ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТКАЧУК ОКСАНА ЛЕОНІДІВНА

УДК 677.027:862

РОЗРОБКА БАГАТОЦІЛЬОВОГО ОЗДОБЛЕННЯ ЦЕЛЮЛОЗОВМІСНИХ ТКАНИН НА ОСНОВІ ЗАСТОСУВАННЯ ВОДОРОЗЧИННОГО СИЛІКОНУ

05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сарібеков Георгій Савич,

Херсонський національний технічний університет,

проректор з наукової роботи і зовнішніх зв’язків.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поліщук Степан Олександрович,

Херсонський національний технічний університет, професор кафедри технічної хімії та харчових технологій;

кандидат технічних наук, доцент Ганзюк Алла Ярославівна,

Хмельницький національний університет, доцент кафедри хімічної технології.

Провідна установа:

Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра опоряджувального виробництва, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 6 червня 2007 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон  , Бериславське шосе, 24, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: м. Херсон , Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий 5 травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним із перспективних напрямків вдосконалення технологічних процесів і підвищення споживчих властивостей текстильних матеріалів є застосування кремнійорганічних сполук.

У світовій науково-технічній, особливо патентній літературі повідомляється про застосування кремнійорганічних сполук у якості гідрофобізуючих речовин, замаслювачів, пом'якшувачів, антивспінювачів, а також для надання властивостей незминальності, зносостійкості, добротності текстильним матеріалам.

Особливе місце серед кремнійорганічних сполук займає група водорозчинних препаратів завдяки широкому спектру впливу на текстильний матеріал. Через високу лужність алкілсиліконати знаходять застосування в процесах підготовки бавовняних тканин, як добавки в мерсеризаційні і ксантогенатні розчини при формуванні волокон. Є відомості про застосування препарату в процесах фарбування прямими, активними барвниками в якості інтенсифікуючих добавок. Алкілсиліконати, які використовують для гідрофобного оздоблення, мають переваги над іншими кремнійорганичними сполуками – вони водорозчинні, нетоксичні, не мають запаху, недорогі, доступні. Проте через високу лужність розчинів, раніше розроблена технологія гідрофобного оздоблення здійснювалася двохванним способом, що було стримуючим фактором при впровадженні у виробництво.

У зв'язку з вище відзначеним, дослідження, спрямовані на вдосконалення технології фарбування і заключної обробки бавовняної тканини на основі застосування метилсиліконата калію є актуальними. Більш широке застосування препарату вітчизняного виробництва дозволить знизити собівартість продукції і підвищити її конкурентноздатність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає напрямкові “Розробка ресурсозберігаючих технологій обробки текстильних матеріалів” і завданням, що викладені в Концепціях Державної програми розвитку легкої промисловості України на період до 2011 року, затвердженої розпорядженням Кабінету Міністрів України (КМУ) від 27.12.2006 р., № 637-р. Автор виконував роботу в рамках науково-дослідної роботи “Наукові основи створення та застосування препаратів для спеціальних видів енергоощадного оздоблення текстильних метеріалів”, номер держреєстрації 0103U001201, Наказ Міністерства освіти і науки України № 633 від 05.11.02 р. і “Застосування фізико-хімічних методів інтенсифікації технологічних процесів оздоблювального виробництва”, номер держреєстрації 0106U004205, Наказ Міністерства освіти і науки України № 654 від 16.11.05.

Особистий внесок автора полягає в обґрунтуванні можливості застосування метилсиліконату калію як інтенсифікатора при фарбуванні сірчистими барвниками, в проведенні експериментальних досліджень з розробки технології оздоблення бавовняної тканини водорозчинним кремнійорганічним препаратом, у встановленні механізму його взаємодії з целюлозою; апробації результатів досліджень у виробничих умовах.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є одержання багатоцільового оздоблення на текстильних матеріалах з целюлозних волокон при застосуванні водорозчинного кремнійорганічного препарату.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити наступні задачі:

- визначити ефективність застосування метилсиліконата калію для інтенсифікації процесу фарбування водорозчинними сірчистими барвниками;

- визначити можливість застосування метилсиліконата калію для підвищення протизабруднюючих властивостей текстильних матеріалів;

- дослідити вплив природи волокнистого складу на гідрофобний ефект;

- вивчити вплив ступеня підготовки бавовняної тканини на гідрофобні властивості;

- оптимізувати технологічні параметри процесу гідрофобізації;

- розробити одностадійний спосіб гідрофобного оздоблення на основі застосування водорозчинного силікону ГКР-11К;

- здійснити вибір ефективних каталізаторів;

- розробити композиційні склади для гідрофобного оздоблення текстильних матеріалів;

Об'єкт дослідження – процеси фарбування та гідрофобного і брудовідштовхувального оздоблення.

Предмет дослідження – водорозчинний кремнійорганічний препарат ГКР-11К.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використовувались наступні методи дослідження:

- метод ІЧ-спектроскопії для визначення механізму взаємодії метилсиліконату калію з целюлозою індивідуально, в присутності каталізатора і в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками;

- гравіметричний метод для визначення кількості гідрофобізуючого препарату на волокні;

- аналітичні методи для розрахунку кількості і ступеня фіксації барвника на волокні;

- спектрофотометричний метод оцінки інтенсивності забарвлення і колірних характеристик;

- метод математичного планування (повний факторний експеримент типу 23) для визначення оптимальних технологічних параметрів процесу гідрофобізації;

- результати експерименту обробляли на ПК, використовуючи прикладні програми Excel-10;

- оцінка фізико-механічних показників та якості оздоблених тканин здійснювалася відповідно до діючих державних стандартів України на відповідну текстильну продукцію.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- вперше показано, що метилсиліконат калію проявляє інтенсифікуючу дію в процесах фарбування сірчистими барвниками, яка не обмежується функціями його як лужного агента, що дозволяє збільшити ступінь використання сірчистих барвників;

- комплексне дослідження гідрофобізуючих властивостей кремнійорганічного препарату дозволило розробити нові композиції на основі метилсиліконату калію з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками, які забезпечують одержання високого гідрофобного ефекту, стійкого до прання;

- вперше виявлено залежність характеристик гідрофобності тканини при оздобленні метилсиліконатом калію, що полягає в зниженні водотривкості при підвищенні водовідштовхування;

- запропоновано механізм взаємодії метилсиліконата калію з целюлозою індивідуально, в присутності каталізатора і в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками, який пояснює підвищення стійкості гідрофобного ефекту до прання і збільшення показника водовідштовхування.

Практичне значення одержаних результатів:

- запропоновано спосіб інтенсифікації процесу фарбування сірчистими барвниками на основі застосування метилсиліконату калію;

- запропоновано нову технологію гідрофобного оздоблення бавовняної тканини на основі водорозчинного силікону, яка здійснюється однованним способом;

- отримано нові композиції для гідрофобного оздоблення бавовняних тканин на основі водорозчинного силікону, що дозволяє отримувати текстильну продукцію високої якості.

Результати роботи апробовані на АТЗТ “Черкаський шовковий комбінат” (Акт виробничих випробувань від 26.01.2007 р.), що підтвердили можливість ефективного використання метилсиліконату калію для гідрофобного оздоблення бавовняних тканин.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні мети і задач дослідження, у критичному аналізі науково-технічної і патентної літератури, виконанні експериментальних досліджень у лабораторних і виробничих умовах. Автором обґрунтовано наукові результати дослідження і сформульовано висновки, запропоновано спосіб інтенсифікації процесу фарбування водорозчинними сірчистими барвниками текстильних матеріалів з целюлозних волокон, визначено оптимальні технологічні параметри процесу гідрофобізації, розроблено нові композиційні склади для гідрофобного та протизабруднюючого оздоблення.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися:

- на ІV Всеукраїнській ювілейній науковій конференції молодих учених та студентів, присвяченій 75-річчю КНУТД „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”, м. Київ, КНУТД, 17-19 травня 2005 року;

- на конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, Херсонський державний технічний університет, жовтень 2005 року;

- на Всеукраїнській науковій конференції молодих учених та студентів „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”, м. Київ, КНУТД, 26-28 квітня 2006 року;

- на сьомій всеукраїнській конференції студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”, м. Київ, Київський національний університет ім. Т. Шевченка, 18-19 травня 2006 року;

- на наукових семінарах кафедри хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів Херсонського національного технічного університету, 2005 - 2007 р.р.

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 11 найменувань, у тому числі 6 статей у наукових фахових журналах, 4 – у збірниках тез конференцій, 1 патент України.

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

Дисертація містить 132 сторінки машинописного тексту, 32 таблиці, 8 рисунків, 123 найменування літературних джерел. Обсяг додатків – 2 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі охарактеризовано сучасний стан розвитку текстильної промисловості, роль кремнійорганічних препаратів для оздоблення текстильних матеріалів. Відмічено, що більш широке застосування препарату вітчизняного виробництва дозволить знизити собівартість продукції і підвищити її конкурентноздатність.

У вступі також сформульовано актуальність, мету і задачі дисертаційної роботи, охарактеризовано об'єкт та предмет досліджень, наведено методи досліджень, розкрита наукова новизна і практична цінність роботи.

У першому розділі дисертації представлено літературний огляд, у якому показана багатофункціональність водорозчинних кремнійорганічних препаратів і потенціальна можливість їх використання для надання текстильним матеріалам гідрофобних, брудовідштовхувальних властивостей, та у якості інтенсифікаторів для фарбування. Охарактеризовано сучасний стан виробництва та використання барвників в текстильній промисловості. Проаналізовано проблеми, які виникають в процесах колорування сірчистими барвниками і показані напрямки їх вирішення. Розглянуто сучасний стан проблеми надання текстильним матеріалам гідрофобних властивостей. Висвітлено переваги та недоліки кремнійорганічних препаратів у порівнянні з іншими оздоблювальними препаратами.

Показано, що для гідрофобізації текстильних матеріалів все більш широке застосування знаходять кремнійорганічні сполуки. На основі критичного аналізу літературних даних відмічено, що недостатньо висвітлено питання про вплив волокнистого складу текстильного матеріалу та cтупеню попередньої підготовки на гідрофобний ефект при використанні кремнійорганічних сполук. Розкрито роль каталізаторів для оздоблення силіконами. Відмічено, що хімічна природа та концентрація каталізатора суттєво впливають на якість гідрофобної обробки.

Аналіз літератури дозволив визначити проблеми, що виникають у процесах фарбування та оздоблення текстильних матеріалів при застосуванні метилсиліконату калію і сформулювати задачі, що повинні бути вирішені в роботі.

В другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження. Наведено характеристику сполук та матеріалів, що використовувались в роботі, описано методи досліджень та спосіб математичної обробки одержаних результатів.

Гравіметричним методом визначали кількість гідрофобізуючого полімеру на волокні.

Взаємодію водорозчинного кремнійорганічного силікону з целюлозою індивідуально, в присутності каталізатора і в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками досліджували ІЧ-спектрофотометричним методом.

Використовували аналітичні методи при розрахунку кількості і ступеня фіксації барвника на волокні.

Інтенсивність забарвлень оцінювали за функцією Гуревича-Кубелки-Мунка; колірні характеристики забарвлень – за показниками світлота L, чистота C, колірний тон H і загальна колірна відмінність ДE, які визначали за допомогою автоматичної системи вимірювання кольору.

Аналіз якості оздоблення і фарбування, а також фізико-механічні властивості текстильних матеріалів проводили відповідно до чинних держстандартів України.

При обробці експериментальних даних використовували методи математичної статистики, прикладні програми Excel-10, математичні методи планування і оптимізації експерименту, сучасну обчислювальну техніку і пакети прикладних програм.

У третьому розділі представлено результати експериментальних досліджень.

Розділ складається з семи підрозділів, у яких наведено наступні результати:

- оцінки якості фарбування сірчистими барвниками із застосуванням метилсиліконату калію;

- дослідження властивостей метилсиліконату калію з метою встановлення можливості застосування для підвищення протизабруднюючих властивостей бавовняної тканини;

- вивчення впливу природи волокнистого складу текстильних матеріалів на гідрофобний ефект;

- впливу операцій попередньої підготовки бавовняної тканини на гідрофобні властивості при оздобленні метилсиліконатом калію;

- технологічні режими, оздоблювальні композиції, що запропоновані на базі виконаних досліджень;

- механізм взаємодії препарату ГКР-11К з целюлозним волокном індивідуально, в присутності каталізатора, в композиції з реакційноздатною кремнійорганічною сполукою;

- розрахунки економічної ефективності застосування метилсиліконату калію для гідрофобного оздоблення.

У першому підрозділі показано ефективність застосування метилсиліконата калію для інтенсифікації процесів фарбування водорозчинними сірчистими барвниками (дирезулом блакитним і оливковим) бавовняної тканини безперервним плюсовочно-запарним способом. Якість фарбування оцінювали за інтенсивністю, колористичними характеристиками і стійкістю забарвлення до комплексу фізико-хімічних впливів.

Встановлено, що при фарбуванні сірчистими барвниками у присутності метилсиліконату калію підвищується інтенсивність забарвлення (рис. 1).

а) | б)

Рис. 1. Вплив концентрації метилсиліконату калію на інтенсивність забарвлення (функція K/S) при концентрації дирезула голубого (а) і дирезула оливкового (б) 20 г/л.

Відмічено, що найбільш високі значення показників інтенсивності забарвлення спостерігаються при концентрації метилсиліконату калію 10 г/л, при цьому одержані залежності характерні для обох барвників.

Зіставлення показників інтенсивності забарвлення, отриманих при фарбуванні дирезулом блакитним у присутності лужних агентів: гідроксиду натрію, соди кальцинованої та метилсиліконату калію вказує на те, що метилсиліконат калію являється не лише лужним агентом, а й інтенсифікатором при фарбуванні сірчистими барвниками.

В результаті дослідження впливу препарату ГКР-11К (при оптимальній концентрації 10 г/л) на інтенсивність забарвлення в залежності від концентрації сірчистого барвника показано, що в присутності метилсиліконату калію можна знизити концентрацію барвника на 25-50%, при цьому будуть одержані аналогічні за інтенсивністю забарвлення результати.

Досліджено колірні характеристики забарвлень при використанні метилсиліконату калію. Показано, що загальні кольорові відмінності пов'язані із збільшенням кількості барвника на тканині.

Визначено, що метилсиліконат калію не змінює стійкості забарвлення до фізико-хімічних дій.

Порівняння застосування ряду окисників, що рекомендуються для сірчистих барвників, показало, що використання пероксиду водню в лужному середовищі, підвищує стійкість забарвлень, отриманих при фарбуванні дирезулом блакитним у присутності інтенсифікатора, до тертя і до мокрих обробок на 0,5 бала.

Визначено кількість сірчистого барвника на тканині пофарбованій по базовому варіанту і в присутності інтенсифікатора (рис. 2). Застосування метилсиліконату калію сприяє підвищенню сорбції барвника волокном в середньому на 35-40 %.

а) |

б)

Рис. 2. Залежність кількості сорбованого (а) і зафіксованого (б) барвника на волокні від його концентрації в фарбувальній ванні:

1 - базовий варіант;

2 – варіант, що пропонується.

Таким чином, застосування метилсиліконата калію в якості інтенсифікатора фарбування сірчистими барвниками сприяє підвищенню інтенсивності забарвлення, не змінює колористичні характеристики, при цьому не впливає негативно на стійкість забарвлених тканин до фізико-механічних дій. Крім того, встановлено, що фарбування водорозчинними сірчистими барвниками з використанням метилсиліконата калію можна проводити і без відновника – сірчистого натрію, що дозволяє значно знизити екологічну небезпеку застосування сірчистих барвників.

У другому підрозділі показано можливість підвищення протизабруднюючих властивостей текстильних матеріалів на основі застосування метилсиліконату калію. Критеріями оцінки протизабруднюючого оздоблення були коефіцієнт брудовідштовхування по відношеню до сухого забруднення (БВС), коефіцієнт брудовидалення (БВ), коефіцієнт протизабруднюючого оздоблення (ПЗ).

Показники, що характеризують гідрофобні і протизабруднюючі властивості, досягають максимальних значень при концентрації метилсиліконату калію 60-80 г/л. Тому для подальших досліджень препарат ГКР-11К застосовували при концентрації 60 г/л.

Таблиця 1

Вплив концентрації ГКР-11К на гідрофобні і протизабруднюючі

властивості бавовняної тканини

Показники | Концентрація ГКР-11К, г/л

- | 40 | 60 | 80 | 100

Водопоглинання, % | 80 | 44 | 45 | 45 | 48

Водотривкість, мм. вод. ст. | - | 240 | 250 | 260 | 260

БВС | 38 | 63 | 68 | 73 | 77

БВ | 32 | 61 | 66 | 65 | 61

ПЗ | 35 | 62 | 67 | 69 | 66

В якості каталізатора використовували ацетат цирконію, тому що він є простим у застосуванні, підсилює гідрофобний ефект. Використання каталізатора при концентрації 20 г/л сприяє підвищенню показників ГОС, ГУ, ПЗ.

Для визначення впливу рН середовища на якість протизабруднюючого оздоблення просочувальні розчини нейтралізували оцтовою кислотою до рН 6. Аналіз отриманих результатів показує, що при використанні препарату ГКР-11К у кислому середовищі, ефект брудовідштовхуючого оздоблення на 10-15% нижчий в порівнянні з обробкою, що здійснюється в лужному середовищі.

Пошук ефективних оздоблювальних складів для надання протизабруднюючого оздоблення бавовняній тканині на основі препарату ГКР-11К і ацетату цирконію здійснювався в композиції з текстильно-допоміжними речовинами й іншими оздоблювальними препаратами: поліакриламідом, карбоксіметилцелюлозою, ацетатом цирконію, фторорганічними сполуками. Найбільш високі показники брудовідштовхуючого оздоблення досягаються при використанні препарату ГКР-11К в композиції з ацетатом цирконію; ацетатом цирконію і карбоксіметилцелюлозою; ацетатом цирконію, карбоксіметилцелюлозою і поліакриламідом. Фторорганічні препарати використовувати разом з ГКР-11К недоцільно.

У третьому підрозділі дослідження впливу волокнистого складу текстильного матеріалу та концентрації препарату ГКР-11К на гідрофобний ефект, проводилося на бавовняній, бавовнянолавсановій і лавсановій тканинах. Отримані дані, що характеризують гідрофобні властивості (табл. 2), показують, що на бавовняній тканині досягається найвищий гідрофобний ефект. Введення до складу текстильного матеріалу лавсанових волокон погіршує комплекс гідрофобних властивостей, лавсанова тканина характеризується найнижчими показниками: гідрофобний ефект не досягає необхідних норм, відповідно до держстандарту за показниками водотривкості і водовідштовхування.

Таблиця 2

Вплив волокнистого складу тканини на гідрофобний ефект

Склад тканини,% | Показники | Концентрація препарату, г/л

0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100

Бавовна, 100 | Водопоглинання, % | 90 | 42 | 42 | 45 | 48 | 48

Водовідштовхування, ум. од. | - | 70 | 70 | 70 | 70 | 70

Водотривкість, Па

(мм. вод. ст.) | - | 3038 (310) | 3136 (320) | 3430 (350) | 3528 (360) | 3724 (380)

Бавовна: лавсан, 57:43 | Водопоглинання, % | 50 | 29 | 27 | 31 | 32 | 32

Водовідштовхування, ум. од. | - | 60 | 65 | 65 | 65 | 60

Водотривкість, Па

(мм. вод. ст.) | - | 1862 (190) | 2058 (210) | 2107 (215) | 1960 (200) | 1911 (195)

Лавсан, 100 | Водопоглинання, % | 50 | 20 | 21 | 26 | 27 | 30

Водовідштовхування, ум. од. | - | 50 | 50 | 50 | 50 | 50

Водотривкість, Па

(мм. вод. ст.) | - | 1715 (175) | 1764 (180) | 1764 (180) | 1764 (180) | 1666 (170)

Дослідження впливу багаторазового прання на стійкість гідрофобного ефекту свідчить про те, що стійкість отриманого ефекту, залежить від кількості мильно-содових обробок і волокнистого складу тканини. Досягнутий на бавовняній тканині ефект водотривкості найменш стійкий, при підвищенні концентрації метилсиліконата з 20 до 100 г/л стійкість ефекту до прання підвищується на 10-20%. Показники водотривкості бавовнянолавсанової тканини до і після мильно-содових обробок мало змінюються, а на поліефірній тканині, навпаки, спостерігається невелике підвищення водотривкості.

У зв’язку з неоднозначною поведінкою досліджуваних тканин після оздоблення, а також в процесі прання, з метою пояснення отриманих результатів виникла необхідність у визначенні кількості зафіксованого полімеру на тканинах різного волокнистого складу.

Як видно з табл. 3, з трьох тканин – бавовняної, бавовнянолавсанової і лавсанової найменша кількість препарату фіксується на бавовняно-лавсановій тканині, на лавсановій і бавовняній тканинах фіксується майже рівна кількість полімеру, проте якість гідрофобного оздоблення різна.

Таким чином, гідрофобний ефект на тканинах залежить не тільки від кількості нанесеного препарату, а від орієнтації радикалів гідрофобізуючої сполуки, характеру обволікання і ступеню закріплення.

Таблиця 3

Вплив волокнистого складу тканини на кількість нанесеного полімеру при гідрофобному оздобленні

Склад тканини, % | Концентрація ГКР-11К, г/л | Кількість полімера, %

Бавовна, 100 | 20 | 0,9

60 | 3,1

100 | 4,8

Бавовна: лавсан, 57:43 | 20 | 0,6

60 | 2,6

100 | 4,5

Лавсан, 100 | 20 | 1,1

60 | 2,9

100 | 4,6

У четвертому підрозділі досліджувався вплив ступеня підготовки бавовняної тканини на якість гідрофобної обробки на основі застосування водорозчинного силікону з метою визначення впливу кожної з операцій підготовки і встановлення мінімального числа підготовчих операцій, що забезпечить високий гідрофобний ефект. Підготовка здійснювалась за варіантами, представленим в табл. 4.

Таблиця 4

Стадії підготовки сурової тканини

Стадії підготовки | Варіанти обробок

0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

Розшліхтування | + | + | + | + | + | +

Лужне відварювання | + | + | + | +

Відбілювання | + | +

Мерсеризація | + | + | +

Як видно, кількість нанесеного на тканину препарату залежить від капілярних і сорбційних властивостей тканини, які підвищуються із збільшенням ступеню очищення тканини. Ці дані дозволяють припустити, що для взаємодії гідрофобізатора з текстильним матеріалом необхідна додаткова активація сорбційної поверхні бавовняного волокна.

Зіставлення кількості нанесеного препарату з ефектом гідрофобності тканини показує, що збільшення кількості фіксованого силікону сприяє підвищенню гідрофобного ефекту.

Використання різноманітних методів оцінки гідрофобності тканини (водопоглинання, водовідштовхування, водотривкість) дозволяє однозначно відповісти на запитання, яка ж ступінь підготовки повинна бути при наданні бавовняній тканині високих гідрофобних властивостей. В залежності від призначення тканини, враховуючи вимоги, які ставляться до її якості, необхідна попередня підготовка, що включає розшліхтовування й відварку або розшліхтовування, відварку і мерсеризацію.

Таблиця 5

Вплив ступеня підготовки бавовняної тканини на якість

гідрофобної обробки

Показники якості | Варіанти обробок

0н | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6

Капілярність через 30 і 60 хв, мм | - | 4 | 40

60 | 155 180 | 100 130 | 140 170 | 180 210 | 150 180

Сорбція апрету, % | - | 62 | 80 | 100 | 92 | 96 | 112 | 103

Кількість препарату на тканині, % | - | 0,15 | 1,65 | 2,15 | 1,7 | 2,12 | 2,66 | 2,25

Водопоглинання, % | 50 | 52 | 46 | 53 | 42 | 45 | 45

Водовідштовхування, ум. од. | 50 | 50 | 60 | 70 | 70 | 75 | 75 | 75

Водотривкість, Па

(мм. вод. ст.) | 1470 150 | 1764 180 | 2450 250 | 2744 280 | 2548 260 | 2744 280 | 2744 280 | 2744 280

Примітка: варіант 0н - неоздоблена сурова тканина

Дослідження зміни розривного навантаження тканини, свідчить про те, що у тканини з водовідштовхувальною обробкою міцність збільшується.

Для оптимізації технологічного процесу гідрофобізації з метою визначення таких умов, які забезпечували б максимум критерію оптимізації (водотривкості) проводили повний факторний експеримент типу 23 з восьми дослідів.

Обробка результатів експерименту дозволила розрахувати коефіцієнти рівняння регресії. Гіпотеза адекватності результатів дослідження і значимість коефіцієнтів регресії обраної математичної моделі перевірялися за критерієм Фішера. Довірчий інтервал для коефіцієнтів регресії визначався за допомогою критерію Ст'юдента.

Аналіз рівняння регресії показує, що найбільший вплив на ефект гідрофобності має концентрація гідрофобізуючого препарату. Значно менший - концентрація каталізатора в просочувальній ванні і температура термообробки.

Пошук оптимуму проводився методом крутого сходження. Аналіз результатів показав, що при оптимальних умовах величина критерію оптимізації досягає 400 мм. вод. ст.

У п’ятому підрозділі з метою розробки одностадійного способу гідрофобного оздоблення бавовняної тканини при використанні алкілсиліконату калію досліджували: вплив концентрації (табл. 6), температури теплової обробки і каталізатора, композиційних складів на гідрофобний ефект і його стійкість до прання.

Таблиця 6

Зміна гідрофобних властивостей у часі

Показники якості | Концентрація ГКР-11К, г/л

20 | 40 | 60 | 80 | 100

через 24 години

Водотривкість, Па | до прання | 3038 | 3430 | 3528 | 3626 | 3724

після 5 прання | 1960 | 2009 | 2009 | 2058 | 2107

через 6 місяців

Водотривкість, Па |

до прання | 3332 | 3528 | 3773 | 3920 | 4018

після 5 прання | 2156 | 2352 | 2401 | 2499 | 2646

Збільшення концентрації препарату до 100 г/л сприяє підвищенню гідрофобного ефекту на 20%, стійкості обробки до прання на 15 %. У процесі зберігання тканини відбувається подальша полімеризація силікону на волокні, про що свідчить підвищення показника водотривкості на 10 %.

В результаті проведеного нами застосування ряду каталізаторів, встановлено, що для підвищення гідрофобного ефекту при оздобленні метилсиліконатом калію однованним способом можуть бути використані солі: ацетат цирконію або ацетат натрію. Використання ацетату цирконію в концентрації 10 г/л сприяє підвищенню ефекту водотривкості на 5-7%.

Вивчення впливу температури теплової обробки свідчить про те, що найбільш високий гідрофобний ефект за допомогою препарату ГКР-11К досягається при термообробці 150°С протягом 5 хвилин. Скорочення часу і зниження температури термообробки приводить до погіршення гідрофобних властивостей тканини, головним чином, при оздобленні препаратом ГКР-11К без каталізатора. Крім того, використання каталізатора більше сприяє підвищенню стійкості ефекту до дії багаторазового прання при зниженні температури термообробки.

Однак зміна технологічних параметрів процесу не впливає на зміну показників водопоглинання (залишається в межах 44-46%) і водовідштовхуваня (70 ум од). Показано, що використання композиційних складів на основі метилсиліконату калію і реакційноздатних кремнійорганічних сполук – вінілтриетоксісилану (50% емульсія), поліетилгідросилоксану (50% емульсія 136-157М), поліетилсилоксану (70% емульсія КЕ-10-01) у певних співвідношеннях сприяє підвищенню водовідштовхування і зниженню водопоглинання (табл. 7).

Таблиця 7

Оздоблювальні склади,

концентрація, г/л | Показники якості

Водопогли-нання, % | Водовідштовху-вання, ум. од. | Водотривкість, мПа

ГКР-11К – 10; ВТЭС – 40 | 38 | 80 | 2254

ГКР-11К – 20; ВТЭС – 30 | 38 | 80 | 2548

ГКР-11К – 10; 136-157М – 40 | 37 | 80-85 | 2940

ГКР-11К – 20; 136-157М – 30 | 41 | 80 | 3234

ГКР-11К – 20; КЭ–10–01 – 30 | 37 | 85-90 | 2352

ГКР-11К – 30; КЭ–10–01 – 20 | 41 | 85-90 | 2254

ГКР-11К – 50 | 46 | 70 | 3528

У шостому підрозділі з метою визначення механізму взаємодії препарату ГКР-11К з целюлозним волокном представлено ІЧ-спектри зразків бавовняної тканини: неоздобленої, оздобленої метилсиліконатом калію індивідуально, в присутності каталізатора та в композиції з кремнійорганічною сполукою.

В спектрах всіх зразків оздобленої тканини спостерігається посилення смуг поглинання в області 2910-2920 см-1 в порівнянні з неоздобленою тканиною, але в різних ступенях. Зміна інтенсивності у вказаних областях валентних і деформаційних коливань вказує на виникнення нових водневих зв’язків. Також в спектрах зразків оздобленої тканини підвищується інтенсивність смуг поглинання в областях 3330 см-1 і 2800-3000 см-1, обумовлених валентними коливаннями гідроксильних груп, включених в водневий зв’язок, і груп СН2, що вказує на збільшення міжмолекулярних водневих зв’язків між гідроксильними групами целюлози і силанольними групами апретуючого шару.

Збільшення інтенсивності смуг поглинання при 1275 см-1, що відповідають деформаційним коливанням ОН-груп всередині площини і симетричним деформаційним коливанням групи Si-CH3 у зразках, оздоблених ГКР-11К, а також при 785 см-1, що відповідає зовнішньо-площинним коливанням ОН і Si-CH3 груп і вказує на розрив існуючих в целюлозі і утворення нових водневих зв’язків препарата з целюлозою.

При використанні ацетата цирконію зменшуються піки при 1275 и 785 см-1, що пов’язано з вступом частини гідрофільних груп ГКР-11К у взаємодію з ацетатом цирконію, в результаті чого можливе утворення координаційного зв’язку типу: ГКР-11К – ацетат цирконію – целюлоза.

Аналіз спектрів зразків тканини, оздоблених композицією з реакційно-здатним силіконом, показує, що інтенсивність смуг поглинання при 1275 і 790 см-1 збільшується. Це можливо пов’язано із взаємодією ГКР-11К і ВТЕС, етоксігрупи якого гідролізуються у лужному середовищі з утворенням гідроксильних груп.

Таким чином, одержані результати ІЧ-спектроскопії оброблених зразків тканин дозволяють припустити, що метилсиліконат калію закріплюється на волокні механічним способом, в результаті утворення при термофіксації нерозчинного полімеру у вигляді плівки, що обгортає елементарні волокна, і хімічним, що обумовлено взаємодією силікона з гідроксильними групами волокна з утворенням водневих зв’язків, в присутності каталізатора утворюються координаційні зв’язки, в композиції з кремнійвмісною сполукою в результаті їх взаємодії подовжується ланцюг гідрофобізуючого силоксана.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено багатоцільове оздоблення целюлозовмісних тканин при застосуванні метилсиліконату калію, що виявляється в інтенсифікуючій дії в процесі фарбування, гідрофобізуючій дії, наданні протизабруднюючих властивостей бавовняній тканині. Запропоновано технології фарбування сірчистими барвниками, протизабруднюючого і гідрофобного оздоблення.

2. Застосування метилсиліконата калію в якості інтенсифікатора фарбування сірчистими барвниками сприяє підвищенню інтенсивності забарвлення, не змінює колористичні характеристики, при цьому не впливає негативно на стійкість пофарбованих тканин до фізико-механічних дій.

3. Вивчення впливу волокнистого складу тканини на якість гідрофобного ефекту показало, що застосування метилсиліконату калію дозволяє одержати найбільш високий гідрофобний ефект на бавовняній тканині.

4. Визначено вплив операцій попередньої підготовки бавовняної тканини на гідрофобні властивості при оздобленні метилсиліконатом калію і встановлено мінімальне число підготовчих операцій, які забезпечують високий гідрофобний ефект.

5. Встановлено, що при використанні метилсиліконату калію індивідуально досягається гідрофобний ефект з високими показниками водотривкості, а в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками підвищується водовідштовхування і знижується водопоглинання.

6. Запропоновано однованний спосіб високоефективної технології гідрофобного оздоблення бавовняної тканини на основі водорозчинного силікону, що дозволяє отримати показник водотривкості 3500 Па.

7. Розроблено композиції на основі препарату ГКР-11К і реакційно-здатних кремнійорганічних сполук, що забезпечують високий ефект водовідштовхування, стійкий до прання.

8. Запропоновано механізм взаємодії целюлозного волокна з метилсиліконатом калію індивідуально, в присутності каталізатора і в композиції з реакційноздатною кремнійорганічною сполукою. Показано, що метилсиліконат калію утворює з целюлозним волокном водневі зв’язки, в присутності каталізатора утворюються координаційні зв’язки, чим і пояснюється підвищення стійкості до прання. При використанні композицій, вінілтриетоксісилан вступає у взаємодію з метилсиліконатом калію, подовжуючи ланцюг гідрофобізуючого силоксана, в результаті чого підвищуються водовідштовхуючі властивості.

9. У виробничих умовах АТЗТ ЧШК з позитивним результатом випробувано технологію гідрофобного оздоблення бавовняної тканини з застосуванням препарату ГКР-11К. Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованої технології складе 364,85 грн. на 1000 м2 тканини.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ткачук О.Л., Сарібекова Д.Г. Дослідження впливу ступеню підготовки бавовняної тканини на гідрофобний ефект // Вісник технологічного університету Поділля.-2005.-№ 5.- С.-112-114.

Особистий внесок: експериментальні дослідження, узагальнення результатів, формулювання висновків.

2. Ткачук О.Л., Сарибеков Г.С. Придание противозагрязняемых свойств хлопчатобумажной ткани на основе применения водорастворимого силикона // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины .-2005.- № 1(10).-С. 257-260.

Особистий внесок: одержання експериментальних даних та їх аналіз.

3. Ткачук О.Л., Сарібекова Д.Г. Дослідження впливу волокнистого складу тканини на гідрофобний ефект, отриманий на основі метилсиліконату калію // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну.-2006.-№ 1.-С. 54-58.

Особистий внесок: виконання експерименту, аналіз результатів.

4. Ткачук О.Л., Сарібекова Д.Г. Совершенствование гидрофобной отделки хлопчатобумажной ткани на основе применения алкилсиликоната калия // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины .-2006.-№1(11). – С. 105-108.

Особистий внесок: одержання експериментальних даних, аналіз результатів.

5. Сарібекова Д.Г., Задорожний В.В., Ткачук О.Л. Надання гідрофобних властивостей текстильним матеріалам фтор- і кремнійорганічними емульсіями // Вісник Київського національного університету технологій і дизайну. – 2006. - №3. – С. 80-84.

Особистий внесок: експериментальні дослідження.

6. Ткачук О.Л., Сарибеков Г.С. Оценка целесообразности использования метилсиликоната калия в процессах крашения целлюлозных материалов сернистыми красителями // Вестник Херсонського національного технічного університету. – 2006. - №3. – С. 173-176.

Особистий внесок: експериментальні дослідження, узагальнення результатів, формулювання висновків.

7. Пат. (Ua) 18527, МПК D06М 15/00. Склад для надання целюлозовмісним матеріалам гідрофобності / Ткачук О.Л., Бардачов Ю.М., Сарібекова Д.Г., Задорожний В.В. - № u200604908; Заявл. 03.05.2006; Опубл. 15.11.2006; Бюл. №11. – 5с.

Ткачук О.Л.: одержання експериментальних результатів, запропонована формула винаходу та прототип.

Задорожний В.В. – виконання експериментальних досліджень.

Сарібекова Д.Г. – визначення області застосування.

8. Ткачук О.Л., Сарібеков Г.С. Вдосконалення технології отримання гідрофобного оздоблення бавовняної тканини // Тези доповідей V всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. – К.: КНУТД.-2006.-С. 192.

9. Ткачук О.Л., Сарібеков Г.С. Вплив ступеню підготовки бавовняних тканин на гідрофобний ефект, отриманий на основі водорозчинних силіконів // Тези доповідей ІV всеукраїнської ювілейної наукової конференції молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. – К.: КНУТД.-2005.-С. 144.

10. Ткачук О.Л., Сарибеков Г.С. Исследование влияния силиконового препарата на противозагрязняемые свойства хлопчатобумажной ткани // Тезисы научно-практической конференции „Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”. – Херсон, ХНТУ. - 2005. - С. 285-286.

11. Задорожный В.В., Сарибекова Д.Г., Ткачук О.Л. Применение фтор- и кремнийсодержащих эмульсий для придания водоотталкивающих свойств текстильным материалам различного волокнистого состава // Тези сьомої всеукраїнської конференції студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”. – К.: Київський національний університет ім. Т. Шевченка. – 2006. – С. 293.

Анотація

Ткачук О.Л. Розробка багатоцільового оздоблення целюлозовмісних тканин на основі застосування водорозчинного силікону. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів - Херсонський національний технічний університет, м. Херсон, 2007 р.

У роботі наведено результати комплексних теоретичних і експериментальних досліджень застосування водорозчинного кремнійорганічного препарату вітчизняного виробництва ГКР-11К в процесах оздоблення текстильних матеріалів із целюлозних волокон.

Показано багатофункціональність метилсиліконату калію і можливість його застосування для фарбування текстильних матеріалів в якості інтенсифікатора, а також в заключному оздобленні для надання гідрофобних і протизабруднюючих властивостей.

Показано, що застосування препарату ГКР-11К як інтенсифікатора фарбування сірчистими барвниками сприяє підвищенню інтенсивності забарвлення.

Встановлено, що використання препарату дозволяє одержати на бавовняній тканині гідрофобний ефект з високими показниками водотривкості, а в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками підвищується водовідштовхування і знижується водопоглинання.

В результаті ІЧ-спектроскопічних досліджень запропоновано механізм взаємодії метилсиліконату калію з целюлозою індивідуально, в присутності каталізатора і в композиції з реакційноздатними кремнійорганічними сполуками.

Проведені виробничі випробування підтвердили доцільність використання препарату в заключному оздобленні текстильних матеріалів.

Ключові слова: водорозчинний кремнійорганічний препарат, фарбування, брудовідштовхувальне оздоблення, гідрофобне оздоблення, бавовняна тканина.

Аннотация

Ткачук О.Л. Разработка многоцелевой отделки целлюлозосодержащих тканей на основе применения водорастворимого силикона. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов.- Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Развитие отечественной текстильной промышленности в современных условия 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 отделки, где окончательно формируются необходимые потребительские свойства готовых тканей.

В диссертационной работе представлены результаты исследований интенсификации процесса крашения и усовершенствования технологии гидрофобной и противозагрязняемой отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон.

Экспериментально доказано, что применение метилсиликоната калия для интенсификации процесса крашения водорастворимыми сернистыми красителями способствует повышению интенсивности окрасок, не изменяя при этом колористические характеристики и не оказывая отрицательного воздействия на устойчивость окрашенных тканей к физико-механическим воздействиям.

Установлено, что метилсиликонат калия является эффективным препаратом для придания хлопчатобумажной ткани противозагрязняемых свойств. Наиболее высокие показатели противозагрязняемой отделки достигаются при использовании индивидуально ГКЖ-11К при рН среды 13-14, отделочных составов на основе: ГКЖ-11К, ацетата циркония; ГКЖ-11К, ацетата циркония и карбоксиметилцеллюлозы, а также ГКЖ-11К, ацетата циркония, карбоксиметилцеллюлозы и полиакриламида.

Полученые данные, характеризующие влияние волокнистого состава на качество гидрофобной отделки текстильных материалов, свидетельствуют о том, что наиболее высокие гидрофобные свойства при отделке метилсиликонатом калия приобретает хлопчатобумажная ткань. Для отделки лавсановой ткани его применение нецелесообразно.

В результате определения количества фиксированного препарата текстильными материалами различного волокнистого состава установлено, что гидрофобный эффект на тканях зависит не от количества наносимого препарата, а от его размещения на волокне, характера обволакивания и степени закрепления.

Изучение влияния степени подготовки хлопчатобумажной ткани на гидрофобный эффект показало, что количество нанесенного на ткань препарата зависит от капиллярных и сорбционных свойств ткани, которые повышаются с увеличением степени очистки ткани. Эти данные позволяют предположить, что для взаимодействия гидрофобизатора с текстильным материалом необходима дополнительная активация сорбционной поверхности хлопкового волокна. Поэтому для получения высококачественной отделки необходима подготовка, включающая в зависимости от назначения ткани, расшлихтовку, отварку, либо расшлихтовку, отварку, мерсеризацию.

Разработана технология гидрофобной отделки хлопчатобумажной ткани на основе водорастворимого силикона, осуществляемая по однованному способу.

Показано, что применение метилсиликоната калия индивидуально и в присутствии катализатора позволяет получить гидрофобную отделку с высокими водоупорными свойствами. Повысить показатели водоотталкивания и снизить водопоглощение возможно при использовании композиций на основе препарата ГКЖ-11К и реакционноспособных кремнийорганических соединений – винилтриэтоксисилана, полиметилгидросилоксана, полиметилсилоксана.

В результате ИК-спектроскопических исследований предложен механизм взаимодействия метилсиликоната калия с целлюлозой индивидуально, в присутствии катализатора и в композиции с реакционноспособным кремнийорганическим соединением. Установлено, что метилсиликонат калия образует с целюлозой водородные связи, в присутствии катализатора – ацетата циркония, метилсиликонат калия связывается с целюлозой с образованием координационных связей, а в композициях реакционноспособное кремнийорганическое соединение – винилтриэтоксисилан вступает во взаимодействие с метилсиликонатом калия, удлиняя полимерную цепь гидрофобизирующего силоксана, в результате чего повышаются водоотталкивающие свойства.

Производственные испытания на АОЗТ “Черкасский шелковый комбинат” подтвердили целесообразность использования водорастворимого кремнийорганического препарата отечественного производства ГКЖ-11К для гидрофобной отделки текстильных материалов из целлюлозных волокон.

Ключевые слова: водорастворимый кремнийорганический препарат, крашение, противозагрязняемая отделка, гидрофобная отделка, хлопчатобумажная ткань.

Summary

Tkachuk O.L. Development of the multipurpose application of the cotton fabric on the base of using watersoluble silicone. – Typescript. Dissertation for seeking the scientific degree (Engineering) on specialty 05.19.03 – Technology of Textile Materials. - Kherson National Technical University, Kherson, 2007.

The investigation results of the intensification of dyeing processes and technological improvements of waterproof and antipollution application for the textile material from cellulose fibers are presented in the dissertation work.

It is experimentally proved, that the using of metylsiliconatе of kalium for intensification process of dyeing by water-soluble sulphide dyestuffs promotes to increase the intensities of the colorations. It is installed, that the using of the GKR-11K