CC BY
14
УДК 677.31:537.528
О.Я. СЕМЕШКО, Т.С. АСАУЛЮК, Ю Г. САРГБСКОВА
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ВПЛИВ ЕЛЕКТРОРАЗРЯДНО1 ОБРОБКИ НА СОРБЦ1ЙН1 ВЛАСТИВОСТ1
ГРУБОГО ВОВНЯНОГО ВОЛОКНА
У данш роботi методом адсорбцИ napie бензолу, води та йоду встановлено змшу об 'ему м1кро-та макропор у грубому вовняному волокнi тд впливом електророзрядног обробки. Також до^джено вплив електророзрядног нелiнiйноi об 'емног кaвiтaцii на сорбцшну здатнкть вовни по вiдношенню до р1зних клаав барвниюв. Встановлено, що в процеci електророзрядног обробки покращуеться сорбцшна сприйнятливкть i реакцшна здaтнicть грубого вовняного волокна. Наведет результати cвiдчaть про покращення структурних, надмолекулярних i сорбцшних характеристик грубо'1' вовни nicля дп електророзрядног нелiнiйноi об 'емног кaвiтaцii.
Ключовi слова: груба вовна, електророзрядна нелттна об'емна кaвiтaцiя, cоpбцiя, катлярно-порова структура.
О.Я. СЕМЕШКО, Т.С. АСАУЛЮК, Ю.Г. САРИБЕКОВА
Херсонский национальный технический университет
ВЛИЯНИЕ ЕЛЕКТРОРАЗРЯДНОИ ОБРАБОТКИ НА СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ГРУБОГО ШЕРСТЯНГО ВОЛОКНА
В данной работе методом адсорбции паров бензола, воды и йода установлено изменение объема микро- и макропор в грубом шерстяном волокне под воздействием электроразрядной обработки. Также исследовано влияние электроразрядной нелинейной объемной кавитации на сорбционную способность шерсти по отношению к разным классам красителей. Установлено, что в процессе электроразрядной обработки улучшается сорбционная восприимчивость и реакционная способность грубого шерстяного волокна. Приведенные результаты свидетельствуют об улучшении структурных, надмолекулярных и сорбционных характеристик грубой шерсти после действия электроразрядной нелинейной объемной кавитации.
Ключевые слова: грубая шерсть, электроразрядная нелинейная объемная кавитация, сорбция, капиллярно-поровая структура.
O.Ya. SEMESHKO, T.S. ASAULIUK, YU.G. SARIBYEKOVA
Kherson National Technical University
INFLUENCE OF ELECTRIC-DISCHARGE TREATMENT ON THE SORPTION PROPERTIES
OF A COARSE WOOL FIBER
In this paper, a change in the volume of micro- and macropores in coarse wool fiber under the effect of electric-discharge treatment by the method of adsorption of benzene, water and iodine vapors has been established. The influence of electric-discharge nonlinear volume cavitation on the sorption ability of wool in relation to different classes of dyes was also investigated. It is established that in the process of electric-discharge treatment the sorption susceptibility and the reactivity of coarse wool fiber are improved. The presented results testify to the improvement of structural, supramolecular and sorption characteristics of coarse wool after the action of electric-discharge nonlinear volume cavitation.
Keywords: coarse wool, electric-discharge nonlinear volume cavitation, capillary-pore structure.
Постановка проблеми
Вовна завдяки ушкальнш будов1 е сировиною для широкого асортименту текстильних вироб1в -в1д тонкого трикотажу до важких килим1в. На сьогодш в Укра!ш юнуе гострий дефщит яшсних вовняних тканин та трикотажних полотен, що викликаний незадов1льним станом сировинно! бази. Постшна потреба вичизняних текстильних щдприемств вовняно! галуз1 задовольняеться за рахунок 1мпорту. Р1вень виробництва вовни високо! якосл в Укра!ш низький, в основному вггчизняш племшш заводи отримують грубе тгментоване вовняне волокно. Воно мае низьку звипсть, значну товщину, нерщко е яскраво забарвленим, внаслщок чого груба вовна не використовуеться в текстильнш промисловосп.
Ввдсутшсть технологи, яка дозволила б розширити сировинну базу вовняно! текстильно! промисловосп стримуе випуск високояшсних тканин i трикотажу. Можлиистъ використання некондицшно! для ще! галузi промисловосп сировини може бути за забезпечене завдяки модиф^ючому
впливу на грубу та нашвгрубу вовну з метою подальшого використання для виготовлення високояк1сних текстильних матерiалiв вiтчизняного виробництва.
Аналiз останшх досл1джень i публiкацiй
Основнi технолопчш i споживчi властивостi вовни, що мають найважливiше значения в процесах обробки, обумовленi будовою поверхнi вовняного волокна - кутикули. Саме стан кутикули вовни визначае основнi технолопчш властивосп волокна: змочуванiсть, здiбнiсть до звалювання, швидк1сть дифузп барвникiв, фрикцшш властивостi та iн. Всi використовуваш i запропонованi способи модифшацп вовняних волокон можна за характером ди на кутикулу роздiлити на двi основнi групи: деструкцiя поверхнi лускатого шару (хiмiчним, бiологiчним або фiзичним методом) i формування полiмерного покриття на поверхш волокна. Якщо рашше найбiльш широкого поширення в промисловосп набували хiмiчнi [1, 2] та бюлопчш способи модифжацп поверхнi вовняного волокна [3], то в останш роки стало придмтися бiльше уваги застосуванню фiзичних методiв [4-8], в першу чергу, через 1х еколопчшсть.
Так з метою модифжацп вовни вщоме застосування плазми [4, 5]. Дана обробка забезпечуе високий стушнь збереження кератину, внаслвдок чого шдвищуються основнi фiзико-механiчнi показники вовняних волокон. До недолшв плазмохiмiчного способу активацп вiдносяться невисокий ресурс роботи плазмохiмiчноl апаратури i 11 високу варпсть.
У технологи очищення вовни застосовують ультразвукову кавiтацiю [6]. При цьому обробка мае значну собiвартiсть, так як генератори каитаци швидко псуються. Але безсумнiвною перевагою цього способу е процес генерування кавггацп, що е вирiшальним при його застосуванш.
Щд час електророзрядно! обробки виникае кавггащя та вiдбуваеться процес утворення активних речовин (вiльних радикалiв, пероксиду водню) при розщепленi молекул води. Дослщження, проведенi в нашш кра1ш i за кордоном, показали принципову можливiсть застосування електророзрядно1 нелшшно1 об'емно1 кавпацп (ЕРНОК) бiльш шж в 80 технологiчних процесах [7-10]. Проте на сьогодшшнш день практичний вплив електророзрядно1 обробки на властивосп грубо1 вовни майже не вивчений, тому дослвдження дй' ЕРНОК на комплекс властивостей грубого вовняного волокна з метою його використання для виготовлення високояшсних тканин та трикотажних полотен стане новим науковим феномен в галузi хши текстилю.
На сьогодш в Украш iснуе потреба у розширенш сировинно1 бази вовняних текстильних щдприемств, що можливо за рахунок модифжацп волокна у процес його обробки. Попереднiми дослвдженнями щодо використання фiзичного методу впливу - ЕРНОК - з метою модифжацп вовни у процеа ll первинно1 пiдготовки [11-16] визначено, покращення сорбцшних властивостей та зниження здатностi волокна до звалювання. Крiм того встановлено, що використання ЕРНОК сприяе прискоренню видалення природних домiшок з вовняного волокна. Попередньо отримаш результати показали, що найбшьш виражено електророзрядна обробка дiе на грубе вовняне волокно через особливосп його пстолопчно1 будови. Однак отриманi данi потребують подальшого практично-прикладного дослвдження, узагальненням якого стане еколопчно чиста технологiя пiдготовки грубого вовняного волокна, що включатиме в себе його модифжацш та бшння. Тим самим будуть вирiшенi важливi стратегiчнi, соцiальнi та економiчнi проблеми виготовлення високояк1сних тканин та трикотажних полотен вичизняного виробництва.
Формулювання мети дослщження
Метою статтi було дослвдження сорбцiйних характеристик грубого вовняного волокна тд впливом ЕРНОК.
Викладення основного матерiалу дослвдження
З метою дослiдження впливу ЕРНОК на сорбцшш властивостi грубо1 вовни проводили обробку волокна на установщ ^<Вега-6» протягом 3 хв. за режимом, що наведений [15].
Вивчення внутршньо1 структури волокнистих матерiалiв проводили традицшними методами адсорбцй' [17]. Вплив ЕРНОК на структурш змiни вовняного волокна були вивчеш шляхом сорбцп парiв бензолу i води, а також йоду з розчину з концентращею 0,2%. 1х вибiр заснований на тому, що бензол для вовни е шертним сорбатом i характеризуе сумарний обсяг макро- i мезопор [18-23]. Вода викликае набухання вовни, при цьому величини сорбцп при ввдносних тисках Р/Р0=0,3-0,4 пропорцшш кiлькостi активних (полярних) центрiв у вшьному об'емi вовни. При Р/Р0^1, як i в водних розчинах при фарбуванш, внаслiдок набухання звiльняються мiжмолекулярнi фiзичнi зв'язки, i величина сорбцп' характеризуе загальна кiлькiсть полярних груп в аморфних областях полiмеру [18-23]. Йод традицшно застосовуеться для визначення величини внутршнього об'ему полiмерних матерiалiв i характеризуе сумарний обсяг мiкропор.
У табл. 1 представлеш результати визначення величин сорбцп парiв бензолу, води i йоду вовняним волокном до i пiсля електророзрядно1 обробки.
Таблиця 1
Вплив ЕРНОК на сорбцшм властивостi грубого вовняного волокна_
Спосiб обробки Величина сорбци
пари бензолу, ах10"2, см3/г пари води, ах10"2, см3/г йод, ах10"2, см3/г
Необроблена вовна 2,66 14,68 0,85
Шсля електророзрядно! обробки 3,99 25,39 0,94
З ан^зу представлених даних видно, що пiсля електророзрядно! обробки сорбцiя парiв бензолу, води i йоду вовняним волокном шдвищуеться, що сввдчить про збiльшення у ньому вiльного об'ему. Це сввдчить про те, що ЕРНОК сприяе змiнi не тiльки поверхнi вовняного волокна, але i його внутршньо! структури.
Пщвищення Пщвищення Пщвищення сорбци парш сорбцй пар1в сорбцй парш бензолу, % води, % йоду, %
Рис. 1. Вплив ЕРНОК на сорбцшну здатшсть грубого вовняного волокна
На рис. 1 видно, що у грубого волокна тсля впливу ЕРНОК збшьшуеться шльшсть макропор, тому сорбцшна здатнiсть по ввдношенню до парiв бензолу збiльшуeться на 81-82%. Утвореш в процесi електророзрядно! обробки активш частинки (пероксид водню i вiльнi радикали) вiдривають рухливi атоми водню функцюнальних груп полiмерного субстрату, що, ймовiрно, призводить до виникнення нових зв'язк1в всерединi волокна. В результат рекомбiнацi! отриманих на поверхш вовняного волокна радикалiв активнiсть його значно шдвищуеться ^ як наслщок, зростае сорбцiя.
Збiльшення сорбцi! парiв води на 73% сввдчить про збшьшення мiкропор. Щдвищення величини сорбцй парiв води вовняним волокном тсля електророзрядно! обробки, в порiвняннi з необробленим, також свiдчить про бшьшу його гiдрофiльнiсть i набухання.
Кшьшсть ультрамiкропор iстотно не змiнюеться - тдвищення сорбцi! йоду для вах видiв вовни становить 3-10%, що сввдчить про розпушення лускатого шару (ешкутжули). Збiльшення сорбцi! йоду модифшованим вовняним волокном в порiвняннi з вихвдним побiчно може свiдчити про б№ше набухання волокна пiсля впливу ЕРНОК.
Сукупшсть придбаних вовняним волокном змшених капiлярно-порових властивостей в процес електророзрядно! обробки може покращити його сорбцшну сприйнятливють i реакцiйну здатшсть по вщношенню до барвник1в. Доказом цього е результати фарбування дослвджуваних зразк1в вовняного волокна рiзними класами барвник1в (табл. 2). Фарбування проводили наступними барвниками: кислотним червоним 2С, остазiном червоним Н3R (активний) i основним темно-синiм 2К. Ефективнiсть процесу фарбування оцiнювалася за допомогою коефщента вiдображення забарвлених зразк1в.
Таблиця 2
Вплив ЕРНОК на сорбцмш властивостi грубого вовняного волокна по вщношенню до барвнишв
1нтенсивтсть забарвлення, R, %
Споаб обробки Кислотний Остазш Основний
червоний 2С червоний H3R темно-синш 2К
Необроблена вовна 4 3,5 4
Шсля електророзрядно! обробки 2 2 3
Результати, представленi в табл. 2, шдгверджують припущення про те, що електророзрядна обробка за рахунок змши катлярно-порово! структури вовняного волокна сприяе пiдвищенню iнтенсивностi забарвлень усiма дослвджуваними барвниками.
Причому, бiльш результативне вплив ЕРНОК проявляеться при фарбуваннi активним барвником, що, на нашу думку, обумовлено зб№шенням кiлькостi амiногруп i змiною амiнокислотного складу з переважним вмiстом амiнокислот, здатних взаемодiяти з активними барвниками.
Також причиною тдвищення сорбци та дифузп барвник1в в волокно може бути руйнування еткутикули, яка е дифузiйним бар'ером для молекул барвнишв через гiдрофобний характер, що е наслщком велико! шлькосп дисульфiдних мiсткiв, пов'язаних лiпiдним матерiалом (iзодипептиднi зв'язки (e-(y-глутамiл)-лiзин)). Часткове пошкодження лускатого шару дозволяе молекулам барвнишв проникати i утримуватися не тшьки на поверхнi, але i в товщит волокна.
Висновки
Методом адсорбцшного аналiзу встановлено, що пвд впливом дшчих факторiв ЕРНОК у грубш вовни збiльшуеться к1льк1сть як макропор, так i мiкропор. Сукупнiсть придбаних вовняним волокном структурних, надмолекулярних i сорбцiйних властивостей в процесi електророзрядно! обробки покращуе його сорбцiйну сприйнятливють i реакцiйну здатнiсть по вщношенню до барвнишв, про що сввдчить тдвищення ттенсивносп забарвлень усiма дослвджуваними барвниками на вовняному волокнi.
Список використаноТ лiтератури
1. Wang X. Effect of surface modifications on the thermal and moisture behavior of wool fabric / X. Wang, Y. Zhao, W. Li, H. Wang // Applied Surface Science. - 2015. - Vol. 342. - P. 101-105.
2. Mura S. Multifunctionalization of wool fabrics through nanoparticles: A chemical route towards smart textiles / S. Mura, G. Greppi, L. Malfatti, B. Lasio, V.Sanna, M.E. Mura, S. Marceddu, A.Luglie // Journal of Colloid and Interface Science. - 2015. - Vol. 456. - P. 85-92.
3. Ammayappan L. Study on improvement in handle properties of wool/cotton union fabric by enzyme treatment and subsequent polysiloxane-based combination finishing / L. Ammayappan J.J. Moses // Asian J. Textile. - 2011. - Vol. 1. - Р. 1-13.
4. Слепнева Е.В. Влияние плазменной модификации мериносовой шерсти в процессе ее первичной обработки на структуру волокон / Е.В. Слепнева, И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - № 3, Т. 16. - С. 53-54.
5. Eren E. Atmospheric pressure plasma treatment of wool fabric structures / E. Eren, L. Oksuz, A.I. Komur, F. Bozduman, N.N. Maslakci, A.U. Oksuz // Journal of Electrostatics. - 2015. - Vol. 77. - P. 69-75.
6. Ammayappan L. Eco-friendly Surface Modifications of Wool Fiber for its Improved Functionality: An Overview / L. Ammayappan // Asian Journal of Textile. - 2013. - Vol. 3. - Р.15-28.
7. ibrahim M. A study on the usability of ultrasound in scouring of raw wool / M. ibrahim, M. i. Bahtiyari, K. Duran // Journal of Cleaner Production. - 2013. - Vol. 41. - P. 283-290.
8. Hasanbeigi A. A technical review of emerging technologies for energy and water efficiency and pollution reduction in the textile industry / A. Hasanbeigi, L. Price // Journal of Cleaner Production. -2015. - Vol. 95. - P. 30-44.
9. Sarkis J.R. Application of pulsed electric fields and high voltage electrical discharges for oil extraction from sesame seeds / J.R. Sarkis, N.Boussetta, I.C. Tessaro, L. Damasceno, F. Marczak, E.Vorobiev // Journal of Food Engineering. - 2015. - Vol. 153. - P. 20-27.
10. Kudo K. Quantitative analysis of oxidative DNA damage induced by high-voltage pulsed discharge with cavitation / K. Kudo, H. Ito, S. Ihara, H. Terato // Journal of Electrostatics. - 2015. - Vol. 73. - P. 131-139.
11. Сарибекова Ю.Г. Экспериментальное исследование параметров электроразрядной нелинейной объемной кавитации в процессе модификации шерстяного волокна / Ю.Г. Сарибекова, О.Я. Семешко, С.А. Мясников // Вестник Херсонского национального технического университета. -2014. - №4 (51). - С. 132-137.
12. Сарибекова Ю.Г. Влияние способа модификации на химические свойства шерстяного волокна / Ю.Г. Сарибекова // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2015. -№1 (52). - С. 129-133.
13. Сарибекова Ю.Г. Влияние способа модификации на физико-механические показатели свойств шерстяного волокна / Ю.Г. Сарибекова // Вюник Хмельницького нацюнального ушверситету. Техшчш науки. - 2015. - №2(223). - С. 120-124.
14. Сарибекова Ю.Г. Влияние способа модификации на технологические свойства шерстяного волокна / Ю.Г. Сарибекова // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1. Естественные и технические науки. - 2015. - №1 - С. 9-13.
15. Асаулюк Т.С. Определение оптимальных параметров электроразрядной обработки грубого шерстяного волокна в процессе его модификации / Т.С. Асаулюк, О.Я. Семешко, А.Н. Куник, Ю.Г. Сарибекова // Вестник Херсонского нацюнального технического университета. - 2016. -№4. - С. 22-29.
16. Патент 111316. UA, МПК (2016/01) D06M 10/00. Споаб обробки вовняного волокна / О.Я. Семешко, О.М. Куник, Асаулюк Т.С., Ю.Г. Сарiбeкова, С.А. Мясников (Украша). № u 2016 03876; - Заявл. 11.04.2016; Опубл. 10.11.2016, Бюл. №21. - 4 с.
17. Збинден Р. ИК-спектроскопия высокополимеров. - М.: Мир, 1966. - 355 с.
18. Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. - Новосибирск: Издательство СО РАН, 2004. - 442 с.
19. Гребенников С.Ф. Сорбционные свойства химических волокон и полимеров / С.Ф. Гребенников, А.Т. Кынин // Журнал прикладной химии - 1982. - Т. 55, №10. - С. 2299-2303.
20. Гребенников С.Ф. Гистерезисные явления при сорбции паров полимерами / С.Ф. Гребенников, О.Д. Гребенникова, А.Т. Кынин // Журнал прикладной химии. - 1984. - Т. 57, №11. - С. 21142116.
21. Кынин А.Т. Изменение гигроскопических свойств в систематических (гомологических) рядах волокнообразующих полимеров / А.Т. Кынин, С.Ф. Гребенников, К.Е. Перепелкин // Химические волокна - 2000 - №6. - С. 31-34.
22. Grebennikov S.F. Water Vapor Sorption Mechanism and Hygroscopicity of Textile Materials / S.F. Grebennikov, A.T. Kynin // Fibre Chemistry. - 2003. - Vol. 35. - P. 360-365.
23. Кынин А.Т. Влияние энергии межмолекулярных взаимодействий на свойства полимеров / А.Т. Кынин, С.Ф. Гребенников, Л.Г. Смирнова // Материалы докладов VIII Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем». Яльчик. - 25-30 июня 2001. - С. 34.
