ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГАНЗЮК АЛЛА ЯРОСЛАВІВНА

УДК 677.464:648.28

ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСУ КОЛОРИРУВАННЯ ПОЛІЕФІРНИХ

ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ДИСПЕРСНИМИ БАРВНИКАМИ

05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Хмельницькому державному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Сарібеков Георгій Савіч,

Херсонський державний технічний університет,

проректор з наукової роботи і зовнішніх зв’язків, завідувач

кафедри "Хімічна технологія та дизайн волокнистих матеріалів"

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Романенко Наталія Григорівна, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри дизайну;

кандидат технічних наук, доцент Смеречинська Ніна Родіонівна, Київський національний університет технологій та дизайну, доцент кафедри опоряджувального виробництва

Провідна установа:

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

Захист відбудеться "_3_" ___лютого___ 2005 р. о _13_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в 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 "__22_" _грудня_" 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

Загальна характеристика роботи

Для успішного розвитку текстильної і легкої промисловості необхідне розширене і якісне вдосконалення сировинної бази за рахунок широкого використання хімічних волокон. При цьому, особлива увага приділяється збільшенню виробництва поліефірних волокон. Зростання ролі саме цих волокон в сировинному балансі вовняної, шовкової, трикотажної промисловостей обумовлені в першу чергу їх цінними властивостями: високою формостійкістю, сумісністю з всіма видами натуральних і гідратцелюлозних волокон, хорошою міцністю, світло- і термостійкістю. Однак, при їх колорируванні виникають значні труднощі, пов’язані саме з особливостями їх структури: високою впорядкованістю поліетилентерефталатних волокон, щільністю упаковки їх макромолекул, гідрофобним характером волокна, відсутністю груп, здатних взаємодіяти з барвниками іонного типу, неоднорідністю властивостей текстильної нитки. Потрібно сказати, що і до теперішнього часу оптимальної технології колорирування поліефірних волокон не розроблено, однак можна вказати два напрямки, в яких проводяться дослідження:

1) отримання волокон з порушеною регулярністю будови макромолекулярного ланцюга поліефіру, що забезпечує пониження кристалічності і щільності упаковки полімеру;

2) введення в макромолекулу поліефіра груп аніонного і катіонного типу.

Однак, модифіковані волокна поки ще не знаходять широкого використання в текстильній промисловості. А тому, основним напрямком в розв’язанні цієї проблеми є введення в фарбувальну ванну інтенсифікаторів – речовин, які дають можливість фарбувати поліефірні волокна при температурах не вище 100 ?С.

Актуальність теми. Колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками при температурах не вище 100 ?С в присутності інтенсифікаторів дає можливість уникнути використання дорогого обладнання, збільшити вибирання барвника, скоротити технологічний режим колорирування в кілька разів завдяки впровадженню швидкісних технологій. Тому тема дисертаційної роботи в напрямку вдосконалення технології колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками в присутності інтенсифікаторів є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до перспективного плану науково-дослідної роботи Хмельницького державного університету на 1995-2000 роки за напрямком “Фізико-хімічне обґрунтування та розробка нових препаратів та технологій для опорядження матеріалів” (НДР №0195U026290) та на 2000-2005 роки – “Спрямований синтез та вивчення хімічних властивостей нових хімічних сполук та каталітичних систем, дослідження процесів на підприємствах сфери обслуговування та промисловості”.

Особистий внесок автора полягає у вивченні ймовірного механізму дії інтенсифікатора колорирування – товарної форми аніліду саліцилової кислоти у вигляді стійкої композиції та розробці швидкісних технологій колорирування поліефірного волокна дисперсними барвниками при температурах не вище 100 ?С.

Мета та задачі дослідження. Запропонувати використання товарної форми аніліду саліцилової кислоти для вдосконалення технології колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками шляхом створення ресурсозберігаючої, ефективної технології (економія води, енергоресурсів, барвників, текстильно-допоміжних речовин тощо), а також покращення якості продукції.

Для досягнення поставленої мети були намічені наступні задачі:

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – процеси колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками.

Предмет дослідження – композиції для колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач керувалися комплексним підходом до об’єкту і предмету дослідження. В дисертаційній роботі використані сучасні теоретичні і експериментальні методи досліджень.

Зміни у структурі і складі визначали сучасними фізико-хімічними методами аналізу: рентгеноструктурним, ІЧ – спектрофотометричним. Для оцінки змін у поверхневих структурах поліефірних ниток використовували мікроскопічні дослідження. Для оцінки вмісту інтенсифікатора в волокні використовували методи тонкошарової та газової хроматографії.

Підготовка текстильного матеріалу, дослідження фізико-хімічних характеристик проводились методами, визначеними державними стандартами на текстильну продукцію.

При обробці експериментальних даних використовували кореляційно-регресивний аналіз, математичні методи планування і оптимізації екстремальних експериментів, сучасну обчислювальну техніку та пакети прикладних програм "Numeri" і табличний процесор MS Excel.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- вперше виготовлено товарну форму інтенсифікатора у вигляді стійкої композиції при концентрації 3 г/л, яка збільшує вибирання дисперсних барвників до 85%, дає змогу уникнути початкової стадії обробки поліефірного текстильного матеріалу;

- вперше досліджено граничну пофарбованість поліефірних волокон в присутності аніліду саліцилової кислоти та без нього; встановлені лінійні моделі залежностей граничної концентрації від температури;

- вперше встановлено залежність між ступенем кристалічності поліефірного волокна та його йодним числом в присутності аніліду саліцилової кислоти та підтверджені загальні залежності впливу інтенсифікаторів на барвник і поліефірне волокно.

Практичне значення одержаних результатів полягає в:

- розробці ефективної технології колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками при температурі 98 єC ? інтенсифікатором, яка дозволяє скоротити тривалість процесів колорирування в 3 рази;

- створенні товарної форми інтенсифікатора у вигляді стійкої композиції з ПАР, яка виконує також роль диспергатора дисперсних барвників;

- виключенні початкової стадії обробки поліефірних текстильних матеріалів – зняття замаслювачів і бруду за рахунок присутності в товарній формі інтенсифікатора поверхнево-активної речовини.

Результати роботи апробовані на ЗАТ “Луцький шовковий комбінат” і можуть бути впроваджені на опоряджувальних виробництвах, які випускають пофарбовані поліефірні текстильні матеріали. Очікуваний економічний ефект, отриманий від впровадження інтенсивних технологій колорирування становить 442,00 грн. на 1000 м поліефірної тканини і 1740,00 грн. на 1000 кг прядива із поліефірного волокна.

Особистий внесок здобувача полягає у постановці та обґрунтуванні завдань дослідження, критичному аналізі науково-технічної та патентної літератури, виробничого досвіду в галузі фарбування змішаних (вовна – поліефір, бавовна – поліефір) і поліефірних текстильних матеріалів, розробці методик та виконання експериментальних досліджень в лабораторних та виробничих умовах, науковому обґрунтуванні одержаних результатів, розробці швидкісних технологій фарбування, випуску інтенсифікатора в новій товарній формі, яка дає можливість оптимізувати процес, в узагальненні результатів та у формулюванні висновків.

Основний внесок автора полягає у визначенні ймовірних механізмів інтенсифікації процесу колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками в присутності аніліду саліцилової кислоти та розробці способу швидкісних технологій колорирування на основі проведених досліджень.

У всіх наукових працях, які опубліковані у співавторстві, здобувачу належать: одержання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів досліджень, формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були викладені і обговорені:

- на науковому семінарі кафедри хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів Херсонського державного технічного університету, 20 травня 2002 р. (м. Херсон);

- на всеукраїнській науково-технічній конференції “Новітні технології, матеріали та дизайн в легкій промисловості та сервісі” (м. Хмельницький, 10-11 жовтня 2003 р.);

- на технічній раді ЗАТ "Волинський шовковий комбінат", 23-25 березня 2004 р. (м. Луцьк);

- на науково-практичній конференції молодих вчених та студентів у Київському національному університеті технологій та дизайну (м. Київ, 22-24 квітня 2003 р.);

- на міжнародній науково-технічній конференції "Проблемы легкой и текстильной промышленности" (м. Херсон, 20-22 квітня 2004 р.);

- на міжнародному науковому семінарі кафедр хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів, фізичної і неорганічної хімії, органічної хімії Херсонського державного технічного університету, 24 вересня 2004 р. (м. Херсон).

Публікації. Основна частина дисертації опублікована в 9 наукових працях, в тому числі статей в провідних наукових фахових виданнях – 6, тез доповідей на конференціях – 2, патент України – 1.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків.

Дисертація містить 117 сторінок машинописного тексту, 32 таблиці, 20 рисунків, 137 найменувань літературних джерел. Об’єм додатків 45 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрита сутність проблеми колорирування матеріалів з поліефірних волокон та їх сумішей з натуральними, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету і завдання дослідження, сформульовано об’єкт, предмет дослідження, викладено методи дослідження. відображено наукову новизну, практичне значення роботи, наведено відомості щодо апробації результатів, зазначено зв’язок роботи з науковими програмами.

У першому розділі наведено огляд науково-технічної інформації присвяченої процесам колорирування текстильних матеріалів із поліефірних волокон дисперсними барвниками. Охарактеризовано особливості будови і хімічного складу поліефірних волокон, відмічено зміну їх властивостей під дією фізико-хімічних факторів, описано проблеми, які виникають в процесах колорирування в зв'язку з їх специфічними особливостями структури.

Викладено сучасні методи колорирування (фарбування і друкування) текстильних матеріалів із поліефірних волокон дисперсними барвниками. Проаналізовано проблеми, які виникають в процесах колорирування і намічено напрямки їх вирішення. Охарактеризовано роль інтенсифікаторів в процесах фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками. Проведено теоретичне обґрунтування вибору інтенсифікаторів для колорирування текстильних матеріалів із поліефірних волокон дисперсними барвниками.

Описано термодинаміку та кінетику сорбції процесів фарбування. Показано роль процесів дифузії та сорбції у розкритті ймовірного механізму дії інтенсифікаторів при фарбуванні текстильних матеріалів дисперсними барвниками.

У кінці першого розділу зроблено вибір напрямків дослідження.

У другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження. Наведено характеристики сполук та матеріалів, що використовувались у роботі, описані методи досліджень та математична обробка одержаних результатів.

В дисертаційній роботі використані сучасні теоретичні і експериментальні методи досліджень: зміни у структурі і складі визначали сучасними фізико-хімічними методами аналізу: рентгеноструктурним, ІЧ – спектрофотометричним; для оцінки змін у поверхневих структурах поліефірних ниток використовували мікроскопічні дослідження; для оцінки вмісту інтенсифікатора в волокні використовували методи тонкошарової та газової хроматографії.

Підготовка текстильного матеріалу, дослідження фізико-хімічних характеристик проводились методами, визначеними державними стандартами на текстильну продукцію.

При обробці експериментальних даних використовували кореляційно-регресивний аналіз, математичні методи планування і оптимізації екстремальних експериментів, сучасну обчислювальну техніку та пакети прикладних програм "Numeri" і табличний процесор MS Excel.

У третьому розділі викладено експериментальну частину роботи, що складається з десяти підрозділів, в яких послідовно викладаються наступні результати:

- розрахунки калібрувальних кривих для шести марок дисперсних барвників;

- дослідження впливу дванадцяти марок інтенсифікаторів на сорбцію дисперсних барвників в періодичних процесах фарбування та процесах друкування текстильних матеріальних із поліефірних волокон;

- вивчення термодинаміки сорбції дисперсних барвників поліефірним волокном;

- вивчення кінетики колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками в присутності інтенсифікаторів та розрахунку їх граничної пофарбованості;

- дослідження стану дисперсних барвників в одному середовищі в присутності інтенсифікаторів;

- дослідження зміни надмолекулярної структури поліефірного волокна в процесах колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками;

- прискорені технологічні процеси колорирування поліефірного волокна із застосуванням інтенсифікаторів і оцінка якості пофарбувань;

- оптимізація розроблених технологічних процесів фарбування текстильних матеріальних із поліефірних волокон в присутності інтенсифікаторів.

В першому підрозділі наведено розрахунок калібрувальних рівнянь шести марок дисперсних барвників за допомогою методу найменших квадратів.

У другому підрозділі досліджувався вплив дванадцяти марок інтенсифікаторів на сорбцію дисперсних барвників при температурі фарбування 98?C. Встановлено, що найбільш ефективними з точки зору інтенсифікації процесу фарбування і отримання якісних показників, є речовини, які містять у своєму складі бензольні кільця, а саме: 1-хлор,2-нафтол (інтенсифікатор ХН), анілід саліцилової кислоти (інтенсифікатор АСК) і бензилацетат (інтенсифікатор БА). Результати впливу інтенсифікаторів на сорбцію дисперсного червоного 2С пе поліефірним волокном представлені в табл. 1.

Таблиця 1

Вплив виду інтенсифікаторів на сорбцію

дисперсного червоного 2С пе поліефірним волокном

Інтенсифікатор | Dп/сп* | Dост/сост | св, г/кг

П-оксидифеніламін | 5,8 | 0,09 | 17,92

П-бензолтриазол | 5,8 | 4,45 | 8,38

Диметилгліоксим | 5,8 | 4,48 | 8,55

Ацетанілід | 5,8 | 4,99 | 9,05

4,6-динітро, о-крезол | 5,8 | 4,50 | 9,08

Аспарагінова кислота | 5,8 | 4,50 | 9,13

Поліфеніленоксид | 5,8 | 4,51 | 10,00

1-хлор, 2-нафтол | 5,8 | 0,52 | 17,80

Ірамін | 5,8 | 4,51 | 9,50

Дифеніл | 5,8 | 4,34 | 12,55

Анілід саліцилової к-ти | 5,8 | 1,41 | 17,45

Бензилацетат | 5,8 | 3,66 | 15,20

*Dп, сп – оптична густина і концентрація розчину барвника на початку фарбування; Dост, сост - оптична густина і концентрація розчину барвника в кінці фарбування; св – концентрація барвника на волокні.

Досліджено вплив температурних умов (інтервал температур 98–130єC) процесу фарбування на сорбцію дисперсних барвників поліефірним волокном в присутності трьох інтенсифікаторів ХН, АСК і БА.

а б

Рис.1. Залежність вибирання дисперсних барвників поліефірним волокном від температури: (а – при температурі 98 ?C; б - 130 єC) в присутності інтенсифікатора АСК (5г/л): 1, 2, 3 – для дисперсних барвників : жовтого 4З пе, жовто-коричневого 2Ж пе і червоного 2С пе без інтенсифікатора відповідно; 4, 5, 6 - для дисперсних барвників: жовтого 4З пе, жовто-коричневого 2Ж пе і червоного 2С пе з інтенсифікатором відповідно.

Показано, що найбільш практичним і ефективним з технологічної точки зору є анілід саліцилової кислоти, тому більшість досліджень проводилася з цією речовиною. Вивчена кінетика вибирання дисперсних барвників різної хімічної будови поліефірним волокном в присутності аніліду саліцилової кислоти. Криві сорбції показані на рис. 1.

Як видно з рис. 1, а, вибирання дисперсних барвників в присутності інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти (5г/л) при температурі 98 ?C практично досягає значень величин сорбції барвників при температурі 130?C без інтенсифікатора. Таким чином, анілід саліцилової кислоти є ефективним інтенсифікатором процесів фарбування поліефірних матеріалів дисперсними барвниками.

У третьому підрозділі викладено результати досліджень кінетики сорбції дисперсних барвників поліефірним волокном в процесах друкування. Показано, що застосування в друкарських фарбах у якості інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти (3 г/кг друкарської фарби) підвищує вміст барвника в поліефірному волокні приблизно на 4 г/кг волокна і це сприяє підвищенню інтенсивності його забарвлення.

У четвертому підрозділі викладено результати вивчення термодинаміки сорбції дисперсних барвників поліефірним волокном. Було досліджено вплив інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти різної концентрації на спорідненість дисперсних барвників до волокна. Результати розрахунку спорідненості дисперсних барвників до поліефірного волокна в присутності аніліду саліцилової кислоти (5г/л) представлено в табл. 2.

Таблиця 2

Спорідненість дисперсних барвників ??є (?моль/л) до поліефірного

волокна в присутності інтенсифікатора – аніліду саліцилової кислоти (5г/л)

Барвник | Без інтенсифікатора | -?м? | З інтенсифікатором | -?м?

ср,?·10-10,

ммоль/кг | св,?·10-4,

ммоль/кг | ср,?·10-10,

ммоль/кг | св,?·10-4,

ммоль/кг

Дисперсний червоний 2С пе |

1,176 |

0,345 |

48,500 |

1,825 |

0,192 |

56,600

Дисперсний жовтий 4З пе |

0,620 |

0,533 |

44,730 |

0,930 |

0,412 |

49,520

Дисперсний жовто-коричн. 2Ж пе |

1,123 |

0,127 |

42,400 |

1,322 |

0,116 |

46,300

З табл. 2 видно, що в присутності аніліду саліцилової кислоти (5г/л) в фарбувальній ванні збільшується спорідненість дисперсних барвників різної хімічної будови до волокна і це дає можливість зсунути рівновагу в сторону переходу барвників в волокно.

У п’ятому підрозділі викладено результати досліджень вивчення кінетики колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками в присутності інтенсифікаторів. Знання термодинаміки фарбувальної системи дає можливість оцінити механізм взаємодії барвника з волокном чи ТДР. Знання кінетики дає можливість визначити швидкість процесу, зробити розрахунки, які мають практичну цінність, наприклад, розрахувати продуктивність фарбувального апарату. Досліджено вплив інтенсифікаторів, які являються текстильно-допоміжними речовинами, на швидкість дифузії дисперсних барвників різної хімічної будови у поліефірне волокно. Використано два методи: 1) метод багатошарових мембран; 2) метод аналізу кривих кінетики сорбції (метод половинного фарбування). Значення коефіцієнтів дифузії, які розраховані за методом половинного фарбування, представлено в табл. 3. Застосування методу багатошарових мембран дає аналогічні результати (порядок коефіцієнтів дифузії однаковий).

Таблиця 3

Коефіцієнти дифузії, які розраховані за методом половинного фарбування

Барвник | Вибирання

барвника , % | Час половинного фарбування , с | Коефіцієнт дифузії

D·1013, (см2/с)

без інтен-

сифікатора | з інтен-

сифікато-

ром | без інтен-

сифікатора | з інтен-

сифікато-ром | без інтен-

сифікатора | з інтен-

сифікато-ром

Дисп. черв. 2С пе |

94,16 |

96,16 |

110 |

320 |

3,10 |

21.00

Дисп. жов. 4З пе |

92,14 |

91,67 |

140 |

140 |

2,79 |

5,10

Дисп. ж-кор. 2Ж пе |

89,14 |

89,14 |

240 |

260 |

4,41 |

31,00

Як видно з табл. 3, застосування аніліду саліцилової кислоти у якості інтенсифікатора фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками приводить до збільшення коефіцієнтів дифузії, особливо для барвників з азо- і антрахіноновою структурою. Для них коефіцієнти дифузії збільшуються практично на порядок і це є достатнім підтвердженням можливості аніліду саліцилової кислоти інтенсифікувати процеси колорирування матеріалів із поліефірних волокон дисперсними барвниками. Досліджено швидкість фарбування за допомогою кінетичних кривих сорбції барвників. Показано, що інтенсифікатор анілід саліцилової кислоти різко збільшує рівноважне вибирання дисперсних барвників поліефірним волокном, особливо це помітно для дисперсного червоного 2С пе. Якщо розрахувати час половинного фарбування, то для дисперсного червоного 2С пе він зростає в присутності інтенсифікатора майже втричі.

У шостому підрозділі ґрунтуючись на понятті "вільний об’єм" термопластичних полімерів, до яких відноситься поліефірне волокно, отримано рівняння залежності граничної пофарбованості від температури:

, (1)

де і - коефіцієнти; ; .

Тут - гранична пофарбованість поліефірного волокна, - питомий об’єм поліефірного волокна, - молекулярна маса барвника, - число Авогадро, - об’єм молекули дисперсного барвника, - температура обробки, - температура склування полімеру.

Досліджено вплив інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти на граничну пофарбованість поліефірних волокон. Виявлено, що найбільшу ступінь заповнення мають дисперсні барвники великої молекулярної маси з великою кількістю замісників і довжиною ланцюга у хімічній будові. Розраховані математичні моделі залежностей граничної пофарбованості поліефірного волокна від температури, які мають лінійний характер (табл. 4).

Таблиця 4

Математичні лінійні моделі залежностей граничної

пофарбованості поліефірного волокна від температури

Барвник | Рівняння

друкарська фарба

без інтенсифікатора | друкарська фарба

з інтенсифікатором

Дисперсний жовтий 4З пе

Дисперсний жовто-коричневий 2Ж пе

Дисперсний червоний 2С пе

У сьомому підрозділі наведено результати спектрофотометричного аналізу впливу інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти на стан двох марок дисперсних барвників азо- і антрахінонового ряду в фарбувальній ванні (рис.2).

Показано, що інтенсифікатор анілід саліцилової кислоти збільшує розчинність дисперсних барвників в фарбувальній ванні, що в кінцевому результаті призводить до збільшення вибирання барвника.

У восьмому підрозділі наведено результати досліджень зміни надмолекулярної структури поліефірних волокон методом рентгеноструктурного аналізу і йодосорбції. Значення йодних чисел поліефірного волокна і ступенів його кристалічності представлені у вигляді стовпчикової діаграми (рис.3).

Встановлено кількісні зв’язки між ступенем кристалічності і йодним числом за допомогою коефіцієнтів кореляції, які мають від’ємне значення, що вказує на значний зворотньо-пропорційний кількісний зв’язок.

Рис. 2. Спектри поглинання дисперсного червоного 2С пе при різних

температурах: 1,2 – без інтенсифікатора АСК і з інтенсифікатором АСК

відповідно при температурі 25 ?C; 3, 4 – теж при температурі 70 ?C;

5,6 - теж при температурі 95 ?C.

Рис. 3. Йодні числа пофарбованої тканини з поліефірного волокна: 1 – біла тканина; 2, 3, 4, 5 – дисперсний червоний 2С пе без інтенсифікатора, з інтенсифікаторами ХН, АСК і БА відповідно; 6, 7, 8, 9 – дисперсний жовтий 4З пе без інтенсифікатора, з інтенсифікаторами ХН, АСК і БА відповідно; 10, 11, 12, 13 – дисперсний жовто-коричневий 2Ж пе без інтенсифікатора, з інтенсифікаторами ХН, АСК і БА відповідно.

Дев’ятий підрозділ присвячений розробці прискорених технологічних процесів колорирування поліефірного волокна із застосуванням інтенсифікаторів і оцінки якості пофарбувань. Проведені дослідження показали високу ефективність нової товарної форми інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти в процесах колорирування поліефірних волокон дисперсними барвниками. Це дозволяє розробити шляхи інтенсифікації і запропонувати нові прискорені технології фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками в присутності нової товарної форми інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти. У теперішній час основними періодичними способами фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками є: 1) високотемпературний спосіб; 2) фарбування з використанням інтенсифікаторів. Вибір способу залежить від того, в якому вигляді фарбується поліефірне волокно, від виду обладнання і марки барвника.

Нова швидкісна високотемпературна технологія (спосіб) фарбування. Відрізняється від базової тим, що в фарбувальній ванні поряд з дисперсним барвником застосовується інтенсифікатор аніліду саліцилової кислоти в новій товарній формі. Операція фарбування при температурі 130 ?C триває не 45–60 хв., а 20 хв. Таким чином, загальний час фарбування складає всього 65–80 хв.

Нова швидкісна технологія (спосіб) фарбування із застосуванням інтенсифікатора. Відрізняється від базової тим, що в якості інтенсифікатора використовується анілід саліцилової кислоти в новій товарній формі. Це дозволяє використовувати при фарбуванні матеріали з поліефірних волокон без попередньої підготовки. Це скорочує процес обробки. Параметри запропонованого і базового технологічних процесів однакові. Таким чином, за рахунок поєднання операцій підготовки і фарбування сам процес характеризується більш коротким циклом, чим базовий. Проведено порівняння розроблених технологій фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками з використанням нової товарної форми інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти за показниками якості . Результати досліджень представлені в табл. 4.

Таблиця 4

Показники якості забарвлень поліефірних волокон дисперсними барвниками з використанням нової товарної форми інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти

Барвник | Високотемпературний спосіб | Спосіб з інтенсифікатором

K/S сБ,

г/кг | Показники кольору | K/S сБ,

г/кг | Показники кольору

дLaabb | LLsa | bb

Дисперсний червоний 2С пе | 224,64 | 220,6 | 335,8 | 445,7 | 118,5 | 223,30 | 117,5 | 335,3 | 445,0 | 113,9

Дисперсний жовтий 4З пе | 119,92 | 116,5 | 775,4 | 22,15 | 666,5 | 119,82 | 113,3 | 776,3 | --1,80 | 881,9

Дисперсний жовто-коричневий 2Ж пе | 552.2 | 221,7 | 551,2 | 336,4 | 448,5 | 550,20 | 117.0 | 550,3 | 336,4 | 448,4

З табл. 4 видно, що інтенсифікатор анілід саліцилової кислоти не тільки прискорює процес колорирування поліефірних текстильних матеріалів, але й підвищує інтенсивність забарвлення і показники кольору.

Викладено результати випробувань стійкості забарвлень тканин з поліефірного волокна до фізико-хімічних впливів, пофарбованих і надрукованих дисперсними барвниками в присутності інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти. Показано, що показники забарвлень, одержаних з застосуванням інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти не гірші, а в деяких випадках кращі, ніж для стандарту.

У десятому підрозділі наведено результати оптимізації розроблених технологічних процесів фарбування текстильних матеріалів із поліефірних волокон в присутності інтенсифікаторів. Для оптимізації застосовано математичні моделі, які отримані за допомогою трьохфакторного плану Бокса - . На основі попередніх досліджень було вивчено вплив умов фарбування на сорбцію барвників волокном і інтенсивність їх забарвлення. Факторами, які визначають процес, були прийняті: - температура фарбування, ?C; - час фарбування, хв.; - концентрація інтенсифікатора в фарбувальній ванні, г/л. Після проведення експерименту і обробки результатів, були отримані трьохфакторні моделі другого порядку періодичного способу фарбування дисперсними барвниками. У якості прикладу наведені моделі фарбування для дисперсного червоного 2С пе.

, (2)

, (3)

Отримані моделі адекватно описують процес періодичного фарбування поліефірних матеріалів дисперсними барвниками з надійністю . Пошук оптимальних умов фарбування поліефірного волокна проводили із застосуванням пакету MS Excel "Пошук рішення". Це дозволило визначити оптимальні умови фарбування з отриманням різних значень інтенсивностей забарвлення матеріалів із поліефірного волокна.

Виробничі випробування розроблених технологічних режимів фарбування матеріалів із поліефірного волокна, які проведені на ЗАТ "Луцький шовковий комбінат", показали доцільність їх впровадження. Розрахунок економічної ефективності розроблених технологічних режимів фарбування свідчить про зниження витрат при фарбуванні, при цьому економічний ефект складає 442,00 грн./1000 м тканини і 1470,00 грн./1000 кг прядива.

ВИСНОВКИ

1. Розроблена ефективна, ресурсозберігаюча технологія колорирування поліефірних текстильних матеріалів, яка відрізняється від базової тим, що, в якості інтенсифікатора використовується анілід саліцилової кислоти в новій товарній формі, що дозволяє використовувати при фарбуванні матеріали з поліефірних волокон без попередньої підготовки і скоротити технологічний процес втричі.

2. Вивчено та описано термодинаміку процесу фарбування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками в присутності аніліду саліцилової кислоти, проведено аналіз кінетичних кривих сорбцій, досліджено вплив інтенсифікаторів на дифузію дисперсних барвників в поліетилентерефталатний субстрат. Встановлено, що коефіцієнти дифузії збільшуються практично на порядок для усіх марок дисперсних барвників, зростає спорідненість барвників до поліефірного волокна і збільшується вибирання дисперсних барвників до 85%.

3. Досліджено граничну пофарбованість поліефірного волокна в присутності інтенсифікаторів і без них. Виявлено, що найбільший ступінь заповнення має барвник великої молекулярної маси, з великою кількістю замісників і довжиною ланцюга в хімічній будові, запропоновано математичні лінійні моделі залежностей граничної пофарбованості поліефірного волокна від температури.

4. Досліджено сорбцію дисперсних барвників для різних температур термообробки зразків поліефірної тканини при друкуванні за термофіксаційним способом. Встановлено, що застосування інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти у кількості 3 г/кг друкарської фарби призводить до підвищення вмісту барвника у поліефірному волокні на 4 г/кг волокна, що сприяє збільшенню інтенсивності забарвлення.

5. На основі комплексної оцінки змін властивостей, складу та структури поліефірних волокон на молекулярному, надмолекулярному та мікрорівнях запропоновано ймовірний механізм дії інтенсифікатора, згідно якого молекули аніліду саліцилової кислоти розпушують надмолекулярну структуру поліефірного волокна за рахунок його набухання та сприяють збільшенню розчинності дисперсних барвників.

6. Застосовано методи математичного моделювання для опису процесів фарбування та отримані трьох факторні математичні моделі другого порядку, які використано для оптимізації і коригування технологічного процесу фарбування поліефірних волокон дисперсними барвниками в присутності аніліду саліцилової кислоти періодичним способом.

7. Проведено економічні розрахунки і показано, що витрати на фарбування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками за рахунок зниження матеріаломісткості технології зменшується на 442,00 грн. на кожні 1000 м тканини, а також 1470,00 грн. на 1000 кг прядива.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кулаков О.І., Ганзюк А.Я., Параска О.А. Оцінка ефективності забарвлення поліестерових волокнистих матеріалів в процесі фарбування // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – №4. – С. 137–140. Особистий внесок: досліджено та проведено оцінку ефективності забарвлення поліефірних волокон в процесі фарбування.

2. Ганзюк А.Я., Сарібеков Г.С., Кулаков О.І. Вплив інтенсифікаторів на дифузію дисперсних барвників в поліетилентерефталатний матеріал // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2003. – №1(7). – С. 34–37. Особистий внесок: досліджено та проаналізовано вплив інтенсифікаторів на дифузію дисперсних барвників в поліефірне волокно за допомогою різних методів.

3. Поліщук С.О., Ганзюк А.Я., Кулаков О.І. Використання інтенсифікаторів при фарбуванні поліефірних волокон дисперсними барвниками для ресурсозберігаючих технологій // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003. – №5. – С.148–150. Особистий внесок: розробка ресурсозберігаючих технологій колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками.

4. Ганзюк А.Я., Кулаков О.І. Вплив різних факторів на граничну нафарбованість поліефірного волокна // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – №1. – С.107–111. Особистий внесок: досліджено вплив температури, концентрації інтенсифікатора та часу обробки на граничну нафарбованість поліефірних волокон дисперсними барвниками.

5. Ганзюк А.Я., Поліщук С.О., Круглов О.І. Вплив інтенсифікатора на стан дисперсних барвників в фарбувальній ванні // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2004. – №1(8). – С. 162–164. Особистий внесок: досліджено вплив інтенсифікатора на стан дисперсних барвників в водному розчині.

6. Ганзюк А.Я., Поліщук С.О., Кулаков О.І. Імовірний механізм фарбування тканин з поліефірних волокон в присутності інтенсифікаторів // Вестник Херсонского государственного университета. – 2004. – №2( 20). – С. 278–279. Особистий внесок: Запропоновано імовірний механізм дії інтенсифікатора при фарбуванні тканин із поліефірних волокон.

7. Патент 66047 А Україна, 7 D 06 P1/16/. Інтенсифікатор фарбування поліефірних матеріалів дисперсними барвниками/ Ганзюк А.Я., Поліщук С.О. (Україна) – №2003076670; Заявлено 15.07.2003; - Опубл. 15.04.2004, - Бюл.№4. – 4с.

8. Ганзюк А.Я., Ченаш Т.О., Франасюк І.П. Вплив інтенсифікаторів на стійкість забарвлення поліефірних волокон дисперсними барвниками // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів, Київ КНУТД, 15–17 травня. –2001. – С.149. Особистий внесок: Досліджено вплив ряду інтенсифікаторів різної природи на стійкість забарвлення поліефірних волокон.

Анотація

Ганзюк А.Я. Інтенсифікація процесу колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2004 р.

У роботі наведені результати комплексного дослідження змін властивостей та структури поліефірних текстильних матеріалів, зафарбованих дисперсними барвниками в присутності інтенсифікатора аніліду саліцилової кислоти. Одержані данні використано для визначення механізму дії інтенсифікатора в процесі колорирування.

Для інтенсифікації процесу колорирування поліефірних текстильних матеріалів дисперсними барвниками запропоновано нові технологічні режими, які дають можливість усунути початкову стадію обробки матеріалу – зняття замаслювачів і забруднень за рахунок введення в фарбувальну ванну стійкої композиції аніліду саліцилової кислоти і суміші поверхнево-активних речовин.

Ключові слова: поліефірні текстильні матеріали, колорирування, структура, інтенсифікатори, поверхнево-активні речовини, ступінь кристалічності.

Аннотация

Ганзюк А.Я. Интенсификация процесса колорирования полиэфирных текстильных материалов дисперсными красителями. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – технология текстильных материалов. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2004 г.

В работе приведены результаты комплексного исследования изменения свойств и структуры полиэфирных текстильных материалов, окрашенных дисперсными красителями в присутствии интенсификатора анилида салициловой кислоты.

Разработана эффективная, ресурсосберегающая технология колорирования полиэфирных текстильных материалов, которая отличается от базовой тем, что в качестве интенсификатора используется анилид салициловой кислоты в новой товарной форме, что дает возможность использовать при крашении материалы из полиэфирных волокон без начальной подготовки и сократить время проведения технологического процесса практически в три раза.

Используя понятие “свободного объёма” термопластических полимеров, к которым относится полиэфирное волокно, получено уравнение зависимости граничной окрашиваемости от температуры.

Исследовано граничную окрашиваемость полиэфирного волокна в присутствии интенсификаторов и без них, предложены линейные математические модели зависимости граничной концентрации от температуры. Показано, что наибольшую степень заполнения имеет краситель большой молекулярной массы, с большим количеством заместителей и значительной длиной молекулы.

Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии и другими физико-химическими методами выявлены изменения в структуре полиэфирных волокон при крашении их дисперсными красителями в присутствии анилида салициловой кислоты. Полученные данные использованы для определения механизмов действия интенсификатора в процессе колорирования. Результаты исследования с помощью тонкослойной и газовой хроматографий показали, что интенсификатор бензилацетат полностью вымылся после восстановительной обработки. Наибольшею концентрацию на полиэфирном волокне имел интенсификатор анилид салициловой кислоты, но в абсолютных числах это незначительная величина, которая совсем не влияет на потребительские свойства готовой продукции. Кроме того, интенсификатор анилид салициловой кислоты придает полиэфирному волокну антисептические свойства.

Исследовано влияние температурных условий (интервал температур 98 – 1300С ) процесса крашения на сорбцию дисперсных красителей полиэфирным волокном в присутствии трех интенсификаторов: 1-хлор,2-нафтола, бензилацетата, анилида салициловой кислоты. Показано, что наиболее практичным и эффективным с технологической точки зрения является анилид салициловой кислоты, поэтому большинство исследований проводилось именно с этим веществом.

Проведены исследования стойкости цвета к физико-химическим воздействиям образцов ткани из полиэфирного волокна, окрашенных дисперсным красным 2С пэ высокотемпературным методом крашения с интенсификатором и методом крашения при температуре 98?С с интенсификаторами анилидом салициловой кислоты, 1-хлор,2-нафтолом, бензилацетатом. Показатели стойкости цвета в некоторых случаях выше стандарта.

Описано термодинамику процесса крашения дисперсными красителями в присутствии анилида салициловой кислоты, проведен анализ кинетических кривых сорбций, исследовано влияние интенсификаторов на диффузию дисперсных красителей в полиэтилентерефталатный субстрат методом многослойных мембран и по времени половинного крашения. Показано, что интенсификатор анилид салициловой кислоты увеличивает сродство дисперсных красителей к волокну; коэффициенты диффузии возрастают практически на порядок для всех марок красителей. Исследована скорость крашения с помощью кинетических кривых сорбции красителей. Показано, что интенсификатор анилид салициловой кислоты резко увеличивает равновесное выбирание дисперсных красителей полиэфирным волокном, особенно это характерно для дисперсного красного 2С пэ. Время половинного крашения для него возрастает в три раза в присутствии интенсификатора.

Исследована сорбция дисперсных красителей для разных температур термообработки образцов полиэфирной ткани при печатании по термофиксационному способу. Установлено, что использование анилида салициловой кислоты в количестве 3 г/кг печатной краски, при концентрации красителя 40 г/кг, повышает содержание красителя в полиэфирном волокне на 4 г/кг волокна, при значительном одновременном увеличении интенсивности окраски.

Разработаны технологические режимы более коротких циклов крашения полиэфирных волокон дисперсными красителями с использованием новой товарной формы интенсификатора анилида салициловой кислоты, что дало возможность объединить операции подготовки и крашения. Параметры нового и базового технологического процессов одинаковы, проведен их сравнительный анализ .

Использованы методы математического моделирования для описания процессов крашения и получения математических моделей, которые дают возможность оптимизировать и корректировать технологический процесс крашения полиэфирных волокон дисперсными красителями в присутствии анилида салициловой кислоты. Полученные модели адекватно описывает процесс периодического крашения полиэфирных материалов дисперсными красителями с надежностью ? = 95%.

Ключевые слова: полиэфирные текстильные материалы, колорирование, структура, интенсификаторы, поверхностно-активные вещества, степень кристалличности.

Summary

Ganzyuk A. Y. Intensification of polyester textiles coloration with dispersed coloring agents. - Manuscript.

Dissertation for obtaining the scientific degree of the candidate of technical science on speciality 05.19.03 – technology of textile materials. – Kherson State Technical University, Kherchon, 2004.

The work contains results of a complex investigation how properties and structure of polyester textiles colored with dispersed dyestuffs are changed at the presence of an intensificator – salicylic acid anylide. The obtained results are used to determine the mechanism of the intensificator’s action during coloration.

New technological modes were proposed for intensification of coloration process. These mode enable to eliminate the primary stage of textile processing – removal of grease and dirt by means of introduction of a stable composition of salicylic acid anylide and a mixture of surface active substances to a dye bath.

Key words: polyester textiles, coloration, structure, intensificators, surface active substances, crystallinity grade.

Підписано до друку 20.12.2004р. Формат 30 х 42/4.

Ум. друк. арк. - 0,9. Обл.-вид. арк. – 1,0.

Наклад. 100 прим. Зам. №559, 2004р.

Редакційно-видавничий ХНУ,

29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська,7/1.