металу, 10 г/л;
б) концентрацп силану та концентрацп препарату, що мiстить сшь d-металу, при фiксованих
концентрацiях гiдрофобiзатору 30 г/л та штрогеноргашчноТ речовини 15 г/л
Для визначення оптимального гiдрофобiзуючого складу та сшвввдношення компоненпв у ньому проведено дослiдження стшкосп оброблення до прання. З щею метою було проведено п'ять циктв мильно-содово! обробки зразк1в. Стiйкiсть оброблення до прання ощнювалась за змшою показника
водоввдштовхування ввдповщно дшчому держстандарту [4]. Проведет дослщження та отримана математична модель процесу пдрофоб1зацп камуфляжних тканин, надрукованих за тгментною технолопею, показали, що достатньо високий р1вень водовщштовхування (80-90 у.о.) та стшшсть, що вимагаеться за держстандартом, забезпечуються використанням композицп компоненпв складу, представленого в табл. 3.
Таблиця 3
Склад для пдрофобного оброблення надрукованих шгментами тканин_
№ з/п Найменування компоненту Концентращя компоненту в г/л
1 Пдрофоб1затор 30
2 Нирогеноргашчна речовина 10-15
3 Препарат, що м1стить сшь ^металу 10
4 Органоалшлтриетоксисилан 5
Саме такий склад забезпечуе достатньо висок1 експлуатацшш характеристики тканини за найменших витрат на реагенти 1 в1дсутност1 додаткових витрат електроенергп на термофжсацш.
Висновки
Отримано математичш модел1 залежносп гидрофобного ефекту в1д сшввщношення концентрацш компоненпв чотирьохкомпонентного пдрофоб1зуючого складу та визначено оптимальний склад для пдрофоб1заци текстильних матер1ал1в кремншоргашчними сполуками.
Список використаноТ лггератури
1. Назарова В.В. Технологи пдрофобно! обробки текстильних матер1ал1в кремншоргашчними пол1мерами з1 зниженими показниками матер1ало- та енергоемносл [Текст] / В.В. Назарова, Г.В. Мщенко, Т.А. Попович // Легка промислов1сть. - 2008. - № 4. - С. 48.
2. Глубш П.А. Х1м1чна технолопя текстильних матер1ал1в (Завершальне оброблення) [Текст] / П.А. Глубш - К. : Арюгей, 2006. - 304 с.
3. Мщенко Г.В. Кремшеоргашчш сполуки у сучасних технолопях гидрофобного оброблення тканин [Текст] / Г.В. Мщенко, В.В. Назарова. - Херсон : видавництво «Олдьплюс», 2011. -189 с.
4. Качук Д.С. Гидрофобная отделка кремнийорганическими соединениями текстильных материалов, напечатанных пигментами [Текст] / Д.С. Качук, Л.А. Нестерова, Е.А. Венгер // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 2014. - № 5. - С. 123-129.
5. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении исследований в легкой и текстильной промышленности) [Текст] / В.Б. Тихомиров - М. : Лёгкая индустрия, 1974. - 262 с.
