CC BY
18УДК 677.077.65:62
Viktoriya E. Mikhailova1, Vera A. Epishkina2, Roman N. Tselms3, Vyacheslav K. Vasiliev4
CREATION OF SAFE TECHNOLOGY OF FINAL FINISHING OF CELLULOSE-CONTAINING FABRICS USING AQUEOUS DISPERSIONS OF ACRYLIC LATEXES
Saint-Petersburg State University of Industrial Technologies and Design, 18, Bolshaya Morskaya st., Saint-Petersburg, 191186, Russia e-mail: riegold@mail.ru
The paper presents the results of research aimed at improvement of the process of refining of cellulose-containing textile materials, which gives new properties to textile products, improves the appearance, and simplifies maintenance. It is shown that the problems of resource saving and ecological safety of the developed technological processes can be solved by introducing aqueous dispersions of acrylic latexes of domestic production into the sizing compositions.
Keywords: final finishing, cellulosic textile materials, aqueous dispersions of acrylic latex, resource-saving environmentally friendly technology and textile products, complex of consumer and special properties.
В.Е. Михайлова1, В.А. Епишкина2, Р.Н. Целмс3, В.К. Васильев4
СОЗДАНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ ОТДЕЛКИ ЦЕЛЛЮЛОЗО-СОДЕРЖАЩИХ ТКАНЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ АКРИЛОВЫХ ЛАТЕКСОВ
Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, ул. Большая Морская, 18, Санкт-Петербург, 191186, Россия e-mail: riegold@mail.ru
В работе представлены результаты исследований по совершенствованию процессов облагораживания целлюлозо-содержащих текстильных материалов, в результате которых придаются новые свойства текстильной продукции, улучшается её внешний вид, упрощается уход за изделиями. Проблемы ресурсосбережения и экологической безопасности разработанных технологических процессов предлагается решать за счёт введения в аппретирующие композиции водных дисперсий акриловых латексов отечественного производства.
Ключевые слова: заключительная отделка, целлюлозо-содержащие текстильные материалы, водные дисперсии акриловых латексов, ресурсосберегающая экологически безопасная технология и текстильная продукция, комплекс потребительских и специальных свойств.
Введение
На современном потребительском рынке текстильной продукции приоритет получают изделия из натуральных целлюлозных и смешанных тканей. Однако, привлекательные за счет своих санитарно-гигиенических свойств природные гидрофильные целлюлозные материалы наиболее склонны к изменению формы, смятию, усадке, что обусловлено, прежде всего, особенностями надмолекулярной и морфологической структуры хлопковых волокон [1].
Поэтому придание целлюлозосодержащим текстильным материалам таких основных потребительских свойств, как формоустойчивость, малоусадочность и ма-лосминаемость остается в настоящее время актуальной задачей.
Высококачественная отделка тканей и трикотажных полотен из целлюлозного волокна и его смесей с синтетическими волокнами, способствуя улучшению внешнего вида и приданию повышенной комфортности эксплуатации, должна быть комплексной и перманентной.
Комплексность предусматривает придание одно-
временно нескольких необходимых свойств текстильному материалу, в зависимости от его назначения в условиях одного технологического процесса (одна операция пропитки, одна операция сушки, одна операция термообработки). Перманентность обеспечивает сохранность придаваемых в процессе заключительной отделки свойств на весь срок эксплуатации материала в условиях проведения операций стирки и химчистки [2].
Такие технологические процессы и получаемая в результате текстильная продукция являются экономически выгодными. Кроме того, экологические требования к процессам отделки текстиля, направленные на поддержание чистоты водной и воздушной среды, на улучшение производственного климата и обеспечение безопасности выпускаемой продукции, стимулируют поиск новых эффективных и более безопасных химических материалов для качественной отделки текстиля [3].
В связи с этим в работе рассматривается возможность использования высокомолекулярных соединений отечественного производства в аппретирующих композициях.
1 Михайлова Виктория Евгеньевна, магистр, каф. химической технологии и дизайна текстиля, e-mail: riegold@mail.ru Viktoriya E. Mikhailova, Master, Department of Chemical Technology and Textile Design
2 Епишкина Вера Александровна, д-р техн. наук, профессор, каф. химической технологии и дизайна текстиля, e-mail: veraalep@mail.ru Vera A. Epishkina, Dr of Sci. (Eng.), Professor, Department of Chemical Technology and Textile Design
3 Целмс Роман Николаевич, канд. техн. наук, доЦент, каф. химической технологии и дизайна текстиля, e-mail: Tselms_RN@pochta.tvoe.tv Roman N. Tselms, Ph.D. (Eng.), Associate Professor, Department of Chemical Technology and Textile Design
4 Васильев Вячеслав Константинович, начальник лаборатории латексов, ООО «Норд-Синтез ООО «Норд-синтез», Магнитогорская ул. 51, Санкт-Петербург, 195027, Россия, e-mail: vasiliev.v@nord-sintez.ru
Vyacheslav C. Vasiliev, Head of the Laboratory of Latexes, OOO «Nord-Sintez», LLC «Nord Sintez», Magnitogorskaya st. 51, St Petersburg, 195027, Russia Дата поступления - 26 декабря 2017 года
Изучаемые термопластичные полимеры, акриловые латексы, позволяют компенсировать потери прочности тканей при отделке с применением термореактивных смол, концентрацию которых можно снизить до 40 г/л [4].
Содержание свободного формальдегида, при этом, на обработанных материалах соответствует требованиям, регламентируемым ГОСТ Р50729 и нормативам Экотекс-100, что обеспечивает безопасность выпускаемой текстильной продукции [5].
Для получения высокого уровня несминаемости хлопчатобумажных тканей используют традиционно полифункциональные препараты, которые проникают в доступные области волокна, образуя в них гомополимер, или образуют поперечные связи между макромолекулами. Обычно для придания устойчивых эффектов применяют препараты с ^метилольной ^-СН20Н) активной группой, однако при этом возникает проблема выделения свободного формальдегида как в процессе отделки, так и при эксплуатации изделий из тканей, обработанных этими препаратами. Решение этой проблемы привело к появлению нового поколения отделочных препаратов мало- и бесформальдегидных: на основе глиоксаля или модификации предконденсатов меламино- или мо-чевиноформальдегидных смол. Однако применение таких препаратов, как Отексид НФ, Отексид БФ и других приводит к снижению уровня показателей несминаемо-сти. Для повышения эффективности таких полифункциональных соединений требуются более сильные катализаторы или более высокие температуры и увеличение продолжительности термообработки, что влечет за собой снижение механической прочности целлюлозосо-держащих материалов [7].
По нашему мнению, использование высокомолекулярных соединений, полимеров (сополимеров), обладающих разнообразными свойствами, наиболее целесообразно для осуществления качественной и безопасной отделки целлюлозосодержащих тканей в соответствии с требованиями стандарта Экотекс-100.
Так как придание текстильным материалам свойств малоусадочности и малосминаемости происходит в условиях аппретирования, то наносимая пленка связующего вещества, вызывая снижение набухания целлюлозного волокна, не должна ухудшать свойств тканей: повышать их жесткость, снижать физико-механические свойства.
Перспективным направлением совершенствования процессов облагораживания текстиля является применение высокомолекулярных соединений с повышенной реакционной способностью, в частности, синтетических карбоксилированных латексов на основе акриловых сополимеров отечественного производства [8].
Акриловые полимеры являются:
- нетоксичными, т.е. безопасными для окружающей среды;
- простыми в употреблении;
- стабильными к гидролизу;
- обладающими высокими адгезионными свойствами к различным волокнам;
- повышающими водо- и погодостойкость субстратов;
- улучшающими их прочность на разрыв и изгиб.
Из дисперсий полиакрилатных сополимеров образуются бесцветные, прозрачные водостойкие пленки, не желтеющие под действием дневного света и тепла, устойчивые к старению [9].
Для текстильной промышленности представляют интерес тонкодисперсные системы полимеров, размер частиц которых не превышает 0,1 мкм, что связано со строением надмолекулярной структуры текстильного материала и условиями применения данных систем в технологии отделки тканей. Важную роль играют смачивающая и пропитывающая способность водных дис-
персий полимера, адгезионные свойства к обрабатываемому субстрату, а также эластичность, твёрдость полимера, набухаемость его в воде и в органических растворителях.
В процессах отделки текстиля целесообразно использовать продукты, полученные при сополимери-зации «мягких» мономеров с низким значением температуры стеклования Тст (бутил- и этилгексилакрилат) с «твёрдыми» мономерами с высокой ТСТ (стирол и ме-тилметакрилат). Такое сочетание обеспечивает получение сополимеров с оптимальными плёнкообразующими свойствами.
Материалы и методы
В работе исследовалась эффективность использования двух марок акриловых латексов отечественного производства (г. Санкт-Петербург) для придания хлопчатобумажной ткани (бязь отбеленная) свойств безусадоч-ности и несминаемости.
На основании проведенных нами ранее исследований установлено, что из ряда акриловых латексов, содержащих различные мономеры, латексы МН-10 и А-7 проявляют оптимальные свойства пленкообразующих веществ.
Таблица 1. Характеристика акриловых латексов
№ п/п Марка латекса Полимерный состав Количество карбоксильных групп,% Содержание сухого вещества, % X Поверхностное натяжение, о, мН/м Температура стеклования,°С
1 МН-10 бутилакрилат БА; метилметакрилат ММА; акрилонитрил АН; акриловые кислоты 8 43,9 4,0 38 3
2 А-7 бутилакрилат БА; стирол; акриловые кислоты 3 47 7,5 44 +3
Оба акриловых полимера относятся к потенциально реактивным, содержат в боковой цепи карбоксильные группы, способные самоотверждаться при повышенных температурах и образовывать сетчатые структуры с помощью бифункциональных соединений, имеющих активные группы. Поэтому следует ожидать возможность их взаимодействия с функциональными группами целлюлозного волокна и образования ими «сшивок» макромолекул целлюлозы [10].
Процесс аппретирования осуществлялся на лабораторной двухвальной плюсовке путем пропитывания образцов хлопчатобумажной ткани водными композициями при температуре 20-25 °С в две окунки с промежуточным отжимом до 80-90 % мокрого привеса. После сушки при температуре 70-80 °С образцы подвергались термообработке при температуре 150 °С в течение 4-5 мин.
Устойчивость образцов тканей к смятию определялась по суммарному углу раскрытия складки (СУРС) на приборе СМТ.
Жесткость обработанных и исходных образцов текстильных материалов определялась по консольному методу с использованием прибора ПТ-2.
Расчет количества свободного формальдегида на тканях производился на основании использования фотометрического ацетилацетонового метода.
Гидрофобные свойства обработанных образцов хлопчатобумажных тканей оценивались по показателям водопоглощения.
Изучение физико-механических характеристик текстильных материалов проводилось на универсальной установке «^^оп-11222».
Обсуждение результатов
Экспериментально показано, что введение в водный аппретирующий состав указанных латексов и диме-тилол-дигидроксиэтиленмочевины (ДМДГЭМ, препарат «Карбамол ГЛ») позволяет повысить эффект несминае-мости, но при этом возрастает жесткость ткани. Однако латекс МН-10 позволяет получить аналогичные показатели при использовании его в более низкой концентрации (40 г/л), чем латекс А-7 (60 г/л) (рисунок 1).
б
Рисунок 1. Влияние концентрации ТРС на несминаемость (а)
и жесткость (б) обработанной хлопчатобумажной ткани, где 1 - аппретирующая композиция на основе латекса МН-10, C = 40 г/л; 2 - аппретирующая композиция на основе латекса А-7, C = 60 г/л
При изучении влияния катализатора «сшивки» на показатели несминаемости и жесткости ткани из целлюлозного волокна была установлена закономерность повышения значений этих показателей при использовании в аппретирующих композициях обоих латексов.
Причем показатели несминаемости имеют практически одинаковые значения, но латекс А-7 значительно увеличивает жёсткость обработанной ткани.
Экспериментально подтверждено, что с увеличением концентрации катализатора NH4CI растут показатели несминаемости. Определено, что при концентрации NH4CI 20 г/л в водных аппретах на основе акриловых латексов МН-10 и А-7 показатели малосминаемой отделки достигают значений 220 и 222 град, что соответствует нормативным требованиям для целлюлозных тканей блузочного и сорочечного ассортимента.
Введение в аппретирующие композиции на основе акриловых латексов восковой эмульсии Ultralaube E-620, а также использования препарата отексид НФ с низким содержанием формальдегида также в низкой концентрации 60 г/л обеспечивает сохранение нормативных показателей несминаемости и улучшение грифа тканей.
С карбамола ГЛ, г/л
Рисунок 2. Влияние введения катализатора в аппретирующую композицию на основе латексов на несминаемость (а) и жесткость (б) обработанной хлопчатобумажной ткани, где 1 - аппретирующая композиция на основе латекса МН-10, С = 40 г/л; 2 - аппретирующая композиция на основе латекса А-7, С = 60 г/л
Рисунок 3. Влияние препарата и^га!аиЬе Е-620 и отексида НФ на показатели малосминаемой отделки (а) и жесткости хлопчатобумажной ткани (б), где: композиция №1 - МН-10, карбамол ГЛ, катализатор, и^га!аиЬе Е-620; композиция №2 - МН-10, отексид НФ, катализатор, и^га!аиЬе Е-620; композиция №3 - А-7, карбамол ГЛ, катализатор, и!^а!аиЬе Е-620; композиция №4 - А-7, отексид НФ, катализатор, и^га!аиЬе Е-620
При этом содержание свободного формальдегида на тканях, обработанных по предлагаемым рецептам аппретирующих составов в 2,7-3 раза ниже нормативных требований стандарта Экотекс-100.
Таблица 2. Содержание свободного формальдегида на обработанных тканях
№ аппретирующего состава Расчетное количество свободного формальдегида на образцах ткани, мкг/г
1 166,89
2 108,30
3 103,18
4 98,20
Использование в аппретирующих композициях водных дисперсий акриловых латексов обеспечивает сохранность механической прочности хлопчатобумажных тканей. Возможные потери не превышают 12-13 % при использовании в качестве сшивающего вещества ДМДГЭМ и латекса А-7. Использование латекса МН-10 обеспечивает более высокую сохранность механической прочности ткани, падение прочности не превышает 8,5 % при использовании карбамола ГЛ, а с отексидом НФ эта величина составляет 5,8-6 %.
Введение в аппреты на основе акриловых ла-тексов водоосновной восковой эмульсии обеспечивает некоторое снижение водопоглощения и придание хлопчатобумажным тканям легкой гидрофобности, водооттал-кивания.
Таблица 3. Показатели водопоглощения хлопчатобумажных тканей, обработанных по разработанным аппретирующим композициям
№ аппретирующей композиции Водопоглощение, B, % Снижение показателя водопоглощения относительно исходной ткани
1 63 T4
2 53 T9
3 50 80
4 50 80
Выводы
Разработанные рецепты аппретирующих составов, которые базируются на использовании водных дисперсий акриловых латексов, являются безопасными, обеспечивают получение на хлопчатобумажных тканях нормативных эффектов несминаемой и безусадочной отделки.
Эти составы придают тканям приятный наполненный гриф, легкую гидрофобность и сохранность механической прочности.
Реализация такого технологического цикла не требует промывки и может осуществляться на традиционных линиях для отделки тканей, обеспечивает безопасные условия труда, не оказывает негативного влияния на окружающую среду и позволяет осуществлять выпуск высококачественной и безопасной текстильной продукции.
Литература
1. Красина И.В., Вознесенский Э.Ф. Химическая технология текстильных материалов: учебное пособие. Казань: КНИТУ, 2014. 116 с.
2. Михайлова В.Е., Ресурсосберегающая технология придания текстильным материалам курточного и плащевого ассортимента комплекса защитных свойств // Матер. III Всерос. научно-техн. конф.: Инновационные материалы и технологии в дизайне. СПб.: СПбГИКиТ, 2017. С. 21-29.
3. Киселев А.М., Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Бу-ринская А.А. Экотехнологии отделки текстильных материалов. СПб.: СПГУПТД, 2016. 32T с.
4. Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Киселев А.М., Васильев В.К. Роль акриловых сополимеров в создании эко-технологий отделки текстильных материалов // Химические волокна. 2015. № 3. С. T4-81.
5. Буринская А.А., Захаренков С.А. Экологические проблемы химической технологии: учебное пособие. СПб.: СПГУТД, 2014. 126 с.
6. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов: учебник для вузов в 3-х т. Т. 3. М.: 2001. 29В с.
T. Журавлева Н.В., Калимова Т.А., Балашова Т.Д., Школьник О.В., Копылов В.М. Малосминаемая бесфор-мальдегидная отделка тканей из целлюлозных волокон // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 199T. № 1. С. 58-60.
В. Епишкина В.А. Научное обоснование и разработка ресурсосберегающих и экологически ориентированных технологий отделки текстильных материалов: авто-реф. дис. ... д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2011. 33 с.
9. Казакова Е.Е., Скороходова О.Н. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения М.: ООО «Пэйнт-Медиа», 2003. 136 с.
10. Епишкина В.А., Целмс Р.Н., Киселев А.М., Васильев В.К. О свойствах синтетических латексов отечественного производства и качестве связующих для печатания текстильных материалов пигментами // Вестник СПГУПТД. 2016. № 2. Серия 1. С. T0-T3.
References
1. Krasina I.V., Voznesenskiy E.F. Khimicheskaya tehnologiya tekstilnyih materialov: uchebnoe posobie. Kazan: KNITU, 2014 116 s.
2. Mikhaylova V.E., Epishkina V.A., Tselms R.N. Resursosberegayuschaya tehnologiya pridaniya tekstilnyim materialam kurtochnogo i plaschevogo assortimenta kompleksa zaschitnyih svoystv // Innovatsionnyie materialyi i tehnologii v dizayne: materialyi III Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferentsii. SPb.: SPbGIKiT, 201T. S. 21-29.
3. Kiselev A.M., Epishkina V.A., Tselms R.N., Burinskaya A.A. Ekotehnologii otdelki tekstilnyih materialov: monografiya.. SPb.: SPGUPTD, 2016. 32T s.
4. Epishkina V.A., Tselms R.N., Kiselev A.M., Vasilev V.K. Rol akrilovyih sopolimerov v sozdanii ekotehnologiy otdelki tekstilnyih materialov / // Himicheskie volokna, 2015, № 3. - S. T4-81.
5. Burinskaya A.A., Zaharenkov S.A. Ekologicheskie problemyi himicheskoy tehnologii: uchebnoe posobie. SPb.: SPGUTD, 2014. 126 s.
6. Krichevskiy G.E. Himicheskaya tehnologiya tekstilnyih materialov: uchebnik dlya vuzov v 3-h t. T 3. M.: 2001. 298 s.
T. Zhuravleva N.V., Kalimova T.A., Balashova T.D., Shkolnik O.V., Kopyilov V.M. Malosminaemaya besformaldegidnaya otdelka tkaney iz tsellyuloznyih volokon / // Izvestiya vuzov. Tehnologiya tekstilnoy promyishlennosti. 199T. № 1. S. 58-60.
8. Epishkina V.A. Nauchnoe obosnovanie i razrabotka resursosberegayuschih i ekologicheski orientirovannyih tehnologiy otdelki tekstilnyih materialov: avtoref. dis. ... d-r. tehn. nauk. Sankt-Peterburg, 2011. 33 s.
9. Kazakova E.E., Skorohodova O.N. Vodno-dispersionnyie akrilovyie lakokrasochnyie materialyi stroitelnogo naznacheniya. M.: OOO «Peynt-Media». 2003. 136 s.
10. Epishkina V.A., Tselms R.N., Kiselev A.M., Vasilev V.K. O svoystvah sinteticheskih lateksov otechestvennogo proizvodstva i kachestve svyazuyuschih dlya pechataniya tekstilnyih materialov pigmentami // Vestnik SPGUPTD. 2016. № 2, Seriya 1. S.T0-T3.
