Общая характеристика работы
ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
НЕСТЕРОВА ЛІДІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА
УДК 677:685.314.1
ЗАСТОСУВАННЯ КОМПОЗИЦІЇ НА ОСНОВІ АКРИЛОВОГО
СОПОЛІМЕРУ ДЛЯ СТВОРЕННЯ ВИСОКОЯКІСНИХ
БАГАТОШАРОВИХ 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 національному технічному університеті,
Міністерство освіти і науки України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Сарібеков Георгій Савіч,
Херсонський національний технічний університет,
проректор з наукової роботи і зовнішніх зв’язків
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, старший науковий співробітник Поліщук Степан Олександрович, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, м. Рубіжне, Луганська область, професор кафедри економіки підприємств;
кандидат технічних наук, доцент Карван Світлана Анатоліївна, Хмельницький національний університет, доцент кафедри хімії.
Провідна установа:
Львівська комерційна академія, кафедра товарознавства непродовольчих товарів, Центральна спілка споживчих товариств України, м. Львів.
Захист відбудеться “22” червня 2005р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м.Херсон , Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд.223.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: м.Херсон , Бериславське шосе, 24, корпус 1.
Автореферат розісланий “20” травня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.
Загальна характеристика роботи
Збільшення обсягу виробництва та розширення асортименту багатошарових текстильних матеріалів потребує створення нових полімерних композицій, що забезпечать високу якість виробів.
Аналіз внутрішнього ринку товарів легкої промисловості свідчить про те, що частка продажу імпортних дубльованих і трипльованих текстильних матеріалів перевищує 80Асортимент вітчизняних багатошарових матеріалів досить вузького призначення – для пошиття домашнього взуття і матеріалів технічного призначення.
Особливу роль у загальному комплексі виробництва багатошарових текстильних матеріалів займають процеси дублювання і опорядження, де остаточно формуються необхідні споживчі властивості готових тканин, і як результат, їх якість.
В даний час вітчизняна промисловість не використовує високоякісних композицій для дублювання текстильних матеріалів, тому подолати конкуренцію з імпортними текстильними матеріалами неможливо без створення нових полімерних композицій.
Перспектива застосування багатошарових текстильних матеріалів висуває першочергове завдання створення нових клейових композицій на основі вітчизняної сировини.
Актуальність теми. Створення багатошарових текстильних матеріалів з високими споживчими та санітарно-гігієнічними властивостями передбачає раціональну, економічно вигідну побудову технологічного процесу при повному дотриманні екологічних вимог.
Актуальність роботи полягає в необхідності підвищення конкурентноздатності багатошарових систем за рахунок використання нових полімерних композицій, що забезпечують високі експлуатаційні властивості і стійкість до дії мокрих обробок.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в Херсонському національному технічному університеті, а саме відповідно до пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки Міністерства освіти і науки України № 04 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” в рамках науково-дослідних робіт, впродовж 2001-2002 р. у відповідності з фундаментальною бюджетною тематикою “Теоретичні дослідження фізико-хімічних основ отримання і застосування препаратів на основі водорозчинних полімерів для обробки текстильних матеріалів” згідно номеру державної реєстрації 0100U000401, протоколу засідання Науково-технічної ради № 01 від 27.12.99 р.
Робота відповідає пріоритетним напрямкам розвитку науки і техніки України відповідно до наказу № 633 Міністерства освіти і науки України від 05.11.02 р. і відповідає фундаментальній темі “Наукові основи створення та застосування препаратів для спеціальних видів енергоощадного оздоблення текстильних матеріалів” з реєстраційним номером 0103U001201, що проводилася з 2002 по 2004 р.
Особистий внесок автора полягає у розробці полімерного складу та технології її застосування для створення багатошарових текстильних матеріалів високої якості.
Мета і задачі дослідження. Створення нової полімерної композиції та технології її застосування для одержання багатошарових текстильних матеріалів з високими якісними показниками.
Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити наступні задачі:
- дослідження комплексу основних фізико-хімічних і фізико-механічних властивостей текстильних дубльованих матеріалів при використанні полівінілацетатної дисперсії в якості основного зв’язуючого;
- дослідження впливу концентрації зв’язуючого на адгезійну міцність багатошарових систем;
- вивчення впливу природи поверхнево-активних речовин (ПАР) на поверхневий натяг клейової композиції та адгезійну міцність багатошарових текстильних матеріалів;
- фізико-хімічне обґрунтування застосування стирол-акрилової дисперсії в якості основного зв’язуючого клейової композиції;
- визначення оптимальної концентрації клейової композиції методом математичного планування експерименту;
- вивчення впливу в'язкості полімерної композиції на фізико-механічні показники дубльованих текстильних матеріалів;
- дослідження впливу умов теплової обробки на фізико-механічні показники багатошарових систем;
- вивчення впливу дії мокрих обробок на адгезійну міцність склейок;
- вплив природи, ступеня підготовки і спеціальних видів обробки текстильних матеріалів на споживчі властивості;
- виробничі випробування нової клейової композиції і розрахунок економічної ефективності при впровадженні запропонованої композиції на виробництві для одержання багатошарових текстильних матеріалів.
Об'єкт дослідження – процес дублювання текстильних матеріалів.
Предмет дослідження – полімерні композиції для створення багатошарових текстильних матеріалів.
Методи дослідження. Визначення фізико-хімічних властивостей клейових систем здійснювалося на основі використання аналітичних і фізико-хімічних методів аналізу.
Реологічні властивості клейових композицій досліджували на ротаційному віскозиметрі “Rheotest” (Німеччина).
Для визначення механізму взаємодії клейової композиції і целюлози використовували метод ІЧ-спектроскопії з використанням спектрофотометра фірми “Specord” (Німеччина). Дослідження порової структури багатошарових текстильних матеріалів здійснювалося термогравікалориметричним методом.
Визначення фізико-механічних показників дубльованих текстильних матеріалів та якість опорядження здійснювалося відповідно до вимог державних стандартів.
Для визначення оптимальних технологічних параметрів одержання багатошарових текстильних матеріалів використовували метод математичного планування експерименту (повний факторний експеримент – k3).
Результати експериментів оброблені на ПК, використовуючи прикладні програми Exсel 2000.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- комплексне дослідження фізико-хімічних властивостей зв’язуючих різної природи і теоретичне обґрунтування отриманих результатів дозволило створити нову клейову композицію для дублювання і триплювання текстильних матеріалів з високими споживчими властивостями;
- вперше встановлено, що при наданні гідрофобних властивостей дубльованим текстильним матеріалам можливо поліпшити споживчі властивості, а також зносостійкість у процесі експлуатації;
- на підставі застосування методу ІЧ-спектроскопії запропонований механізм взаємодії компонентів клейової композиції з целюлозною складовою за рахунок утворення водневих та ефірних зв’язків з акриловим сополімером та диметилолсечовиною.
- на основі використання термогравікалориметрического аналізу вперше встановлено, що нова клейова композиція забезпечує високу якість багатошарових систем при максимальному збереженні гігієнічних властивостей.
Практичне значення одержаних результатів:
- отримані результати дозволили спрогнозувати якість клейових зєднань при використанні текстильних матеріалів різної природи;
- визначено оптимальні параметри процесу дублювання текстильних матеріалів, які дозволяють варіативно вирішувати питання забезпечення необхідного рівня якості в процесі виготовлення виробів;
- в результаті досліджень апробовано у виробничих умовах застосування розробленої полімерної композиції для дублювання текстильних матеріалів: полімерна композиція на основі акрилового сополімеру на бавовняних тканинах і целюлозно-лавсанових тканинах на колективному виробничо-торговому взуттєвому підприємстві “Київ” (акт виробничих випробувань від 12 квітня 2004 р.). Застосування технології створення багатошарових систем на основі розробленої полімерної композиції сприяє одержанню дубльованих і трипльованих текстильних матеріалів високої якості, що характеризуються стійкістю до дії мокрих обробок.
Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні мети і задач дослідження, у критичному аналізу науково-технічної і патентної літератури; виконанні експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах. Автором обґрунтовані наукові результати дослідження і сформульовані висновки, розроблена технологія одержання нової клейової композиції, визначені оптимальні технологічні параметри процесу дублювання в лабораторних і виробничих умовах для багатошарових текстильних матеріалів на основі нової клейової композиції.
Апробація результатів дисертації: Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися:
- на конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, Херсонський державний технічний університет, вересень 2002 року;
- на VI Міжнародній Всеукраїнській науково-практичній конференції “Наука й освіта 2003”, м. Дніпропетровськ, січень 2003 року;
- на Всеукраїнській конференції молодих учених з актуальних питань хімії, м. Київ, Інститут хімії поверхні НАН України, травень 2003 року;
- на Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, Херсонський державний технічний університет, квітень 2004 року;
- на науковому семінарі кафедри хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів Херсонського національного технічного університету, 2005 р.
Публікації за темою дисертаційної роботи включають 6 найменувань, у тому числі 4 статті в журналах, 2 – у збірниках тез конференції.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків.
Дисертація містить 128 сторінок машинописного тексту, 31 таблицю, 17 рисунків, 125 найменувань літературних джерел. Обсяг додатків – 8 сторінок.
Основний зміст роботи
У вступі охарактеризовано визначальну роль полімерних композицій при створенні багатошарових текстильних матеріалів з метою підвищення конкурентноздатності виробів вітчизняного виробництва.
Обґрунтовано необхідність проведення дослідження в цьому напрямку.
Показано сучасний стан досліджуваної проблеми, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, розкрита наукова новизна і практична цінність роботи.
У першому розділі дисертації представлено літературний огляд, у якому розглянутий сучасний стан проблеми одержання багатошарових текстильних матеріалів.
Аналіз науково-технічної інформації в області одержання дубльованих та трипльованих матеріалів дозволив визначити переваги і недоліки існуючих клейових композицій, що використовуються для дублювання текстильних матеріалів. Показано, що на даний період існуючі композиції не відповідають вимогам, які висуваються на підприємствах.
На основі критичного аналізу літературних даних про способи й асортимент полімерних композицій для дублювання текстильних матеріалів визначено необхідність розробки полімерних складів, що забезпечують не тільки комплекс необхідних споживчих властивостей виробів, стійкість до дії мокрих обробок, але і високі санітарно-гігієнічні властивості.
Розкрито фізико-хімічну сутність адгезії, основні теорії адгезії. Окремо розглянуто особливості адгезії полімерних складів та фактори, що впливають на цей процес. Наведено основні стадії процесу адгезії та шляхи підвищення адгезії клейових композицій до текстильного матеріалу.
Відмічено, що вирішальну роль при виготовленні багатошарових систем відіграє вибір зв'язуючого як основного компонента полімерного складу. Встановлення зв'язку між факторами адгезії і комплексними видами опорядження багатошарових текстильних матеріалів забезпечує позитивні результати в напрямку надання тканинам спеціальних властивостей: водовідштовхувальних та вогнезахисних.
В другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження.
Оскільки при виготовленні багатошарових текстильних матеріалів визначальна роль належить процесу адгезії полімерної композиції до волокна, що має місце на поверхні розподілу фаз у роботі використано колоїдно-хімічний підхід до об'єкту дослідження.
Основну увагу в роботі приділено визначальному показнику при дублюванні тканин – міцності зв'язку між шарами. Регулювати споживчі властивості багатошарових текстильних матеріалв можливо за умови комплексного підходу до вибору зв'язуючого та основних компонентів полімерної композиції. Для оцінки властивостей полімерних складових систем застосовували фізико-хімічні та аналітичні методи аналізу:
- реологічні властивості полімерних композицій досліджували на ротаційному віскозиметрі “Rheotest” (Німеччина);
- метод відриву кільця для визначення поверхневого натягу композиції;
- метод ІЧ-спектроскопії для визначення механізму взаємодії клейової композиції та целюлози в межах довжини хвилі 4000-500 см-1.
В процесі вирішення проблеми підвищення якості дубльованих матеріалів значну увагу приділяють гігієнічним властивостям. З цією метою, поряд з оцінкою паропроникності згідно вимог, передбачених існуючими стандартами вперше досліджено вплив полімерного складу на порову структуру багатошарових текстильних матеріалів із застосуванням термогравікалориметричного методу.
Аналіз якості опорядження дубльованих тканин проводили відповідно до чинних держстандартів.
Результати експериментальних досліджень обробляли методами математичної статистики.
У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень.
Розділ складається з двох підрозділів, у яких викладені основні принципи одержання багатошарових текстильних матеріалів побутового і спеціального призначення.
Наведено результати дослідження основних фізико-хімічних властивостей розроблених клейових композицій і фізико-механічних властивостей одержаних на їх основі багатошарових систем.
Перший підрозділ присвячений розробці полімерної композиції з використанням у якості основного зв’язуючого полівінілацетатної дисперсії.
Вивчено вплив концентрації зв’язуючого на адгезійну міцність багатошарових систем (рис 1).
Рис. 1. Вплив концентрації зв’язуючого на адгезійну міцність багатошарових систем: 1-система А; 2- система В (1/2 шар); 3 - система В (2/3 шар); 4- система С (1/2 шар), 5 –система С (2/3 шар).
Встановлено, що концентрація зв’язуючого в полімерному складі значно впливає на показник міцності зв'язку між шарами. Одержані результати показують, що застосування клейової композиції з вмістом полівінілацетату 60 мас.ч. цілком достатньо для забезпечення необхідної міцності зв'язку між шарами.
З колоїдно-хімічної точки зору, при створенні багатошарових текстильних матеріалів необхідно розглядати характер адгезійного зв'язку на межі розподілу волокна і зв’язуючого. При співвідношенні властивостей текстильного матеріалу і полімерної композиції першочергову роль відіграють властивості полімерного зв’язуючого в поверхневих шарах волокна. Крім того, повнота контакту адгезива з волокнами зв'язана з розтіканням зв’язуючого на поверхні текстильного матеріалу.
Одним із шляхів регулювання властивостей адгезивів є застосування реакційноздатних ПAР в полімерних композиціях, які виступають у ролі агента, що поліпшує змочування і розтікання тільки на початкових стадіях формування адгезійного з’єднання. В результаті хімічної реакції з клейовою композицією ПАР втрачає свої поверхнево-активні властивості і вбудовується в плівку полімерного зв’язуючого.
З метою підвищення адгезійної міцності використовували в клейовій композиції ПАР різної природи.
Таблиця 1
Поверхневий натяг полімерних композицій в залежності
від концентрації та природи поверхнево-активних речовин
Концентрація,
мас.ч. | Поверхевий натяг, мН/м
Дерма-Текс
30а | Преколор-
супер | Неонол
АФ-9-12 | Labs
0,0 | 71,60 | 71,60 | 71,60 | 71,60
0,4 | 71,24 | 71,92 | 66,31 | 70,25
0,8 | 69,00 | 70,32 | 57,73 | 69,95
1,2 | 58,26 | 68,31 | 56,21 | 60,30
1,6 | 57,51 | 64,42 | 54,74 | 55,64
2,0 | 50,62 | 56,40 | 49,91 | 49,45
2,4 | 52,92 | 55,20 | 45,31 | 47,84
2,8 | 55,21 | 56,20 | 46,92 | 48,36
3,2 | 60,31 | 57,50 | 48,30 | 50,62
3,6 | 62,10 | 54,51 | 50,60 | 51,75
4,0 | 64,40 | 50,62 | 50,60 | 51,75
Виявлено, що простежується загальна тенденція зниження поверхневого натягу з підвищенням концентрації досліджуваних ПАР, причому їх природа на величину поверхневого натягу значно не впливає (табл. 1). Дослідження впливу природи і концентрації ПАР на міцність зв'язку між шарами показало, що необхідна адгезійна міцність може бути досягнута при використанні препарату Дерма-Текс 30а в кількості 2,0 мас. ч.
Як свідчать результати досліджень, багатошарові текстильні матеріали на основі полівінілацетату не стійкі до дії мокрих обробок і хімічного чищення. Саме тому полімерну композицію даного складу можна застосовувати для створення дубльованих матеріалів, які в процесі експлутації не вимагають мокрих обробок.
Другий підрозділ присвячений розробці полімерної композиції для створення багатошарових текстильних матеріалів високої якості з врахуванням споживчих, а також санітарно-гігієнічних властивостей.
Новим технологічним вирішенням даної проблеми запропоновано застосовувати стирол-акрилову дисперсію у якості основного зв'язуючого полімерної композиції для дублювання.
Дослідження проводилися на зразках, у яких лицьовий шар був зі змішаної бавовнянолавсанової, а підкладка – з бавовняної тканини.
На рис. 2 наведено залежність адгезійної міцності від концентрації стирол-акрилової дисперсії в полімерній композиції. Згідно з одержаними даними, оптимальна концентрація стирол-акрилової дисперсії складає 40 мас. ч.
З метою одержання полімерної композиції, що відповідає всім пред'явленим вимогам, до її складу включили наступні компоненти: термореактивну смолу – диметилолсечовину, каталізатор – амоній хлорид, в якості наповнювача і додаткового пльонкоутворювача – полівініловий спирт. У якості помякшувача використовували силіконову емульсію на основі поліалкілгідросилоксану ГКЕ-50-94М.
Для виявлення найбільш значущих компонентів, вивчено їх вплив на фізико-механічні показники дубльованих текстильних матеріалів. Встановлено, що введення термореактивної смоли в клейовий склад сприяє підвищенню адгезійної міцності, розривному навантаженню і відносному подовженню (табл. 2). Більш значне підвищення адгезійної міцності, практично в 2 рази, досягається при введенні до складу клейової композиції полівінілового спирту.
Визначення оптимального співвідношення компонентів здійснювали при використанні методу математичного планування експерименту – повний факторний експеримент. Критерієм відтворюваності прийнятий показник міцності зв'язку між шарами (даН/см).
Аналіз рівнянь у кодованих і натуральних величинах показав, що на адгезійнну міцність найбільше впливає концентрація і співвідношення термореактивної смоли і пом’якшувача.
у = 2,52 ·10-2 – 6,5 ·10-3с1 – 1,5 ·10-4 с2 + 1,33 ·10-2 с3 – 2,0 ·10-5 с1с2 –
– 1,0 ·10-5 с1с3 + 2,0 ·10-5с2с3 + 2,0 ·10-6 с1с2с3
Таким чином, розроблена клейова композиція включає наступні компоненти, мас.ч.:
стирол-акрилова дисперсія | 60
Диметилолсечовина | 20
полівініловий спирт | 15
ГКЕ-50-94М | 10
амоній хлорид | 0,2
Таблиця 2
Вплив складу полімерної композиції на властивості
багатошарових текстильних матеріалів
Склад
клейової
композиції | Адгезійна
міцність,
даН/см | Розривне
навантаження,
даН | Відносне подовження,
%
напрямок | напрямок | напрямок
подовж-
ній | попереч ний | подовж
ній | попереч
ний | подовж
ній | поперечний
стирол-акрилова дисперсія | 0,30 | 0,30 | 72,3 | 60,0 | 33,0 | 22,0
стирол-акрилова дисперсія
сакотекс
каталізатор | 0,38 | 0,35 | 79,4 | 46,8 | 38,0 | 16,0
стирол-акрилова дисперсія
сакотекс
ПВС (10%)
Каталізатор | 0,60 | 0,50 | 75,0 | 44,1 | 35,0 | 15,0
стирол-акрилова дисперсія
сакотекс
ПВС (10%)
пом’якшувач
каталізатор | 0,50 | 0,40 | 74,1 | 46,7 | 34,0 | 18,0
стирол-акрилова дисперсія
сакотекс
ПВС (10%)
КМЦ(10%)
пом’якшувач
каталізатор | 0,35 | 0,32 | 72,3 | 45,9 | 34,0 | 16,0
Співвідношення текстильного матеріалу і полімерної композиції – один з основних факторів, що значно впливає на властивості дубльованих тканин.
Дані, що характеризують зміну розривного навантаження і відносного подовження, представлені на рис. 4,5 показують, що їх величина в оптимальній області по адгезійній міцності відповідає нормам, передбаченим технічними умовами.
Аналіз отриманих результатів на рис. 3 показує, що максимум міцності зв'язку між шарами як у подовжньому, так і в поперечному напрямку знаходиться в області 18% вмісту клейової композиції на текстильному матеріалі.невисокою в'язкістю значно краще розтікаються по поверхні текстильного матеріалу. Таким чином, зі зниженням в'язкості клейової композиції підвищується площа повного контакту зв’язуючого і текстильного матеріалу.
Оскільки в полімерній композиції одним з головних компонентів -передконденсат сечовиноформальдегидної смоли, досліджено вплив каталізаторів на адгезійну міцність та зниження виділення вільного формальдегіду.
У відповідності до одержаних результатів (рис.7,8), максимальна адгезійна міцність досягається при використанні змішаного каталізатора магній хлориду з оцтовою кислотою при температурі термообробки 140оС. Причому, при використанні вказаного каталізатора простежується найменший вміст вільного формальдегіду. Відомо, що для підвищення фіксації латексних частинок на волокні повинно існувати оптимальне співвідношення між рН латексу і рН текстильного матеріалу – ізоелектрична точка. Встановлено, що для створення багатошарових текстильних матеріалів оптимальне середовище полімерної композиції рН 5.
Дослідження стійкості багатошарових текстильних матеріалів до дії мокрих обробок показують, що зниження вмісту зв’язуючого після 3-го прання складає від 10 до 12 % (табл. 3). Таким чином, отримані дані підтверджують результати визначення оптимальної величини по вмісту полімерної композиції, що складає 18,1 %. При цьому не тільки досягаються високі фізико-механічні показники, але й стійкість клейової композиції до дії мокрих обробок.
Таблиця 3
Вміст зв’язуючого на багатошаровому текстильному
матеріалі при пранні
Вміст зв’язуючого, %
до прання | після 1-го прання | після 3-го прання
13,6 | 12,6 | 12,6
18,1 | 16,6 | 16,3
23,0 | 21,9 | 20,8
З метою визначення гігієнічних властивостей дубльованих текстильних матеріалів вивчено вплив складу полімерної композиції на макропорову структуру термогравікалориметричним методом. Термограми всіх досліджених проб тканин мають S-образний вигляд, що характерно для колоїдних капілярно-пористих тіл.
Пори в дисперсному, капілярно-пористому тілі моделюються системою циліндричних капілярів, які пов'язані між собою, тому поняття „радіус” (діаметр) пори носить умовний характер і використовується для оцінки розмірів пор. У більшості випадків використовують поняття еквівалентного радіуса пор:
де F(r) – інтегральна функція розподілу пор за розмірами, яка описує залежність між часткою пористості, що припадає на пори з радіусом менше поточного і поточним радіусом r.
Диференційна функція f (r) розподілу пор за розмірами є похідна інтегральної функції F(r). Диференційна функція f (r)=dF(r)/dr характеризує щільність розподілу об’єму пор за розмірами.
Таким чином, сумарний обсяг пор в одиниці об'єму або пористість:
Відповідно кількість рідини в пористому тілі характеризується питомим вологовмістом:
де - загальна густина, г/см3 ; - густина рідини, г/см3.
Використовуючи функцію f (r), можна обчислити основні параметри дисперсного тіла, що дозволяє характеризувати його проникність. Виходячи з цього, функція f (r) є однієї з найважливіших характеристик порової структури текстильних матеріалів. Питома пористість Sпит є сумарною поверхнею стінок пор в одиницях об'єму тіла (м2/м3) або одиницях маси тіла (м2/кг).
Дослідження проводили на багатошарових системах із бавовнянолавсанових і бавовняних текстильних матеріалів із застосуванням полімерних композицій різного складу: 1- не оброблений; 2 – стирол-акрилова дисперсія; 3 – стирол-акрилова дисперсія, диметилолсечовина, каталізатор; 4- повна полімерна композиція.
Дані, представлені в табл. 4,5, свідчать про те, що дубльовані тканини, оброблені різними клейовими композиціями, мають розходження в макропоровій структурі.
Найбільше зменшення об’єму макропор відбувається при дублюванні стирол-акриловою дисперсією. Введення до складу термореактивної смоли сприяє збільшенню об’єму макропор. При використанні повної клейової композиції об’єм макропор зростає.
Таблиця 4
Диференційний вологовміст і питома поверхня багатошарових текстильних матеріалів у залежності від складу полімерної композиції
Варіант | Максимальна кількість гігроскопічної вологи,
% | Максимальна кількість адсорбованої вологи,
% | Кількість адсорбованої вологи моношару,
% | Повний
вологовміст,
%
1 | 26,0 | 8,4 | 2,4 | 90,7
2 | 36,1 | 24,7 | 3,4 | 61,9
3 | 26,0 | 8,0 | 2,0 | 56,8
4 | 30,1 | 9,4 | 1,8 | 89,1
Таблиця 5
Характеристика порової структури багатошарових
текстильних матеріалів
Варіант | Об’єм пор, м2/м (10-7) |
Питома
поверхня,
м2/м
V1,
об’єм
макропор | V2,
об’єм
мікропор | V3,
об’єм
моношару | V4,
об’єм
полішару
1 | 64,7 | 17,6 | 6,0 | 2,4 | 84
2 | 25,8 | 11,4 | 21,3 | 3,4 | 119
3 | 30,8 | 16,0 | 6,0 | 2,0 | 70
4 | 59,1 | 20,7 | 7,6 | 1,8 | 63
На наш погляд, це можна пояснити тим, що наявність текстильно-допоміжних речовин у клейовій композиції сприяє більш глибокому проникненню в структуру волокна.
В даний час один із самих динамічних секторів ринку є сектор спортивного одягу, у тому числі сектор одягу для активного відпочинку і повсякденного використання, а також сектор домашнього текстилю. Тому, надання гідрофобних властивостей дубльованим текстильним матеріалам дозволяє покращити споживчі властивості, а також зносостійкість у процесі експлуатації.
Дубльовані текстильні матеріали піддавали обробці способом механічного розпилення опоряджувальних розчинів.
Таблиця 6
Вплив природи гідрофобізаторів та сировинного складу
дубльованих текстильних матеріалів на міцність зв’язку між шарами
Концентрація
препарату,
г/л | Міцність зв'язку між шарами, даН/см
вовна з лавсаном, бавовна | бавовна з лавсаном, бавовна | бавовна,
бавовна
Передбачено
ТУ -17-21-40-3-90 | 0,15 | 0,15 | 0,15
До обробки | 0,45 | 0,60 | 0,40
Аквафоб ПСЦЕ | 150 | 0,52 | 0,35 | 0,60
17 | 0,50 | 0,60 | 0,40
200 | 0,45 | 0,40 | 0,35
ГКЕ-50-94 М | 40 | 0,58 | 0,70 | 0,55
50 | 0,30 | 0,65 | 0,65
60 | 0,25 | 0,55 | 0,70
Кратан | 10 | 0,50 | 0,65 | 0,65
20 | 0,58 | 0,85 | 0,50
40 | 0,65 | 0,55 | 0,40
Диполіт 450 | 60 | 0,23 | 0,30 | 0,50
Диполіт 481 | 60 | 0,16 | 0,32 | 0,60
Як випливає з одержаних даних, представлених у табл. 6, значний вплив на адгезійну міцність має природа гідрофобізуючих препаратів, які використовують для обробки. Встановлено, що для бавовнянолавсанових систем найбільш ефективні силіконові та фторорганічні препарати. Для вовни з поліефіром краще застосовувати гідрофобізатор на основі вищих жирних кислот і солей цирконію (аквафоб ПСЦЕ). Для бавовняної системи доцільно використовувати фторорганічні препарати та аквафоб ПСЦЕ.
Таблиця 7
Зміна вогнетривкості дубльованих текстильних матеріалів у залежності від варіантів обробки і сировинного складу тканин
Дубльований
текстильний
матеріал | Варіант 1 | Варіант 2
Втрата
ваги,
% | Площа
обвуглювання,
% | втрата
ваги,
% | площа
обвуглювання,
%
брезент (льон), бавовна з лавсаном | 0,62 | 24,6 | 0,39 | 38,5
вовна з лавсаном, бавовна з лавсаном | 0,18 | 9,07 | 0,35 | 7,1
лавсан, бавовна з лавсаном | 0,24 | 2,55 | 0,38 | 1,98
Дубльовані матеріали, призначені для виробництва спецодягу і рукавиць для роботи в гарячих цехах, текстильного взуття дитячого асортименту, меблевих тканин, через багатокомпонентність конструкції мають підвищену пожежонебезпеку. В зв'язку з цим виникла необхідність у вогнезахисній обробці дубльованих і трипльованих матеріалів спеціального призначення.
З цієї метою застосовували антиперен ОСП-3 вітчизняного виробництва та препарат пірофікс на основі фосфоровмісного передконденсата термореактивної смоли
Як свідчать отримані дані (табл. 7,8) найбільш ефективна обробка при використанні препарату пірофікс у композиції з гліказином, силіконовою емульсіє Інфрачервоні спектри, представлені на рис. 9, свідчать, що при нанесенні стирол-акрилової дисперсії на целюлозний субстрат в області частот 3600- 3200 см-1 простежується зменшення інтенсивності поглинання гідроксильних груп з водневим зв’язком в порівнянні з інтенсивністю в спектрі вихідної целюлози. Більш значне зменшення інтенсивності полоси поглинання в даній області спостерігається у випадку нанесення повної полімерної композиції.
Про взаємодію макромолекули целюлози зі зшиваючим агентом свідчить посилення інтенсивності поглинання в області 1520 см-1, що характерно для валентних коливань –CNH- та посилення полоси поглинання при 1285 см-1 для груп -CN.
Зміни в області 1695 см-1 в спектрі целюлози, обробленої стирол-акриловою дисперсією зі зшиваючим агентом, вказує на утворення водневих та ефірних зв’язків між целюлозним волокном, диметилолсечовиною і акриловим сополімером. Зменшення інтесивності полоси з частотою 900 см-1 характеризують процес утворення сітчатих структур.
Таким чином, у результаті дослідження встановлено, що полімерна композиція на основі стирол-акрилової дисперсії дозволяє одержати багатошарові текстильні матеріали високої якості зі спеціальними властивостями, стійкі до мокрих обробок.
Таким чином, у результаті дослідження встановлено, що полімерна композиція на основі стирол-акрилової дисперсії дозволяє одержати багатошарові текстильні матеріали високої якості зі спеціальними властивостями, стійкі до мокрих обробок.
ВИСНОВКИ
1. На основі акрилового сополімеру створена нова полімерна композиція для одержання багатошарових текстильних матеріалів. Розроблена технологія застосування стирол-акрилової дисперсії, яка дозволяє одержувати багатошарові системи, що характеризується високою міцністю, стійкістю до мокрих обробок.
2. Комплексне дослідження фізико-хімічних властивостей полімерної композиції на основі полівінілацетатної дисперсії показало доцільність її застосування для створення багатошарових систем, які в процесі експлуатації не вимагають мокрих обробок.
3. Методом математичного планування експерименту визначені оптимальні параметри процесу одержання багатошарових текстильних матеріалів при використанні композиції на основі стирол-акрилової дисперсії і розроблений технологічний регламент.
4. Встановлено, що для досягнення оптимальної адгезійної міцності багатошарових систем полімерна композиція повинна характеризуватися наступними фізико-хімічними параметрами: вміст загущуючого компоненту - 10 %, в'язкість 1,4 Па·с, рН 5.
5. Дослідження впливу ступеня підготовки і структури текстильних матеріалів на фізико-механічні властивості багатошарових систем показало, що для досягнення високої адгезійної міцності, розривного навантаження значні переваги мають тканини, мерсеризовані після відварювання.
6. Показано, що для підвищення зносостійкості дубльованих текстильних матеріалів і в залежності від призначення в процесі експлуатації необхідно надання спеціальних властивостей: гідрофобних та вогнезахисних. Встановлено, що для бавовнянолавсанових тканин найбільш ефективні силіконові і фторорганічні препарати. Для вовни з поліефіром найбільший гідрофобний ефект досягається у випадку застосування препарату на основі вищих жирних кислот і солей цирконію – аквафоба ПСЦЕ. Вогнезахисні властивості можна одержати на основі реакційноздатного препарату пірофікс.
7. Встановлено, що розроблена технологія одержання багатошарових текстильних матеріалів із застосуванням нової клейової композиції на основі стирол-акрилової дисперсії дозволяє створювати системи зі споживчими властивостями, що відповідають вимогам стандартів. Проведені виробничі випробування показали доцільність використання рекомендованого полімерного складу для створення багатошарових текстильних матеріалів високої якості.
Пропозиції виробництву
Для дублювання текстильних матеріалів рекомендовано наступний технологічний режим:
– нанесення полімерного складу при співвідношенні компонентів, мас.ч.:
дисперсія стирол-акрилова 60
диметилолсечовина 20
ПВС (10%) 15
силіконовий пом’якшувач 10
магній хлорид, оцтова кислота 02
– спосіб нанесення складу з застосуванням валу з нанесеною гравюрою; нанесення на зворотню сторону
– температура сушіння 100?С та термообробка при 140?С протягом 180 с.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Нестерова Л.А. Разработка состава для создания многослойных текстильных материалов // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины.-2002.-№ 6.- С.-21-23.
2. Нестерова Л.О. Створення багатошарових систем для текстильного взуття //Вісник Технологічного університету Поділля.-2003.-№ 5.-С.195-198.
3. Нестерова Л.А. Исследование влияния клеевой композиции на свойства обувных текстильных дублированных материалов // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины .-2004.-№ 1(8).-С.21-23.
4. Нестерова Л.А. Сарибеков Г.С. Оптимизация процесса дублирования текстильных материалов // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины.-2004.-№ 2(9).-С.131-133.
5.Нестерова Л.А. Вляние поверхностного натяжения клеевой композиции на адгезионную прочность текстильных дублированных материалов// Матеріали Всеукраїнської конференції молодих вчених з актуальних питань хімії. К.-2003.-С.53.
6. Нестерова Л.А. Повышение качества клеящей композиции для получения многослойных текстильных материалов // Матеріали VI науково-практичної конференції “Наука і освіта 2003”, Хімія та хімічні технології.- Дніпропетровськ: Наука і освіта.-2003.-Т.16.-С.50.
Анотація
Нестерова Л.О. Застосування композиції на основі акрилового сополімеру для створення високоякісних багатошарових текстильних матеріалів.-Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю. 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2005.
Дисертація присвячена питанням створення багатошарових текстильних матеріалів. У роботі наведені результати комплексних теоретичних і експериментальних досліджень застосування нової полімерної композиції для дублювання текстильних матеріалів.
Встановлено, що використання композиції на основі акрилового сополімеру дозволяє одержувати багатошарові текстильні матеріали високої якості, стійкі до дії мокрих обробок.
Методами математичного планування експерименту знайдено оптимальний склад клейової композиції для створення багатошарових текстильних матеріалів.
На основі застосування термогравікалориметричного методу досліджено порову структуру багатошарових систем в залежності від складу полімерної композиції.
Обґрунтовано механізм взаємодії полімерної композиції з текстильним матеріалом. При цьому встановлено утворення водневих та ефірних зв’язків з акриловим сополімером та диметилолсечовиною. Показано доцільність надання багатошарових систем обробки спеціального призначення: гідрофобної та вогнезахисної. Встановлено, що гідрофобна обробка не тільки надає спеціальних властивостей, але й підвищує зносостійкість.
Проведені виробничі випробування підтвердили доцільність використання нової клейової композиції для дублювання текстильних матеріалів.
Ключові слова: багатошарові текстильні матеріали, дублювання, полімерна композиція.
Аннотация
Нестерова Л.А. Применение композиции на основе акрилового сополимера для создания высококачественных многослойных текстильных материалов.- Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов.- Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2005.
Диссертация посвящена вопросам создания многослойных текстильных материалов. В работе выполнен анализ современного состояния вопроса получения многослойных текстильных материалов, выявлены преимущества и недостатки различных клеевых композиций используемых для создания многослойных текстильных материалов.
Получены данные, характеризующие свойства многослойных текстильных материалов на основе поливинилацетата, которые свидетельствуют о том, что дублированные системы не устойчивы к мокрым обработкам и химической чистке. В связи с этим применение клеевой композиции на основе поливинилацетата целесообразно для создания многослойных систем, которые в процессе эксплуатации не требуют мокрых обработок.
В качестве нового технологического решения в данной работе предложено использовать стирол-акриловую дисперсию как связующее исходя из того, что при сочетании стирола получают сополимер, отличающейся повышенной прочностью и эластичностью за счет звеньев стирола. Методом математического планирования и анализа эксперимента определены оптимальные параметры процесса дублирования текстильных материалов и составлен технологический регламент. Установлено, что для достижения оптимальной адгезионной прочности дублированных систем концентрация загущающего компонента должна составлять 10 %, что обеспечивает вязкость 1,4 Па·с, рН 5. Оценку эффективности действия новой клеевой композиции предложенной для дублирования осуществляли по комплексу физико-механических показателей: прочности связи между слоями, разрывной нагрузке, относительному удлинению. Изучение влияния содержания полимерной композиции на адгезионную прочность текстильных материалов свидетельствует, что наиболее высокие физико-механические показатели достигаются при содержании 18полимерной композиции на текстильном материале. Установлено, что прочность связи между слоями в значительной степени зависит от способа подготовки склеиваемых материалов. Для достижения высокой адгезионной прочности необходимо использовать ткани, мерсеризованные после отварки.
На основе применения термогравикалориметрического метода определены гигиенические свойства дублированных текстильных материалов, а также исследована поровая структура многослойных систем в зависимости от состава полимерной композиции. Показано, что введение в состав текстильно-вспомогательных веществ способствует более глубокому прониканию клеевой композиции в текстильный материал.
ИК-спектроскопические исследования позволили предложить механизм взаимодействия компонентов клеевой композиции с целлюлозной составляющей. Обнаружено усиление интенсивности полосы поглощения в области 3200 см-1, что свидетельствует об образовании водородных и эфирных связей между целлюлозным волокном, акриловым сополимером и диметилолмочевиной.
Таким образом, при использовании связующих на основе акрилатов с другими мономерами можно достичь высокие эксплуатационные свойства дублированных и триплированных материалов, устойчивые к мокрым обработкам
Показана целесообразность придания многослойным системам отделок специального назначения: гидрофобной и огнезащитной. Установлено, что определяющее влияние на показатель прочности между слоями оказывает природа гидрофобизирующего препарата. Придание гидрофобности позволяет значительно улучшить потребительские свойства, комфортность в носке и износоустойчивость дублированных и триплированных материалов. Установлено, что предлагаемая огнезащитная отделка позволяет сохранить санитарно-гигиенические свойства дублированных и триплированных тканей, используемых для изготовления спецодежды, предназначенной для работы в горячих цехах и при повышенных температурах. Таким образом, в зависимости от назначения дублированных и триплированных текстильных материалов возможно повысить их потребительские свойства при придании специальных свойств: гидрофобных и огнезащитных.
Производственные испытания подтвердили целесообразность использования предлагаемого полимерного состава для создания многослойных текстильных материалов. Применение технологии получения многослойных систем на основе разработанной полимерной композиции способствует получению высококачественных дублированных и триплированных текстильных материалов, характеризующихся устойчивостью к мокрым обработкам и химической чистке.
Ключевые слова: полимерная композиция, дублирование, многослойные текстильные материалы.
Summary
Nesterova L.А. Application of the adhesive composition on the basis of the acrylic copolymer for the production of the high-quality multi-layer fabrics. – Typescript. Dissertation for seeking the scientific degree (Engineering) on speciality 05.19.03 – Technology of Textile Materials. Kherson National Technical University, Kherson, 2005.
In the dissertation the results of the complex theoretical and experimental investigations connected with the application of the new polymeric composition for the duplication of the textile fabrics are given.
It is determined that the application of the composition on the basis of acrylic copolymer allows obtaining multi-layer high quality textile fabrics which make resistance to the action of dry treatment. The pore structure of the multi-layer systems which depend on the makeup of the polymeric composition on the basis of application thermogravycalorimeter method is investigated.
The mechanism of the interaction between components of the adhesive composition and cellulose constituent is proved. At that the formation of the hydrogen and ether bonds with the acrylic copolymer and demethylcarbamide is supposed.
We showed that the application of the final finishing of the multi-layer textile materials for the fabrics of the special destination is very expedient. Hydrophobic finishing allows to higher wearing resistance greatly. Manufacturing testing which have been conducted confirmed the possibility to use new adhesive composition for the duplication of the textile materials.
Key words: polymeric composition, duplication, multi-layer textile materials.
Підписано до друку 11.05.2005. Формат 60х90/16
Папір офсетний. Умовн. друк. аркушів 0,9
Тираж 100. Замовлення № 17/5/05-16.
Надруковано у ВКФ “СТАР”
73000, м. Херсон, Петренко, 45
