CC BY
26
№ 11 (80)_1ЬХНИЧЬ1КИЬ НАУКИ_ноябрь. 2020 г.
ПРИДАНИЕ НАТУРАЛЬНЫМ ВОЛОКНАМ УЛУЧШЕННЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И СПЕЦИФИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Шеркулова Наргиза Рустамбековна
преподаватель,
Гулистанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Гулистан
Давлатов Расулжон Маматкулович
д-р техн. наук, доц., Гулистанский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Гулистан
IMPROVED PHYSICAL-MECHANICAL AND SPECIFIC PROPERTIES TO NATURAL FIBERS
Nargiza Sherkulova
Teacher Gulistan State University, Republic of Uzbekistan, Gulistan
Rasuljon Davlatov
Dr. Tech. Sciences, Associate Professor Gulistan State University, Republic of Uzbekistan, Gulistan
АННОТАЦИЯ
В данной статье рассмотрено влияние ряда водорастворимых полимерных растворов и композиций на основе поличетвертичной соли диметил-аллил-Р-метакрилоилоксиэтиламмоний бромида на физико-механические показатели натурального волокна. И далее были рассмотрены результаты крашения натурального шерстяного волокна при модификации.
ABSTRACT
This article investigated the effect of a number of water-soluble polymer solutions and compositions based on the polyquaternary salt of dimethyl-allyl-p-methacryloyloxyethylammonium bromide on the physical and mechanical properties of natural fiber. And further, dyeing of natural woolen fiber was considered when modifying.
Ключевые слова: крашение, волокно, модификация, шерсть, краситель, облагораживание, яркость.
Keywords: dyeing, fibers, modification, wool, dye, refining, brightness
В настоящее время в ряде Азиатских стран в легкой промышленности вновь восстанавливается и развивается шерстяное производство, которое стояло на грани банкротства и находилось в состоянии кризиса, прежде всего, из-за снижения потребности и ухудшения свойств изделий из шерсти животных.
В современных условиях сохранение качества шерсти невозможно без проведения научных исследований, направленных на развитие теоретических основ и разработку ресурсосберегающих технологий производства и переработки шерсти с учетом вопросов экологии. В настоящее время в мире набирает силу кампания по борьбе за экологическую чистоту, происходит переоценка всех созданных человеком технологий с точки зрения того, какую нагрузку на природу эти технологии оказывают.
Проблема улучшения исходного природного сырья и качества продукции весьма важна в современном мире. В основе потребительской стоимости
шерстяной ткани лежат ее естественные свойства. Это в равной мере относится к изделию в целом и к любым его составляющим - материалам, конструктивным особенностям.
Однако наиболее важными являются два показателя - выход пряжи из сырья и ее обрывность при прядении. Эти два показателя определяют экономику прядильного производства. Исследования показывают, что оптимизация замасливания и увлажнения позволяет повысить выход пряжи на несколько процентов и снизить ее обрывность в 1,5-2 раза. Этим определяется практическая значимость рассматриваемой проблемы.
По вопросам замасливания и увлажнения в периодической литературе, особенно в иностранной, опубликовано большое количество работ. Однако большая их часть посвящена экспериментальным исследованиям и внедрению новых замасливающих препаратов. Научно-теоретических работ очень мало,
Библиографическое описание: Шеркулова Н.Р., Давлатов Р.М. Придание натуральным волокнам улучшенных физико-механических и специфических свойств // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10927 (дата обращения: 26.11.2020).
№ 11(80)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2020 г.
а в отечественной литературе их практически нет. Их отсутствие приводит к тому, что работники промышленности вынуждены лишь методом проб и ошибок подбирать необходимые составы компонентов, способы их приготовления и использования. Такая практика приводит зачастую к неоправданным материальным потерям.
Традиционные методы модификации текстильных материалов в основном осуществляются с применением химических веществ, что позволяет в определенной степени улучшить технологические и потребительские свойства. Традиционные методы модификации текстильных материалов осуществляются при помощи окислительной обработки, такой как хлорирование водными растворами гипохлорита натрия, газообразным хлором, хлорсодержащими органическими веществами, хлорирование в среде органических растворителей, действие перманганата, а также озона.
Добиться улучшения технологических и эксплуатационных характеристик изделий из шерстяных текстильных материалов возможно за счет модификации механических и физических свойств волокна. Достоинствами данных методов являются простота их применения и внедрения.
В связи с этим было решено изучить возможность модификации шерстяного волокна растворами полимерной композиции при равномерном распределении макромолекул полимера и его солей.
Оценку степени модификации поверхности шерстяного волокна осуществляли комплексно по следующим показателям: истинная длина, тонина, степень извитости, свойлачиваемость, разрывная нагрузка. Полученные нами результаты эксперимента сравнивались с известными теоретическими и экспериментальными данными зарубежных авторов (табл. 1).
Таблица 1.
Влияние природы модифицикатора на физико-механические свойства волокна
Образцы модифицированных волокон
Истинная длина, мм Тонина, мкм Степень извитости Свойлачиваемость, 10 3 г/см3 Разрывная нагрузка, сН/текс
Исходный
142 22,0 9-10 1,33 8,78
Хлорирование
101 21,2 13,1 0,4 8,40
С поличетвертичной аммониевой солью
140 24,2 10 0,59 8,7
Так, модификация волокна полимерной компози- Ниже рассмотрены механизм взаимодействия
цией способствует снижению свойлачиваемости растворами полимеров на белковое волокно и коли-
шерсти на 62 % при сохранении исходной длины, чество полимера на волокне (табл. 2).
тонины и прочности волокон. По результатам эксперимента видно, что модификация приводит к сохранению прочности волокна при разрывной нагрузке.
Таблица 2.
Зависимость количества полимера на волокне от концентрации модификатора (масса волокна до реакции - 0,2000, а толщина - 21,5)
Концентрация полимера в композиции Масса волокна до обработки Масса волокна после обработки Толщина волокон, мкм Привес, %
1,5 0,2024 0,2035 21,8 1,2/1,7
2,5 0,2044 0,2151 24,2 2,4/7,35
3,0 0,2050 0,2201 24,9 2,5/10,00
Из приведенных данных видно, что нанесение полимерных композиций способствует набуханию и увеличению диаметра белкового волокна. По- видимому, в более разбавленных растворах процесс диффузии полимера в структуру шерстяного волокна протекает быстрее. Относительно маленькие фрагменты макромолекул полимера легко диффундируют в поры шерстяного волокна и приводят к уплотнению его структуры. Таким образом, можно
объяснить повышение прочности образцов белкового волокна, обработанного растворами полимера низкой концентрации. При этом содержание полимера в модифицированном волокне, обработанном растворами с полимерной композицией, относительно увеличивается.
Итак, в кератине шерсти, модифицированной поличетвертичной солью, могут быть обнаружены
№ 11(80)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2020 г.
следы химического взаимодействия -С=О групп полимерной соли с аминогруппами кератина белкового волокна, а также донорно-акцепторного взаимодействия между четвертичным азотом полимерной соли и карбонильной группой кератина с образованием комплексного соединения.
Таким образом, исследование влияний растворов на основе водорастворимых полимеров показало возможность улучшения физико-механических свойств, и по результатам эксперимента видно, что модификация приводит к сохранению прочности волокна при разрывной нагрузке.
Актуальность проблемы заключается в придании натуральным волокнам улучшенных физико-механических и специфических свойств, особенно для натурального волокна, а также специально окрашенных тканей.
Разработка совершенно новых способов придания волокнообразующим полимерам прочной окраски с улучшенными колористическими свойствами является актуальной и своевременной. Промышленная индустрия красителей на современном этапе достаточно развита. Однако имеется целый ряд задач, решение которых связано, прежде всего, с наличием необходимого сырья. Химические красители ввозятся на территорию республики Узбекистан из самых разных стран: России, Германии, Китая, Японии и др. Форма и состав марок красителей не всегда и не на всех волокнистых полимерах позволяют получать прочные, интенсивные и яркие окраски. Узбекистан обладает богатой сырьевой базой натуральных волокнистых полимеров: шелк, шерсть, хлопок. Однако промышленная база по выпуску красителей отсутствует. Таким образом, республика находится в сильнейшей зависимости от ситуации на рынке.
Все вышесказанное создает определенные трудности при разработке и выборе способов крашения, отделки текстильных волокнообразующих полимеров. Модификация белкового волокна полимерными растворами композиции, улучшая гигиенические свойства и изменяя структуру (усаживае-мость и пористость), может положительно повлиять на окрашиваемость волокна.
Следует отметить, что наличие в составе макромолекул кератина белкового волокна карбоксильных, карбонильных, аминных и других групп может способствовать образованию подвижных комплексных соединений между функционально-активными группами поличетвертичной соли, волокна шерсти состоят из различных белковых веществ и содержат аминогруппы — МН2 и карбоксильные группы — СООН. Вместе с тем все различные природные волокна заметно набухают в воде и имеют поры, в которые вместе с водой проникает и краситель.
Известно, что в различных отраслях текстильной промышленности крашению подвергается белковое волокно в чистом виде или в смеси с другими синтетическими и растительными волокнами. В связи с этим исследовали процесс крашения модифицированного белкового волокна катионными, активными красителями.
Объектом исследования были исходное и модифицированное волокна шерсти. Сорбцию красителей определяли колориметрированием растворов до и после крашения.
Рисунок 1. Кинетика процесса крашения модифицированного волокна катионным красным С
Далее была изучена кинетика крашения модифицированного волокна катионным красителем (рис. 2).
Рисунок 2. Кинетика процесса крашения исходного волокна катионным красным С
Повышение температуры крашения от 75 до 100 °С способствует связыванию большего количество красителя на волокне. Такая закономерность наблюдается как при крашении модифицированных, так и при крашении хлорированных образцов.
Рисунок 3. Кинетика процесса крашения хлорированного волокна катионным красным С
Процесс крашения модифицированных волокон 1,5 %-ным полимерным раствором способствует по-
№ 11(80)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ноябрь, 2020 г.
вышению количества связанного красителя на волокне по сравнению с исходным почти до 1,5 раза. Необходимо отметить, что волокно, обработанное хлорированием, связывает относительно меньше красителя, чем модифицированное.
Рисунок 4. Кинетика процесса крашения модифицированного волокна 2,5 %-ным раствором полимерной композиции катионным красным С
Количество фиксированного красителя на модифицированном волокне увеличивается в случае применения раствора модификатора концентрации 2,5 г/л до 1,9 раза, а в случае концентрации 1,5 г/л - до 1,6 раза. В этом случае также наблюдается увеличение количества связанного красителя на волокне при применении раствора модификатора с более низкой концентрацией в полимерной композиции.
Следовательно, надо полагать, что поведение образцов в процессе крашения, проявляя избирательность к определенной микрофизической структуре и химическому составу, свидетельствует об изменении индивидуальной сорбционной и диффузионной способности, характерной для каждого вида образца (табл. 3).
Таблица 3.
Значения коэффициентов диффузии процесса крашения шерстяных волокон катионным красным С
Коэффициент диффузии • 1015 м2/сек Исходный Модифицированный раствором композиции в концентрациях серицина
1,5 % 2,0 % 2,5 % 3 %
75 °С 7,4 8,6 9,1 9,8 10,6
80 °С 11,8 18,8 19,3 20,5 21,4
85 °С 14,5 43,9 44,8 46,2 54,6
Коэффициент диффузии процесса крашения модифицированных волокон при низкой температуре в 1,4 раза больше, а при высокой температуре это значение увеличивается почти до 3 раз. В модифицированных образцах содержание красителя увеличивается. Количество красителя на волокне, модифицированном полимером, по сравнению с исходным больше. Необходимо отметить, что увеличение полимера на волокне способствует повышению фиксации красителя.
Возникновение неравномерной окраски натурального волокна при стандартных условиях крашения
Влияние модификации натуральных воле
обусловливается различиями в плотности упаковки структурных элементов волокна, определяющих различия в скорости диффузии молекул красителя в фибриллярный: за равные промежутки времени волокна сорбируют тем больше красителя, чем больше коэффициент диффузии его в волокно, однако изменить скорость диффузии красителя в волокно могут и модифицированные в волокне полимеры. Вводимые полимеры в белковое волокно при модифицированных обработках имеют многочисленные функциональные группы, которые способствуют улучшению его окрашиваемости.
Таблица 4.
на качество окраски катионным красным С
Образцы модифицированных волокон Неровнота крашения Интенсивность окраски, К^ Прочность окраски, балл
к мылу к трению
исходный 0,038 7,8 5/4/4 5/4
хлорирование 0,018 12,0 5/5/4 5/4
с полимерной композицией 0,009 16,7 5/5/5 5/5
Было проверено (табл. 4) качество окраски окрашенных образцов катионным красным С, определены неров-нота крашения и устойчивость окраски к действию некоторых физико-химических воздействий. Модификация волокна с полимерными композициями повышает интенсивность окраски и снижает неровноту крашения.
Итак, объектом исследования были выбраны полимерная композиция и текстильные красители. В качестве натурального волокна было выбрано шерстяное волокно. В качестве модификаторов служили поличетвертичная соль диметил-аллил-Р-метакрилоилоксиэтиламмоний бромида и вода.
• 7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_ноябрь. 2020 г.
Список литературы:
1. Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов / МГТУ им. А.Н. Косыгина «Международная программа образования». - М., 2000. - 157 с.
2. Давлатов Р.М. Изучение кинетики смачиваемости шерсти и влияние полимерных растворов на набухаемость волокон // Международ. научн.-практич. конференция «Современное общество, образование и наука». - Тамбов, 2014. - С. 45.
3. Давлатов Р.М., Исмаилов Р.И. Крашение натурального шелка активными красителями по методу «Коса-буяк», модифицированного четвертичными аммониевыми солями // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - Иркутск, 2016. - № 3. - С. 147-150.
4. Давлатов Р.М., Шеркулова Н.Р. Многофункциональные вещества способствуют улучшению окрашиваемости волокна // Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и молодых ученых «Современное состояние и перспективы науки о функциональных полимерах» (Ташкент, 19-20 марта 2020 г.). - С. 54.
5. Плетнев М.Ю. Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник. - М. : Фирма Клавель, 2002. -768 с.
6. Разработка полимерной композиции для улучшения свойств шерсти / Р.М. Давлатов, С.С. Негматов, Ш.А. Бозорбоев, Н.А. Икрамов [и др.] // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2017. - № 8. -С 13-18.
7. Davlatov R.M., Ismailov R.I. Chemical modification of natural silk under redox of oxidized - reduced initiated system // East European Scientific Journal. - Warsaw, Poland, 2015. - № 4 (4). - Vol. 1. - Р. 122-126.
№ 11(80)
