CC BY
14
-□ □-;-
Розглянуто enacmueocmi крохмально-каолтових суспензш з метою дослидження можливостi використання у якостi додат-Kie до шлiхти для бавовняних основ гидро-фЫьних сполук АлюмШю. При застосуван-ш цих речовин покращуеться адгезiя шлiхти до волокна та технологiчнi показники про-цесу ткацтва завдяки гiгроскопiчностi i пластичностi плiвок шлiхти
Ключовi слова: каолш, шлiхта, бавовня-rn основи
□-□
Рассмотрены свойства крахмально-каолиновых суспензий с целью исследования возможности использования в качестве добавок к шлихте для хлопчатобумажных основ гидрофильных соединений алюминия. При использовании этих веществ улучшается адгезiя шлихты к волокну и технологические показатели процесса ткачества благодара гигроскопичности и пластично-стi плёнок шлихты
Ключевые слова: каолин, шлихта, хлопчатобумажные основы
□-□
Starch-kaolin suspensions properties were resumed in purpose to research a possibility of using as cotton warps size additives hydrophil-ic aluminium compounds. Using these substances adhesion to yarn and technological indexes of weaving increase owing to hygroscopic and plastic size films properties
Key words: kaolin, size, cotton warps -□ □-
УДК 667.862.088.8
РЕОЛОГ1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 КРОХМАЛЬНО-КАОЛ1НОВИХ СИСТЕМ
Г.С. Ткачу к
Старший викладач Кафедра xiMii Хмельницький нацюнальний уыверситет вул. 1нститутська, 11, Хмельницький, УкраТна, 29016 Контактний тел.: 8-068-207-67-68 E-mail: anna_tc@mail.ru
В. Ю. Ще рбан ь
Доктор техычних наук, професор, завщувач кафедри Кафедра шформацшних технолопй проектування КиТвський нацюнальний ушверситет технолопй та
дизайну
вул. Немировича-Данченка, 2, КиТв, УкраТна, 01011 Контактний тел.: 8 (044) 280-53-42 E-mail: kipt@i.com.ua
1. Вступ
Незважаючи на велику юльюсть шлiхтувальних препарапв, що вiдомi сьогодш, жоден iз них не задо-вольняе складному комплексу вимог з економiчноi, технолопчно'Т чи екологiчноi точки зору. Тому роз-роблення шлiхтувальних композицш, яю дозволять зменшити витрати харчових продуктiв, хiмiчних ре-активiв, енергетичних ресурсiв, е актуальними. Нами запропоновано до складу крохмальноi шлiхти для бавовняних основ вводити додатки каолшу або алюмо-калiевих квасцiв, застосування яких дозволить покра-щити технологiчнi показники шлiхти, ошлiхтованого прядива та процесу ткацтва.
Дослiдження у галузi розроблення нових енер-гоощадних технологш шлiхтування тiсно пов'язанi з Законом Украши «Про прiоритетнi напрями шно-вацiйноi дiяльностi в УкрашЬ», а саме, напряму вдо-сконалення хiмiчних технологiй, нових матерiалiв на перюд до 2013 року. Як було встановлено у попередшх працях, шлiхта, приготовлена з додаванням каолiну або квасщв, не пiниться, е антистатичною, пгроско-
п1чною, мае кращу адгез1ю до волокон, стае менш чут-ливою до багатоциклових мехашчних навантажень, спричиняе б1льш низький р1вень пиловид1лення [1-2]. Для всеб1чного вивчення можливост1 застосування пдроф1льних додатюв як компонент1в шл1хти, нами було дослщжено в'язюсно-реолопчш властивост1 као-лшових суспензш та крохмально-каолшових систем.
2. Реологiя суспензш
Реолопю суспензiй можна розглядати як результат контактно'Т взаемодп '¿хшх складових частинок. У мiкрогетерогенних системах при розмiрах частинок на 2-3 порядки б^ьших за колоiднi, дисперсна фаза утворюе просторову структурну сику. За Ейнштей-ном, невелика юльюсть дисперсiйного середовища при вiдсутностi взаемодп внаслiдок дисипацп енергп при обертанш частинок унаслiдок зсуву призводить до зб^ьшення в'язкостi системи п, що пропорцiйна об'емнiй частцi дисперсно'Т фази юу:
П / По = 1 + кЕюу, (1)
де По - в'язюсть дисперсшного середовища, кЕ -коефiцieнт Ейнштейна. Малоконцентроваш суспензii поводяться, як ньютонiвськi рщини з дещо бiльшою в'язкiстю. Але при бшьш високих концентрацiях про-ходять процеси: структуроутворення, орieнтацiя, пе-рехiд ламiнарноi течii у турбулентну [3].
Якщо частинки твердоi фази, наприклад каолшу здатнi зв'язувати дисперсшне середовище (е пгро-скопiчними) i сорбувати iх на власнiй поверхнi, це призводить до зменшення товщини вiдповiдальних за в'язкiсть прошаркiв води. У результат такого зв'язу-вання дисперсшного середовища частинками дисперс-ноi фази кiлькiсть вiльноi води зменшуеться, а об'ем дисперсноi фази зб^ьшуеться на таку саму величину.
Коли напруження зсуву стають достатнiми, почи-наеться процес руйнування початкового структурного каркасу. При перевищенш певного граничного напруження зсуву прошарки вiльноi рiдини збiльшуються пропорцiйно до росту напружень зсуву. Дисперсшне середовище, яке заключене в агрегатах, переходить у в^ьний стан, i в результатi цього в'язкiсть суспензii зменшуеться.
Суспензii з немiцними агрегатами, яю починають руйнуватися вже при малих зусиллях е псевдопла-стичними рiдинами. У таких суспензiях утворення та руйнування агрегапв е рiвноважним iз ввдповщним рiвнем силовоi дii, i необхвдний деякий час для руйнування або утворення структури до рiвноважного рiвня. Цим зумовленi тиксотропнiсть i релаксацiя суспензiй. Зазвичай при зб^ьшенш напруження зсуву псевдопластичних суспензiй '¿хня в'язкiсть зменшуеться, а течiя переходить у ньютонiвську [4].
3. Реолопчш властивостi крохмально-каолiнових систем
Одшею з найважливiших характеристик шлiх-ти е И в'язюсть, тому нами було поставлено за мету вивчення реолопчних властивостей каолшових та крохмально-каолшових систем. Нами було дослщ-жено каолiновi суспензii (табл. 1) при концентращях бiльших 10 %, коли стае поминий вплив мiжчастин-ковоi взаемодii. Перед приготуванням суспензii ка-олiн розтирали у ступцi з невеликою юльюстю води для зменшення ступеня полщисперсносп частинок. Вiдносну в'язюсть суспензii визначали за допомогою вiскозиметричноi воронки за часом витiкання з неi суспензii. У табл. 1 показано вщношення вiдносноi в'язкостi суспензп до в'язкостi дисперсiйного середовища п / По при певному об'емному вмкп каолiну юу в суспензп ( ют - масова частка каолiну в суспензп). Видно, що швидкiсть збiльшення в'язкоси випереджае збiльшення концентрацii каолiну. Очевидно, це пов'язано зi структуроутворенням у системi при збiльшеннi концентрацп дисперсноi фази, яке пояснюеться гексагональною пластинчатою формою частинок каолшу, сприятливою для взаемноi '¿х орь ентацii й утворення зв'язкiв мiж ними по вiдносно великих площах поверхонь. Для опису поведiнки су-спензiй при дослiджуваних концентрацiях тдходить рiвняння Гута:
П / По = 1+ 2,5юу+14,0Ю^ (2)
Таблиця 1
Реолопчш властивосп каолiнових суспензш
0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70
0,254 0,259 0,263 0,267 0,271 0,275
П / По 2,74 2,84 2,94 3,02 3,11 3,25
Нами було проведено серiю дослвдв iз визначення залежностi динамiчноi в'язкоси крохмально-каолшо-вих систем вiд вмшту iхнiх компонентiв та дотичного напруження зсуву з допомогою методiв ротацiйноi вь скозиметрii. Крохмально-каолiновi системи готували таким чином: потрiбну кiлькiсть крохмалю перемшу-вали з водою до досягнення стану однорщносп, вводили розтертий у ступщ каолiн iз невеликою кiлькiстю води, перемiшували i при постiйному перемiшуваннi нагрiвали, воду додавали до потрiбного рiвня. Клей-стеризацiю проводили при 95 °С протягом 10 хв. До-слщження проводили при температурi систем 20 С.
На рис. 1 показано кривi течп цих систем у координатах 1пп = ЭДпт) i у = ^т), де п (Па^с) - динамiчна в'язкiсть системи, т (Па) - дотичне напруження зсуву, у (с-1) - градiент швидкостi зсуву. В'язюсть систем однозначно збiльшуеться при зб^ьшенш концентрацii будь-якого компоненту системи. Найнижче проходить крива каолiновоi суспензп (100 г/л), а найвище - крива крохмального гелю з максимальним вмктом каолшу. Характер течп дослщжуваних систем можна описати за рiвнянням Оствальда - де В^я [5].
Графжи 1п п = f(ln т) описуються рiвняннями пря-мих зi ступенем апроксимацii = 0,98. Крохмально-каолiновi системи мають значно вищу в'язкiсть, нiж чистий крохмальний гель, отже, колощш дисперсii каолшу мають явно виражену загущувальну здатшсть. Проте чистi каолiновi суспензп мають набагато нижчу ефективну в'язюсть, шж крохмальний гель. Отже, для каолшових суспензш навиь при концентращях порядку 100 г/л притаманне структуроутворення i залежшсть ефективноi в'язкостi вщ напруження зсуву. На нашу думку, це пов'язано з шшим характером структуроутворення систем, що мктять крiм макромолекул колоiднi частинки. За одержаними даними можна зробити висновок, що каолiновi та крохмально-каолiновi системи при дослiджуваних концентращях е псевдопластичними тшами [6].
Осюльки характер течii дослiджених нами каоль нових систем не вiдрiзняеться вщ крохмальних гелiв, можна припустити, що наявшсть у крохмальних гелях колощних дисперсiй (каолiну чи квасцiв) не буде пере-шкоджати успiшному нанесенню шлiхти на текстильнi основи i формуванню приклею з високими технологiч-ними показниками.
4. Тиксотропне вiдновлення крохмально-каолiнових систем
Здатшсть зруйнованих систем до ввдновлення сво-еi структури виражаеться через и тиксотропне ввднов-лення (табл. 2). Суспензiя каолiну характеризуеться стабiльнiстю, це тдтверджуеться ступенем його тик-сотропного вщновлення. Вiдновлення системи каолшу вiдбуваеться настiльки швидко, що не вдаеться
зафжсувати мщтсть максимально зруйновано'Т систе-ми. При додаванш каолiну до крохмалю збшьшуеть-ся ступiнь тиксотропного вщновлення системи. Вщ-новлення зруйновано'Т структури вщбуваеться також при пiд час течи з малою швидюстю. Зi збiльшенням швидкостi змiнюеться режим течп, i вiдбуваеться до-даткове руйнування структури, що зменшуе в'язкiсть i мiцнiсть. При переходi на бшьш низьку швидкiсть те-чii вщбуваеться вiдновлення структури i збiльшуеться в'язюсть i мiцнiсть системи. Чим бшьше мiститься каолiну в системi, тим сильшше виражений цей ефект. Додавання каолшу до крохмального гелю спричиняе зб^ьшення ступеня тиксотропного вiдновлення. Це значить, що швидюсть релаксацiйних процеив збшь-шуеться, i зруйнована система швидко вiдновлюеться. Ступiнь тиксотропного вщновлення системи визнача-ли як вщношення сум ефективних в'язкостей систем зворотного та прямого ходiв.
Рис. 1. Реолопчш кривi течи систем: 1 — каолш 100 г/л, 2 — каолш 200 г/л, 3 — крохмаль 50 г/л, 4 — крохмаль 50 г/л + каолш 50 г/л; 5 — крохмаль 50 г/л + каолш 100 г/л (лЫя: суцтьна — прямий хщ, пунктирна — зворотний)
Таблиця 2
Залежнють ступеня тиксотропного вщновлення системи вщ 17 складу i концентраци компоненлв
Склад системи Стутнь тиксотропного вщновлення системи, %
Крохмаль, 50 г/л 79,21
Крохмаль 50 г/л 1 50 г/л каолшу 89,66
Крохмаль 50 г/л 1 100 г/л каолшу 93,25
Каолш 100 г/л 94,55
Каолш 200 г/л 95,78
5. Галузь можливого впровадження одержаних результаив
Крохмальш композицп з додатками каолiну або квасщв для шлiхтування бавовняних основ можуть
бути застосоваш у тдготовчих вiддiленнях ткацько-го виробництва. Це дасть змогу: скоротити витрати крохмалю i ТДР при готуванш шлiхти; забезпечити регулювання рiвня приклею; досягти зниження об-ривностi основ за рахунок тдвищення технологiчних показникiв шлiхти; знизити волопсть повiтря та рь вень пиловид^ення у ткацьких цехах; легко розшлiх-товувати основи; покращити екологiчний баланс за рахунок використання еколопчно чистих речовин.
6. Висновки
Реолопчш властивост систем «крохмаль-каолш» вiдрiзняються вiд традицшних крохмальних шлiхт i головним чином залежать вщ вмiсту в них каолшу. Чим б^ьшим е ступшь тиксотропного вiдновлення системи, тим вишд технологiчнi показники буде мати приклей, що формуеться на текстильнш основi в про-цесi нанесення на не'Т шлiхти. Для успiшного використання шлiхти iз додатками сполук Алюмшт потрiб-но провести додатковi дослiдження для визначення оптимального вмкту колощних дисперсiй у и склад!
Лiтература
1. Деклар. пат. 10218 Украша, С09J4/06. Шл1хтувальна ком-
позищя для целюлозних основ / Г. Ткачук, Л. Ганзюк, В. Щербань, В. Гнщець. - патенто-власник Хмельниць-кий нац. ун-т; заявл. 14.03.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. № 11 (I ч.).
2. Ткачук Г.С. Поверхнев1 явища та пгроскошчш власти-
вост нових шл1хтувальних композицш / Г.С. Ткачук, В.Ю. Щербань // Схщно-бвропейський журнал передо-вих технологш. - 2009. - № 2/5 (38). - С. 10-14.
3. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового тече-
ния и ее экспериментальное обоснование / Г.С. Ходаков // Российский химический журнал. - 2003. - Т. ХЕУП.
- № 2. - С. 33-44.
4. Хасанов М.М. Нелинейные и неравновесные эффекты в
реологически сложных средах / М.М. Хасанов, Г.Т. Булгакова. Москва - Ижевск: изд-во Института компьютерных исследований. - 2003. - 288 с.
5. Пен Р.З. Реологические свойства меловальных суспензий.
Температурная зависимость / Р.З. Пен, Л.В. Чендылова, И.Л. Шапиро // Химия растительного сырья. - 2004.
- № 1. - С. 15 - 17.
6. Рейнер М. Реология / М. Рейнер под ред. Э.И. Григолюка.
- М.: Главная редакция физико-математической литературы. - 1965. - 223 с.
