СОВМЕЩЕНИЕ ПРОЦЕССОВ КРАШЕНИЯ И ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ ОТДЕЛКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ИЗДЕЛИЯ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

(LIGHT INDUSTRY PRODUCTS) УДК 677.027.432.5/.618

Мирзахмедова М.Х.

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

(Узбекистан, Ташкент)

Хамидова В.Д.

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

(Узбекистан, Ташкент)

Аъзамжонова С.Ш.

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

(Узбекистан, Ташкент)

Култаев М.С.

Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности

(Узбекистан, Ташкент)

СОВМЕЩЕНИЕ ПРОЦЕССОВ КРАШЕНИЯ И ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ ОТДЕЛКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация: в данной статье приводятся результаты разработки технологии совмещённых процессов крашения и заключительной отделки текстильных материалов. Показаны качественные показатели шёлковой ткани, окрашенной и аппретированной по совмещённому способу. Изучение влияния природы аппретирующего вещества на прочность окраски показало, что проведение процесса аппретирования окрашенной ткани всеми исследованными видами аппретов способствует повышению прочности окраски. Исключение из технологии крашения процесса промывки, целью которой является удаление незафиксированного красителя, после термообработки, не оказывает отрицательного

влияния на качество окраски. Предложена технология совмещенного процесса крашения активными красителями и заключительной отделки.

Ключевые слова: крашение, заключительная отделка, совмещение процессов, технология, интенсивность цвета, совмещенная технология, активные красители, качественные показатели, интенсификация.

Введение. Основные методы развития современного отделочного производства направлены на интенсификацию основных и вспомогательных процессов путем перехода от периодических к непрерывным процессам и совмещения операций, придания устойчивых в эксплуатации потребительских свойств, обеспечивающих их высокое качество за счет ковалентного химического связывания красителей и других отделочных препаратов с волокном. Следовательно, одновременно с химической модификацией волокон на первый план выдвигается решение проблем экологии посредством создания экологически чистых технологий. Это может быть достигнуто переходом на маломодульную водную технологию и заменой токсичных отделочных препаратов нетоксичными [1], повышением степени использования красителей с применением физических, химических и биологических методов интенсификации отделочных процессов, снижением количества промывок и концентрации красителей и химматериалов в сточных водах.

Литературный обзор. Наиболее наглядно интенсификация процессов проявляется при отделке целлюлозных материалов, сопровождаемой высокоскоростными (150-200 м/мин) процессами отварки, беления и промывки, а также совмещением таких операций, как отварка с мерсеризацией, отварка с белением, крашение с заключительной отделкой [2].

Анализ опыта работы отделочных фабрик шелковых предприятий и мировой научной и патентной информации за последние годы показывает, что непрерывная организация процессов отделки шелковых тканей почти не имеет практического применения и очень мало исследуется. Как показывает обзор

литературы, несколько лучшее положение в заключительной отделке шелковых тканей, хотя работ по совмещению операций отделки шелковых тканей также крайне мало.

В работе [3] было изучено влияния вида ферментных препаратов на их протеолитическую активность по отношению к субстратам серицина и фиброина в порошкообразном состоянии. Кроме того было, было изучено влияние концентрации ферментов, температуры и времени на гидролиз фиброина и серицина.

Известен способ [4] совмещения процессов крашения и утяжеления шелковых тканей эпоксидным соединением, разработанным японскими учеными. Пропитка красильным раствором и отжим проводятся в плюсовке непрерывно, а обработка эпоксидным соединением в органическом растворителе осуществляется периодически в течение 90 мин. Недостатком способа является использование органического растворителя и большая длительность обработки эпоксидом.

Для придания износостойкости шелковым тканям рекомендуют совмещенные способы беления и крашения с заключительной отделкой с применением цитрата натрия в качестве сшивающего агента [5].

Что касается совмещения процессов крашения и отделки, то известен [6] процесс малосминаемой отделки с применением поликарбоновых (шевелевой, виноградной и лимонной) кислот с одновременным крашением хлопчатобумажной ткани прямыми красителями (ярко-оранжевым, красно-фиолетовым 2КМ, светопрочным и желтым К). Оценка накрашиваемости показала, что введение карбоновой кислоты в красильную ванну прямого красителя способствует усилению интенсивности цвета в 1,5-8 раз в зависимости от строения красителя и свойств использованной поликарбоновой кислоты и повышению устойчивости к смятию хлопчатобумажной ткани на 10-40 %.

Для выявления влияния основных факторов совмещенного процесса крашения и заключительной отделки на качественные показатели ткани

проведен полный факторный эксперимент с применением статистических методов планирования эксперимента, связанных с процессом определения числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Решение экстремальной задачи состоит в поиске условий процесса, обеспечивающих получение оптимального значения выбранного параметра как экстремума некоторой функции отклика. А также методом крутого восхождения достигнута область оптимума рассматриваемых функций отлика в виде разрывной нагрузки и удлинения, суммарного угла раскрытия и концентрации красителя на волокне при совмещенной технологии процесса крашения и заключительной отделки хлопчатобумажных тканей [7].

В другой работе этих же авторов [8] разработана экологическая бесформальдегидная технология совмещенного крашения и малосминаемой отделки с участием поликарбоновых (янтарной, яблочной, винной и лимонной) кислот, обеспечивающих повышение колористических показателей получаемой окраски прямыми красителями на хлопковой, вискозной и льняной тканях, а также малосминаемости и прочности самого текстильного волокна.

Приводятся результаты изучения возможностей использования текстильно-вспомогательных веществ для интенсификации процесса крашения хлопко-шелковой смесовой ткани активными и прямыми красителями. Установлено, что использованные интенсификаторы повышают фиксацию активных и прямых красителей. При введении в красильный раствор бифункционального соединения интенсивность и ровнота цвета на хлопке и шелке повышается, что даёт возможность получения однотонных и равномерных окрасок [9].

Объект. Объектом исследования служат шелковая креповая ткань «Крепдешин» Арт. 11107 и хлопчатобумажная ткань «бязь» артикулов 224, 47/64, степень белизны от 76,0 до 88,0% (Степень белизны определена на спектрофотометре СМ - 3600 d (Япония)), влажность ткани составляет 8%.

Полученные результаты и их обсуждение. Использование в отделочных процессах достаточно дешевых и более доступных поликарбоновых кислот за последние 20-25 лет позволяет решить основную проблему - замену предконденсатов термореактивных смол (карбамола, карбамола ЦЭМ, ГЛ, метазина, отексидов НФ, Д-2 и др.) с высоким и низким содержанием токсичного формальдегида [10].

Актуальным для развития отделочных производств Узбекистана является использование по возможности отечественных химических препаратов и разработка экологически чистых, высокоэффективных, совмещенных отделочных процессов, обеспечивающих сокращение расхода химикатов и красителей, ввозимых из-за рубежа.

Общность технологии крашения тканей активными красителями по термофиксационному способу и заключительной отделки этих тканей дает возможность объединения этих двух технологий в одну: технологию термофиксационного крашения и технологию заключительной отделки текстильных материалов.

Для объединения этих двух технологий в одну нужно решить следующие проблемы:

совместимость в одной ванне красильного и аппретирующего составов;

возможности исключения процесса промывки и сушки из технологии крашения, путем интенсификации процессов пропитки ткани красильным и аппретирующим составами;

повышение эффективности ковалентной фиксации сорбированного красителя волокнами для достижения прочности окраски при исключении процесса промывки.

Новизной данного этапа исследований является то, что впервые проводились поисковые опыты по возможности непрерывного крашения тканей из натурального шелка активными красителями на стадии их заключительной

отделки новым составом аппрета на основе препарата К-4, объединив две самостоятельные технологии: крашения и малоусадочной отделки.

Предварительные поисковые исследования показали, что красильный раствор для термофиксационного способа крашения активными красителями не совмещается в одной ванне с аппретирующим раствором на основе препарата К-4. Поэтому решили выбрать двухванную совмещенную технологию крашения и заключительной отделки с некоторой коррекцией состава красильного раствора. В качестве активного красителя нами были использованы красители чешской фирмы ОSTОCОLОR Остазин синий VR (винилсульфоновый, ВС), Остазин RЕDS-5В (дихлоритриазиновый, ДХТА), Остазин желтый Н5G (монохлортриазиновый, МХТА), Bеzаktiv RЕD-S-mаx ДХТА (Швейцария) [11].

Для сравнения результатов новой технологии с применением бесформальдегидного состава на основе препарата К-4 по той же технологии проводили аппретирование во второй ванне аппретом на основе малоформальдегидной АЦФ-смолы и формальдегидсодержащего карбамола ЦЭМ.

Результаты анализа качественных показателей окрашенных, затем аппретированных шелковых тканей представлены в табл. 1. Как установлено, снижение усадки ткани для всех аппретирующих составов примерно одинаково - в 3-3,5 раза. Воздухопроницаемость аппретированных тканей несколько повышается по сравнению с белой тканью.

Таблица 1. Качественные показатели окрашенной и аппретированной шелковой ткани

Ткань, Усадка, Воздухопро- Разрывная Разрывное

аппретиро- % СУР, ° ницаемость, нагрузка, Н удлинение, %

ванная по по см3/с-см2 по по по по

составом основе утку основе утку основе утку

Исходная белая 8,7 11,2 224,0 91,8 387,0 208,0 13,0 27,0

Окрашенная ткань 8,7 11,2 224,0 91,8 315,0 207,0 23,0 41,0

К-4 (50) 2,0 2,0 243,8 104,7 259,0 244,0 23,0 27,0

Карбамол ЦЭМ 2,0 2,0 222,2 106,2 220,0 285,0 22,0 32,0

АЦФ-смола 2,0 2,0 224,2 135,2 424,0 262,0 30,0 34,0

Воздухопроницаемость окрашенных и аппретированных тканей, хотя выше по сравнению с белой и окрашенной неаппретированной тканью, но существенно ниже, чем у белых аппретированных. Причиной этому является заполнение пор и пустот волокон молекулами красителя.

Повышение воздухопроницаемости аппретированных тканей по сравнению с исходной белой обусловлено увеличением компактности нитей, одетых пленкой полимера аппретирующего вещества, что подтверждается микроскопическими исследованиями поверхности ткани. У аппретированных образцов несколько увеличиваются межниточные пространства в результате уплотнения волокон нитей. Нити основы и утка не аппретированных тканей равномерно ложатся с образованием сравнительно малых размеров пустот. Эти пустоты увеличиваются у аппретированных всеми исследованными аппретами образцов и наиболее заметно в случае применения аппрета на основе К-4.

Механическая прочность окрашенных и аппретированных образцов ниже, чем у белых и аппретированных. По-видимому, это является результатом частичного разрыва межмолекулярных связей волокнообразующих макромолекул полимера вследствие проникания в структуру волокна молекул красителя.

СУР окрашенных и аппретированных образцов, аппретом на основе препарата К-4 выше, чем у исходных. Значение СУР окрашенной и аппретированной ткани аппретами на основе карбомола ЦЭМ и АЦФ-смолы не изменяется.

Результаты изучения влияния природы аппретирующего вещества на прочность окраски (табл. 2) к мокрым обработкам и трению показывают, что совмещение крашения и аппретирования составом на основе препарата К-4 ткани способствует повышению прочности окраски.

Таблица 2. Влияние аппрета на прочность окрасок ткани

к мокрым обработкам и к трению

Ткань, окрашенная и аппретированная составом К мокрым обработкам К трению

мылу поту сухому мокрому

Окрашенная исходная ткань 4/5/4* 4/5/5 4/5 4/4

К-4 5/5/5 5/5/5 5/5 4/5

АЦФ-смола 3/3/3 4/3/4 4/5 4/5

Карбамол ЦЭМ 3/3/3 4/3/4 4/5 4/5

*4/5/4- оценка в баллах изменения окраски тестируемой пробы по серой шкале (ГОСТ ISO 105-C10-2014).

Исключение из технологии крашения процесса промывки, целью которой является удаление незафиксированного красителя, после термообработки, не оказывает отрицательного влияния на качество окраски. По-видимому,

нефиксированная часть активного красителя капсулируется под пленкой, образуемой аппретом на основе К-4.

Было также изучено влияние концентрации красителя и электролита в красильном растворе и температуры пропитки этим раствором на интенсивность окраски (табл. 3).

Таблица 3. Влияние концентрации красителя, электролита и температуры на интенсивность цвета активного красителя.

Краситель, г/л K/S №Cl, г/л K/S Температура, °С K/S

1,0 3,5 10,0 4,0 30,0 2,0

2,0 5,9 20,0 5,0 40,0 3,9

3,0 5,0 30,0 5,9 50,0 5,5

4,0 6,0 40,0 5,9 60,0 5,9

5,0 6,5 50,0 4,5 70,0 8,9

№Cl - 30 г/л, Т= 60 °С Краситель - 2 г/л, Т= 60 °С №Cl - 30 г/л Краситель - 2 г/л

Показано, что с увеличением концентрации красителя от 1 до 3 г/л значение интенсивности цвета (К/S) возрастает. Для непрерывных процессов совмещенного крашения активными красителями и заключительной отделки можно рекомендовать концентрацию красителя в 2,5-3 г/л.

В процессе крашения натурального шелка активными красителями на поверхности раздела сред «волокно-красильный раствор» возникает двойной электрический слой, препятствующий сорбированию молекул красителя, поскольку и волокно, и краситель в щелочной среде заряжаются одинаковым отрицательным зарядом. В связи с этим количество сорбируемого шелком красителя снижается. Этому способствует также относительно низкое сродство

активных красителей к волокну. Для снижения электрического потенциала волокна в красильный раствор вводится электролит, катионы которого нейтрализуют отрицательно заряженные активные центры шелка, тем самым способствуя увеличению сорбирующей поверхности волокна. Как видно из табл. 4.3, повышение количества электролита в красильном растворе от 10 до 30 г/л способствует увеличению интенсивности цвета, дальнейшее повышение №С1 до 50 г/л наоборот, приводит к снижению интенсивности цвета. Это объясняется усилением агрегации красителя в растворе под действием электролита, поэтому выбрана концентрация №С1 - 30 г/л .

При изучении влияния температуры на интенсивность цвета выявлено, что температура пропитки играет существенную роль в плане повышения степени фиксации красителя. Известно, что [12] реакция активного красителя с волокном может протекать как в кинетической фазе, так и в равновесной, т.е. диффузионная способность красителя играет важную роль. С повышением температуры происходит дезагрегация красителя, молекулы их получают кинетическую энергию, в результате чего улучшается их диффузионная способность, ускоряются реакции красителя и препарата К-4 с волокном и в конечном итоге повышается количество фиксированного красителя с волокном. Зависимость К^ от температуры (см. табл. 3.) показывает, что чем выше температура пропитки, тем полнее выбирание красителя из красильной ванны, исходя из этого рекомендована температура пропитки 60-70 °С.

Совмещение многокомпонентной композиции аппрета и активного красителя в однованном способе требует изучения совместимости составов, при которой фиксация красителя из красильного и композиционного растворов должна быть примерно одинакова, а аппретирующие агенты под действием красильного раствора не должны выпадать в осадок. Компоненты аппрета совмещенного процесса должны выполнять двоякую роль - создать благоприятные условия для максимальной сорбции и фиксации красителя

белковым волокнистым материалом и одноременно обеспечить качественную отделку.

Наряду с изученными параметрами [13], влияющими на качество и прочность окраски, немаловажную роль играет реакционнная способность красителя. Основные свойства красителя - субстантивность, реакционная и диффузионная способность - определяются, главным образом, его химической структурой. Поскольку продолжительность пропитки в красильной ванне очень кратковременная (до 30 c), существенную роль при выборе активных красителей при совмещенном процессе играет природа активных группирововок. Было исследовано влияние природы активной группировки на интенсивность окраски K/S и содержание фиксированного красителя на волокне в совмещенных процессах крашения и отделки в сравнении с традиционными методами крашения, промывки, сушки и последующей заключительной отделки. Для этого были исследованы активные красители, различающиеся природой активной группировки, это дихлортриазиновые (ДХТА), монохлортриазиновые (МХТА) и винилсульфоновые (ВС). Исследования показали, что лучшей реакционной способностью обладают ДХТА красители, которые увеличили интенсивность окраски K/S и содержание фиксированного красителя на волокне в 1,1-2,4 и 1,2-1,9 раза соответственно по сравнению с окрашенными по термофиксационному способу образцами. Поэтому при крашении натурального шелка по совмещенному с заключительной отделкой способу нами рекомендованы именно ДХТА красители.

Выводы. На основе этих исследований можно сделать следующее заключение:

Выявлена возможность совмещения процессов крашения активными красителями и заключительной отделки шелковых тканей, проводимая по двухванному способу с разделением красильного и аппретирующего растворов.

Определены качественные показатели ткани, полученной по совмещенному способу в сравнении с тканью, полученной термофиксационным

способом. Указанное сравнение показало преимущества совмещенного способа крашения и аппретирования композиционным составом на основе препарата К-4.

Изучено влияние концентрации красителя и электролита в красильном растворе и температуры пропитки этим раствором на интенсивность окраски и получены оптимальные параметры пропитки.

Рекомендован способ совмещенного двухванного процесса крашения активными красителями шелковых тканей с одновременным аппретированием препаратом К-4 с последующей термофиксацией и исключающую из технологии процессов промывки, заключающийся в следующем: пропитка раствором красителя, отжим, пропитка аппретом на основе препарата К-4, отжим, сушка, термообработка.

Предположено, что незафиксированный краситель запечатывается на волокне пленкой, образуемой аппретирующим составом, включающим в себя препарат К-4 и ПВА. Данное предположение подтверждается положительными результатами анализа прочности окраски к мокрым обработкам и трению. Следовательно, исключение процессов промывки является резонным и целесообразным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов. Заключительная отделка. Учебник. - М.: Легпромбытиздат, 2001.- Т. 3.- 298 с. Отделка х/б тканей. Справочник / Под ред. Мельникова Б.Н. Иваново: Изд-во «Талка», 2003.- С. 484.

Шарифжанова Г., Хамидова В.Д. Исследование влияния вида ферментов на деструкцию натурального шелка. // Сборник материалов XXIV международного научно-практического форума. «SMАRTЕX - 2021» «Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоёмкие технологии и материалы» 12 - 14 октября 2021 года. Иваново 2021.

Шакирова Ю.С., Дадаходжаев Х.У., Мухтасимов Ф.Н. Способ утяжеления шелковой ткани. Патент России, №SU1511304, 1989 г.

Zeksophee T. Effects of cross-linking agents, dyeing temperature, and pH on mechanical performance and whiteness of silk fabric // J. Appl. Polym. Sci. Vol. 91.-2004.- №2.- P.1000-1007

Тpeтьякoвa A.E., Сaфoнoв В.В., CnrarnoBa У.В. Мoдифициpoвaниe цeллюлoзнoгo вoлoкнa кoмплeксooбpaзyющими пpeпapaтaми // Изв. By3oB тeхнoлoгия тeкстильнoй пpoмышлeннoсти, 2016.- №2.- С. 132-138. Mirzakhmedova M.Kh., Shin I.G. Study of the combined dyeing process and finishing process of cotton fabrics by the method of experimental planning test.// Annals of R.S.C.B. 25 (5), P. 3875-3886

Тpeтьякoвa A.E., Сaфoнoв В.В. Исслeдoвaниe влиянда пoликapбoнoвых киотот Ha сoстoяниe цeллюлoзoсoдepжaщих мaтepиaлoв. // Изв. By3oB тeхнoлoгия тeкстильнoй пpoмышлeннoсти, 2016.- №4.- С. 76-81.

Хoджaeвa С.О., Миpзaхмeдoвa М.Х., Хyдaйбepдиeвa Д.Б., Aбдyкapимoвa М.З. Интeнсификaция пpoцeссa кpaшeния хлoпкo-шeлкoвoй ткaни вoдopaствopимыми кpaситeлями // XIX Мeждyнapoднaя Hay4^paK. Фopyм CMARTEX-2016, Ивaнoвo, 23-27 мaя 2016 г.- Ивaнoвo, 2016.-С.150-154 Миpзaхмeдoвa М.Х., Aбдyкapимoвa М.З. О ^стоянии бeсфopмaльдeгиднoй зaключитeльнoй oтдeлки х/б т^тей // Пpoблeмы тeкстиля. - 2019. -№2. - С. 53-59.

Aбдyкapимoвa М.З., Миpзaхмeдoвa М.Х., Хyдaйбepдиeвa Д.Б., Сaдикoвa ГД. Влияниe пpиpoды aктивных кpaситeлeй Ha кaчeствo oтдeлки и oKpacra шeлкoвых ткaнeй в сoвмeщённoм спoсoбe // Изв. вyзoв тeхнoлoгия тeкстильнoй пpoмышлeннoсти. - 2017. -№1.- С.139-142.

Кpичeвский Г.Е. Химичeскaя тeхнoлoгия тeкстильных мaтepиaлoв. Кoлopиpoвaниe тeкстильных мaтepиaлoв. Учeбник. - М.: Лeгпpoмбытиздaт, 2001.- Т. 2.-540 с.

Aбдyкapимoвa М.З., Хyдaйбepдиeвa Д.Б., Миpзaхмeдoвa М.Х., Зaкиpoвa Р.Ш., Бeкмypaдoв Р.Ф. Сoвмeщeннaя тeхнoлoгия кpaшeния и зaключитeльнoй oтдeлки шeлкoвых ткaнeй // Кoмпoзициoнныe мaтepиaлы. - 2018. -№1.- С. 44-47.

Mirzakhmedova M.H.

Tashkent Institute of Textile and Light Industry (Uzbekistan, Tashkent)

Khamidova V.D.

Tashkent Institute of Textile and Light Industry (Uzbekistan, Tashkent)

Azamzhonova S.Sh.

Tashkent Institute of Textile and Light Industry (Uzbekistan, Tashkent)

Kultaev M.S.

Tashkent Institute of Textile and Light Industry (Uzbekistan, Tashkent)

COMBINING DYEING PROCESSES AND FINAL FINISHING TEXTILE MATERIALS

Abstract: this article presents the results of the development of technology for combined dyeing processes andfinal finishing of textile materials. The qualitative indicators of silkfabric dyed and appreted according to the combined method are shown. The study of the influence of the nature of the dressing substance on the strength of the coloring showed that the process of dressing the dyed fabric with all the studied types of dressing contributes to increasing the strength of the coloring. The exclusion of the washing process from the dyeing technology, the purpose of which is to remove the unfixed dye after heat treatment, does not adversely affect the quality of coloring. The technology of the combined process of dyeing with active dyes and final finishing is proposed.

Keywords: dyeing, final finishing, combination of processes, technology, color intensity, combined technology, active dyes, quality indicators, intensification.