CC BY
61
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ СШИВАЮЩИХ АГЕНТОВ В
МАЛОСМИНАЕМОЙ ОТДЕЛКЕ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ
Шубина Валентина Викторовна
канд. техн. наук, доцент Димитровградского инженерно-технологического
института — филиала НИЯУ МИФИ, г. Димитровград
E-mail: shubv3@mail.ru КурныкинаЕлена Юрьевна
канд. техн. наук, доцент Димитровградского инженерно-технологического
института — филиала НИЯУ МИФИ, г. Димитровград
E-mail: kurnykinaelena@mail. ru
APPLICATION OF NEW CROSSLINKING AGENTS IN CREASE RESISTANCE FINISHINGOF COTTON FABRICS
Shubina Valentina Viktorovna
candidate of Engineering Sciences, assistant professorofDimitrovgrad engineering-technological Institute — branchof NRNUMEPHI, Dimitrovgrad
KurnykinaElena Yurievna
candidate of Engineering Sciences, assistantprofessorof Dimitrovgrad engineering-technological Institute — branch ofNRNU MEPHI,Dimitrovgrad
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрено применение многоосновных карбоновых кислот в качестве поперечно сшивающих агентов в процессах малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей с целью повышения экологичности отделочного производства. В результате проведенных исследований методом инфракрасной спектроскопии выявлены закономерности взаимодействия смеси лимонной и малеиновой кислот с целлюлозными волокнамис образованием сложных эфиров целлюлозы.
ABSTRACT
The article describes of the application of polycarboxilic acids as a crosslinking agents in the processes of crease resistance finishing of cotton fabricswith a view to improve the environmental performance of finishing production. As a result of studies the methodof infrared spectroscopy revealed regularities of interaction of a mixture of lemonacidand maleic acid with the cellulose fibers with the formation of cellulose esters.
Ключевые слова: хлопчатобумажная ткань; малосминаемая отделка; многоосновные карбоновые кислоты; формальдегид; смолообразующее вещество; отделочные препараты; гипофосфит натрия; сложноэфирные связи; реакция этерификации; инфракрасная спектроскопия.
Keywords: cotton fabric; crease resistance finishing; polycarboxilic
acids;formaldehide; gum former; finishing preparations; sodiumhypophosphite; ester crosslinkages; etherification; infrared spectroscopy.
К основной проблеме отделочного производства, над которыми постоянно работают научные и производственные работники, можно отнести использование при производстве продукции, небезопасных веществ, которые ухудшают санитарно-гигиенические условия труда на предприятиях и не позволяют получать безопасную продукцию высокого качества. Нерешенность этой проблемы порождает более глобальную — низкую экологичность отделочного производства.
Наиболее ярко данная проблематика прослеживается при анализе существующих и вновь разрабатываемых процессов малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей, которые так или иначе связаны с использованием формальдегидсодержащих препаратов.
Применение в качестве активных препаратов для малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновных карбоновых кислот, позволяет, в определенной мере, решить проблему безопасности технологии малосминаемой отделки, как на этапе производства продукции, так и на стадии потребления ее человеком.
Малосминаемые свойства текстильных материалов в первую очередь зависят от эластических свойств волокон, определяемых их химическим строением и внутренней структурой и, кроме того, от структурно -механических свойств, как пряжи, так и выработанных из нее тканей или трикотажных полотен. Малосминаемой отделке в основном подвергаются ткани, выработанные из целлюлозных волокон. Для повышения упругости и
эластичности таких волокон с рыхлой надмолекулярной структурой, характеризующихся большим числом аморфных областей обычно используют смолообразующие вещества, обработка которыми позволяет снизить подвижность макромолекул и кристаллитов за счет заполнения аморфных областей и образования химических связей с макромолекулами целлюлозы.
Для придания малосминаемости текстильным материалам на уровне волокон используются следующие основные способы:
• подбор волокон с необходимыми деформационными свойствами для изготовления определенного изделия;
• образования межмолекулярных связей (сшивок) между макромолекулами данного волокна с помощью би- или полифункциональных соединений с учетом структурного состояния волокна в сухом или влажном состоянии;
• образования синтетической смолы в аморфных субмикроскопических пространствах волокон.
До настоящего времени для малосминаемой отделки повсеместно применяются N- гидроксиметильные производные мочевины, меламина, циклических этилен — и пропиленмочевины, дигидроксиэтиленмочевины, триазона, урона, алкилкарбаматов и других веществ. На их основе разработаны многочисленные рецепты отделочных составов и применительно к ним технологические процессы придания текстильным материалам малосминаемых, малоусадочных и формоустойчивых свойств.
К основным недостаткам таких препаратов можно отнести: высокую вероятность выделения формальдегида и большую потерю прочности ткани при жестких условиях проведения ее термообработки.
Основной задачей новых исследований является снижение количества свободного формальдегида, выделяющегося при термообработке или полное устранение его из технологического процесса. В этой связи можно выделить два направления в соответствии, с которыми проводятся исследования:
• разработка отделочных препаратов с минимальным содержанием
формальдегида или создание активных веществ, не выделяющих последний в процессе взаимодействия с функциональными группами волокон;
• введение в обрабатывающую композицию акцепторов формальдегида, поглощающих его в процессе выделения или вступающих с ним в реакцию.
Применение многоосновных карбоновых кислот в качестве поперечно сшивающих агентов, в процессах малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей, основано на способности карбоксильных групп вступать в реакцию этерификации с гидроксильными группами целлюлозных волокон.
В настоящее время к числу кислот, которые могут быть использованы для придания тканям из целлюлозных волокон малой сминаемости, исследователи относят: 1,2,3,4-бутантетракарбоновую, лимонную, малеиновую и итаконовую кислоты.
Проведенные исследования, в основном зарубежными учеными, позволили выявить ряд общих закономерностей, характеризующих физико -химические процессы, протекающие между многоосновными карбоновыми кислотами и целлюлозными волокнами, и выявить условия, при которых данные вещества могут быть использованы в качестве сшивающих агентов при малосминаемой отделке хлопчатобумажных тканей. Здесь следует отметить следующие основные положения, установленные в результате проведенных исследований:
• образование сложноэфирных связей между карбоксильными группами кислоты и гидроксильными группами целлюлозы осуществляется через промежуточную стадию: кислота ^ ангидрид кислоты ^ взаимодействие с целлюлозой;
• в качестве катализаторов, ускоряющих такой переход, наибольшее распространение получили фосфорсодержащие неорганические соединения. К ним, в первую очередь, относятся: гипофосфит NaH2PO2 -H2O и фосфаты натрия NaH2PO4 -2H2O, Na2HPO4 -2H2O, Na3PO4 -12H2O, а также пирофосфат натрия - Na4P2O7 -10H2O. При этом более высокие показатели малосминаемой отделки тканей достигаются при использовании гипофосфита натрия;
• при использовании ряда кислот, например лимонной, малеиновой и
некоторых других, в процессе термообработки происходит пожелтение ткани, которое может быть устранено добавлением в обрабатывающий раствор борной кислоты, аминоспиртов, в частности, триэтаноламина и полиэтиленгликолей;
• применение смеси многоосновных карбоновых кислот в качестве активных агентов может быть оправдано в том случае, если их совместное воздействие на целлюлозные волокна превышает положительный эффект, достигаемый при их раздельном использовании.
Применение многоосновных карбоновых кислот и, в частности, малеиновой кислоты, как самостоятельно, так и в сочетании с лимонной, характеризуется рядом особенностей. Так, гидроксильные группы лимонной кислоты препятствуют поперечной сшивке малеиновой кислоты с целлюлозными волокнами. Однако при определенных условиях
термообработки хлопчатобумажных тканей эти кислоты могут быть использованы для малосминаемой отделки. При этом было высказано предположение, что лимонная кислота превращается из трех- в четырехфункциональную с формированием связей с малеиновой
кислотой [1, с. 32].
В этой связи были проведены исследования по выявлению
закономерностей взаимодействия смеси лимонной и малеиновой кислот с целлюлозными волокнами, в условиях пропитывания хлопчатобумажных тканей их водными растворами, с последующей термообработкой.
Для характеристической оценки взаимодействия малеиновой и лимонной кислот, а также их смеси с целлюлозными волокнами, с образованием сложных эфиров был использован метод инфракрасной спектроскопии в диапазоне волновых частот 400—4000 см-1.
Для исследования были использованы образцы хлопчатобумажной ткани, подвергшиеся пропитке водными растворами малеиновой и лимонной кислотами, а также их смесью, в присутствии катализатора и без него. Концентрация однокомпонентных растворов кислот во всех случаях составляла 90 г/л, в смесовом растворе по 45 г/л каждая.
После пропитывания, ткань отжимали до 100% влажного привеса, высушивали при температуре 70оС, до постоянной массы, и подвергали термообработке при температуре 185оС в течение 2 минут. После термообработки и нейтрализации в 0,1 М растворе едкого натра (КаОИ), образцы ткани в течение 5 минут промывали теплой (50оС) дистиллированной водой и в течение 3 минут дистиллированной водой при температуре 20оС. Промытые образцы ткани подвергали окончательной сушке в ИК влагомере при температуре 80оС до постоянной массы [2, с. 74].
Для снятия ИК спектров, образцы целлюлозных волокон, подвергшихся обработке многоосновными карбоновыми кислотами, таблетировали с КВг. Спектры снимали с помощью Фурье спектрометра ФСМ 1201 в диапазоне волновых частот 4000—400 см-1.
ИК спектры исследуемых образцов приведены на рисунке 1. Для сравнения на рисунке приведен также спектр целлюлозы необработанной ткани (кривая 1).
Пр пускание
эбоо эмо гмо гаде 1§оо >ооо ню
Вояиово* число. 1/см
Рисунок 1. ИК спектры целлюлозы, обработанной смесью малеиновой и лимонной кислотами: 1 — исходная целлюлоза; 2 — целлюлоза, обработанная смесью без гипофосфита натрия; 3 — целлюлоза, обработанная смесью с гипофосфитом натрия
При анализе спектров, представленных на рисунках, можно заметить, что спектры целлюлозы, обработанной кислотами, по сравнению с исходной целлюлозой, претерпели значительные изменения. И это касается, в первую очередь, появления в диапазоне волновых чисел 1730—1570 см-1 двух новых характеристических полос поглощения. Однако, появление двух полос поглощения с максимумами при 1729 см-1 и 1580 см-1), свидетельствует о неполным превращением двух- и трехосновной кислот при реакции с целлюлозой в сложный эфир, поскольку полосы в диапазоне 1750—1710 см-1 связаны с эфирной группой, а в диапазоне 1610—1550 см-1 с ионизованной СОО группой. Это свидетельствует о том, что не все карбоксильные группы вступают в реакцию этерификации и, соответственно, не все молекулы малеиновой и лимонной кислот образуют поперечные «сшивки» целлюлозы. В спектре целлюлозы, обработанной смесью малеиновой и лимонной кислот, (рис. 1, кривая 2) максимумы полос поглощения в диапазоне волновых чисел 1730—1717 см-1 практически совпадают с максимумами полос поглощения в спектре целлюлозы, обработанной малеиновой кислотой. Это позволяет сделать вывод о том, что в отсутствии катализатора, целлюлоза взаимодействует, в основном, с молекулами малеиновой кислоты, как более реакционно -способным веществом в данной смеси.
Наличие катализатора (NaH2PO2 -H2O) в обрабатывающих растворах, повышает реакционную способность как малеиновой, так и лимонной кислот, что хорошо прослеживается при исследовании спектров (рис. 1, кривая 3). Во всех случаях, интенсивность полос поглощения увеличивается, подтверждая тем самым, что количество карбоксильных групп, вступивших в реакцию с целлюлозой, повышается.
Таким образом, с учетом проведенных исследований, можно сделать вывод, что при обработке целлюлозы смесью малеиновой и лимонной кислот, последние вступают в реакцию этерификации, с образованием сложных эфиров целлюлозы. При этом если у малеиновой кислоты в реакцию этерификации, в
основном, вступает одна карбоксильная группа, то у лимонной, как минимум две, с образованием поперечных мостиков между макромолекулами целлюлозы. Введение в обрабатывающий раствор гипофосфита натрия (катализатора) повышает реакционную способность как малеиновой, так и лимонной кислот.
Список литературы:
1. Шубина В.В., Павутницкий В.В. Применение пены при малосминаемой отделке тканей многоосновными карбоновыми кислотами // Текстильная промышленность. Научный альманах. — 2007. — №2 8. C. 30—34.
2. Шубина В.В. Исследование и разработка технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновными карбоновыми кислотами в пенной среде: дис. канд. техн. Наук — СПб., 2008. — 112 с.
