ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПОГОРІЛА ОЛЕНА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 677.842.4

РОЗРОБКА ПОЛІМЕРНОЇ КОМПОЗИЦІЇ

ДЛЯ ФАРБУВАННЯ ТКАНИН

ПІГМЕНТАМИ

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

та харчових технологій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Якимчук Радій Паладійович, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри механічної технології волокнистих матеріалів

кандидат технічних наук, доцент Кулаков Олександр Іванович, Технологічний університет Поділля (м. Хмельницький), доцент кафедри хімічної технології.

Провідна установа:

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

Захист відбудеться 19.06. 2002 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд. 223

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою:

73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1

Автореферат розісланий 17.05.2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

Загальна характеристика роботи

Аналіз основних напрямків світового розвитку методів фарбування текстильних матеріалів у теперішній час дозволив виділити такі тенденції:

·

· зниження витрат електроенергії;

· скорочення споживання води;

· поєднання технологічних процесів і окремих операцій;

· створення комплексних текстильно-допоміжних речовин (ТДР).

Для вітчизняної текстильної галузі зазначені тенденції ще актуальніші у зв'язку з більш високими водо-, енерго- і матеріаловитратами на процеси опорядження тканин у порівнянні із світовими.

Серед відомих технологій фарбування можна виділити лише одну, за умов впровадження якої усі перелічені вище тенденції реалізуються одночасно. Це пігментна технологія фарбування, що є найбільш ефективною з економічної і екологічної точок зору. Проте сьогодні пігментна технологія у фарбуванні практично не використовується навіть у тих країнах, де обсяг використання пігментів у друкуванні тканин перевищує 50 відсотків.

Основною причиною того, що в Україні пігменти не увійшли у практику фарбування, є відсутність ТДР, зокрема зручних у використанні готових полімерних композицій для фіксації пігментів на текстильних матеріалах. Відсутня також достатня теоретична база, що необхідна для ефективного використання пігментної технології у фарбуванні тканин.

Актуальність теми. З огляду на ситуацію, що склалася у теперішній час на вітчизняних підприємствах текстильної промисловості та із врахуванням сучасних тенденцій світового розвитку методів фарбування тканин, необхідним є створення умов для збільшення обсягу використання ресурсоощадних технологій, насамперед, пігментної технології.

Ці умови визначаються наявністю теоретичної бази та спеціального асортименту ТДР для фарбування пігментами. У зв'язку з викладеним, актуальності набувають дослідження з розробки полімерних композицій для фарбування пігментами, що дозволить збільшити обсяг використання у фарбуванні тканин ефективної ресурсоощадної і екологічно чистої пігментної технології.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася у відповідності з тематикою наукових досліджень Херсонського державного технічного університету, а саме в рамках теми БД 04/99 "Розробка ресурсозберігаючих технологій обробки текстильних матеріалів” та науково-дослідної роботи “Розробка теоретичних основ і технологій колорування пігментами текстильних матеріалів різного сировинного складу та ступеня підготовки”, затвердженої рішенням експертної ради Міністерства освіти і науки України (протокол № 2 від 04.11.98) в рамках координаційного плану “Теоретичні та практичні основи створення ресурсозберігаючих, екологічно чистих технологій виготовлення товарів широкого вжитку на основі сировинних ресурсів України”.

Особистий внесок автора полягає у визначенні факторів, що впливають на процес адсорбції полімерних зв'язуючих тканинами і розробці на основі одержаних даних полімерної композиції для фіксації пігментів на тканинах, що забезпечує зниження матеріаломісткості технології та продукції і розширює асортимент ТДР.

Мета та задачі дослідження. Розробити стабільну полімерну композицію для фарбування тканин пігментами, що забезпечить поширення асортименту ТДР, зниження матеріаломісткості технології і сприятиме збільшенню обсягу використання пігментів у фарбуванні тканин.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити такі задачі:

·

· дослідити вплив різних факторів на процес адсорбції зв'язуючих і визначити добавки, що підвищують адсорбцію полімеру зв'язуючого волокном;

· запропонувати склад полімерної композиції для фіксації пігментів на текстильному матеріалі з визначеними добавками;

· забезпечити стабільність запропонованих складів у процесі їх зберігання;

· здійснити перевірку композиції у виробництві та розрахунки економічної ефективності, що матиме місце при впровадженні результатів дослідження на підприємствах галузі.

Об`єкт дослідження - процес фарбування пігментами.

Предмет дослідження - полімерні композиції для фіксації пігменту на тканині.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач керувалися колоїдно-хімічним підходом до об`єкту та предмету дослідження.

Пігменти мають специфічний спосіб закріплення на текстильному матеріалі за рахунок полімерної плівки зв'язуючого, адгезійно зв'язаної з волокноутворюючим полімером.

Адгезійна взаємодія на межі полімер зв`язуючого-полімер волокна це, насамперед, адсорбційна взаємодія між зв`язуючим та волокном.

Адсорбція визначає особливості структури граничного шару, характер упаковки макромолекул, рухливих ланцюгів, релаксаційні та інші властивості системи. Зокрема, процеси адсорбції відіграють суттєву роль у комплексі фізико-механічних властивостей полімерних утворень на текстильному матеріалі, а також визначають кінцевий технічний результат фарбування.

У результаті дослідження впливу різних факторів на процес адсорбції полімерних зв`язуючих з водних дисперсій полімерів, можна оптимізувати пігментні фарбувальні склади таким чином, щоб забезпечити зниження витрат на фарбування, зокрема, матеріаломісткість технології.

З урахуванням вищезазначеного для вирішення сформульованих задач використано:

·

· віскозіметричний метод оцінки концентрації полімеру у водних дисперсіях і розчинах;

· колоїдно-хімічний метод підвищення міцності адгезійних з`єднань;

· ІЧ-спектрофотометричний метод дослідження будови полімерів;

· оптичні методи дослідження дисперсій полімерів у воді;

· спектрофотометричний метод оцінки якості забарвлень;

· методи, визначенні державними стандартами на текстильну продукцію;

· аналітичні методи.

При обробці експериментальних даних використано метод математичної статистики, а саме кореляційно-регресійний аналіз та комп'ютер класу РС/АТ.

Наукова новизна полягає у наступному:

·

· показано, що молекули зовнішнього середовища фарбувальної системи у процесі адсорбції конкурують з макромолекулами полімеру зв`язуючого;

· показано, що конкуруюча роль води при фарбуванні збільшується з підвищенням капілярності тканини і зниженням концентрації полімеру у фарбувальній ванні, що супроводжується зниженням швидкості сорбції зв`язуючого тканиною;

· запропоновано способи підвищення кількості адсорбованого тканиною полімерного зв`язуючого без підвищення концентрації зв`язуючого у фарбувальній ванні, що забезпечують зниження матеріаломісткості пігментної технології фарбування.

У процесі проведення досліджень автором отримані такі основні наукові результати :

·

· встановлено, що при підвищенні капілярності бавовняної тканини підвищується конкуруюча роль води;

· показано, що зі збільшенням концентрації полімеру у фарбувальній ванні підвищується, головним чином, швидкість адсорбції його поверхнею тканини та максимум сорбції досягається за більш короткі відрізки часу;

· показано, що при високій капілярності тканини та низькій концентрації полімеру має місце переважна адсорбція води, внаслідок чого на відбілених тканинах зменшується адсорбція полімеру у порівнянні з відвареними;

· адсорбція полімеру зв`язуючого текстильними матеріалами може бути збільшена відомими у хімічній технології прийомами, зокрема, додаванням поверхнево-активних речовин, ефективність дії яких підвищується у присутності електролітів;

· виявлено ряд ПАР, що рекомендуються для підвищення адсорбції полімерів зв`язуючих;

· встановлено, що модифікація полівінілового спирту карбамідом забезпечує одержання м'якого грифу пофарбованої тканини;

· показано, що модифікація полівінілового спирту знижує ефективність його використання у якості захисного колоїду полімерної композиції, у зв'язку з чим встановлено оптимальний ступінь модифікації полімеру;

· встановлено, що плівки, які сформовані у присутності модифікованого полівінілового спирту, мають більшу еластичність та більш високу адгезію до текстильного матеріалу, ніж немодифіковані;

· розроблено стабільний полімерний склад для фіксації пігментів на тканині.

Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному:

·

· у зниженні трудомісткості приготування фарбувальних складів (останній готується шляхом розбавлення випускної форми полімерної композиції водою);

· у зниженні матеріаломісткості пігментної технології та продукції;

· у зниженні собівартості технології фарбування за рахунок зниження концентрації полімерних зв`язуючих у робочих розчинах.

Результати роботи апробовані на ВАТ “Херсонський ХБК” та можуть бути реалізовані на опоряджувальних фабриках, які випускають пофарбовані бавовняні тканини.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці та обґрунтуванні задач дослідження, у критичному аналізі науково-технічної та патентної літератури по проблемам пігментної технології фарбування і адсорбції полімерів твердими поверхнями; теоретичному обґрунтуванні складу полімерних композицій на основі даних про адсорбцію, їх оптимізації та забезпеченні стабільності; у проведенні експериментальних досліджень, в узагальненні результатів, у формулюванні висновків.

Основний внесок автора полягає у розвитку уявлень про адсорбцію полімерів текстильними матеріалами у процесі їх опорядження.

У всіх наукових працях, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належать: наробка експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів, висновки.

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

·

· на всеукраїнській науково-технічній конференції “Новітні технології в легкій промисловості та сервісі”, 8 жовтня 1999 р. (м. Хмельницький);

· на міжвузівській науковій конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”, 26-29 вересня, 2000 р. (м. Херсон);

· на міжвузівській науковій конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”, 17-20 вересня, 2001 р. (м. Херсон);

· на науковому семінарі кафедр: технічної хімії та харчових технологій, хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів, механічної технології і дизайну волокнистих матеріалів Херсонського державного технічного університету (2002 р., м. Херсон);

· на науковому семінарі кафедр: хімії та хімічної технології Технологічного університету Поділля (2002 р., м. Хмельницький);

· на науковому семінарі кафедри товарознавства непродовольчих товарів Львівської комерційної академії, Центральна спілка споживчих товариств України (2002 р., м. Львів).

Публікації за темою дисертаційного дослідження включають 8 найменувань, у тому числі: 6 статей у наукових фахових журналах та 2 у збірниках матеріалів конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків.

Дисертація містить 156 сторінок машинописного тексту, 33 таблиці, 39 рисунків, 124 найменування літературних джерел. Обсяг додатків - 17 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі наведено основні тенденції світового розвитку методів фарбування, відмічено, що пігментна технологія фарбування відповідає сучасним вимогам щодо ресурсозбереження і екологічної чистоти технологій, доведено необхідність збільшення обсягів використання пігментної технології для фарбування тканин і створення умов для цього.

Показано, що в Україні пігменти не увійшли у практику фарбування з причини відсутності ТДР. Обґрунтовано необхідність проведення дослідження.

Сформульовано актуальність теми, мету і задачі дисертаційної роботи, визначено межі досліджень, розкрито наукову новизну, практичну значущість роботи, висвітлено основні результати проведеного дисертаційного дослідження.

У першому розділі наведено результати аналізу стану виробництва барвників і текстильно-допоміжних речовин в Україні та у світі. Показано зміни споживчої структури світового асортименту барвників на користь пігментів. Показано, що на підприємствах України, які спеціалізуються з виробництва синтетичних барвників, має місце катастрофічно низький рівень використання виробничих потужностей і що Україна сьогодні не забезпечує свою текстильну промисловість необхідними барвниками і ТДР, у тому числі ТДР для фарбування пігментами.

Викладено роль пігментних технологій у створені ресурсозберігаючих технологій та екологічно чистих технологічних процесів. Визначено особливості застосування пігментів у порівнянні із субстантивними барвниками та їх переваги.

Розкрито фізико-хімічні особливості технології фарбування у порівнянні з друкуванням. Показано, що ці процеси відрізняються перш за все способом нанесення пігменту і зв'язуючого з допоміжними речовинами на тканину (табл. 1).

Таблиця 1

Стадії процесів фарбування та друку пігментами

Стадії фарбування Стадії друку

Адсорбція тканиною, полімерного зв'язуючого, барвника Ї Видалення вологи та підвищення Концентрації полімеру і барвника на волокні Ї Коалесценція частинок полімеру в суцільну плівку Ї Стабілізація плівки Машинний спосіб (або ручний) нанесення на поверхню тканини розрахованої кількості друкувальної фарби Ї Видалення вологи та підвищення концентрації полімеру і барвника на волокні Ї Коалесценція частинок полімеру в суцільну плівку Ї Стабілізація плівки

З таблиці видно, що кінцевий результат фарбування буде визначатися, перш за все, процесом адсорбції.

Адсорбція полімерів зв'язуючого на поверхні тканини визначає структуру межового шару, характер упакування макромолекул у ньому та інші властивості, тобто процеси адсорбції відіграють суттєву роль у формуванні комплексу кінцевих фізико-хімічних властивостей полімерних матеріалів.

Розкрито фізико-хімічну сутність адсорбції. Наведено теорії адсорбції та фактори, які впливають на адсорбцію.

Підкреслено, що сучасні технології опорядження текстильних матеріалів, що будуються на використанні полімерів, процеси адсорбції не враховують.

Не вивчались ці процеси і при фарбуванні тканин пігментами, що закріплюються на тканинах за допомогою полімерних зв'язуючих, які утворюють на поверхні тканини плівку.

Дослідження процесу адсорбції при фарбуванні пігментами необхідно не тільки для визначення закономірностей взаємодії полімеру з волокном, але й для визначення оптимальних умов фарбування та кількісного складу фарбувального розчину.

Знання факторів, що визначають адсорбцію, дозволять встановити умови для забезпечення її максимального значення і дозволять оптимізувати пігментні фарбувальні склади.

У другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження.

Подана коротка характеристика об'єктів дослідження, взято до уваги специфічний спосіб фіксації пігментних барвників на текстильному матеріалі за рахунок полімерної плівки зв'язуючого, відповідно до якого процес фарбування пігментами бавовняного волокна розглянуто як процес формування системи волокноутворюючий полімер - полімер зв'язуючого, у створенні якої визначальну роль відіграють поверхневі властивості полімерних компонентів системи і явища, що мають місце на поверхні розподілення фаз. Ці явища є предметом дослідження колоїдної хімії полімерів.

У відповідності до викладеного у роботі використано колоїдно-хімічний підхід до системи, що досліджувалась.

З врахуванням цього підходу процес фарбування розглянуто з позиції утворення адсорбційного комплексу, що описується такою схемою:

Адсорбат + Адсорбент адсорбція Адсорбційний комплекс

(атоми, (тверде тіло) (тверде тіло зі зв'язаним на поверхні

молекули, десорбція адсорбатом)

їх агрегати)

На основі визначеного підходу та наведеної схеми утворення адсорбційного комплексу основну увагу у роботі приділено процесу адсорбції.

Побудовано кінетичні криві адсорбції полімерів, вивчено фактори, що впливають на адсорбцію, визначено добавки, що ефективно підвищують швидкість адсорбції і скорочують час контакту тканини з фарбувальними складами.

На основі одержаних даних визначено умови, що забезпечили зменшення робочих концентрацій компонентів у фарбувальних складах і зниження матеріаломісткості технології.

Адсорбцію полімеру тканиною оцінювали гравіметричним методом. Роль води як конкурента полімеру визначали віскозіметричним методом (оцінювали концентрацію полімеру у фарбувальному складі в процесі сорбції шляхом вимірювання в'язкості розчину).

Механізм дії добавок у процесі адсорбції вивчали ІЧ- спектрофотометричним методом, для чого одержували ІЧ-спектри полімеру у присутності добавок, а також аналітичними методами.

Аналітичні методи використано також для оцінки ступеня модифікації полівінілового спирту сечовиною та визначення характеристик полімерів, що використовувалися у роботі (молекулярна маса, кількість ацетатних і гідроксильних груп, наявність подвійних зв'язків).

Для оцінки показників готової полімерної композиції та впливу на її стабільність добавок і часу зберігання використано оптичні методи.

Інтенсивність пофарбувань оцінювали за функцією Гуревича-Кубелки-Мунка K/S:

,

де K, S, R - коефіцієнти поглинання, розсіювання й відбиття світла пофарбованим зразком тканини відповідно;

R0 - коефіцієнт відбиття непофарбованим зразком.

За допомогою автоматичної системи об'єктивного вимірювання кольору (АСОВК) та пакету фірмових програм для вирішення задач з колориметрії і виробничої колористики оцінювали кольорові характеристики за системою CІELab, як-от:

·

· cвітлоту L, чистоту С, кольоровий тон Н і загальну кольорову різницю пофарбувань .

Аналіз якості пофарбованих тканин та фізико-механічних властивостей плівок проводили відповідно до чинних держстандартів.

Результати експериментальних досліджень обробляли методами математичної статистики.

У третьому розділі викладено експериментальну частину роботи, що складається з чотирьох підрозділів, у яких послідовно викладаються результати:

·

· дослідження впливу на адсорбцію полімерів зв'язуючих основних інгредієнтів фарбувальних складів та спеціальних добавок, зокрема ПАР різних типів і електролітів;

· дослідження впливу добавок, що підвищують адсорбцію полімерів на якість фарбування;

· встановлення оптимального складу фарбувальної композиції;

· оцінки стабільності розроблених полімерних композицій;

· виробничої перевірки полімерної композиції та економічних розрахунків.

У першому підрозділі досліджувався процес адсорбції полімерних зв'язуючих різних типів бавовняними тканинами.

Одержано кінетичні криві адсорбції полімерів тканинами різного ступеня підготовки, що мають вид, типовий для адсорбції полімерів твердими поверхнями і свідчать про агрегативний механізм адсорбції зв'язуючих.

Рис. 1. Кінетичні криві адсорбції бутадієн-нітрильного карбоксилатного (БНК)

полімеру бавовняною тканиною:

1 – розшліхтованою; 2 – відвареною; 3 – вибіленою.

Величина адсорбції і положення максимуму на кривій сорбції залежать від ступеня підготовки тканини, її капілярності, критичної поверхневої енергії волокна, маси тканини, типу зв'язуючого та його концентрації.

Агрегативний механізм адсорбції більш яскраво визначається за умов підвищення концентрації зв'язуючого (рис. 2).

Рис. 2. Зміна характеру кінетичних кривих адсорбції

БНК-полімеру вибіленою (а) та розшліхтованою (б) бавовняною

тканиною при підвищенні концентрації зв'язуючого:

1- 20 г/л; 2 - 50 г/л.

З рис.2 видно, що зі збільшенням концентрації зв'язуючого з 20 г/л до 50 г/л на вибіленій тканині досягається головним чином підвищення швидкості адсорбції полімеру тканиною.

На рис.1 звертає на себе увагу така залежність: у перші секунди адсорбція полімеру на відварених тканинах перевищує адсорбцію на тканинах вибілених, що можна пояснити більшою капілярністю вибіленої тканини. Тобто, молекули зовнішньої середи – води відіграють роль конкурента полімеру зв'язуючого.

Цей висновок підтверджується тим, що в процесі сорбції має місце підвищення концентрації полімеру у фарбувальному розчині (рис. 3).

Рис. 3. Зміна концентрації полівінілацетату у розчині

в процесі адсорбції:

1- відварена тканина; 2 – вибілена тканина.

Сорбція води підвищується з ростом капілярності, внаслідок чого крива 2 на рис.3 свідчить про більші зміни концентрації полімеру у розчині в процесі сорбції.

За умов підвищення концентрації полімеру роль води як конкурента полімеру зменшується. При цьому підвищується швидкість адсорбції полімеру тканиною і відмічається зміщення максимуму адсорбції на більш короткі відрізки часу (рис. 2, а, крива 2).

Все відмічене дозволяє зробити наступний узагальнюючий висновок:

- процес адсорбції полімерних зв'язуючих текстильними матеріалами залежить від значної кількості факторів, протікає за умов конкурентності і не обов'язково є основним у процесі просочення тканини фарбувальним складом або апретом, особливо при короткочасній обробці тканини: роль активного конкурента процесу сорбції полімерів тканиною відіграє вода.

Конкуруючу роль води можна зменшити підвищенням концентрації полімеру у розчині або зміною сорбційних властивостей поверхні волокна.

Перший шлях не є раціональним, тому що веде до збільшення витрат. Другий, навпаки, може забезпечити зниження матеріаломісткості технології фарбування. При загальній низькій собівартості пігментної технології у порівнянні з фарбуванням іншими класами барвників, питомі витрати на матеріали у пігментній технології високі.

У відповідності до отриманих висновків наступний розділ роботи присвячений пошуку шляхів підвищення сорбції полімерів текстильними матеріалами.

У другому підрозділі викладено результати дослідження впливу на адсорбцію полімерів тканиною поверхнево-активних речовин різного типу (рис.4,5), у тому числі – полімерних (рис.6).

Ефективними з точки зору підвищення адсорбції полімеру, зокрема полівінілацетату (ПВА), є добавки етонію (рис. 4 ).

Рис. 4. Вплив етонію на сорбцію полівінілацетату підготовленою

бавовняною тканиною:

1 – полівінілацетат 20 г/л; 2 – полівінілацетат 20 г/л, етоній1 г/л; 3 – полівінілацетат 20 г/л, етоній 1 г/л, пігмент зелений фталоціаніновий ТП 10 г/л.

Рис.5. Кінетичні криві адсорбції полівінілацетату в присутності добавок емалу та хлориду натрію:

1 – полівінілацетат 20 г/л; 2 - полівінілацетат 20 г/л, емал 1 г/л;

3 - полівінілацетат 20 г/л, емал 1 г/л, хлорид натрію 2 г/л;

4 - полівінілацетат 20 г/л, емал 1 г/л, хлорид натрію 5 г/л.

Рис. 6. Кінетичні криві сорбції вінілацетатного полімеру:

1 – без добавок;

2 - у присутності немодифікованого полівінилового спирту (ПВС);

3 – у присутності модифікованого ПВС.

Механізм дії етонію пояснили його катіонактивним характером. Очевидно, що етоній взаємодіє з частинками полімеру зв'язуючого і надає останнім позитивний заряд.

Оскільки полімер волокна у водному розчині має негативний заряд, сорбція полімеру зв'язуючого значно зростає.

Ефективність дії етонію проявляється не тільки у підвищенні сорбції полімеру, але й у міцності плівок зв'язуючого, що формуються у присутності етонію.

Зміни, які відбуваються з полімером у присутності етонію, можна зв'язати з утворенням карбокатіону, що на прикладі з полівінілацетатом подається такими схемами:

- СН2 – СН - - CH2 – CH- -CH2-CH-

О- С-СН3 O-C=CH2 O-C=CH2

O OH…[N]+Cl- Cl-

На першому етапі відбувається кетоноенольна таутомерія з утворенням енолу, а на другій стадії, в результаті взаємодії електрофілу четвертинного атому азоту катіонактивного етонію з неподіленою парою електронів кисню і розриву зв'язку С-О на углероді утворюється стабільний карбокатіон.

Аналогічні зміни можуть відбуватися і з іншими полімерами або предконденсатами смол.

На користь припущення щодо механізму дії етонію свідчать кольорова реакція на утворення подвійного зв'язку –С=СН2 і ІЧ-спектри плівок полівінілового спирту у присутності етонію.

На спектрах відмічено зниження інтенсивності поглинання в області, де визначаються валентні коливання групи –ОН, що свідчить про зниження їх кількості за рахунок взаємодії з етонієм за наведеними вище схемами.

На рис. 5 видно, що добавки електролітів посилюють дію ПАР і підвищують сорбцію полімеру.

Найбільш ефективною добавкою є полівініловий спирт (рис.6), особливо після його модифікації сечовиною.

Встановлено, що ефективність дії на сорбцію полімерів зв'язуючого полівінілового спирту у порівнянні з немодифікованим визначається не тільки збільшенням кількості адсорбованого полімеру, але й значним підвищенням швидкості адсорбції, що забезпечує скорочення часу обробки тканини фарбувальним розчином.

Показано, що модифікація ПВС підвищує інтенсивність пофарбувань та покращує гриф пофарбованої тканини. Ці зміни результатів фарбування пов'язані з впливом модифікації на оптичну щільність плівок та їх еластичність (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив модифікації ПВС на інтенсивність пофарбувань та їх стійкість

Найменування пігменту Кількість сечовини, % Інтенсивність пофарбувань, K/S Стійкість пофарбувань, бали

до прання до тертя

пігмент червоний 2 СТП 0 10 20 50 100 7,8 7,9 8,2 8,5 8,5 5 5 5 5-4 5-4 4-3 3 2 2 2

пігмент фіолетовий ТП 0 10 20 50 11,0 11,2 12,1 13,0 5 5 5 5-4 3 3 3 3-2

імперон зелений GG 0 10 20 50 9,2 9,3 9,6 9,9 5 5 5 5-4 4-3 4-3 4-3 3

пігмент жовтий ТП 0 10 20 50 5,4 5,7 5,9 6,0 5 5 5 5-4 4-3 4-3 4-3 3

Встановлено, що кількість сечовини у процесі модифікації не повинна перевищувати 20 відсотків, оскільки підвищення її вмісту веде до зниження стійкості пофарбувань.

На основі проведених експериментальних досліджень визначено основні інгредієнти фарбувальних складів, до яких увійшли: ПВА, ПТРС, ПВС модифікований сечовиною, вирівнювач пофарбувань.

Вивчено вплив зазначених інгредієнтів на якість пофарбувань бавовняних тканин пігментами.

Визначено оптимальні концентрації основних інгредієнтів фарбувального складу. Запропоновані склади відрізняються від існуючих тим, що містять у 3-4 рази менше полімерного зв'язуючого ніж відомі. Сумарний вміст полімерів у робочому розчині складає 50 г/л (у типових 150-200 г/л). Зниження вмісту зв'язуючого стало можливим за рахунок інтенсифікації процесу адсорбції полімеру тканиною спеціальними добавками, зокрема модифікованим ПВС.

На основі визначеного фарбувального складу запропоновано до випуску готову полімерну композицію.

Полімерна композиція містить (г/л):

Зв'язуюче на основі вінілацетату - 300

Передконденсат термореактивної смоли - 200

Вирівнювач пофарбування - 4,0

Полівініловий спирт – 50

Сечовина – 10

Вода до 1000

В полімерну композицію можна додати диоксид титану у формі білого барвника. Як показали результати дослідження, усі споживчі властивості тканини, пофарбованої у присутності диоксиду титану, підвищуються: покращуються кольорові характеристики, підвищується чистота тону і рівнота пофарбування, тканина набуває наповненого грифу.

Таким чином, інтенсифікація процесу фарбування на першій стадії, зокрема процесу адсорбції полімеру зв'язуючого, забезпечила зменшення матеріаломісткості технології.

У четвертому підрозділі викладено результати досліджень з забезпечення стабільності полімерній композиції у процесі її зберігання.

Вивчено роль ПВС в стабілізації плівкоутворюючої композиції. Наведено переваги, що дає використання у якості захисного колоїду системи ПВС у порівнянні з ПАР.

Показано, що за умов стабілізації полімерної композиції на основі полівінілацетату ПВС, композиція може бути розглянута як суміш дисперсії полімеру (ПВА) з розчином полімеру у воді (ПВС).

Це дозволило віднести розроблену полімерну композицію за існуючою схемою технічної класифікації плівкоутворюючих дисперсій до дисперсій, що модифіковані водорозчинним полімером. В свою чергу це дало підстави у якості характеристик розробленої композиції використати показники, що застосовуються для оцінки плівкоутворюючих дисперсій.

Основною з характеристик є агрегативна стійкість системи у процесі зберігання.

Побудовано нефелометричні криві кінетики коагуляції полімерної композиції, стабілізованої ПВС, в тому числі модифікованим сечовиною.

Показано, що агрегативна стійкість композиції, стабілізованої модифікованим ПВС, знижується внаслідок зменшення в процесі модифікації кількості гідроксильних груп, наявність яких забезпечує утворення адсорбційного шару на частинці полімеру зв'язуючого, що утворює захисний бар'єр.

Запропонована схема стабілізаційної дії ПВС.

Встановлені основні характеристики полімерної композиції.

Визначено стійкість композиції до електролітів через поріг коагуляції.

На основі одержаних даних обрано прискорювач процесу смолоутворення, а саме – амонію хлорид, до якого композиція найбільш стійка.

Встановлені ступінь можливого розведення полімерної композиції водою та сухий залишок.

Визначено життєздатність системи, тобто час можливого зберігання та розміри частинок полімеру у композиції за формулою Релея.

На основі проведених досліджень складено технічну характеристику полімерної композиції.

У п'ятому підрозділі викладено результати виробничої перевірки розробленої полімерної композиції на опоряджувальній фабриці ВАТ “Херсонський бавовняний комбінат”.

Фарбувальний розчин готували 10-кратним розведенням полімерної композиції. До розчину додавали пігмент (6 г/л) та прискорювач смолоутворення. Бавовняну тканину арт. 3181 фарбували на лінії для заключного опорядження за схемою: просочування фарбувальним розчином, висушування, термообробка протягом 3 хв при температурі 1500С.

Після фарбування оцінювали показники якості за встановленими держстандартами.

Відмічено, що використання полімерної композиції забезпечує необхідну якість продукції, значно полегшує процес приготування фарбувальних розчинів, виключає можливі помилки в процесі приготування фарбувальних складів, забезпечує одержання стабільних результатів за якісними показниками продукції.

Особливо відмічено високу рівноту пофарбувань.

Виконано економічний розрахунок. Показано, що витрати на фарбування за рахунок зниження матеріаломісткості технології зменшуються на 7,82 грн. на 100 м тканини.

ВИСНОВКИ

1. Вивчено процес адсорбції полімерів зв'язуючих бавовняною тканиною у процесі фарбування пігментами та досліджено вплив на цей процес різних факторів. На основі одержаних даних розроблено стабільну полімерну композицію, використання якої забезпечує зниження матеріаломісткості технології фарбування.

2. Гравіметричним методом встановлено, що кінетичні криві адсорбції зв'язуючих бавовняною тканиною мають вигляд, типовий для сорбції полімерів твердими поверхнями, та характеризуються наявністю максимуму, положення якого на кінетичній кривій сорбції залежить від ступеня підготовки тканини, типу зв'язуючого та його концентрації.

3. Віскозіметричним методом виявлено, що вода в процесі сорбції відіграє роль конкурента полімерного зв'язуючого. Роль води, як конкурента полімеру зв'язуючого, зростає при підвищенні капілярності тканини та зниженні концентрації зв'язуючого у фарбувальній ванні.

4. Запропоновано способи підвищення сорбції зв'язуючого поверхнею тканини, які дозволяють зменшити концентрацію полімеру зв'язуючого у фарбувальній ванні, забезпечують зниження матеріаломісткості технології, а також скорочують час контакту тканини з фарбувальним розчином.

5. Показана ефективність дії на підвищення сорбції та зберігання грифу тканини добавок полівінілового спирту, модифікованого сечовиною.

6. На основі ІЧ-спектрофотометричних та аналітичних досліджень запропоновано механізм впливу етонію на полімерні інгредієнти фарбувального складу.

7. Оптимізовано пігментний фарбувальний склад та на його основі запропонована до випуску у готовій формі полімерна композиція для фарбування, забезпечено стабільність композиції у процесі зберігання. Визначено характеристики полімерної композиції.

8. Проведено економічні розрахунки і показано, що витрати на фарбування пігментами за рахунок зниження матеріаломісткості технології зменшуються на 7,82 грн. на кожні 100м тканини.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Погоріла О.В., Сльозко Г.Ф. Вплив полівінілового спирту на властивості плівок зв'язуючого і якість пофарбувань текстильних матеріалів пігментами // Вісник технологічного університету Поділля.-1999. - № 4.- С.35-37.

2. Погоріла О.В. Розробка латексної композиції для фарбування пігментами // Легка промисловість. – 1999. - №4. – С.58-59.

3. Погорелая Е.В., Слезко Г.Ф., Сумская О.П. Оценка качества окрасок, формируемых пигментами на хлопчатобумажных тканях // Материалы всеукраинской НТК “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”, Херсон, 19-22 окт. – 1999.- С. 112-113.

4. Погорелая Е.В., Сумская О.П. Влияние добавок пигмента белого на качество тканей, окрашенных пигментными красителями // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 1999.- № 6.- С.319-322.

5. Гнидец В.П., Погорелая Е.В., Субботина Н.Е. Повышение устойчивости и интенсивности пигментных окрасок // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2000.- № 3(9).- С.318-319.

6. Сумская О.П., Погорелая Е.В., Вербицкая Е.А. Об устойчивости готовых латексных композиций для крашения текстильных материалов пигментами // Материалы межвузовской НТК “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”, Херсон, – 2000. -№ 4. - С.60-62.

7. Погорелая Е.В., Иванова Т.В. Исследование процесса адсорбции полимерных связующих целлюлозными текстильными материалами при их крашении пигментами // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2001. - № 4(13). – С. 350-354.

8. Погоріла О.В., Сльозко Г.Ф. Інтенсифікація процесу фарбування тканин пігментами на стадії адсорбції // Легка промисловість. – 2001. - №4. – С.55.

Анотація

Погоріла О.В. Розробка полімерної композиції для фарбування тканин пігментами. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2002.

Процес фарбування пігментами розглянуто як утворення адсорбційного комплексу, у формуванні якого визначальну роль відіграє адсорбція.

Вивчено процес адсорбції полімерних зв'язуючих бавовняною тканиною у процесі фарбування пігментами і досліджено вплив на цей процес різних факторів, зокрема концентрації полімеру зв'язуючого, капілярності тканини, наявності в розчинах добавок ПАР різного типу, електролітів.

Одержані данні використано для визначення добавок, що підвищують швидкість адсорбції полімеру і встановлення складу пігментного фарбувального розчину. Оптимізовано кількісний вміст основних компонентів фарбувального розчину. Фарбувальний склад відрізняється низькою концентрацією полімерного зв'язуючого.

На основі розробленого пігментного фарбувального складу запропоновано полімерну композицію, стабільну у процесі зберігання.

Застосування полімерної композиції забезпечує високу адсорбцію тканиною полімерних складових фарбувального розчину і зниження матеріаломісткості технології і продукції.

Питомі витрати на хімічні матеріали у собівартості продукції знижуються з 23.7 до 15.8 відсотків.

Ключові слова: пігмент, фарбування, тканина, адсорбція, полімер, композиція.

Аннотация

Погорелая Е.В. Разработка полимерной композиции для крашения тканей пигментами. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – Технология текстильных материалов. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2002.

С учетом специфичного способа фиксации пигмента на ткани, процесс крашения пигментами рассмотрен с позиции образования адсорбционного комплекса, в котором адсорбционные процессы являются определяющими.

В соответствии с этим, изучен процесс адсорбции полимерных связующих различного типа хлопчатобумажной тканью в процессе крашения пигментами и исследовано влияние различных факторов на этот процесс, а именно концентрации связующего, степени подготовки ткани, добавок поверхностно-активных веществ различного типа, в том числе полимерных, а также электролитов.

Показано, что кинетические кривые адсорбции связующих хлопчатобумажной тканью и изотермы адсорбции имеют вид, типичный для адсорбции полимеров твердыми поверхностями: они свидетельствуют об агрегативном механизме адсорбции связующих и характеризуются наличием максимума.

Величина адсорбции и положение максимума на кинетической кривой зависят от капиллярности ткани и концентрации связующего.

При низкой концентрации связующего в красильной ванне максимум на кривой сорбции выражен слабо, а кинетическая кривая сорбции по характеру близка к кривой, описывающей мономолекулярную сорбцию: имеется горизонтальный участок, параллельный оси абсцисс, соответствующий состоянию, когда поверхность адсорбента насыщена адсорбтивом.

При повышении концентрации полимера связующего характер кинетических кривых адсорбции изменяется: на кинетической кривой адсорбции появляется ярко выраженный максимум, после которого отмечается снижение адсорбции.

Соответственно этому, изотермы адсорбции полимера связующего тканью имеют сложный характер, свидетельствующий об изменении характера сорбции с повышением концентрации связующего в красильной ванне.

Отмечено, что в начальные отрезки времени, адсорбция на тканях отваренных превышает адсорбцию на тканях отбеленных, что можно объяснить большей капиллярностью отбеленной ткани и конкурирующей ролью воды по отношению к полимеру связующего.

Построены кривые, характеризующие изменение концентрации полимера связующего в растворе в процессе адсорбции и показано, что концентрация полимера в растворе в процессе обработки ткани увеличивается, причем, тем в большей степени, чем выше капиллярность обрабатываемой ткани.

При повышении концентрации полимера связующего в ванне роль воды как конкурента связующего уменьшается. При этом значительно повышается скорость адсорбции полимера тканью и наблюдается смещение максимума адсорбции на более короткие отрезки времени, что позволяет сократить время обработки ткани.

Сделан вывод о том, что конкурирующую роль воды можно снизить повышением концентрации полимера связующего или изменением свойств поверхности ткани. Первый путь ведет к повышению материалоемкости технологии, а второй, напротив, позволяет ее снизить.

Показано, что сорбция полимера связующего может быть увеличена добавками ПАВ различного типа. Наиболее эффективное действие на сорбцию полимера связующего тканью оказывают ПАВ катионного типа, в частности этоний, и полимерные ПАВ, в качестве которого использовался поливиниловый спирт. Эффективность действия ПАВ анионактивного и неионогенного типов на сорбцию полимера связующего увеличивается в присутствии электролитов.

Установлено, что модификация ПВС мочевиной обеспечивает повышение сорбции связующего, причем эффективность модификации проявляется не только в повышении адсорбции полимера, но и увеличении ее скорости, что обеспечивает смещение максимума адсорбции на кинетической кривой в сторону более коротких отрезков времени, т.е. создаются условия для сокращения времени контакта ткани с красильным раствором.

На основе полученных результатов предложен ряд добавок, позволяющих в 3-4 раза снизить концентрацию полимерных ингредиентов в пигментных красильных составах без снижения качества окраски.

Определены оптимальные концентрации основных ингредиентов красильного состава, на основе которого предложена концентрированная полимерная композиция для фиксации пигментов на тканях.

Стабильность полимерной композиции обеспечивается поливиниловым спиртом. При этом показано, что модификация поливинилового спирта снижает его стабилизирующее действие и сокращает сроки хранения готовой композиции.

Оценены основные характеристики разработанной композиции и приведена техническая характеристика последней.

Произведены экономические расчеты и показано, что удельные затраты на химические материалы в себестоимости продукции уменьшаются с 23.7 до 15.8 процентов.

Ключевые слова: пигмент, крашение, ткань, адсорбция, полимер, композиция.

Sammary

Pogorelaya E.V. Development of Polymer Composition for Dying Fabrics by Pigments. Typescript. Dissertation for seeking the scientific degree of Candidate of sciences (Engineering) on speciality 05.19.03 – Technology of Textile Materials. Kherson State Technical University, Kherson, 2002.

The process of pigment dying is considered as the formation of adsorbing complex where adsorbtion plays an important part. The process of adsorbtion of polymer linking by cotton fabric in pigment dying is studied and the influence of different factors on this process is examined in particular, concentration of polymer linking, fabric cappilarity, availability of surface – active agents of different types, electrolytes.

The data obtained are used for determining the composition of dying solution and additions intensifying the process of adsorption. The composition is distinguished by low content of polymer ingredients. Polymer composition for fixing pigment on fabric is suggested based on the established composition of the polymer suggested. Application of the composition provides for decreasing material consumption of the technology and products.

Specific expenditures of chemical materials in the cost of products reduces from 23,7 to 15,8 %.

Key words: pigment, dying, fabric, adsorption, polymer, composition.

Відповідальна за випуск Сумська О.П.

Підписано до друку . . 2002 р.

Формат 60 х 90/16. Папір офсетний.

Умовн. друк. аркушів 0,9

Тираж 100 прим. Замовлення №

надруковано у видавництві ХДТУ,

73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24