ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БІРЮКОВ СТАНІСЛАВ МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 677.85: 532.135

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ

НОВИХ КОМПОЗИЦІЙ ДЛЯ ЗАКЛЮЧНОЇ ОБРОБКИ

ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті, Міністерство освіти і

науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, лауреат

державної премії України в області науки і

техніки Сарібеков Георгій Савіч, Херсонський

національний технічний університет, проректор

з наукової роботи і зовнішніх зв’язків.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Малкін Едуард Семенович – Інститут технічної теплофізики, НАН України, завідувач лабораторії;

кандидат технічних наук Синельникова Валентина Іванівна – ВАТ “Український

науково-дослідний інститут текстильної промисловості”, керівник.

Провідна установа:

Хмельницький національний університет, кафедра хімічної технології, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький.

Захист відбудеться “ 26 ” травня 2005 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного

університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий “ 20 ” квітня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О. П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Розвиток вітчизняної текстильної промисловості в сучасних умовах не можливий без виробництва високоякісної конкурентноспроможної продукції, яка б користувалась попитом на внутрішньому та зовнішніх ринках. Це в значній мірі залежить від використання сучасних, найбільш ефективних та економічно вигідних технологій опорядження, що передбачають застосування нових високоякісних препаратів, здатних надавати текстильним матеріалам комплекс високих споживчих властивостей та які відповідали б високим екологічним вимогам.

Актуальність теми даної роботи визначається необхідністю підвищення конкурентоспроможності текстильної продукції вітчизняного виробництва на внутрішньому та зовнішніх ринках за рахунок розробки та впровадження нових високоефективних композиційних препаратів на основі кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності для одержання малозмивних апретів та препаратів що здатні надавати стійкого гідрофобного ефекту целюлозовміщуючим тканинам побутового, технічного та спеціального призначення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті відповідно до пріоритетних напрямків розвитку науки та техніки Міністерства освіти і науки України згідно теми № 04 “Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” в рамках науково-дослідних робіт, які проводились в період 2001-2002 рр. відповідно до фундаментальної бюджетної теми: “Теоретичні дослідження фізико-хімічних основ отримання і застосування препаратів на основі водорозчинних полімерів для обробки текстильних матеріалів” за номером державної реєстрації 0100U000401 згідно протоколу засідання Науково-технічної ради № 01 від 27.12.99 р.

Відповідає пріоритетному напрямку розвитку науки та техніки України згідно наказу № 633 Міністерства освіти і науки України від 05.11.02 р. та відповідає фундаментальній темі “Наукові основи створення та застосування препаратів для спеціальних видів енергоощадного оздоблення текстильних матеріалів” за реєстраційним державним номером 0103U001201 яка виконувалась з 2002 по 2004 р.

Роль автора полягає в обґрунтуванні актуальності теми дослідження в галузі розробки технологій одержання та застосування нових композиційних препаратів для заключного оздоблення тканин різних за складом та призначенням, проведенні експериментальних досліджень, в результаті яких були визначені оптимальні співвідношення основних складових компонентів, технологічні параметри процесів заключної обробки целюлозовміщуючих тканин побутового, технічного і спеціального призначення в лабораторних та виробничих умовах на текстильних підприємствах України, ближнього та дальнього зарубіжжя.

Мета і задачі дослідження.

Метою роботи є розробка технології одержання та застосування композиційних препаратів на основі вітчизняної сировини для процесів заключної обробки текстильних матеріалів, що здатні надавати тканинам високі показники якості.

Для здійснення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

- одержання композиційного препарату на основі кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності для пом’якшення грифу тканин;

- дослідження впливу концентрації композиції та каталізатора на пружньоеластичні та фізико-хімічні властивості оздоблених тканин;

- визначення основних споживчих властивостей тканин білизняної і сукняної груп, оброблених композиційним препаратом при одержанні малозмивного оздоблення;

- виявлення оптимального співвідношення основних компонентів композиції, концентрації препарату на основі жирних кислот та солі цирконію в просочувальних розчинах при одержанні гідрофобної обробки на текстильних матеріалах;

- розробка технології одержання препарату на основі вищих жирних кислот і солі цирконію для гідрофобної обробки тканин технічного та спеціального призначення;

- дослідження споживчих властивостей тканин, оздоблених композиційним препаратом на основі жирних кислот та солі цирконію;

- одержання препарату на основі композиції жирних кислот та кремнійорганічної складової для одержання гідрофобного ефекту стійкого до мокрих обробок та хімічного чищення тканин побутового призначення із змішаних волокон;

- визначення методом математичного планування експерименту оптимального співвідношення основних складових компонентів композиції, концентрації препарату в просочувальних розчинах при одержанні гідрофобної обробки на бавовнянолавсановій тканині;

- виявлення механізму взаємодії кремнійорганічної складової одержаного препарату з целюлозою волокна;

- проведення виробничих випробувань нових оздоблювальних препаратів та технології їх використання на вітчизняних текстильних підприємствах.

Об'єкт дослідження – процеси заключної обробки текстильних матеріалів.

Предмет дослідження – композиційні препарати для заключної обробки текстильних матеріалів.

Методи дослідження.

Задачі, поставлені в роботі, вирішувалися за допомогою теоретичних та експериментальних методів досліджень.

Емульгуючу здатність розчинів досліджуваних поверхнево-активних речовин оцінювали шляхом побудови ізотерм поверхневого натягу розчину ПАР у воді при різних концентраціях, розрахунку фізико-хімічних характеристик та вибору найбільш ефективного емульгатору.

Реологічні властивості водних розчинів гідроколоїдів досліджували на ротаційному віскозиметрі “Reotest - 2” (Німеччина).

Оцінку якості заключної обробки новими композиційними препаратами визначали за фізико-механічними та фізико-хімічними характеристиками, згідно діючим стандартам.

Для визначення механізму взаємодії поліалкілгідросилоксану і целюлози застосовували мікроскопічний метод аналізу, використовуючи мікроскоп марки МІКМЕД-1 та метод ІЧ-спектроскопії на спектрофотометрі фірми “Specord” (Німеччина).

При розробці нових композиційних препаратів і технології їх застосування використовувався метод математичного моделювання.

Результати експериментів оброблені з використанням персонального комп’ютера у середовищі “Microsoft Exсel”.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- отримали подальший розвиток теоретичні основи одержання композицій на основі кремнійорганічних сполук з різною реакційною здатністю та визначена доцільність їх використання в якості пом’якшувачів для високоякісної обробки бавовняних тканин;

- вперше з фізико-хімічних позицій встановлена можливість одержання препарату для гідрофобної обробки целюлозовміщуючих тканин на основі композиції вищих жирних кислот і реакційноздатного силікону, який в порівнянні із закордонним аналогом має переваги за якістю отриманого гідрофобного ефекту та стійкістю оздоблення до багаторазового прання і хімічних чисток;

- на основі фізико-хімічного аналізу та досліджень ІЧ-спектроскопії встановлено характер взаємодії реакційноздатної кремнійорганічної складової оздоблювального препарату з целюлозою волокна. Встановлено, що поява нової смуги поглинання в області 1110-1120 см-1 свідчить про виникнення хімічної взаємодії груп -Si-OН з гідроксильними групами целюлози, посилення смуги поглинання в області 3400-3200 см-1 вказує на збільшення міжмолекулярних водневих зв'язків між гідроксильними групами целюлози та силанольними кремнійорганічного компоненту.

У процесі виконання досліджень автором отримані наступні основні наукові результати:

- теоретично і експериментально обґрунтований вибір найбільш ефективного емульгатора та стабілізатора для одержання високодисперсних стійких у часі емульсій;

- досліджено вплив різного співвідношення кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності на пружньоеластичні та органолептичні властивості оброблених тканин;

- розроблено новий композиційний препарат на основі жирних кислот і солі цирконію для гідрофобної обробки текстильних матеріалів, визначена оптимальна концентрація препарату в просочувальному розчині, проведена оцінка одержаного гідрофобного ефекту;

- розроблено препарат на основі жирних кислот та реакційної кремнійорганічної складової, методом математичного планування визначено оптимальне співвідношення основних складових компонентів композиції та найбільш ефективні технологічні параметри оздоблення.

Практичне значення одержаних результатів.

В результаті досліджень розроблено та апробовано в виробничих умовах ряд препаратів для заключного оздоблення тканин:

- композиція для надання м’якого грифу при одержанні малозмивних апретів на тканинах білизняної та сукняної груп виробництва ВАТ “Рівнельон” (акт виробничих випробувань від 14 червня 2002 р.). Визначено, що в результаті апретування тканини набувають шовковистого, м’якого, приємного на дотик грифу, та мають хороші гігієнічні властивості одержане оздоблення характеризуються високою стійкістю до мокрих обробок;

- композиційний препарат на основі вищих жирних кислот і солі цирконію – Аквафоб-ПСЦ для гідрофобної обробки тканин технічного та спеціального призначення на бавовняних та целюлознополіефірних тканинах виробництва АТЗТ “Черкаський шовковий комбінат” (акт виробничих випробувань від 06 березня 2003 р.), ВАТ “Херсонський бавовняний комбінат” (акт виробничих випробувань від 07 червня 2003 р.) та АТЗТ “Тіротекс” (акт виробничих випробувань № 04 від 16 червня 2004 р.). Отримана гідрофобна обробка, стійка до багаторазового прання та хімічного чищення;

- препарат Аквафоб-С, який є композиційною емульсією жирних кислот та поліалкілгідросилоксану для отримання гідрофобного оздоблення на тканинах побутового призначення, стійкого до мокрих обробок та хімічного чищення. Якість гідрофобної обробки випробувано в виробничих умовах на тканинах із целюлозних та змішаних – целюлознополіефірних волокон виробництва АТЗТ “Тіротекс” (акт виробничих випробувань від 28 березня 2001 р.).

Розроблені композиції сприяють отриманню високої якості обробки текстильних матеріалів. Препарати можливо виробляти з вітчизняної хімічної сировини, тому вони значно дешевші у порівнянні із закордонними аналогами. Технологія їх використання проста, виключає складні та енергоємні процеси (термічну обробку, розварення та ін.).

При впровадженні нового препарату Аквафоб-ПСЦ для гідрофобної обробки тканини арт. 27 01 “Грета” виробництва АТЗТ “Черкаський шовковий комбінат” економічний ефект складає 273 грн./1000 м2 тканини.

Особистий внесок здобувача.

Особистий внесок автора полягає у постановці й обґрунтуванні мети і задач дослідження, виконанні аналізу науково - технічної та патентної літератури.

Автором одержані та обґрунтовані наукові результати дослідження і сформульовані висновки, розроблена технологія одержання нових препаратів, визначені оптимальні технологічні параметри процесів заключної обробки в лабораторних і виробничих умовах на текстильних підприємствах України, ближнього та дальнього зарубіжжя для текстильних матеріалів різного сировинного складу та призначення.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися:

- на наукових семінарах кафедри хімічної технології та дизайну волокнистих матеріалів Херсонського державного технічного університету, 1998, 2005 рр., м. Херсон;

- на міжвузівській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового віку”, 19-22 жовтня 1999 р., м. Херсон;

- робота була представлена на виставці “Використання високих технологій України в Китайській Народній Республіці” в рамках Українсько-Китайського технопарку, що проходила з 14 по 18 жовтня 2003 р., м. Цзинань;

- на технічній раді опоряджувальної фабрики АТЗТ “Тіротекс”, 16 червня 2004 р., Придністровська Молдавська республіка, м. Тирасполь;

- на технічній раді фарбувально-опоряджувального виробництва АТЗТ “Черкаський шовковий комбінат”, 03 листопада 2004 р., м. Черкаси;

- на науковому семінарі кафедри хімічної технології Хмельницького національного університету, 2005 р., м. Хмельницький.

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 10 найменувань, у тому числі у спеціалізованих фахових виданнях - 5, 1 стаття у збірнику праць науково-технічної конференції, деклараційних патентів на винахід - 4.

У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачу належить теоретичне обґрунтування способу одержання нових композиційних препаратів на основі силіконових емульсій для заключної обробки текстильних матеріалів [1,2] та застосування їх для отримання малозмивних апретів на тканинах білизняного асортименту [3], розробка та апробація в виробничих умовах технології гідрофобного оздоблення препаратом Аквафоб-С целюлозовміщуючих тканин [4], надання стійкого водовідштовхування тканинам із суміші целюлозних і поліефірних волокон [5], розробка технології гідрофобної обробки тканин препаратом Аквафоб-ПСЦ та апробація на текстильному виробництві [6].

Структура та обсяг дисертації.

Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Дисертаційна робота містить 109 сторінки машинописного тексту основної частини; 31 таблицю; 29 рисунків; 4 додатки та 155 найменувань літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі детально охарактеризовано сучасний стан досліджуваної проблеми, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета, задачі дослідження та наукова новизна, доведена практична значущість роботи.

У першому розділі дисертації представлений огляд літератури, у якому розглянуті традиційні і сучасні способи заключного оздоблення текстильних матеріалів при одержані малозмивних апретів та гідрофобних властивостей.

Аналіз науково-технічної інформації в області одержання малозмивних апретів дозволив порівняти і визначити переваги та недоліки існуючих препаратів, при використані яких можливо отримати добротний зовнішній вигляд, м'який гриф та суттєво покращити фізико-хімічні показники оздоблених тканин.

На основі критичного аналізу літературних даних щодо способів та асортименту текстильно-допоміжних речовин для гідрофобної обробки виявлена необхідність створення препаратів на основі вітчизняної сировини, які відрізняються від закордонних аналогів меншою вартістю, більш високою стійкістю одержаного оздоблення до прання та хімічного чищення.

У другому розділі викладені загальні методики та основні методи дослідження.

При одержанні стійких у часі водорозчинних емульсій на основі кремнійорганічних сполук в систему вводять препарати, які здатні емульгувати та стабілізувати систему.

Для оцінки найбільш ефективного емульгатора було експериментально визначено поверхневий натяг () при різних концентраціях ПАР та критичну концентрацію міцелоутворення (Сккм), в результаті чого розраховані основні фізико-хімічні параметри: максимальна адсорбція (Гmax), мінімальна площа зайнята однією молекулою ПАР (Smin), середній радіус часток емульсії (гср), ступінь дисперсності (K) та оцінка диспергуючої дії ПАР (/Cккм).

З метою оцінки стабілізуючої дії водних розчинів гідроколоїдів використовували ротаційний віскозиметр "Reotest-2" (Німеччина) для виміру реологічних властивостей.

Для одержання стійких емульсій використовували спеціально сконструйовану установку типу колоїдного млина.

Оптимальні співвідношення основних компонентів розроблених композицій та дослідження властивостей оброблених тканин при одержані малозмивних апретів проводили згідно стандартних фізико-хімічних та аналітичних методів аналізу.

При розробці композиційних гідрофобізаторів та визначенні оптимальної концентрації в просочувальних розчинах були використані такі основні показники якості обробки, як: водопоглинання (%), водовідштовхування (умов. од.), водотривкість (мм.в.ст., Па), крайовий кут змочування (град.) та ін. Якість одержаної гідрофобної обробки на тканинах оцінювали відповідно до діючих державних стандартів.

Досліджено механізм взаємодії поліалкілгідросилоксану (Н-силікону) і целюлозного компоненту за допомогою мікроскопічного аналізу при використанні оптичного мікроскопу марки МІКМЕД-1 та методом ІЧ-спектроскопії на спектрофотометрі марки ”Specord” (Німеччина), в діапазоні довжини хвиль 4000-500 см-1.

Для визначення оптимального складу та технологічних умов обробки препаратом Аквафоб-С застосовували метод математичної статистики. В роботі використовували ПК та прикладні програми Exсel-2000.

У третьому розділі викладені результати експериментальних досліджень.

Розділ складається з трьох підрозділів, у яких представлені основні принципи одержання композиційних препаратів для процесів заключного оздоблення тканин побутового та спеціального призначення.

Представлені результати досліджень основних фізико-хімічних та фізико-механічних властивостей тканин, оброблених новими композиціями для одержання малозмивних та гідрофобних обробок на текстильних матеріалах.

Зроблено оцінку якості заключного оздоблення розробленими композиціями в порівнянні з аналогічними препаратами закордонного виробництва, визначені переваги та недоліки.

У першому підрозділі експериментально визначені основні емульгуючі та стабілізуючі характеристики поверхнево-активних речовин (ПАР) неіоногенного типу та високомолекулярних речовин (ВМР), які використовували для одержання стійких у часі емульсій типу “олія у воді” на основі кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності.

Досліджено вплив концентрації розчинів ПАР на поверхневий натяг (рис. 1) та розрахована емульгуюча здатність ПАР (табл. 1).

В результаті комплексної оцінки виявлений найбільш ефективний емульгатор - препарат ОС-20 (табл. 1).

Для визначення найбільш ефективного стабілізатора, були досліджені розчини гідроколоїдів: полівініловий спирт (ПВС), поліакриламід (ПАА) та препарат на основі модифікованого поліакриламіду (ЕПАА).

В результаті порівняння реологічних характеристик розчинів гідроколоїдів було визначено, що ЕПАА проявляє найвищу стабілізуючу дію.

Для одержання емульсій в якості основного складового компонента використовували кремнійорганічні сполуки вітчизняного виробництва різної реакційної здатності: неактивного типу - ПМС 200, 131-85, 131-86 та реакційноздатні - 136-157 М та ГКР-94 (Російська Федерація).

Якість готових емульсій оцінювали за стійкістю до коалесценції у часі, здатністю розбавлятись водою, сумісництвом з іншими текстильно-допоміжними

препаратами. Виявлено, що найбільш стійкими є емульсії на основі кремнійорганічних сполук марок 136-157 М, 131-85 та 131-86, при цьому стійкість становить три місяці.

Ефективність одержаних емульсій визначалась методом порівняння органолептичних та пружньоеластичних властивостей обробленої тканини при різних концентраціях.

Пружньоеластичні властивості тканини після обробки емульсіями оцінювали за сумою кутів відновлення після зминання (рис. 2).

Високі результати отримані при використанні емульсії з кремнійорганічних сполук активного (136-157 М) і неактивного (131-86) типу.

Емульсії на основі поліалкілсилоксанів (131-86) надають обробленим тканинам гарний зовнішній вигляд, шовковистий, м’який гриф, однак обробка не стійка до прання, тканина характеризується низькою драпіруємістю.

Поліалкілгідросилоксани (136-157 М) за певних умов (температура, наявність каталізатора) здатні полімеризуватись, створюючи тривимірну просторову еластичну плівку дискретного характеру, яка фіксується на поверхні текстильного матеріалу (целюлози) за допомогою хімічних зв’язків. Оздоблення розчинами кремнійорганічних сполук реакційно здатного типу є стійкими до багаторазового прання, значно покращує пружньоеластичні властивості, фактуру тканини, однак не забезпечує достатньої м’якості грифу.

Одержання композиції на основі кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності позбавляє недоліків індивідуальних емульсій. На основі цих сполук отримано ряд двокомпонентних композицій з суміші емульсій реакційного і неактивного типу.

В результаті дослідження впливу концентрації та співвідношення активного і нереакційного силіконів в композиції на пружньоеластичні властивості оброблених тканин, було визначено оптимальний вміст реакційного (40 %) та неактивного (60 %) силіконів, та максимальний ефект обробки, який досягається при концентрації 20-30 г/л (рис. 3).

Відомо, що процес полімеризації поліалкілгідросилоксанів значно прискорюють каталізатори, тому для реакційної кремнійорганічної складової досліджували вплив деяких солей (ацетат натрію, ацетат свинцю з триетаноламіном та ацетат цирконію). Установлено, що використання ацетату натрію при концентрації 5 г/л дозволяє підвищити стійкість оздоблення до мокрих обробок.

Отримана композиція в подальших дослідженнях використовувалася в якості пом’якшувача у сполученні з текстильно допоміжними речовинами (ТДР) для одержання оздоблення типу - малозмивні апрети термопластичними смолами (МАПС), малозмивні апрети (МА) та малозмивні апрети термореактивними смолами (МАРС) на тканинах білизняного та сукняного асортименту (відбілена та набивна бязь відповідно арт. 1ВО-276).

Визначено, що тканина після оздоблення МАПС на основі нового композиційного пом’якшувача має високі пружньоеластичні і гігієнічні властивості та м'який, шовковистий гриф. Тканина, після обробки типу МА та МАРС набуває підвищену зносостійкість, про що свідчать показники розривного навантаження і стійкості до стирання. Зміна лінійних розмірів після мокрих обробок відповідає чинним стандартам, одержане оздоблення стійке до багаторазового прання.

Другий підрозділ присвячено розробці нового композиційного препарату на основі вищих жирних кислот та солі цирконію для гідрофобної обробки тканин.

В результаті досліджень було одержано ряд дисперсій з різним співвідношенням парафіностеаринової емульсії і солі цирконію: 40?60; 50ч50; 60ч40 % ?асових частин. Це гомогенна суміш білого кольору з розміром часток 0,1-1,0 мкм. Дисперсії добре розбавляються водою і утворюють стійкі системи, водневий показник складає 3,5-4.

Оцінку якості гідрофобної обробки проводили на тканинах побутового призначення: костюмна бавовняна (арт.129) та плащова целюлознополіефірна (арт. 27 01).

Концентрація дисперсій у просочувальних розчинах варіювалася від 20 до 120 г/л. Після просочення тканину просушували та каландрували. Оцінку гідрофобного ефекту визначали за наступними показниками: водопоглинання (%); водотривкість (Па, мм.в.ст.); водовідштовхування (умов.од) та крайовий кут змочування (град.). Ефективність дії одержаних дисперсій оцінювали шляхом порівняння з імпортним аналогом Персистол Е (Німеччина) при аналогічних технологічних параметрах оздоблення.

Вивчення впливу співвідношення основних компонентів у композиційній дисперсії та її концентрації в просочувальному розчині на гідрофобні властивості тканини (рис. 4; 5) показали, що найбільш ефективним співвідношенням парафіностеаринової емульсії та солі цирконію є 50?50 % масових частин.

Виявлено, що найбільш високий гідрофобний ефект по показнику водопоглинання, знаходиться в області концентрації препарату 80-120 г/л.

Визначено, що оптимальному значенню водопоглинання відповідають високі показники водотривкісті що становлять на бавовняній тканині - 2774 Па (280 мм.в.ст.), бавовнянолавсановій - 2475 Па (250 мм.в.ст.). Стійкість гідрофобної обробки до дощування складає 90 умов.од. і 80-100 умов.од. на бавовняній та бавовнянолавсановій тканинах відповідно.

Дані, що характеризують вплив вищевказаних факторів на стійкість гідрофобної обробки до прання та хімічного чищення підтверджують оптимальність співвідношення компонентів у препараті (50?50 %) і концентрацію препарату в просочувальних розчинах (80-120 г/л), як для бавовняної, так і для змішаної тканини (рис. 6 - 9).

Проведено оцінку споживчих властивостей оброблених тканин за наступними показниками: стійкість гідрофобного ефекту до прання та хімічного чищення.

Визначено, що мильно-содовий розчин менш суттєво впливає на зменшення одержаного гідрофобного ефекту на бавовняній тканині ніж на бавовнянолавсановій. Так після першого прання тканини із целюлозних волокон показник водопоглинання зростає на 2,8 %, а целюлознополіефірної – на 20 %.

Оцінка ефективності розробленого гідрофобного препарату на основі жирних кислот та солі цирконію під торгівельною назвою Аквафоб-ПСЦ [9] проводилась за комплексом фізико-хімічних і фізико-механічних показників відповідно до ДСТ та шляхом порівняння з аналогом - Персистолом Е (Німеччина).

Встановлено, що препарат Аквафоб-ПСЦ має перевагу у порівнянні з Персистолом Е щодо стійкості обробки до прання та хімічного чищення, що підтверджується результатами, отриманими при екстрагуванні оброблених тканин бензолом. Так, при екстрагуванні бензолом бавовняної тканини, обробленої Персистолом Е, залишається 27 % нанесеного апрету, а у випадку Аквафоба-ПСЦ - 51 %. На змішаній тканині, обробленій Персистолом Е, залишається 23 % апрету, а у випадку Аквафоба-ПСЦ - 45 %.

Зроблено припущення, що покращення стійкості гідрофобного ефекту після хімічного чищення відбувається завдяки більшому вмісту солі цирконію в розробленому препараті Аквафоб-ПСЦ, ніж в Персистолі Е.

Таким чином, в результаті проведених досліджень розроблено препарат для гідрофобної обробки. Визначено оптимальне співвідношення основних складових компонентів. Виявлено найбільш ефективну концентрацію Аквафоба-ПСЦ в просочувальних розчинах, яка становить 80 та 100 г/л для оздоблення бавовняної та бавовнянолавсанової тканини відповідно.

Однак при обробці тканин з вмістом синтетичних волокон більш ніж 40 %, має місце утворення муару, що небажано для тканин побутового призначення. Тому препарат Аквафоб-ПСЦ можна рекомендувати для обробки целюлозних тканин технічного та спеціального призначення.

Третій підрозділ присвячено розробці технології одержання і застосування композиційного препарату для гідрофобної обробки на основі реакційноздатної кремнійорганічної рідини (Н-силікону) та емульсії вищих жирних кислот.

Зроблено припущення, що композиція, на основі реакційної кремнійорганічної складової та парафіностеаринової емульсії дасть можливість створити препарат, позбавлений недоліків Аквафоба-ПСЦ, щодо зовнішнього вигляду оздоблених тканин, та одержати гідрофобну обробку більш стійку до прання, завдяки фіксації реакційноздатної кремнійорганічної складової на целюлозному субстраті за рахунок хімічної взаємодії.

В результаті дослідження ряду каталізаторів, виявлено, що сіль цирконію має переваги тому, що крім універсальної каталітичної дії для кремнійорганічної та парафіностеаринової складової, вона індивідуально проявляє гідрофобізуючі властивості.

Визначення оптимального співвідношення компонентів у композиції, впливу концентрації препарату, каталізатора (солі цирконію), температури та часу термообробки здійснювали за допомогою метода математичного планування експерименту рототабельного плану 2-го порядку.

В якості незмінних факторів використовували - температуру (12050С) і час сушіння (3,5 хв.); варіювали: концентрацію кремнійорганічної складової (С1 - мас. %), концентрацію композиції (С2 - г/л), концентрацію каталізатора (С3 - г/л), температуру (t - 0С) та час термообробки (? - хв.). В якості критерію відтворюваності використовували показник водопоглинання (%).

У результаті експерименту отримано наступне рівняння в натуральному вигляді:

y = 297,86-11,75С1+0,41С2+0,24С3-0,54t+2,2ф+0,01?1t-4,8Ч10-3С2С3

+0,12С12–1,65Ч10-3С22 – 0,5ф 2

Підставляючи значення факторів варіювання у рівняння, одержана графічна залежність водопоглинання від концентрації кремнійорганічної складової (рис. 10).

Аналізуючи рис. 10 можна зробити висновок, що оптимальний вміст кремнійорганічної складової у композиції складає 40 %.

При оцінці гідрофобних та споживчих властивостей бавовнянолавсанової тканини арт. 27 01 “Грета” одержані результати, які свідчать про те, що розроблена композиція - Аквафоб-С в порівнянні з препаратом Персистол Е (Німеччина) при однакових концентраціях (80 г/л) є більш ефективним гідрофобізатором за показниками водовідштовхування та водотривкість (табл.2).

Аналізуючи характеристики зносостійкості оброблених тканин (розривне навантаження, стійкість до стирання) та гігієнічні властивості (здатність пропускати повітря) Аквафоб-С також має перевагу.

Зроблено припущення, що поліалкілгідросилоксан - реакційноздатний кремнійорганічний компонент препарату Аквафоб-С при обробці тканин, які містять целюлозу, в присутності каталізатора (ацетату цирконію) під час термообробки, може фіксуватися на субстраті за рахунок хімічної взаємодії.

З метою визначення хімічного зв’язку Н-силікону та целюлози проведені дослідження ІЧ-спектрів зразків бавовняної тканини: необробленої, обробленої поліалкілгідросилоксаном без каталізатора, та з каталізатором (рис. 11).

Отримані ІЧ-спектри показують, що на фоні спектра необробленої целюлози спостерігається зменшення інтенсивності смуги поглинання в області 800 см-1, що викликано деформаційними коливаннями групи -SiН, а також валентними коливаннями групи -Si-CH3. Поява нової смуги поглинання в спектрах, обробленої целюлози без каталізатора (спектр 2) в області 1110-1120 см-1 викликана коливаннями зв'язку -Si-O-C, що свідчить про хімічну взаємодію реагентів з утворенням більш складної сполуки. Дані узгоджуються з результатами дослідження закордонних авторів, які свідчать про те, що поверхня целюлозних волокон завжди покрита полімолекулярним шаром води, що міцно утримується навіть при нагріванні. Саме тому при взаємодії реакційного кремнійорганічного компоненту можливий частковий або повний гідроліз з утворенням силанольних груп, що вступають у реакцію ангідроконденсації з поверхневими групами целюлози (переважно в процесі термообробки). Виникаючі при гідролізі силаноли можуть утримуватися на поверхні волокна за рахунок водневих зв'язків, які здатні перетворюватися в міцні зв'язки силікону з целюлозою -Si-O-C, особливо під впливом каталізатора та при дії температури. Аналіз отриманих нами спектрів (2, 3) показує, що у випадку використання каталізатора смуга поглинання в області 1110-1120 см-1 стає більш широкою. У спектрах целюлози, обробленої силіконовим препаратом без каталізатора і з каталізатором (спектри 2, 3) спостерігається посилення смуги в області 2910-2920 см-1. Це відбувається внаслідок накладення коливань зв'язку -С-Н целюлози та поліетилгідросилоксану. Посилення інтенсивності смуги в області 3400-3200 см-1 характерно для валентних коливань групи -Si-OH , що вказує на збільшення міжмолекулярних водневих зв'язків між гідроксильними групами целюлози і збереженими силанольними групами апретуючого шару.

Мікроскопічні дослідження зразків целюлози, оброблених кремнійорганічною емульсією з каталізатором і без каталізатора, та розчинених у мідно-аміачному розчині показали, що у розчині залишилися фрагменти, які являють собою дрібні шматочки целюлози, покриті кремнійорганічною плівкою.

Таким чином в результаті досліджень визначено, що Аквафоб-С надає целюлозовміщуючим тканинам стійкі гідрофобні властивості до прання та хімічного чищення завдяки хімічній взаємодії кремнійорганічної складової з целюлозним субстратом.

ВИСНОВКИ

1. На основі експериментальних досліджень та теоретичного обґрунтування результатів розроблені ресурсозберігаючі технології одержання та застосування нових композицій для заключної обробки текстильних матеріалів що здатні покращувати споживчі властивості оздоблених тканин та надавати високі гідрофобні властивості на целюлозовміщуючих тканинах побутового, спеціального і технічного призначення.

2. Вивчені фізико-хімічні властивості композиції на основі кремнійорганічних сполук, показана доцільність використання композиції для одержання малозмивних апретів на бавовняних тканинах білизняної та сукняної груп. Встановлено, що оздоблення тканини, на основі використання розробленої композиції для пом’якшення грифу, характеризуються високими показниками якості, підвищеною зносостійкістю і стійкістю до мокрих обробок.

3. Розроблена технологія одержання препарату Аквафоб-ПСЦ на основі вищих жирних кислот і солі цирконію для гідрофобної обробки тканин технічного та спеціального призначення, визначено оптимальне співвідношення основних компонентів композиції, концентрація препарату в просочувальних розчинах при одержанні гідрофобного оздоблення на текстильних матеріалах.

4. Порівняння ефективності дії отриманого нового препарату Аквафоба-ПСЦ та Персистола Е (Німеччина) показало, що за комплексом фізико-хімічних і фізико-механічних показників, які характеризують якість оброблених тканин та враховуючи економічну доцільністю, препарат має значну перевагу.

5. Розроблена технологія одержання композиційного препарату на основі вищих жирних кислот і кремнійорганічної складової для гідрофобної обробки тканин. Методом математичного планування експериментально встановлено оптимальне співвідношення основних складових компонентів у композиції, найбільш ефективну концентрацію препарату в просочувальних розчинах для гідрофобної обробки бавовняних та бавовнянолавсанових тканин.

6. Виявлений характер взаємодії кремнійорганічної складової оздоблювального препарату Аквафоб-С з целюлозою волокна методом ІЧ-спектроскопії. Поява нової смуги поглинання в області 1110-1120 см-1 свідчить про виникнення хімічної взаємодії груп -Si-OН з гідроксильними групами целюлози.

7. Розроблені технології одержання малозмивного та гідрофобного оздоблення новими композиційними препаратами, апробовані у виробничих умовах на оздоблювальних підприємств України, ближнього та дальнього зарубіжжя.

Показано, що очікуваний економічний ефект від упровадження розробленого препарату Аквафоба-ПСЦ для гідрофобної обробки тканини арт. 27 01 “Грета” виробництва АТЗТ “Черкаського шовкового комбінату” складає 273 грн./1000 м2 тканини.

Список опублікованих праць за темою дисертації:

1. Бирюков С. Н., Сарибеков Г. С. Разработка композиции на основе кремнийорганической жидкости для заключительной отделки целлюлозных тканей // Вісник технологічного університету Поділля. – 2000. – № 5. – С. 172-176.

Дисертантом проведені експериментальні дослідження та визначені оптимальні параметри одержання композиції на основі кремнійорганічних сполук для малозмивних апретів на целюлозній тканині.

2. Бирюков С. Н., Сарибеков Г. С., Гнидець В. П. Применение новых композиционных силиконовых мягчителей для отделки бельевого ассортимента тканей // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины.- 2000. – № 4. – С. 76-78.

Дисертантом розроблені композиції на основі кремнійорганічних сполук різної реакційної здатності для пом’якшення грифу тканини білизняного асортименту.

3. Бирюков С. Н., Сарибеков Г. С. Разработка технологии получения и применения композиционного препарата для гидрофобной отделки целлюлозосодержащих тканей // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2001. – № 1(10). – С. 56-59.

Дисертантом теоретично обґрунтована необхідність розробки нового препарату на основі композиції жирних кислот та поліалкілгідросилоксану для гідрофобної обробки целюлозовміщуючих тканин.

4. Бірюков С. М., Сарібеков Г. С. Надання стійкого ефекту гідрофобності тканинам із суміші целюлозних і поліефірних волокон // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2002. – № 1. – С. 76-80.

Дисертантом в результаті експериментальних досліджень розроблено та апробовано в виробничих умовах технологію використання препарату Аквафоб-С для гідрофобної обробки текстильних матеріалів.

5. Бирюков С. Н., Кулигин М. Л., Сарибекова Д. Г. Применение нового препарата Аквафоб-ПСЦ для гидрофобной отделки текстильных материалов // Весник Херсонского государственного технического университета. – 2002. – № 3(16). – С. 72-76.

Дисертанту належить теоретичне обґрунтування та експериментальні дослідження при одержанні композиційного препарату на основі жирних кислот та солі цирконію – Аквафоба-ПСЦ для гідрофобної обробки тканин.

6. Пат. (UA) 42634 А, МКИ D 06 М 11/00, D 06 М 13/00. Композиція, що пом’якшує гриф текстильних тканин КОЕС-50-01/ Бірюков С. М., Сарібеков Г. С., Гнідець В. П. (Україна). - № 2001053545; Заявл. 25.05.2001; Опубл. 15.01.2002; Бюл. №1. – 6 с.

7. Пат. (UA) 44148 А, МКИ D 06 М 13/00. Композиційний препарат, що надає ефекту стійкого пом’якшення текстильнім тканинам ЕКСЕП-50-02/ Бірюков С. М., Сарібеков Г. С. (Україна). - № 2001053546; Заявл. 25.05.2001; Опубл. 15.01.2002; Бюл. №1. – 6 с.

8. Пат. (UA) 50418 А, МКИ D 06 М 11/00, D 06 М 13/00. Препарат для гідрофобізації текстильних тканин Аквафоб-ПСЦ / Бірюков С. М., Сарібеков Г. С. (Україна). - № 2002010139; Заявл. 03.01.2002; Опубл.15.10.2002; Бюл. №10. - 6 с.

9. Пат. (UA) 51130 А, МКИ D 06 М 11/73, D 06 М 11/77. Композиційний препарат для гідрофобізації текстильних тканин Аквафоб-С/ Бірюков С. М., Сарібеков Г. С. (Україна). - № 2002010227; Заявл. 08.01.2002; Опубл.15.11.2002; Бюл. №11. – 6 с.

10. Бирюков С. Н., Сарибеков Г. С. Получение и применение композиционных препаратов на основе силиконовых эмульсий для заключительной отделки тканей // Сборник трудов всеукраинской научно-технической конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”. – Херсон: ХГТУ Украина. - 1999. – С. 100-101.

Дисертанту належить теоретичне обґрунтування напрямків досліджень щодо розробки нових композиційних препаратів для заключного оздоблення тканин побутового, спеціального та технічного призначення.

Анотація

Бірюков С. Н. Розробка технології одержання та застосування нових композицій для заключної обробки текстильних матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів – Херсонський національний технічний університет, м. Херсон, 2005 р.

В дисертації теоретично обґрунтовано необхідність розробки нових композицій на основі використання вітчизняної сировини для заключної обробки текстильних матеріалів.

Експериментально доведено, що композиція на основі реакційноздатного і нереакційного силіконів може бути використана для одержання малозмивних апретів на бавовняних тканинах.

Розроблено технологію одержання композиційних препаратів на основі використання вітчизняної сировини для гідрофобної обробки тканин з целюлозних волокон та їхніх сумішей із синтетичним волокном - Аквафоб-ПСЦ на основі вищих жирних кислот та солі цирконію та Аквафоб-С на основі Н- силікону та вищих жирних кислот.

Проведено комплексну оцінку споживчих властивостей оброблених тканин.

Очікуваний економічний ефект від упровадження розробленого препарату Аквафоба-ПСЦ для гідрофобної обробки тканини арт 27 01 “Грета” виробництва АТЗТ “Черкаського шовкового комбінату” складає 273 грн./1000 м2 тканини.

Ключові слова: заключна обробка, малозмивні апрети, гідрофобна обробка, гідрофобні препарати.

Аннотация

Бирюков С. Н. Разработка технологии получения и применения новых композиций для заключительной отделки текстильных материалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов - Херсонский национальный технический университет, г. Херсон, 2005 г.

Развитие отечественной текстильной промышленности в современных условиях невозможно без производства высококачественной конкурентоспособной продукции, которая бы пользовалась спросом на внутреннем и внешнем рынках.

Особенную роль в общем комплексе производства текстильных материалов занимают процессы заключительной отделки, где окончательно формируются необходимые потребительские свойства готовых тканей и как результат их качество.

В настоящее время отечественная химическая промышленность практически не производит высококачественных текстильно-вспомогательных веществ для заключительной отделки текстильных материалов, поэтому исключительный интерес представляет разработка новых композиционных препаратов отечественного производства.

В диссертации проанализирован мировой опыт получения и применения препаратов для заключительной отделки текстильных материалов, выявлены преимущества и недостатки разных способов отделки.

Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что композиция на основе реакционноспособного и нереакционноспособного силиконов при определенном соотношении и концентрации в виде водной эмульсии может быть использована для получения малосмываемых аппретов на хлопчатобумажных тканях или как мягчитель в композиции с термореактивными смолами при сообщении тканям малосмываемой и малоусадочной отделок.

Установлено, что использование композиционных силиконовых продуктов при отделке тканей бельевого ассортимента не снижает белизну и гигиенические свойства (гигроскопичность и воздухопроницаемость), кроме того, ткань с отделкой обладает повышенной износоустойчивостью, максимально сохраняет линейные размеры при мокрых обработках.

Сообщаемый эффект устойчив к многократным стиркам.

Разработана технология получения двух композиционных препаратов для гидрофобной отделки тканей из целлюлозных волокон и их смесей с синтетическим волокном на основе использования отечественного сырья:

- препарат Аквафоб-ПСЦ создан на основе высших жирных кислот и соли циркония;

- препарат Аквафоб-С композиция на основе полиалкилгидросилоксана и высших жирных кислот.

Исследованы свойства композиций с различным соотношением парафиностеариновой составляющей и соли циркония, найдено оптимальное содержание компонентов, а также концентрация препарата в пропиточных растворах.

Оценку эффективности действия нового гидрофобизирующего препарата Аквафоба-ПСЦ определяли по комплексу физико-механических и физико-химических

показателей, в результате чего установлено, что потребительские свойства тканей соответствуют требованиям стандартов.

По сравнению с импортным аналогом – Персистолом Е препарат Аквафоб-ПСЦ имеет значительные преимущества, как по качеству отделки, так и по экономической эффективности.

Определены оптимальное соотношение компонентов в композиционном препарате Аквафоб-С (парафиностеариновой эмульсии с Н-силиконом), концентрация композиции и катализатора в пропиточном растворе, а так же температура и время термообработки.

На основе применения метода ИК-спектроскопии подтверждено химическое взаимодействие реакционноспособного силикона с целлюлозой в присутствии катализатора, чем и объясняется наиболее высокая устойчивость гидрофобного эффекта к стиркам и химическим чисткам.

Преимущество полученных препаратов состоит в том, что при их использовании достигается высокая устойчивость гидрофобной отделки к действию многократных стирок и химических чисток.

Применение метода математического планирования эксперимента рототабельного плана второго порядка, позволило определить оптимальные технологические параметры отделки текстильных материалов новым препаратом Аквафоб-С.

Проведена комплексная оценка потребительских свойств отделанных тканей.

Основные результаты работы проверены и внедрены в производство.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного препарата Аквафоба-ПСЦ для гидрофобной отделки ткани арт 27 01 “Грета” производства АОЗТ “Черкасский шелковый комбинат” составляет 273 грн./1000 м2 ткани.

Ключевые слова: заключительная отделка, малосмываемые аппреты, гидрофобная отделка, гидрофобизаторы.

Summary

Biryukov S.N. Development of technology of obtaining and application of new preparations for finishing textile materials. – The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sc. in the speciality 05.19.03 – technology of textile materials – Kherson National Technical University, Kherson, 2005 y.

It is theoretically grounded and experimentally proved, that the composition on the basis of reaction-capable and non-reaction-capable silicones at the certain ratio and concentration in the form of water emulsion may be used for obtaining low washed-off finishing substances on cotton fabrics.

The technology of obtaining two preparations of new generation for waterproof finishing fabrics from cellulose fibres and their mixes with synthetic fibre is developed on the basis of use of domestic raw material – Aquaphob-PSZ is created on the basis of the highest fat acids and salt of zirconium, Aquaphob-S is a composition on the basis of Н-silicone and the highest fat acids.

The complex estimation of consumer properties of the finished fabrics is carried out.

The basic results of work are checked up and introduced into manufacture.

The expected economic benefit makes (Aquaphob PSZ) from to 237