CC BY
3
Ад. UNIVERSUM:
№10(127)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2024 г.
РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАСТВОРЕНИЯ ОТХОДОВ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН В ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРЯЮЩИХ СИСТЕМАХ
Исламов Бахтиёр Хайдарович
канд. физ-мат. наук, доцент, Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: b.x.islamov28@. com
Мухамедов Гафурджан Исраилович
д-р хим. наук, профессор, Чирчикский государственный педагогический университет,
Республика Узбекистан, г. Чирчик E-mail: muxamedov. [email protected]
Мамаева Дилдора Ахмаджановна
ст. преподаватель,
Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности,
Республика Узбекистан, г. Ташкент, E-mail: dildoramamyeva80@gmail. com
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR DISSOLVING NATURAL FIBER WASTE IN ELECTROACTIVATED SOLVENT SYSTEMS
Bakhtiyor Islamov
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Tashkent Institute of Textile and Light Industry, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Gafurdzhan Mukhamedov
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Chirchik State Pedagogical University, Republic of Uzbekistan, Chirchik
Dildora Mamaeva
Senior Lecturer, Tashkent Institute of Textile and Light Industry, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрен способ получения прядильного раствора из отходов натуральных волокон. Проведены сравнительные исследования, влияния параметров технологических режимов на процесс растворения натуральных волокон в электроактивированных водных растворах. Разработан способ, обеспечивающий получение в электроактивированных водных растворах стабильных прядильных растворов из отходов натуральных волокон при объемной плотности заряда р= 0,7-1,1*10-3 Кл/м3 и при температуре 30-350С. Исследование физико-химических и эксплуатационных свойств данных растворов, показало, что данные растворы с успехом может быть применены в текстильной практике и биоинженерных приложениях.
ABSTRACT
The paper discusses a method for producing a spinning solution from waste natural fibers. Comparative studies have been carried out on the influence of technological parameters in the process of dissolving natural fibers in electrically activated aqueous solutions. A method has been developed that ensures the production of stable spinning solutions from waste natural fibers in electrically activated aqueous solutions at a volumetric charge density p= 0.7-1.1*10-3 C/m3 and at a temperature of 30-35°C. A study of the physicochemical and operational properties of these solutions showed that these solutions can be successfully used in textile practice and bioengineering applications.
Ключевые слова: натуральные волокна, смеси полимеров, переработка полимеров, прядильные растворы.
Keywords: natural fibers, polymer mixtures, polymer processing, spinning solutions.
Библиографическое описание: Исламов Б.Х., Мухамедов Г.И., Мамаева Д.А. РАЗРАБОТКА СПОСОБА РАСТВОРЕНИЯ ОТХОДОВ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН В ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННЫХ РАСТВОРЯЮЩИХ СИСТЕМАХ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 10(127). URL:
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18461
Введение. Разработке способов и ресурсосберегающих технологий вторичной переработке отходов текстильной промышленности, например, кожи, меха и др., посвящены достаточное количество научных исследований [1-2]. Известны работы, по выявлению возможности применения продуктов вторичной переработки для изготовления готовых изделий, например, в виде компонентов для повышения прочностных свойств швейных ниток из натуральных волокон, при разработке функциональных пакетов с повышенными теплоизоляционными свойствами [3-4]. В связи с этим рациональное использование текстильных отходов имеет важное хозяйственное значение [5-6].
Результаты исследований. Данная разработка относится к области производства химических волокон, а именно к способу получения раствора для формирования химического волокна из белков и может быть использовано при получении искусственных фиброинсодержащих волокон. Критерием оценки получаемого раствора и, соответственно, разрабатываемого способа может служит возможность в результате использования приемов, действий и участвующих веществ данного способа обеспечить максимальное содержание растворенного фиброина в общем объеме раствора. В работе [7], описан способ получения раствора путем интенсивного перемешивания, предварительно обработанного уксусной кислотой натурального шелка или фиброина в растворе неорганической соли - роданистого натрия при температуре 25-500С. Концентрация соли в растворителе - составляет 60-63 вес % Недостатком является наличие значительного количества гелеобразных частиц в прядильном растворе, что нарушает устойчивость формирования и снижает механические свойства волокна. Использование высокотоксичного вещества (NaSCN), предельно допустимая концентрация, которого в окружающей среде составляет 50 мг/м3, делает практическую реализацию способа затруднительной.
Разработан способ растворения фиброина натурального шелка в водных растворах хлористого цинка (50%) концентрации [8]. Однако, такие растворы обладают недостаточной стабильностью. При использовании концентрированных водных растворов хлористого цинка белковый субстрат шелка полостью растворяется лишь при 120-1500С. При этой же температуре неизбежно частично разлагается фиброин и получаются растворы только сравнительно низкой концентрации (4-7%). Их можно применить для поверхностной обработки различных натуральных и химических волокон для образования на поверхности белковой рубашки. Однако формирование волокна из этих растворов невозможно
вследствие низкой концентрации и неудовлетворительных реологических характеристик.
Задачей данной разработки является увеличение концентрации фиброина в прядильном растворе за счет повышения растворяющей способности самого растворителя, при пониженной концентрации его компонентов и улучшение условий охраны окружающей среды за счет исключения из растворителя токсичных компонентов.
Поставленная задача решается тем, что раствор хлористого цинка концентрацией от 9 до 13% смешивают с раствором ледяной уксусной кислоты концентрацией от 3 до 7%, полученной смесью заполняют катодную камеру диафрагменного электроактиватора с титановым электродом и осуществляют растворение волокнистых отходов шелка, предварительно очищенных от механических примесей, в этой зоне при объемной плотности заряда (p=q/v), р= 0,7-1,1*10-3 Кл/м3 и при температуре смеси 30-350С. Объемную плотность заряда определяли по формуле:
Р = 7 =
2А2
где: q -количество заряда проходящего через жидкость, V -объем жидкости, d -расстояние между электродами, - ^2) -потенциал между клеммами электродов, £0 -электрическая постоянная, е -диэлектрическая проницаемость среды.
В основу работы положена задача создания способа растворения фиброина натурального шелка, в котором за счет полного растворения фиброина в концентрации большей, и при использовании нетоксичных веществ, обеспечивается получение более вязких растворов фиброина из которых получается волокно с лучшими характеристиками по прочности и удлинению, существенно сокращается время растворения.
Этапы осуществления способа:
1. Подготовка волокнистых отходов шелка к процессу растворения - очистка от механических примесей
2. Подготовка смеси, включающей раствор хлористого цинка концентрацией от 9 до 13% и раствор ледяной уксусной кислоты концентрацией от 3 до 7%.
3. Размещение указанной смеси в катодной камере диафрагменного электроактиватора.
4. Размещение и растворение в указанной смеси подготовленных волокнистых отходов шелка, при объемной плотности заряда р= 0,7-1,1*10-3 Кл/м3 и при температуре смеси 30-350С в течение 40-50 мин.
Процесс растворения электроактиватор предназначается для активирования различных химических процессов. Принципиальная схема электроактиватора представлена на рис. 1.
Рисунок 1. Принципиальная схема лабораторного электроактиватора
Лабораторный электроактиватор состоит из двух ячеек, сделанных из оргстекла 1 и 2, емкость по 2 л и разделенных между собой перегородкой из диэлектрического материала 3 (керамическая плита). В ячейки погружены электроды анод 4 (для данного способа предпочтительно из титана) и катод 5 (предпочтительно графит, нержавеющая сталь или титан). Электроды соединены с источником питания 6. Снизу ячеек имеются выходы для слива жидкостей. Напряжение регулировалось от 1 до 50 В и силу тока от 0 до 20 А. В катодную зону заливается исследуемая жидкость, а в анодную буферный раствор. Из ледяной уксусной кислоты и хлористого цинка приготовляли раствор различной концентрации (от 3 до 7% и от 9 до 13% соответственно), данным раствором заполнялась катодная камера диафрагмен-ного электроактиватора. Анодную камеру заливали
2% раствор хлористого натрия. Материал катода был подобран экспериментальным путем для получения наилучших результатов данной смеси при наименьших затратах электрической энергии. Выявлено, что оптимальные температуры в пределах от 30 до 350С. Чем ниже концентрация растворов компонентов, тем выше должна быть температура. Затем в катодную камеру загружали навеску волокнистых отходов производства натурального шелка (коконного сдира), включали мешалку и источник питания. Растворение проводили в различных режимах для определения оптимальных параметров процесса. Результаты исследований относительной прочности (бр, Н/м2) и удлинения (е,%) волокна, полученного из раствора фиброина, а также его концентрации (с,%) приведены в таблицах 1-2.
Таблица 1.
Влияние концентрации ZnCl2 на свойства раствора фиброина при концентрации уксусной кислоты - 3%
Показатель свойств волокна и растворов Концентрация ZnCl2 ,%
9,0 10,0 10,5 11,0 12,0 13,0
бр, Н/см2 56 58 61 67 69 71
еР, % 3,2 4,2 4,7 4,9 5,2 5,6
с, % 7 9 11 15 15 15
р= 0,7 дКл/л, температура Т=300С.
Концентрация уксусной кислоты - 5%
Показатель свойств волокна и растворов Концентрация ZnCl2 ,%
9,0 10,0 10,5 11,0 12,0 13,0
бр, Н/см2 63 69 84 89 89 89
ер, % 4,2 4,6 6,8 7,2 6,9 6,9
с, % 10 18 20 20 20 20
р= 0,8 дКл/л, температура Т=300С.
Концентрация уксусной кислоты - 7%
Показатель свойств волокна и растворов Концентрация ZnCl2 ,%
9,0 10,0 10,5 11,0 12,0 13,0
бр, Н/см2 62 67 72 76 82 84
ер, % 4,2 5,4 5,9 6,2 6,3 6,7
с, % 10 18 20 20 20 20
р= 0,8 дКл/л, температура Т=300С.
Таблица 2.
Влияние объемной плотности заряда на свойства раствора фиброина и волокна
Показатель свойств волокна и растворов Значение (р), ^Кл/л
0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
бр, Н/см2 56 89 89 89 88
еР, % 3,2 7,2 7,2 7,2 5,2
с, % 7 20 20 22 22
Примечание: Температура Т=30-350С; концентрация уксусной кислоты-5%, концентрация хлористого цинка - 11%.
Выводы. Выявлено, что при начальной и конечной (после электрохимической обработки) температуре раствора в пределах 30-350С, оптимальными являются концентрация 2пС12 в пределах от 10 до 12%, СНзСООН от 4 до 6%, а объемная плотность заряда р= 0,8-1,0 дКл/л. Можно сделать
вывод, что разработанный способ позволяет существенно сократить длительность процесса растворения натурального шелка, повысить экономичность процесса, улучшить качество раствора и имеет широкие возможности для его промышленного использования.
Список литературы:
1. Ташпулатов С.Ш., Андреева Е.Г. Теоретические основы технологии изготовления швейных изделий: Учебник. - Ташкент: Наука, 2017. - 215 с.
2. Кокеткин П.П. Одежда: технология-техника, процессы-качество: Справочник / Кокеткин П.П. - М.: МГУДТ, 2001. - 560 с.
3. Tashpulatov S.Sh., Norboeva R.H., Cherunova I.V. Actual problems of ensuring strength of fluid compounds from cotton thread in sewing items by the import substitution program // International Journal of European science review, ISSN 2310-5577, Vienna, 11-12 (2019), November-December, Vol. 12, p.p.129.
4. Норбаева Р.Х., Эгамбердиев Ф.О., Ташпулатов С.Ш. Пути повышения прочностных свойств швейных ниток и ниточных соединений в текстильных материалах // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 9(114). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16002
5. Islamov B.Kh, Fattahov M.A. Viscosity properties of aqueous solutions of natural silk waste compositions. // The American Journal of Engineering and Technology. 2022. V. 04, I. 02, pp. 1-4.
6. Islamov B.Kh., Tashpulatov S.Sh., Vahobov K.I. Fibrous and dispersion-hardened composite materials. // "Technical science and innovation". 2023. №1 (09), рp. 64-69. https://uzjournals.edu.uz/cgi/submit.cgi?context=btstu .
7. Хамраев Н.Л., Геллер Б.Э., Закиров И.3."Способ получения раствора для формирования фиброиновых волокон". А.с. № 601328, 1978г.
8. Аширов П.М., Ли.А.Е. Способ получения фиброинсодержащего полиакрилонитрильного волокно. А.с. № 395526, 1970 г.
