ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ОХРІМЕНКО ОЛЕНА ВІКТОРІВНА

УДК 677.023.75

Розробка ресурсозберігаючої технології

шліхтування бавовняної пряжі

05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор Сльозко Григорій Федорович, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри технічної хімії і харчових технологій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Чугін Валерій Віталійович, Херсонський державний технічний університет, професор кафедри механічної технології волокнистих матеріалів

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Поліщук Степан Олександрович, ВАТ “Барвник”, м. Рубіжне, Луганської обл., начальник відділу маркетингу

Провідна установа:

Львівська комерційна академія, кафедра товарознавства непродовольчих товарів, Центральна спілка споживчих товариств України, м. Львів

Захист відбудеться “20” червня 2002 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 67.052.02 в Херсонському державному технічному університеті за адресою: Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету (Україна, 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24).

Автореферат розісланий 17 травня 2002

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Текстильна галузь України переживає серйозні труднощі, пов’язані не тільки з відсутністю сировини, але й з енергетичною кризою у нашій країні. Текстильне виробництво є енерго- та матеріалоємним і вимагає великих витрат, насамперед, на пару й воду. Проблеми з енергоносіями призводять часом до зупинки цілих фабрик, тому одним з істотних факторів розвитку текстильної промисловості на сучасному етапі є енергозбереження.

При підготовці ниток до ткацтва найбільш енерго- та матеріалоємною є стадія шліхтування, воно проводиться винятково для зниження обривності пряжі та прямо пов'язано з ефективністю ткацького виробництва.

На вітчизняних підприємствах текстильної промисловості для шліхтування основ бавовняної пряжі значне місце за обсягом використання займає крохмаль. Традиційно крохмальна шліхта готується термічним, термохімічним та термомеханічним способами, що спричиняє значні витрати теплової енергії. Ці способи приготування шліхти передбачають нагрівання крохмальної суспензії до температури клейстеризації крохмалю і наступну розварку крохмального клейстеру або хімічне розщеплення крохмалю.

При приготуванні крохмальної шліхти закладається від 50 до 90 кг крохмалопродуктів на 1 тонну шліхти для забезпечення формування на пряжі необхідного приклею. У діапазоні таких концентрацій шліхта структурована, має високу в’язкість, що заважає її проникненню у пряжу.

Отримання шліхтувальних композицій із покращеними шліхтуючими властивостями, при одночасному зниженні витрат крохмалопродуктів на їхнє приготування є доцільним для текстильної промисловості.

Шліхтування є енергоємним процесом, тому однією із вимог розвитку шліхтувального виробництва є зниження енерговитрат при його проведенні. У зв’язку з цим, розробка технології приготування крохмальної шліхти, що не вимагає використання теплової енергії, є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках тематики наукових досліджень Херсонського державного технічного університету та пріоритетних напрямків розвитку текстильної галузі, які викладено у Державній програмі розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року (затверджена Кабінетом Міністрів України 29.01.96 р., протокол № 7).

Особистий внесок автора полягає у теоретичному обґрунтуванні і розробці механохімічного способу приготування крохмальної шліхти при температурі 18-20С.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розробка низькотемпературного способу приготування крохмальної шліхти й створення на його основі енерго- та ресурсозберігаючої технології шліхтування бавовняної пряжі.

Для досягнення поставленої мети в роботі слід було вирішити такі задачі:

-

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження: процес шліхтування ниток основи бавовняної пряжі крохмальними шліхтуючими композиціями.

Предмет дослідження: крохмальна шліхта.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішувалися теоретичними та експериментальними методами.

Якість шліхти оцінювалась відповідно до існуючих методик: визначення сухого залишку шліхти; визначення розщепленого крохмалю в шліхті методом відстоювання; визначення в'язкості шліхти.

Реологічні властивості шліхти досліджували за допомогою ротаційного віскозиметра “Rheotest-2” (Німеччина) у діапазоні швидкостей 3-1312 с-1 при температурі 20С.

Полідисперсність крохмалю визначали за допомогою гель-фільтраційного аналізу на Sephadex G-75.

Мікроскопічні дослідження шліхти й пряжі проводились за допомогою мікроскопа для морфологічних досліджень МИКМЕД-1 при збільшенні в 150 разів.

Оцінку фізико-механічних показників пряжі здійснювали відповідно до чинних Держстандартів і загальних методик.

Оцінку якості розшліхтування текстильних матеріалів здійснювали відповідно до чинних Держстандартів.

Результати експериментів опрацьовані згідно з методами сучасної математичної статистики з використанням IBM-сумісного персонального комп'ютера в середовищі “Microsoft Excel ’97”.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

-

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів. На основі отриманих результатів досліджень розроблено енерго- та ресурсозберігаючу технологію шліхтування бавовняної пряжі, що дозволяє:

-

-

-

-

-

-

Розроблений спосіб приготування шліхти та її використання дозволяють запропонувати більш економічну ресурсозберігаючу технологію підготовки ниток до ткацтва. Розроблена технологія шліхтування апробована на Херсонському ВАТ “ХБК” і Тернопільському ВАТ “Текстерно”. Виробничі випробування підтвердили можливість приготування й ефективність використання “холодної” шліхти на основі крохмалю для шліхтування бавовняного прядива. Очікуваний економічний ефект – 12,48 грн. на 1000 м тканини.

Особистий внесок здобувача. Постановка й обґрунтування задач і мети дослідження. Аналіз науково-технічної літератури і патентної інформації. Проведення експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах. Розробка технології приготування “холодної” шліхти й проведення виробничих випробувань з позитивним результатом.

Усі положення, що виносяться на захист, не містять у собі ідей або розробок, що належать співавторам, з якими були опубліковані наукові праці.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи було викладено та обговорено:

- на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості”, Херсон, 1999 р.;

- на Всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”, Херсон, 2000 р.;

- на засіданні технічної ради 1-го ткацького виробництва Херсонського ВАТ “ХБК”, Херсон, 2001 р.;

-

Апробація результатів дисертації була виконана на Херсонському ВАТ “ХБК” і Тернопільському ВАТ “Текстерно”.

Публікації. Матеріали дисертації викладені в 7 друкованих працях, із яких: статей у наукових журналах – 3, у матеріалах конференцій – 3, патент України - 1.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, додатків. Дисертаційна робота містить 121 сторінку машинописного тексту, 22 таблиці, 21 рисунок, 120 назв бібліографічних посилань. Обсяг додатків – 12 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі розкрита сутність і значущість проблеми зниження матеріалоємності та енерговитрат процесу шліхтування, обґрунтована необхідність проведення досліджень з розробки способу приготування крохмальної шліхти, основаного на хімічній модифікації крохмалю, що не вимагає використання теплової енергії.

У першому розділі зроблено огляд досліджень в області шліхтування пряжі. Показано складність процесу шліхтування, на результати якого впливає від 10 до 15 різних параметрів. Розглянуто шляхи удосконалення цього процесу, спрямовані на зниження енерговитрат при його проведенні.

Оскільки основним шліхтуючим препаратом на вітчизняних текстильних підприємствах залишається крохмаль, розглянуто фізичні й хімічні властивості крохмалю, способи його модифікації для одержання крохмалів, розчинних у холодній воді.

Критично проаналізовані шляхи вирішення проблеми енергозбереження у технології приготування крохмальної шліхти.

Розглянуто способи зниження витрат крохмалю при шліхтуванні. Проаналізовано вплив ПАР на властивості крохмальної шліхти.

Наприкінці першого розділу показана необхідність проведення досліджень, а також зроблено вибір напрямків дослідження.

У другому розділі, що складається з двох підрозділів, викладені основні методи досліджень. У першому підрозділі подана характеристика крохмалопродуктів, які використовувались в роботі, ПАР, текстильних і хімічних матеріалів.

У другому підрозділі наведені методи аналізу вихідних компонентів шліхти, колоїдно-хімічних властивостей ПАР. Наведено розроблені способи приготування “холодної” шліхти в лабораторних умовах і на виробництві.

У підрозділі наведені методики визначення якості готової шліхти. Реологічні властивості шліхти вивчали за допомогою ротаційного віскозиметра “Rheotest-2” (Німеччина) у діапазоні швидкостей 3-1312 с-1 при температурі 20С. Полідисперсність крохмалю визначали за допомогою гель-фільтраційного аналізу на Sephadex G-75.

Оскільки в основі взаємодії шліхтуючої композиції з волокном лежать фізико-хімічні процеси адгезії й змочування, застосовано колоїдно-хімічний підхід для підвищення адгезії шліхти по відношенню до бавовняних волокон для вирішення проблеми зниження витрати крохмалопродуктів при шліхтуванні й поліпшення якості ошліхтованої пряжі.

Для оцінки якості шліхтування використовували фізико-механічні й технологічні показники ошліхтованої пряжі. Якість розшліхтування тканини оцінено у відповідності до чинних Держстандартів.

Результати експериментів опрацьовані відповідно до методів сучасної математичної статистики з використанням IBM-сумісного персонального комп’ютера АМД К6/2/400 у програмі “Microsoft Excel–97”.

У третьому розділі викладено результати експериментальних досліджень. Розділ складається з трьох підрозділів, у яких послідовно представлені:

-

-

-

-

-

-

У підрозділі 3.1 вивчено вплив лугу на процес клейстеризації крохмалю при температурі 18-20С. Встановлено, що ефект “холодної” клейстеризації крохмалю найбільш повно проходить при концентрації гідроксиду натрію 6-12 г/л. Луг руйнує переважно водневі зв’язки, стійкі до дії води в нейтральному середовищі, що супроводжується руйнуванням упорядкованих ділянок кристалітів первинних крохмальних зерен аж до їхнього повного розпаду на окремі макромолекули.

Спосіб хімічної модифікації крохмалю, що зумовлює використання гідроксиду натрію у концентрації не нижче 6 г/л, послужив основою для одержання нових шліхтуючих композицій для шліхтування основ бавовняної пряжі.

Набухлий крохмальний клейстер ще не володіє властивостями належного шліхтувального засобу; щоб одержати потрібні результати при шліхтуванні крохмаль необхідно частково розщепити. Можна припустити, що під дією кисню повітря в лужному середовищі буде відбуватися частковий гідроліз макромолекул крохмалю. Однак, при кімнатній температурі цей процес іде дуже повільно, тому необхідно використовувати ще додатковий спосіб розщеплення крохмалю. Саме тому була досліджена можливість застосування механічної обробки для одержання високого ступеня розщеплення крохмалю у процесі приготування “холодної” шліхти. У табл. 1 наведено результати досліджень впливу інтенсивності механічного перемішування (частоти обертання мішалки -n) на ступінь розщеплення крохмалю і для порівняння наведено значення цього показника для інших способів приготування шліхти. Установлено, що збільшення інтенсивності перемішування призводить до підвищення ступеня розщеплення крохмалю. Мінімальна швидкість обертання мішалки 1500 об./хв визначається досягненим ступенем розщеплення крохмалю. Отже, при приготуванні “холодної” шліхти необхідно використовувати високошвидкісні мішалки.

Таблиця 1

Характеристики різних способів приготування крохмальної шліхти

Показник | Спосіб приготування шліхти

термохімічний | термічний | термомеха-нічний | механохімічний

Температура, С | 98 | 140 (р = 2,5-3 атм) | 110 (р = 2,5-3 атм) | 18-20

Тривалість процесу, хв | 60-80 | 60 | 20-30 | 30-40

Ступінь розщеплення крохмалю, % |

75-80 |

96-98 |

95-98 | 42-46 (n= 40 об/хв)

85-88 (n=1500 об/хв)

90-92 (n=2000 об/хв)

94-95 (n=3000 об/хв)

96-98 (n=5000 об/хв)

Оскільки розщеплення крохмалю у нашому випадку відбувається хімічним і механічним способами, а приготування шліхти - при температурі 18-20С, то спосіб приготування “холодної” шліхти можна назвати низькотемпературним механохімічним. Дані, наведені у табл. 1, свідчать про те, що за ступенем розщеплення крохмалю запропонований спосіб не поступається термічному й термомеханічному способам та має перевагу над термохімічним способом приготування шліхти.

Клейкість шліхти та її в’язкість залежать від ступеня й рівномірності розщеплення крохмальних зерен. Гель-фільтраційний аналіз “холодної” шліхти на Sephadex свідчить про низький вміст високомолекулярної фракції в шліхті та про високу ступінь розщеплення крохмалю (рис. 1).

Ймовірно, що при приготуванні “холодної” шліхти низькотемпературним механохімічним способом відбувається розщеплення макромолекул крохмалю за глюкозідними зв’язками, але хімічна структура крохмалю не порушується. При додаванні розчину йоду до шліхти, йод із крохмалем дає синій колір, отже, отримані продукти розщеплення крохмалю не володіють відновлюючими властивостями. Це свідчить про те, що в процесі приготування “холодної” шліхти ми отримуємо розчинний крохмаль.

Рис. 1. Гель-хроматограма “холодної” шліхти

Шліхтування пряжі “холодною” шліхтою з різною концентрацією крохмалю дозволило оцінити клеючу здатність шліхтувальних композицій. У табл. 2 наведено результати шліхтування бавовняної пряжі 29 текс № 34 при 20?С шліхтою з різною концентрацією маїсового крохмалю в порівнянні з традиційною шліхтою.

Таблиця 2

Результати шліхтування бавовняної пряжи 29 текс № 34

Концентрація крохмалю в шліхті, г/л | Величина приклею, %

Традиційна шліхта

(80С)“ | Холодна” шліхта

(20С)

25 | - | 2,1

30 | - | 4,05

40 | - | 5,3

53 | 4,1 | 6,9

60 | 5,3 | 8,0

Аналіз отриманих даних дозволив визначити оптимальну концентрацію клеючої речовини у шліхті, вона складає 30-40 г/л, що в 1,5-2 рази нижче в порівнянні з традиційною шліхтою. Використання запропонованої шліхтуючої композиції забезпечує необхідну величину приклею 4-5 % для пряжі 29 текс при меншій витраті крохмалю.

За основними характеристиками пряжа, ошліхтована “холодною” шліхтою, не поступається характеристикам пряжі, яка була ошліхтована традиційною фабричною шліхтою. Таким чином, показана можливість використання “холодної” шліхти для шліхтування основ бавовняної пряжі.

У підрозділі 3.2 досліджено вплив ПАР на властивості “холодної” шліхти. Для дослідження були використані ПАР різних класів, що застосовуються як змочувачі й диспергатори. Вибір ПАР здійснювався за оцінкою їх змочувальної й диспергуючої здатності, яку вони проявляють при температурі 20С (табл.3).

Таблиця 3

Фізико-хімічні критерії оцінки ефективності ПАР

Найменування ПАР | Значен-ня ГЛБ | ККМ,

Т=20С | ККМ, мН/м | Ефект диспер-гування | Гm, моль/м2 | S0 , м2

Неонол АФ 9-12 | 12,8 | 0,35 г/л | 31,9 | 116,7 | 2,27*10-4 | 7,3 *10-21

Сінтанол ДС-10 | 14,8 | 0,5 г/л | 35,4 | 74,5 | 1,83*10-4 | 2,43*10-21

Препарат ОП-10 | 10,9 | 1,0 г/л | 31,9 | 40,8 | 2,37*10-4 | 7,01*10-21

Циклімід | 3,0 г/л | 41,6 | 10,4 | 1,97*10-4 | 8,43*10-21

Додецилтриоксі-этилсульфат | 42 | 1,0 г/л | 39,9 | 32,8 | 1,91*10-4 | 8,69*10-21

Дерма-Текс 5А | - | 0,6 г/л | 34,4 | 63,9 | 2,57*10-4 | 6,48*10-21

З експериментальних даних видно, що найбільшою диспергуючою та змочувальною здатністю володіють неіоногенні ПАР неонол АФ 9-12 і композиційне ПАР на основі неонолу Дерма-Текс 5А. Як найбільш ефективні ці ПАР були вибрані в якості добавок у шліхтуючу композицію для полегшення процесу диспергування крохмалю, для стабілізації шліхти й для підвищення ії змочувальної здатності.

Як піногасник був обраний пропінол Б-400 – неіоногенний препарат, що представляє собою суміш поліоксіпропиленових ефірів н-бутилового спирту. Пропінол Б-400 у концентрації 0,3 г/л знижує спінювання шліхти, що забезпечує більш рівномірне покриття пряжі шліхтою.

У підрозділі 3.2.1 вивчені реологічні властивості “холодної” шліхти. Встановлено, що лужна шліхта являє собою ньютонівську систему з постійною в’язкістю, оскільки вона стабілізована лугом. Поведінка таких систем описується рівнянням Ньютона:

= * , (1)

де - напруження зрушення, Па;

- в’язкість, Па*с;

- швидкість зрушення, с-1.

При нейтралізації шліхти кислотою спостерігаються процеси структуроутворення в системі, що виражається в помутнінні шліхти, збільшенні ії в’язкості. Поведінка таких систем описується законом Шведова-Бінгама:

= с + , (2)

де - напруження зрушення, Па;

с –критичне напруження зрушення, Па;

– пластична в’язкість, Па*с;

- швидкість зрушення, с-1.

Аналіз повної реологічної кривої (ПРК) “холодної” шліхти показав, що дані системи є слабоструктурованими, руйнування структур відбувається при малих швидкостях зрушення (27-50 с-1). Встановлено, що для “холодної” шліхти характерно явище тиксотропії. Це свідчить про те, що утворення коагуляційних структур здійснюється за рахунок сил Ван-дер-Ваальса, тому такі структури легко руйнуються. Вивчено вплив різних кислот на процеси структуроутворення в системі (рис. 2).

Рис. 2. Реологічні криві течії “холодної” шліхти:

1 – лужна шліхта; 2 – шліхта, нейтралізована оцтовою кислотою; 3 - шліхта, нейтралізована сірчаною кислотою; 4 - шліхта, нейтралізована соляною кислотою.

Встановлено, що в присутності сірчаної кислоти процеси структуроутворення виражені сильніше, менш за все ці процеси виявляються при нейтралізації соляною кислотою. Збільшення коагулюючої дії іона з підвищенням його валентності зумовлюється більш сильним ефектом стиснення подвійного електричного шару іонами з більшою валентністю.

На реологічних кривих течії нейтралізованої шліхти практично неможливо знайти ділянки повзучості, що характерно для слабо структурованих систем. Гранична напруга зрушення для утворених систем незначна, тобто руйнування структури відбувається при малих швидкостях зрушення, тому на виробництві досить невеликого перемішування, щоб повернути систему в попередній стан.

На виробництві більш прийняте використання оцтової кислоти, тому всі подальші дослідження проводилися з цією кислотою. Аналіз реологічних кривих течії “холодної” шліхти з концентрацією маїсового крохмалю 20-60 г/л показав, що при зростанні концентрації крохмалю в’язкість “холодної” шліхти збільшується, процеси структуроутворення виявляються сильніше, зростає міцність структур, що утворюються. Але ці структури руйнуються при швидкостях зрушення значно менших, чим існують на виробництві.

Структуроутворення є мимовільним процесом, оскільки система зменшує свою поверхневу енергію. Поверхнева енергія може зменшитися як за рахунок скорочення поверхні в результаті взаємодії структурних елементів, так і за рахунок зниження поверхневого натягу. Одним зі способів зниження поверхневої енергії системи є введення ПАР.

Був вивчений вплив неіоногенних ПАР неонолу АФ 9-12 і Дерма-Тексу 5А на реологічні властивості “холодної” шліхти. Результати досліджень представлені в табл. 4-5.

Таблиця 4

Реологічні характеристики шліхти в присутності Дерма-Тексу 5А

Концентрація ПАР, г/л | с, Па | max, Па*с | min, Па*с | max - min

0 | 1,49 | 0,76 | 0,0130 | 0,747

0,25 | 1,16 | 0,76 | 0,0126 | 0,747

0,5 | 0,74 | 0,38 | 0,0117 | 0,368

0,75 | 0,61 | 0,28 | 0,0108 | 0,274

1,0 | 0,47 | 0,19 | 0,0091 | 0,180

Таблиця 5

Реологічні характеристики шліхти в присутності неонолу АФ 9-12

Концентрація ПАР, г/л | с, Па | max, Па*с | min, Па*с | max - min

0 | 1,490 | 0,76 | 0,013 | 0,747

0,1 | 0,670 | 0,57 | 0,11 | 0,46

0,2 | 0,472 | 0,28 | 0,01 | 0,27

0,3 | 0,368 | 0,19 | 0,01 | 0,18

0,4 | 0,246 | 0,19 | 0,008 | 0,18

0,5 | 0,049 | 0,19 | 0,005 | 0,18

Відзначено, що додавання неіоногенних ПАР в крохмальну шліхту значно змінює реологічні властивості шліхти. Чим більше концентрація ПАР, тим сильніше виявляються ліофільні властивості в системі. Так, при концентрації неонолу АФ 9-12 0,5 г/л, а Дерма-Тексу 5А 1 г/л відбувається значне розрідження системи.

При виборі концентрації ПАР у шліхтувальному розчині потрібно регулювання сил зчеплення між частками. При високому ступені ліофілізації системи (надмірному ослабленні зчеплення часток) може відбутися ослаблення плівкоутворюючих властивостей шліхти і седиментація крохмалю. Однак, при збереженні ліофобності система може мати високу в’язкість і низьку змочувальну здатність. Отже, ступінь ліофілізації часток і тим самим концентрація ПАР повинна бути деяким середнім. Тому за оптимальну була обрана концентрація неонолу АФ 9-12 – 0,4 г/л, Дерма-Тексу 5А – 0,7 г/л.

Відмінною рисою запропонованої “холодної” шліхти є досить висока однорідність і відносно низька в’язкість. Оскільки ця шліхта має досить високу дисперсність, а використання неіоногенних ПАР стабілізує властивості шліхти, це забезпечує ій агрегативну й седиментаційну стійкість при збереженні. Протягом тривалого часу шліхта зберігає свою однорідність і колір, при цьому реологічні характеристики шліхти змінюються незначно. Усе це свідчить про можливість використання “холодної” шліхти протягом місяця з моменту її приготування.

У підрозділі 3.2.2 викладені результати досліджень по вивченню адгезійної здатності “холодної” шліхти стосовно бавовняної пряжі.

Результати, представленні в табл. 6, які характеризують вплив концентрації досліджуваних ПАР на поверхневий натяг шліхти і крайовий кут змочування, показали, що адсорбція ПАР на поверхні міцел крохмалю збільшує гідрофільність шліхти, така шліхта краще змочує пряжу. Зі збільшенням концентрації ПАР у шліхтуючій композиції робота змочування “холодної” шліхти зростає.

Таблиця 6

Фізико-механічні властивості крохмальної шліхти

Концентра-ція ПАР, г/л | Швидкість змочування, м/хв | Кут змочу-вання, | Cos | Поверхне-вий натяг шліхти, 102 Н/м | Робота змочування, 102 Дж/м2 | Робота адгезії,

102 Дж/м2

Дерма-Текс 5А

0 | - | 51 | 0,629 | 57,09 | 35,91 | 93,0

0,25 | 0,15 | 45 | 0,707 | 55,77 | 39,43 | 95,2

0,5 | 0,7 | 38 | 0,788 | 55,03 | 43,36 | 98,4

0,75 | 1,2 | 28 | 0,883 | 54,49 | 48,11 | 102,6

1,0 | 1,5 | 22 | 0,927 | 54,44 | 50,46 | 104,9

Неонол АФ 9-12

0,1 | 0,3 | 43 | 0,731 | 55,11 | 40,28 | 95,4

0,2 | 0,6 | 36 | 0,809 | 54,89 | 44,41 | 99,3

0,3 | 0,8 | 30 | 0,866 | 54,50 | 47,19 | 101,7

0,4 | 1,2 | 26 | 0,899 | 54,34 | 48,85 | 103,2

0,5 | 1,8 | 20 | 0,939 | 54,15 | 50,85 | 105,0

Змочування й адгезія нерозривно пов’язані між собою. Чим більшою роботою адгезії характеризується шліхта, тим вона краще змочує пряжу. Встановлено, що з ростом концентрації досліджуваних ПАР робота адгезії “холодної” шліхти стосовно бавовняного волокна збільшується. Отже, можна припустити, що введення неіоногенних ПАР збільшує спорідненість шліхтуючої композиції до бавовняної пряжі.

Таким чином, додавання неіоногенних ПАР змінює поверхневу активність крохмальної шліхти, що дозволяє збільшити адгезію шліхтуючого препарату до волокон і одержати необхідну величину приклею на пряжі при меншій концентрації крохмалю. До того ж ПАР виступає в якості пластифікатора при утворенні полімерної плівки, що покращує її еластичні властивості.

У розділі 3.3 проведена оцінка ефективності шліхтування “холодною” шліхтою. В якості критеріїв ефективності нової шліхтуючої композиції на основі крохмалю використовували комплекс показників, що характеризують фізико-механічні властивості ошліхтованої пряжі в порівнянні з властивостями пряжі, ошліхтованої крохмальною шліхтою, яка одержується традиційним способом (табл. 7).

Таблиця 7

Результати шліхтування бавовняної пряжі 29 текс (№34)

Найменування показників | Значення показників для

необроб- леної пряжі | ошліхтованої пряжі

традиційною шліхтою

90С“ | холодною” шліхтою

20С

Концентрація крохмалю,

кг на 1000 л | - | 53 | 30

Істинпий приклей, % | - | 4,4 | 4,1

Лінійна густина, текс | 29 | 31,2 | 30,5

Відносне розривне навантаження, сН/текс | 11,0 | 12,6 | 12,3

Збільшення міцності, % | - | 23 | 18,5

Коефіцієнт варіації, % | 14,3 | 12,1 | 10,54

Абсолютне розривне подовження, мм | 38 | 30 | 32

Відносне розривне подовження, % | 7,6 | 6,0 | 6,5

Зменшення розривного подовження, % | - | 21 | 14,5

Витривалість при багаторазовому розтязі, цикли | 356 | 1068 | 1500

Зносостійкість пряжі при стиранні, цикли | 4500 | 9000 | 12000

Коефіцієнт жорсткості,

ум.од. | 4,4 | 8,3 | 6,09

Отримані результати свідчать про те, що використання для шліхтування розробленої “холодної” шліхти, яка містить майже у два рази менше крохмалю в порівнянні з традиційною шліхтою, забезпечує пряжі високу витривалість до багаторазового розтягу і до стираючої дії. Відзначене підвищення показників обумовлене тим, що в силу своєї високої клейкості і низької в’язкості шліхта на основі модифікованого крохмалю утворює більш пружну й тривку плівку. Завдяки цьому під впливом тривалих циклічних навантажень основна нитка перетерплює менші зміни: структура пряжі менше розхитується, у меншій мірі підвищується її пухкість і послаблюється зв'язок між елементарними волокнами.

Коефіцієнт жорсткості пряжі, ошліхтованої “холодною” шліхтою, приблизно в 1,5 рази менше в порівнянні з пряжею, обробленою традиційною шліхтою. Ці дані свідчать про утворення на пряжі більш еластичної плівки з “холодної” шліхти.

Таким чином, пряжа ошліхтована при 20С, за своїми фізико-механічними властивостями не поступається пряжі ошліхтованій класичним способом, а за ступенем еластичності значно перевершує її.

У підрозділі 3.3.1 наведені склад “холодної” шліхти й технологія її приготування у виробничих умовах. Ця технологія була випробувана на Тернопільському ВАТ “Текстерно” і Херсонському ВАТ “ХБК”. Шліхтування основ здійснювали на барабанних шліхтувальних машинах МШБ-180, а також камерних машинах ШКВ-140-3 при температурі шліхти в клейовій ванні 18-20С. Шліхта в процесі шліхтування не налипає на розігріті барабани машин. Шліхтування протікає без будь-яких ускладнень.

У ході випробувань оцінювалися фізико-хімічні показники якості шліхти і фізико-механічні властивості ошліхтованої пряжі, а також контролювалися обривність пряжі в ткацькому цеху і технологічні параметри тканини в опоряджувальному виробництві. Виробничі випробування підтвердили доцільність і ефективність використання “холодної” шліхти на основі крохмалю.

У підрозділі 3.3.2 наведені результати по розшліхтуванню сурової бавовняної тканини, отриманої на основі пряжі, яка шліхтувалась “холодною” шліхтою. Розшліхтування сурової тканини проводили за технологією холодного вибілювання, якість вибіленої тканини оцінювали за капілярністю, білизною, фізико-механічними показникам. Отримані результати свідчать про те, що фізико-механічні властивості виготовлених бавовняних тканин відповідають вимогам ДСТ 11680-76, вибілені тканини характеризуються високими показниками білизни й капілярності. Усе це дозволяє зробити висновок, що застосування запропонованої “холодної” шліхти для шліхтування бавовняної пряжі не погіршує якості тканин, і не створює труднощів при подальшій їхній обробці.

Необхідно також відзначити, що використання шліхти зі зниженим вмістом крохмалю сприяє значному поліпшенню стану стічних вод опоряджувальних фабрик за рахунок зниження в них крохмалопродуктів.

У підрозділі 3.3.3 представлені результати по розрахунку економічної ефективності застосування технології приготування “холодної” шліхти для шліхтування бавовняної пряжі в порівнянні з термомеханічним способом приготування крохмальної шліхти, що використовується на ткацьких фабриках. Вартість приготування 1 тони “холодної” шліхти нижче вартості приготування фабричної шліхти на 130 грн. Очікуваний економічний ефект при шліхтуванні “холодною” шліхтою оцінюється в 12,48 грн на кожні 1000 м тканини.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Анотація

Охріменко О.В. Розробка ресурсозберігаючої технології шліхтування бавовняної пряжі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2002.

Дисертацію присвячено розробці ресурсозберігаючої технології шліхтування пряжі, що дозволяє у два рази скоротити витрати крохмалю, відмовитися від застосування теплової енергії при приготуванні шліхти і проводити шліхтування при температурі 18-20С. Модифікація природного крохмалю гідроксидом натрію і використання інтенсивного механічного перемішування крохмального клейстеру дозволяє отримати високий ступінь розщеплення крохмалю в шліхті. На основі отриманих результатів запропоновано низькотемпературний механохімічний спосіб приготування крохмальної шліхти. Встановлено, що введення в крохмальну шліхту неіоногенних ПАР дозволяє підвищити адгезію шліхти по відношенню до бавовняних волокон і поліпшити якість ошліхтованої пряжі. Показано, що пряжа, ошліхтована “холодною” шліхтою, за своїми фізико-механічними властивостями не поступається пряжі, ошліхтованій класичним способом, а по еластичності істотно перевершує її. Основні результати роботи випробувані на ВАТ “Текстерно”, м. Тернопіль і ВАТ “ХБК”, м. Херсон.

Ключові слова: крохмаль, “холодна” шліхта, поверхнево-активні речовини, адгезія, ошліхтована пряжа.

Аннотация

Охрименко Е.В. Разработка ресурсосберегающей технологии шлихтования хлопчатобумажной пряжи. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03. – технология текстильных материалов. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2002.

Диссертация посвящена разработке энерго- и ресурсосберегающей технологии шлихтования х/б пряжи, позволяющей отказаться от применения тепловой энергии при приготовлении шлихты, в два раза сократить расходы крахмала и проводить шлихтование при температуре 18-20С.

В диссертации приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, связанных с обоснованием возможности приготовления крахмальной шлихты при температуре 18-20С. Установлено, что модификация крахмала гидрооксидом натрия в концентрации 6-12 г/л вызывает набухание крахмала при температуре окружающей среды. Использование интенсивного механического перемешивания крахмального клейстера с помощью высокоскоростной мешалки позволяет получить высокую степень расщепления крахмала. На основании полученных результатов предложен низкотемпературний механохимический способ приготовления крахмальной шлихты.

Установлено, что при приготовлении “холодной” шлихты низкотемпературным механохимическим способом происходит исключительно процесс расщепления макромолекул крахмала по глюкозидным связям, при этом химическая структура молекул сохраняется.

Представлены результаты оценки диспергирующей и смачивющей способности ряда ПАВ при 20С. Уставлена целесообразность использования неионогенных ПАВ на основе неонилфенолов и оксиэтилированных спиртов неонол АФ 9-12, а также композиционного ПАВ на основе неонола Дерма-Текс 5А в качестве добавок в шлихтующую композицию для облегчения процесса диспергирования крахмала, для стабилизации шлихты и для повышения ее смачивающей способности. В качестве пеногасителя был выбран неионогенный препарат пропинол Б-400.

Изучены реологические свойства “холодной” шлихты с помощью ротационного вискозиметра “Rheotest-2”. Установлено, что щелочная шлихта является ньютоновской системой с повышенной вязкостью. При нейтрализации шлихты наблюдаются процессы структурообразования в системе, что выражается в помутнении шлихты, повышении ее вязкости. Поведение таких систем описывается законом Шведова-Бингама.

Для исследуемых коагуляционных структур характерно явление тиксотропии. Такие структуры легко разрушаются, поскольку их образование осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса. Разрушение структур происходит при малых скоростях сдвига, поэтому в реальных производственных условиях будем иметь дело с ньютоновскими системами, обеспечивающими более равномерное нанесение шлихты на нить.

Изучено влияние различных кислот на процессы структурообразования в системе. Установлено, что в присутствии серной кислоты эти процессы выражены сильнее, менее всего – при нейтрализации соляной кислотой. Увеличение коагулирующего действия иона с повышением его валентности объясняется более сильным эффектом сжатия двойного электрического слоя ионами с большей валентностью.

Структурообразование является результатом стремления системы уменьшить свою поверхностную энергию, поэтому такой процесс идет самопроизвольно. Поверхностная энергия может уменьшиться как за счет сокращения поверхности в результате взаимодействия структурных элементов, так и за счет снижения поверхностного натяжения. Одним из способов снижения поверхностной энергии системы является введение ПАВ.

Изучено влияние неионогенных ПАВ неонола АФ 9-12 и Дерма-Текса 5А на реологические свойства “холодной” шлихты. Введение ПАВ в небольших количествах обеспечивает формирование поверхностных слоев, способных уменьшить межфазное натяжение и лиофилизировать систему. На основании полученных данных были выбраны оптимальные концентрации исследуемых ПАВ неонола АФ 9-12 0,4 г/л, Дерматекса-5А 0,7 г/л.

Представлены результаты исследований по изучению адгезионной способности “холодной” шлихты относительно хлопчатобумажной пряжи. Показано, что добавление неионогенных ПАВ изменяет поверхностную активность крахмальной шлихты, что позволяет увеличить адгезию шлихтующего препарата к хлопчатобумажным волокнам и получить требуемую величину приклея на пряже при меньшем расходе крахмалопродуктов. Введение неионогенных ПАВ способствует образованию смешанных мицелл крахмала и ПАВ, которые обладают большей гидрофильностью, чем природный крахмал, а следовательно такие мицеллы будут легче адсорбироваться на поверхности волокна.

ПАВ не только увеличивают смачивающую способность крахмальной шлихты, но и влияют на формирование полимерной пленки при высушивании. ПАВ выступает в роли пластификатора при образовании полимерного покрытия, что позволяет получить более эластичную и гибкую пленку.

Определены оптимальные соотношения компонентов шлихты. Концентрация клеящего вещества в шлихте снижена в 1,5-2 раза в сравнении с традиционной шлихтой. Отличительной особенностью предлагаемой шлихты является достаточно высокая однородность и низкая вязкость. При хранении шлихта сохраняет свою агрегативную и седиментационную устойчивость, реологические характеристики шлихты изменяются незначительно. Предлагаемая шлихта может быть использована в течение месяца с момента ее приготовления.

Исследованы физико-механические свойства ошлихтованных нитей. Показано, что пряжа, ошлихтованная предлагаемой шлихтой при 20С по своим физико-механическим свойствам не уступает пряже ошлихтованной классическим способом, а по эластичности существенно превосходит ее. Применение “холодной” шлихты не ухудшает качества тканей и не создает трудностей при дальнейшей их отделке.

Технология приготовления “холодной” шлихты на основе крахмала и шлихтование пряжи апробированы в производственных условиях на Тернопольском ОАО “Текстерно” и Херсонском ОАО “ХБК”. Производственные испытания подтвердили эффективность использования “холодной” шлихты на основе крахмала для шлихтования хлопчатобумажной пряжи.

Экономический эффект составляет 12.48 грн на 1000 м ткани.

Ключевые слова: крахмал, “холодная” шлихта, адгезия, поверхностно-активные вещества, ошлихтованная пряжа.

The summary

Ohrimenko E.V. Development of the resourcez-economy technology of the sizing of the cotton yarns. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on the speciality 05.19.03 - technology of textile