CC BY
30
УДК 677.016.6
Дослиджено процес адсорбци акрилових кополiмерiв втчизняного виробництва на тканинах тдготов-лених за холодним способом бштня та проведено ттенсифшащю даного процесу за рахунок введення в апре-туючi склади додаткових компо-нентiв. Розкрито причини зниження стiйкостi апретiв до мокрих обро-бок на тканинах тдготовлених за холодним способом бштня
ОСОБЛИВОСТ1 ЗАВЕРШАЛЬНОТ ОБРОБКИ ТКАНИН П1ДГОТОВЛЕНИХ ЗА ХОЛОДНИМ СПОСОБОМ Б1Л1ННЯ
В. М. Лисюк
Здобувач
Кафедра фiзичноT та неоргашчноТ xiMiT Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет Бериславське шосе 24, м. Херсон-8, 73008. Контактний телефон: 8(0552) 32-69-71
Т.А. Попович
Кандидат техшчних наук, старший викладач Кафедра загальноТ та неоргашчноТ xiMiT Херсонський державний ушверситет вул. 40-ромв Жовтня 24, м. Херсон, 73000. Контактний телефон: 8(0552) 49-12-69
О.В. П о го рi л а
Кандидат техшчних наук, доцент Кафедра фiзичноT та неоргашчноТ xiMiT Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет Бериславське шосе 24, M. Херсон-8, 73008. Контактний телефон: 8(0552) 32-69-71 E-mail: fizhim@kstu.edu.ua
Сучасний стан розвитку текстильного виробництва в умовах перспективи вступу УкраТни до СвгговоТ Оргашзацп Торгiвлi вимагае шукати новi методи i принципи у вирiшеннi питань iз забезпечення високоТ якостi i конкурентноздатносп текстильноТ продукцii. Особливе мiсце в ршенш даноТ проблеми в хiмiчнiй технологii волокнистих матерiалiв посiдае завершаль-на обробка текстильних матерiалiв, де ефективним засобом, здатним надавати тканинам низку корисних споживчих властивостей, е апретування - обробка текстильного субстрату високомолекулярними сполу-ками. Даш речовини формують на поверхш тканини мшроскотчт захисш плiвки, що перешкоджають ви-тиранню та пiдвищують зносостiйкiсть тканини [1].
Але в умовах необхщноси скорочення витрат елек-троенергп, текстильш пiдприемства УкраТни сьогоднi працюють головним чином з тканинами тдготовлени-
ми за холодним способом бШння, яю характеризують-ся невисокою капiлярнiстю та низькою поверхневою енергiею. Недостатня яюсть пiдготовки тканин не забезпечуе в процесах завершальноТ обробки тканин присутностi апретируючого полiмерного препарата на текстильному матерiалi в кiлькостях, що вiдповiдають ДСТу. Дану проблему традицшно вирiшують тдви-щенням концентрацп апретуючих речовин у ваннах для просочення, що призводить до тдвищення матерь алоемностi технологи обробки тканин та тдвищення собiвартостi процеса апретування [2].
Таким чином, важливого значення набувае пи-тання створення таких апретуючих складiв, як при невисоких концентращях полiмерних дисперсiй в про-сочувальних ваннах забезпечили б необхщний вмiст полiмера на тканинах тдготовлених за холодним способом бШння. Ршення даноТ проблеми лежить в
площиш дослвдження фiзико-хiмiчних процесiв при просоченш тканин, а саме стадii адсорбцп полiмерiв, на яку впливае природа полiмерноi речовини, якiсть пiдготовки тканин, додатковi компоненти в просочу-вальному розчиш та iн. [3, 4]. Не дивлячись на широке використання полiмерiв в областi завершальноi оброб-ки тканин, серед дослiджень вщсутш роботи, присвя-ченi головнiй стадп процесу апретування - адсорбцii полiмерiв. Тому метою даноi роботи було дослщження процеса адсорбцii полiмерних дисперсш, оцiнка яко-стi пiдготовким тканин та забезпечення необхщного вмiсту полiмеру при апретуваннi тканини з низькою капiлярнiстю.
В якостi полiмерних дисперсш в робоп були вико-ристаш вiтчизнянi воднi дисперсii акрилових кополь мерiв марки Лакрiтекс-272 i Лакргтекс-273 та тканини iз целюлозних волокон пiдготовленi за холодним (субстрат №1) та запарним (субстрат №2) способами виб^ювання.
В робой оцшку якосп бавовняних тканин рiзного способу тдготовки здiйснювали за показниками ка-пiлярностi тканини та поверхневих термодинамiчних i кiнетичних властивостей, а саме критичноi поверх-невоi енергii волокна (КПЕ) i величини константи швидкоси змочування тканини (табл. 1).
Таблиця 1
Характеристика тканин використаних в робот
Таблиця 2
КолоTдно-хiмiчш властивосп водних дисперсiй акрилових кополiмерiв
Назва текстильного субстрату Споаб тдготовки Якють тдготовки
Катляршсть, мм/60' Критична поверхнева енерпя волокна (КПЕ), мН/м Константа змочування, мм-хв-1/2
Субстрат №1 Вибшю- вання холодним способом 16 20 2,1
Субстрат №2 Вибшю- вання запарним способом 147 45 15,2
Назва пол1мерно1 дисперсй Крайовий кут змочування, в, рад. Робота адгезй, Wa, мН/м
Субстрат №1
Лакр1текс 272 1,01 71
Лакр1текс 272, 50 г/л 1,31 58
Лакр1текс 272, 20 г/л 1,57 48
Лакр1текс 273 0,96 79
Лакр1текс 273, 50 г/л 1,20 74
Лакр1текс 273, 20 г/л 1,57 62
Субстрат №2
Лакр1текс 272 0,44 89
Лакр1текс 272, 50 г/л 0,00 91
Лакр1текс 272, 20 г/л 0,00 96
Лакр1текс 273 0,38 98
Лакр1текс 273, 50 г/л 0,00 107
Лакр1текс 273, 20 г/л 0,00 112
Представлен данi показують, що на текстильному субстрат №1 пiдготовленому за холодним способом бШння в порiвняннi iз текстильними зразками вибь леними класичним способом, катляршсть зменшу-еться приблизно в 9 разiв, КПЕ волокна - в 2 рази, а змочувашсть тканини - в 7 разiв, що в комплект може створювати певнi труднощi при змочуванш таких тканин технологiчними розчинами полiмерiв в операцiях завершальноi обробки тканин.
Шдтвердженням даного припущення слугують по-казники колоiдно-хiмiчних властивостей акрилових дисперсш на поверхш тканин тдготовлених рiзними способами (см.табл. 2).
З даних табл. 2 видно, що для тканин тдготовлених за холодним способом бШння показники крайо-вого кута змочування значно вишд, а значення роботи адгезп акрилових дисперсш на поверхш тканин - меншi в порiвняннi з аналопчними показниками для текстильних субстрапв пiдготовлених за класичним способом.
Так, для тканин з низькою яюстю тдготовки край-овий кут змочування акриловими диспераями Лакрь текс 272 i Лакрiтекс 273 зб^ьшуеться в середньому в 2,5 рази, а робота адгезп зменшуеться на 25% в порiв-няннi з текстильними зразками виб^еними запарним способом. Звертае на себе увагу той факт, що низька катляршсть субстрату №1 призводить до зниження змочуваносп тканин при розведенш водою дисперсш до концентрацш, якi використовуються в апретуючих ваннах (20 г/л - 50 г/л ). I навпаки, на тканинах тдготовлених за запарним способом бшшня з високими показниками катлярност та КПЕ вщбуваеться по-вне змочування текстильного субстрату та зростання роботи адгезп дослщжуваних дисперсш з робочими концентращями 20 г/л i 50 г/л.
Таким чином, недостатня яюсть тдготовки тканин за холодним способом бШння призводить до поганоi змочуваноси таких тканин водними диспераями i може бути причиною для недостатнього виходу по-лiмера на текстильний субстрат при використанш в апретуючих складах дисперсш з робочими концентращями 20 г/л - 50 г/л
Для з'ясування данного питання i виходячи з того, що стадiя просочення тканини грунтуеться на фiзи-ко-хiмiчному процеа адсорбцп, надалi в роботi було дослщжено процес адсорбцii акрилових кополiмерiв з водних розчишв з концентрацiею дисперсш 20 г/л та 50 г/л. Субстрат №1 тдготовлено за холодним способом бШння. Вш мав катляршсть 14 мм i критичну поверхневу енерпю (КПЕ) 20 мН/м. Результати порiв-нювали з тими, що одержували на тканиш, вщб^енш за класичним способом (субстрат №2 - катляршсть 156 мм, КПЕ 45 мН/м). Сорбщю полiмера оцшювали ваговим методом и виражали у вщсотках до маси сухоi тканини.
Нижче на рис 1 - 3 показан кшетичш кривi адсорбцп полiмерiв бавовняною тканиною рiзноi якосп пiдготовки в порiвняннi з полiвiнiлацетатною емуль-сiею (ПВА), яку використовують в рецептурах при апретуванш тканин.
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
I
ч
а г
Л
V е-- <г- 8--
/ \ -- -
р=—^
'..А-*'"
- ——;-
10
15
20
25 и 30
4ас, с
—•— Субстрат №1 - Лакри-екс 272, 20 г/л —□— Субстрат №1 - Лакри-екс 272, 50 г/л ■ - * - - Субстрат №2 - Лакри-екс 272, 20 г/л —X— Субстрат №2 - Лакри-екс 272, 50 г/л
Рис.1 Кшетичш кривi адсорбци акрилового кополiмера Лакрiтекс 272 бавовняною тканиною
6
й I 5
я с
и ? °ч„4
ц с = Я 83 Я3 л
- о к
Я
И 1
{----- Е-
им —|
10
15
20
25 Час, с 30
—•— Субстрат №1 - Лакрпекс 273, 20 г/л —□— Субстрат №1 - Лакрпекс 273, 50 г/л ■ - * ■ ■ Субстрат №2 - Лакрпекс 273, 20 г/л —X— Субстрат №2 - Лакрпекс 273, 50 г/л
Рис. 2 Кшетичш кривi адсорбци акрилового кополiмера Лакрпекс 273 бавовняною тканиною
1,8
1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
тГг --
к" 1— [
л
и л
0 5 10 15 20 25 Час, с 30 - - ♦ ■ - Субстрат №1 - ПВА, 20 г/л —О—Субстрат №1 - ПВА, 50 г/л —•— Субстрат №2 - ПВА, 20 г/л —К— Субстрат №2 - ПВА, 50 г/л
Рис. 3 Кшетичш кривi адсорбци полiвшiлацетатноT емульси бавовняною тканиною
Як видно з рис. 1, 2 при концентращях 50 г/л акрилових кополiмерiв ЛакрГтекс 272 та Лакриекс 273 вмшт полiмеру на субстрат №1 забезпечуеться на рiвнi близько 4% i 3%, а на субстрат №2 - 6% та 5%. Максимум адсорбци при цьому змщуеться вль ву частину кинетично! криво!, тобто досягаеться за бшьш короткий час. На вщмшу вiд акрилових копо-лiмерiв, полiвiнiлацетатна емульсiя характеризуеться низькими тками кiнетичних кривих адсорбци, тобто мае найб^ьш низьку сорбщю серед розглянутих по-лiмерiв. Так, вмшт ПВА при просоченнi iз розчинiв концентраци 50 г/л на тканиш вибiленiй за холодним способом менше в 4 рази, на тканиш тдготовленш за класичним способом - в 3 рази в порiвняннi з вГтчизня-ними акриловими кополiмерами.
Слiд вiдзначити, що тканина тдготовлена за холодним способом бШння не сорбуе нi один з розглянутих полiмерiв при знижеш концентраци дисперсiй до 20 г/л через низью показники якост тканини, а на текстильних зразках вибшених запарним способом сорбцiя полiмерiв зростае, але зовсiм незначно, що може бути пояснено високою катляршстю тканини i через це конкуруючою дiею води при адсорбцii iз роз-бавлених розчинiв.
Вплив на сорбщю полiмера i на характер кине-тичних кривих адсорбци при низьких концентращях полiмера чинить яюсть пiдготовки тканин, про що сввдчать кривi адсорбцГ! на рис. 4, де в якост текстильного субстрата для порiвняння використана тканина, що тдготовлена за схемою, яка включае вщварку i мае катляршсть 125 мм/ 60' (субстрат №3).
к 1
1 > -) I .. *
£--
? т
—•— Субстрат №1 - Лакркекс 272, 20 г/л ■ -Л— Субстрат №2 - Лакркекс 272, 20 г/л Ж Субстрат №3 - Лакркекс 272, 20 г/л ■
25 Час, с 30
-л— Субстрат №1 - Лакркекс 272, 50 г/л К ■ Субстрат №2 - Лакркекс 272, 50 г/л -•— Субстрат №3 - Лакркекс 272, 50 г/л
Рис. 4 Кшетичш кривi адсорбци акрилового кополiмера Лакрпекс 272 бавовняними тканинами шдготовленими за рiзними способами
З рис. 4 видно, що адсорбщя полiмера вiдвареною тканиною перевищуе адсорбщю на вiдбiлених зразках, тому що бшьш капiлярна тканина (субстрат №2) в пер-шi секунди переважно сорбуе воду, яка перешкоджае взаемоди полiмера з тканиною, внаслiдок чого сорбщя полiмера знижуеться. Забезпечити зсув процеса адсорбцГ! на користь полiмера, як видно з кинетичних кривих адсорбци (рис. 1 - 4) можливо шляхом тдви-щення концентраци полiмерноi дисперсii в апретую-чих складах, що зазвичай i роблять для збiльшення
0
5
0
0
5
8
7
6
5
4
3
2
0
0
5
к1лькост1 полшера на тканин1 в процес1 заключно1 обробки тканин.
Однак цей шлях призводить до тдвищення матерь алоемност технологи обробки тканин та тдвищення соб1вартост1 процесу апретування 1 тому його не мож-на вважати ращональним. Тому дал1 в робот штен-сифжащю процесу адсорбцп вичизняних акрилових копол1мер1в на тканинах тдготовлених за холодним способом б1лшня здшснювали за рахунок введення до-даткових компонент1в: поверхнево-активних речовин (ПАР), електролтв, катал1затор1в та предконденсат1в термореактивних смол (ПТРС).
На рис. 5, 6 наведено кшетичт крив1 адсорбцп акрилових копол1мер1в Лакр1текс 272 та Лакриекс 273 при введенш до склад1в поверхнево-активннх ре-човин.
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
15
20
25
Час, с
0 5 10
—•—Лакрпекс 272, 20 г/л —□—Лакри-екс 272, 50 г/л + Лакри-екс 272, 20 г/л + неонол, 0,5 г/л х Лакрпекс 272, 20 г/л + етонш, 0,5 г/л —SK—Лакрпекс 272, 20 г/л + неонол, 0,5 г/л + етонш, 0,5 г/л - - Лакрпекс 272, 20 г/л + сштанол ДС-10, 0,5 г/л
Рис. 5 Вплив добавок ПАР на адсорбщю акрилового кополiмера Лакрпекс 272 бавовняною тканиною, тдготовленою за холодним способом бтшня
30
1
ч У ---
— ■<
додаванням до розчишв з концентрацшю дисперсп 20 г/л неюногенного ПАР неонола (0,5 г/л), який во-лод1е гарними змочуючими властивостями. В цьому випадку спостерпаеться також скорочення часу для досягання максимума адсорбцп, тобто зсув тка кше-тичних кривих вл1во, що е дуже важливим для плюсо-вочних способ1в обробки тканин у зв'язку з коротким часом перебування тканини в плюсовочному розчиш.
Найб1льш ефективною добавкою неоргашчно'1 при-роди, яка тдвищуе сорбщю пол1мер1в тканиною, вия-вився електроли натрш хлорид (5 г/л) (рис. 7, 8). Д1я ще'1 речовини спрямована не т1льки на стискання под-вшного електричного шару на поверхш розд1лу тверда речовина - водний розчин, але й на тдвищення змочу-вання тканини з низькою яюстю тдготовки. Шдтвер-дженням останнього висновку е експериментальш даш з швидкост змочування тканини в присутност1 натрш хлориду, як1 показали, що зразок тканини, оброблений №С1, змочуеться швидше б1льш шж в 3 рази.
0 5 10 15 20 25 Час. с 30
—•— Лакрпекс 273, 20 г/л —■—Лакрпекс 273, 50 г/л —Д— Лакрпекс 273, 20 г/л + неонол, 0,5 г/л ■ - X - - Лакрпекс 273, 20 г/л + етонш, 0,5 г/л —Ж— Лакрпекс 273, 20 г/л + неонол, 0,5 г/л + етонш, 0,5 г/л -О — Лакрпекс 273, 20 г/л + сштанол ДС-10, 0,5 г/л
Рис. 6 Вплив добавок ПАР на адсорбщю акрилового кополiмера Лакрпекс 273 бавовняною тканиною, тдготовленою за холодним способом бтшня
Видно, що забезпечення вм1сту пол1мера на тканиш на р1вш концентрацп пол1мера 50 г/л можливо шляхом
4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
5 10 15 20
-•—Лакртекс 272, 20 г/л -о—Лакр1текс 272, 50 г/л -4—Лакртекс 272, 20 г/л + NaCl, 5 г/л
25 Час, с 30
-■в- Лакртекс 272, 20 г/л + NaCl, 5 г/л + неонол, 0,5 г/л —X—Лакр1текс 272, 20 г/л + NH4C1, 5 г/л ■■■•■■ Лакртекс 272, 20 г/л + MgCl2, 5 г/л
Рис. 7 Вплив добавок електролтв на адсорбщю акрилового кополiмера Лакрпекс 272 бавовняною тканиною, тдготовленою за холодним способом бтшня
3,5
3
х
^ ч©
и. 2,5
Я
и о п & 2
^ о Ю 1,5
S И 1
0,5
• •
..........- ---
10
15
20
25 Чао, о 30
—•—Лакрпекс 273, 20 г/л —Л—Лакрпекс 273, 50 г/л —А—Лакрпекс 273, 20 г/л + №С1, 5 г/л —К— Лакрпекс 273, 20 г/л + №С1, 5 г/л + неонол, 0,5 г/л ■ - -Ж - - Лакрпекс 273, 20 г/л + Ш4С1, 5 г/л • Лакрпекс 273, 20 г/л + Mga2, 5 г/л
Рис. 8 Вплив добавок електролтв на адсорбщю акрилового кополiмера Лакрпекс 273 бавовняною тканиною, тдготовленою за холодним способом бтшня
0
3,5
3
2,5
2
1.5
0
0
0
5
Дослщження впливу каталiзаторiв та ПТРС на адсорбщю полiмерiв показали, що при додаванш до водних розчинiв дисперсш полiмерiв Лакрiтекс 272 та Лакриекс 273 концентрацii 20 г/л сумiшi термореак-тивно1 смоли - метилолдигщрокаетиленсечовини (40 г/л) i каталiзатора MgCl2 (8 г/л) сорбцiя зазначених полiмерiв на тканинi, пiдготовленiй за холодним способом бШння, зростае в середньому в 3 рази порiвняно з добавками ПАР та електролтв.
Таким чином, при до^женш процесу адсорбцп полiмерiв на текстильному матерiалi пiдготовленому за холодним способом бШння встановлено, що розгля-нутi вище добавки (ПАР, електролiт та сумш ПТРС i каталiзатора) дозволяють зменшити концентрацiю во-дноi дисперсii акрилових кополiмерiв з 50 г/л до 20 г/л i тим самим знизити матерiалоeмнiсть i собiвартiсть продукцп.
Процес апретування тканин, пiдготовлених за холодним способом бшшня складами на основi по-лiмерних дисперсiй Лакриекс 272 та Лакрiтекс 273 концентрацп 20 г/л здiйснювали шляхом просочення бавовняних тканин апретами з добавками ПАР, елек-тролиу та сумiшi ПТРС i каталiзатора. Потiм тканину вщжимали на плюсовцi до 80 %, висушували та тер-мофжсували при температурi 160 0С протягом 2 хв. Встановлено, що вмкт полiмера пiсля апретування знаходиться в межах ДСТ (1,1 - 1,9 %), а дослвджува-нi зразки володтть гiгроскопiчнiстю, збiльшенням розривноi мщносп ~ на 5 % та тдвищенням стiйкостi до витирання в 1,5 рази. Але даш апрети не стшю до прання, що може бути пов'язано з наявшстю домшок на тканинi, якi залишаються на текстильному мате-рiалi при низькш якостi пiдготовки (-5%) i можуть заважаюти мiцнiй фiксацii акрилового кополiмера з функцiональними групами целюлози.
Таким чином, на основi проведених дослщжень встановлено, що тканини тдготовлеш за холодним способом бiлiння характеризуются невисокою кат-лярнiстю, змочуванiстю та низькою поверхневою енер-гieю. Недостатня яюсть пiдготовки таких текстиль-них субстрапв значно знижуе змочуванiсть тканин водними диспериями полiмерiв i е однieю з причин недостатнього виходу полiмера на тканину при вико-ристаннi в апретуючих складах дисперсш з робочими концентращями 20 г/л - 50 г/л. Так, при дослщженш процесу адсорбцп полiмерних дисперсш, як визна-чальноi стадii при апретуванш тканин, показано, що
сорбщя полiмерiв з розчинiв з концентращею дис-персii 20 г/л на тканиш, пiдготовленiй за холодним способом бШння, майже не вiдбуваеться через низью показники якостi тканини.
1нтенсифжащю процесу адсорбцii полiмерiв вирь шували за рахунок введення додаткових компоненпв - поверхнево-активних речовин, електролiтiв, ката-лiзаторiв i ПТРС. Показано, що добавки неонолу (0,5 г/л), натрш хлориду (5 г/л) та сумiшi термореактивноi смоли - метилолдигiдроксiетиленсечовини (40 г/л) i каталiзатора MgCl2 (8 г/л) дозволяють знизити концентрацп водних дисперсш акрилових кополiмерiв в апретуючих ваннах з 50 г/л до 20 г/л i тим самим знизити собiвартiсть продукцп. В процеа апретування складами з добавками вище вказаних компоненпв встановлено, що вмкт полiмеру на текстильних зраз-ках ввдб^ених за холодним способом знаходиться в межах ДСТу (1,1 - 1,9%), а дослщжуваш зразки воло-дiють гiгроскопiчнiстю, зб^ьшенням розривноi мщ-ностi ~ на 5% та тдвищенням стшкосп до витирання в 1,5 рази.
Але недолжом даних апретуючих складiв е нестш-кiсть до мокрих обробок, що пов'язано з наявшстю до-мшок на тканинi (- 5%) при низькш якост пiдготовки, яю заважають мiцнiй фiксацii акрилового кополiмера з функцiональними групами целюлози.
Тканини з даними апретами можуть використову-ватися лише для техшчного призначення, для аксесу-арiв жiночоi галантереi, жшочого взуття та iн., тобто там, де не задiянi мокрi обробки. Вщповщно зi змiною складiв апретуючих ванн, буде змшюватись напрямок '¿хнього подальшого використання.
Лiтература
1. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов: Учеб. для вузов. - М.: РЗИТЛ, 2000. - Т.1.
- 436 с.
2. Глубш П.А. Х1м1чна технолопя текстильних матер1ашв (Завершальне оброблення): Навчальний поабник. - К.: Арютей, 2006. - 304 с.
3. Липатов Ю.С., Сергеева Л.М. Адсорбция полимеров.
- К.: Наукова думка. - 1984. - 194 с.
4. Липатов Ю.С. Современные теории адсорбции полимеров на твердых поверхностях // Успехи химии. - 1981.
- № 2. - 378 с.
