ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ВЕНГЕР ОЛЕНА ОЛЕКСІЇВНА

УДК 677.027.6

НАДАННЯ ТКАНИНАМ, ЩО МІСТЯТЬ ВОВНУ, М’ЯКОГО ГРИФУ

05.18.19 - технологія текстильних матеріалів,

швейних і трикотажних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Міщенко Ганна Володимирівна,

Херсонський національний технічний університет,

завідувач кафедри фізичної та неорганічної хімії.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поліщук Степан Олександрович,

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

кандидат технічних наук, доцент Смеречинська Ніна Родіонівна,

Київський національний університет технологій та дизайну, доцент кафедри опоряджувального виробництва.

Захист відбудеться „_5_”_березня_2008р. об _1100_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою:

73008, м. Херсон – 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд. 223.

Автореферат розісланий „_28_” _січня_2008р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Одним з найважливіших процесів на стадії заключного опорядження тканин є процес надання їм м’якого грифу, який є особливо важливим для тканин, що містять вовну.

Поява жорсткого грифу тканин пов’язана з видаленням у процесах їх підготовки природних супутників волокон, зокрема жировосків. Причиною жорсткості тканин можуть бути також надлишок барвника на волокні, не видалений з поверхні надрукованої тканини загусник, полімерні речовини, що застосовуються на стадії заключної обробки тканин.

Щоб повернути тканинам пружність, еластичність, отримати на них блиск, зробити гладкими і приємними на дотик або провести цільову зміну грифу, тканини обробляють пом’якшувачами, в результаті чого вони набувають необхідних споживчих властивостей. У якості пом’якшувачів найчастіше використовують поверхнево-активні речовини (ПАР), ринок яких в останній час значно змінився.

Однак теоретичні засади щодо застосування того чи іншого пом’якшувача для тканин різного волокнистого складу відсутні. Взагалі пом’якшення тканин - це один з процесів опорядження, який до останнього часу знаходився поза увагою науковців. Більш того, споживач вимагає тканини із стійким ефектом пом’якшення, для одержання якого сьогодні є практично одна технологія – із застосуванням силіконових пом’якшувачів, які значно підвищують собівартість обробки тканин за рахунок високої вартості препаратів та енергоємності технології.

З огляду на зазначене та враховуючи загострення проблем з енергоносіями, вимоги до екологічної чистоти технологій, інтенсивний розвиток біотехнологій, актуальності набувають питання з розробки технологій заключного опорядження тканин із застосуванням ферментів, які є екологічно чистими, здійснюються при низьких температурах, не руйнують волокно. На сьогодні ці технології використовуються головним чином при підготовці тканин. Рекомендації щодо використання ферментів у інших процесах значно обмежені, хоча відомо, що завдяки властивостям ферментів, численні операції оздоблення тканин можуть бути переведені на біотехнології.

Актуальність теми визначається необхідністю підвищення якості текстильних матеріалів за рахунок надання останнім м’якого грифу за новими складами і технологіями, що забезпечують стійкість наданого ефекту, є енергозберігаючими, не ускладнюють екологічну ситуацію і зберігають міцність волокна.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась у Херсонському національному технічному університеті відповідно пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки, а саме “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” в рамках науково-дослідної роботи „Теоретичні дослідження фізико-хімічних основ отримання і застосування препаратів на основі водорозчинних полімерів для обробки текстильних матеріалів”. Номер державної реєстрації 0100U000401, протокол засідання Науково-технічної ради Міністерства освіти і науки України № 01 від 27.12.1999 р.

Особистий внесок автора полягає у розробці нових складів для пом’якшення тканин, в тому числі таких, що забезпечують стійкість одержаного волокнами ефекту до прання і підвищення екологічної чистоти технології та у запропонуванні науково - обґрунтованих пропозицій щодо оцінки ефективності пом’якшувачів.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є розробка складів і ефективної технології надання м’якого грифу тканинам, що містять вовну, зокрема технології, яку можна здійснювати при температурі виробничого приміщення, тобто без підігріву робочих розчинів. Така технологія дозволить при забезпеченні необхідної якості тканин не тільки зберегти енергоресурси, але й запобігти негативної дії температури на білкове волокно і зберегти його властивості.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити такі задачі:

- одержати склади для забезпечення м’якого грифу готових виробів на основі нових ТДР;

- запропонувати методи визначення ефективності пом’якшувачів;

- дослідити колоїдно-хімічні властивості розроблених складів;

- дослідити вплив розроблених пом’якшувачів на фізико-механічні властивості текстильних матеріалів;

- запропонувати технологію пом’якшення тканин із використанням ферментів для отримання стійкого м’якого грифу текстильних матеріалах;

- вибрати ефективні ферменти і встановити оптимальні умови їх використання в якості пом’якшувачів;

- дослідити вплив ферментів на фізико-механічні властивості текстильних матеріалів;

- здійснити перевірку розроблених складів у виробничих умовах;

- провести розрахунок економічної ефективності від упровадження результатів роботи у виробництво.

Об’єкт дослідження – процес пом’якшення текстильних матеріалів.

Предмет дослідження – склади, що надають тканинам м’якого грифу, в тому числі на основі ферментів.

Методи дослідження.

З урахуванням сформульованих вище задач використовували наступні методи.

Для оцінки характеристик і властивостей пом’якшувачів:

- віскозиметричний метод визначення концентрації речовини в розчині;

- метод Дю Нуї і сталагмометричний метод для визначення поверхневого натягу розчинів;

- оптичний метод дисперсійного аналізу;

- метод оцінки критичної поверхневої енергії з використанням водно-етанольних розчинів;

- визначення капілярності за ГОСТом 3816 - 81.

Для оцінки ефекту пом’якшення визначали:

- жорсткість нитки при крутінні;

- складові частини деформації і розтягнення текстильних ниток;

- драпіруємість тканин за допомогою дискового методу;

- жорсткість при згинанні за допомогою консольного методу;

- м'якість або зжатість виробу;

- розривне навантаження текстильних матеріалів;

- гігроскопічність текстильних матеріалів за ГОСТом 3816 - 81.

Біохімічні методи дослідження властивостей ферментів, а саме:

- оцінка впливу рН середовища на активність ферментів за допомогою біуретової реакції;

- визначення активності ферментів за здатністю звурджувати білок молока – козеїноген;

- візкозиметричний метод для оцінки активності ферментів.

Різновідтіночність визначалась за ГОСТом 18055 - 72 із використанням спектрофотометра “Specoll-11”.

Вплив пом’якшувачів на стійкість забарвлень до фізико-механічних дій визначали за ГОСТом 9733 - 83.

При обробці експериментальних даних використали метод математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- показано залежність адсорбції волокнами пом’якшувачів від іонного характеру ПАР, що використовуються у якості речовини для пом’якшення, та хімічної природи волокна;

- запропоновано колоїдно-хімічний підхід до вибору типів ПАР для композицій, що мають використовуватися для пом’якшення тканин із суміші волокон;

- проведено комплексний аналіз ефекту, наданого пом’якшувачами тканинам, в рамках якого визначено показники фізико-механічних властивостей волокна, а саме: умовна жорсткість при згинанні, жорсткість при крутінні нитки, коефіцієнт драпіруємості, м'якість або зжатість та зміна у часі деформації розтягнення ниток, і показана доцільність використання цих характеристик для оцінки ефективності пом’якшувачів.

Практичне значення одержаних результатів:

- розширено асортимент композицій на основі суміші ПАР для пом’якшення текстильних матеріалів, які можуть вироблятись промислово та надавати тканинам тимчасовий ефект пом’якшення;

- запропоновано технологію використання протеолітичних ферментів в якості пом’якшувачів текстильних матеріалів, яка забезпечує одержання стійкого ефекту пом’якшення тканин, що містять вовну, зберігає енергоресурси, запобігає негативної дії високої температури на вовняне волокно і є екологічно чистою.

Результати роботи апробовані на суконній фабриці у місті Богуслав (15 березня 2005 р.), а також на камвольній фабриці концерну „Чексіл” та ТОВ „Суконна фабрика” (10-12 січня 2001р.) в м. Чернігів і можуть бути реалізовані на опоряджувальних фабриках, які випускають тканини, що містять вовну.

Особистий внесок автора полягає в критичному аналізі науково-технічної літератури та патентної інформації, в виконанні експериментальних досліджень та в розробці нових теоретично обґрунтованих складів на основі сумішей ПАР, що забезпечують м’який гриф текстильних матеріалів, а також у розробці технології м’ягчіння тканин із використанням ферментів, яка надає тканинам стійкий ефект пом’якшення.

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

- на VІ Всеукраїнській ювілейній науковій конференції молодих вчених та студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі” (Київ, 17 – 19 травня 2005);

- на міжнародній науково-практичній конференції “Розвиток наукових досліджень” (Полтава, 7-9 листопада 2005);

- на VІ Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії” (Київ, 17 -18 травня 2005);

- на ІV Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Дніпропетровськ, 29 травня – 2 червня 2006);

- на IV Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі” (Київ, 17 – 18 квітня 2007);

- на науковому семінарі кафедри товарознавства непродовольчих товарів Львівської комерційної академії, 10 вересня 2007.

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 9 найменувань, в тому числі статей в журналах – 4 (журнал “Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины” - 3, журнал “Восточно-Европейский журнал передовых технологий” - 1), збірниках матеріалів конференцій – 5.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота включає вступ, три розділи, висновки, список використаних джерел, додаток.

Дисертація має 179 сторінок друкованого тексту, 35 таблиць, 38 рисунків, 119 найменувань літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальні відомості про напрямки розвитку технологій оздоблювального виробництва. Відмічено, що при розробці нових технологій виключна увага приділяється скороченню витрат енергоносіїв і захисту навколишнього середовища. Показано перспективну роль технологій опорядження, які будуються на використанні ферментів з необхідною гідролітичною функцією.

Обґрунтовано актуальність обраної теми, сформульовано мету і задачі дисертаційної роботи, визначено межі досліджень, розкрито наукову новизну, практичну значущість роботи.

У першому розділі проаналізовано роль операції пом’якшення в забезпеченні якості тканин. Виявлено причини появи жорсткості текстильних матеріалів. Проведено аналіз асортименту пом’якшувачів та їх хімічної будови, виділено основні групи цих текстильно-допоміжних речовин, що дозволило їх класифікувати. Показано, що найбільш поширене використання у процесі пом’якшення тканин мають поверхнево-активні речовини. Відмічено недоліки використання пом’якшувачів на основі ПАР. Відмічено також відсутність у хімічній технології волокнистих матеріалів методів визначення ефективності дії пом’якшувачів і, що органолептичний метод для цієї цілі не може вважатися об’єктивним.

Розглянуто та проаналізовано пом’якшувачі, що надають виробам стійкий ефект пом’якшення, зокрема силіконові пом’якшувачі.

Показано, що за екологічними та економічними показниками технологія, що базується на застосуванні силіконів, не є найбільш ефективною. Препарати мають високу ціну, потребують використання високих температур, що збільшує витрати і до того ж забруднюють стічні води виробництва. Відмічено важливість пошуку більш енергоощадних та екологічно чистих технологій, які примушують переглянути та змінити асортимент текстильних матеріалів, хімічних речовин і текстильно-допоміжних речовин, що використовуються. Показано перспективну роль біотехнологій в опорядженні тканин, які будуються на використанні ферментів, як текстильно-допоміжних речовин.

Проаналізовано характеристику окремих класів ферментів та розглянуто групи ферментів, що використовуються в текстильній промисловості. Розглянуто переваги та можливості використання в опоряджувальному виробництві ферментів.

Аналіз літератури з питання надання тканинам м’якості свідчить, що наукові розробки в цьому плані майже не ведуться, а рекомендації мають лише рецептурний характер.

У другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження.

Наведено коротку характеристику об’єктів дослідження, взято до уваги, що ефективність текстильно-допоміжних речовин багато в чому залежить від наступних факторів: дисперсності, величини поверхневого натягу, хімічної будови, величини адсорбції, змочувальної, емульгуючої та інших властивостей даної дисперсної системи, а отже і можливість застосування багатьох з них залежить від їх колоїдно-хімічних властивостей та стану поверхні текстильного матеріалу.

З урахуванням відзначеного, перш за все здійснювалася оцінка колоїдно-хімічних властивостей розчинів пом’якшувачів і впливу пом’якшувачів на фізико-механічні властивості текстильних матеріалів. У процесі дослідження використано:

- метод віскозиметричний для визначення концентрації речовини в розчині;

- метод Дю Нуї і сталагмометричний для визначення поверхневого натягу розчинів;

- фотометричний метод визначення розміру частинок розчинів пом’якшувачів (колориметр фотоелектричний концентраційний КФК-2 МП);

- метод оцінки критичної поверхневої енергії тканин за допомогою водно-етанольних розчинів;

- метод визначення капілярності і гігроскопічності текстильних матеріалів за ГОСТом 3816 - 81;

- метод визначення жорсткості нитки при крутінні за допомогою прибору КМ-20;

- метод визначення складових частин деформації і розтягнення текстильних ниток за допомогою релаксометра РМ-5;

- дисковий метод визначення драпіруємості тканин;

- консольний метод для оцінки жорсткості при згинанні текстильних матеріалів;

- метод визначення м'якості виробу за допомогою товщиноміру ТТМ-1;

- метод визначення розривного навантаження текстильних матеріалів за ГОСТом 9867-61.

Аналіз можливостей і умов використання протеолітичних ферментів у заключному опорядженні здійснювався за допомогою біохімічних методів дослідження, а саме: оцінки впливу рН середовища на активність ферментів за допомогою біуретової реакції, за здатністю звурджувати білок молока – козеїноген та візкозиметричного методу оцінки активності ферментів.

Результати експериментальних досліджень обробляли методами математичної статистики.

У третьому розділі представлено експериментально-теоретичну частину роботи, що складається з трьох підрозділів, у яких послідовно викладено:

- дослідження з можливості використання адсорбційної здатності ПАР для оцінки його ефективності, як пом’якшувача для того чи іншого волокна;

- результати з розробки композицій на основі ПАР для пом’якшення текстильних матеріалів, що містять вовну, а також їх технологічні властивості і застосування;

- результати дослідження колоїдно-хімічних властивостей розроблених композицій пом’якшувачів на основі ПАР, що надають тимчасовий ефект пом’якшення;

- результати комплексної оцінки впливу пом’якшувачів на основі ПАР на фізико-механічні властивості текстильних матеріалів;

- результати визначення факторів, які впливають на умови використання ферментів у заключному опорядженні, в зв’язку з чим розглянуто механізм дії ферментів;

- результати оцінки ефективності використання ензимів, як модифікаторів грифу текстильних матеріалів;

- шляхи підвищення ефективності використання ферментів;

- розрахунки економічного ефекту від впровадження ферментів в заключному опорядженні текстильних матеріалів.

У першому підрозділі викладено результати дослідження з розробки складів на основі ПАР для модифікації грифу тканин із сумішей волокон.

Оскільки процес просочування тканин пом’якшувачами протікає у двохфазній системі “текстильний матеріал – розчин пом’якшувача”, в основі якого лежать перш за все такі фізико-хімічні явища як змочування і адсорбція, при розробці складів для пом’якшення тканин з використанням ПАР вивчали процес адсорбції цих речовин різними за волокнистим складом тканинами, в тому числі таких, що вироблені із сумішей волокон. При цьому враховано, що до сумішей як правило включають волокна, одне з яких утворює гідрофобну поверхню, а друге є гідрофільним субстратом, зокрема такими є тканини з вовни і поліефірного волокна, які складають більшість тканин, серед таких, що містять вовну.

При дослідженні використано ПАР чотирьох типів: катіонні, аніонні, амфотерні та неіонні.

Встановлено, що вовняне волокно краще адсорбує ПАР катіонної природи. На тканині з поліефірного волокна краще адсорбуються неіонні ПАР.

Кращу адсорбцію ПАР катіонного типу вовною пояснили з позицій хімічної будови кератину вовни, який у нейтральних розчинах має надлишковий негативний заряд, зумовлений групами – СООН. Вказані групи створюють умови для електростатичної взаємодії білкового волокна з іонами ПАР, що мають позитивний заряд. Цей механізм підтверджено кривими адсорбції ПАР кератином вовни в залежності від рН середовища, що наведено на рис. 1.

Рис. 1. Криві сорбції ПАР кератином вовни в залежності від рН середовища:

1 - етоній; 2 – емал 270Д.

Як видно з рисунку, підвищення рН розчину ПАР супроводжується збільшенням сорбції катіонактивного препарату (етонію) і зменшенням сорбції аніонного ПАР (емалу 270Д). Ці дані підтверджують не лише електростатичний механізм адсорбції пом’якшувачів, але й вказують на можливість керування процесом адсорбції шляхом зміни рН робочих розчинів пом’якшувачів.

Побудова ізотерм сорбції в логарифмічних координатах дозволила визначити сталі k і n у рівнянні ізотерми адсорбції:

(1)

Величини розрахованих сталих рівняння ізотерм адсорбції ПАР вовняним і поліефірним волокном показали, що катіонний препарат етоній краще адсорбується кератином вовни і між ним і волокном утворюється більш міцний зв'язок ніж у інших системах, наприклад, “емал - волокно”.

Отже, показано, що процес адсорбції ПАР волокнами протікає у відповідності з правилом вирівнювання полярностей Ребіндера, а з цього випливає, що ефективний пом’якшувач, придатний як для вовни так і для поліефіру повинен бути комплексним препаратом, до складу якого мають входити ПАР різні за іонним характером. Зокрема, до композиції для вовняно-поліефірної тканини треба включати ПАР катіонного і неіонного типів.

На основі отриманих даних розроблено комплексні препарати для м’ягчіння тканин з вовни та вовняно-поліефірних, які дістали назви: пом’якшувач АГД, пом’якшувач СД, і пом’якшувач ДГД. Основою складів композицій є суміш ПАР різних за іонним характером.

Визначено колоїдно-хімічні властивості розроблених складів для м’ягчіння тканин. Найважливіший показник - поверхневий натяг робочих розчинів знаходиться в межах 23-26 мН/м, тобто значно нижчий у порівнянні з робочими розчинами інших пом’якшувачів, а отже свідчить про хорошу змочувальну здатність розроблених композицій.

Критична поверхнева енергія, визначена за Зисманом для вовни та поліефіру, знаходиться у межах 30-31 мН/м. Як видно, розчини пом’якшувачів мають значення більш низьке за значення поверхневої енергії волокон, що і повинно мати місце для змочування.

Встановлено концентрацію пом’якшувачів у робочих розчинах: вона складає 20 г/л. Ця концентрація є оптимальною з точки зору адсорбційної здатності пом’якшувачів по відношенню до вовняно-поліефірної тканини із огляду на показник “”. Робочу концентрацію встановлено за ізотермами сорбції (рис. 2).

Рис. 2. Ізотерми адсорбції ПАР:

1 – пом’якшувач ДГД; 2 – пом’якшувач БН – 25;

3 – пом’якшувач НП – 73; 4 – колосіл;

5 – колософт ЛН; 6 – пом’якшувач СД;

7 - пом’якшувач АГД.

Як видно з ізотерм, розроблені пом’якшувачі характеризуються кращою адсорбційною здатністю у порівнянні з тими, що сьогодні використовуються на виробництві.

Досліджено можливість використання у якості пом’якшувача препарату Лапрол ДЗ. Показано, що Лапрол ДЗ має високу адсорбцію як на вовні так і поліефірному волокні.

Лапрол ДЗ забезпечує одержання м’якого грифу, який є більш стійким у порівнянні з іншими пом’якшувачами на основі ПАР, що зумовлюється високою молекулярною масою лапрола ДЗ та його нерозчинністю у воді.

Проведено оцінку впливу розроблених пом’якшувачів на якість обробки тканин. Оцінку здійснювали за фізико-механічними властивостями текстильних виробів, які використовуються у механічній технології волокнистих матеріалів.

Передбачені держстандартом методи визначення якості грифу тканин на сьогодні відсутні. Якість м’ягчіння в хімічній технології оцінюють головним чином органолептично, що не дає об’єктивної картини. Для одержання об’єктивної оцінки якості тканин визначали наступні показники: м’якість або зжатість, жорсткість при згинанні, жорсткість при крутінні ниток, драпіруємість, а також зміну в часі деформації розтягнення ниток після обробки при постійному навантаженні та після нього. Окрім перелічених фізико-механічних показників оцінювали також гігроскопічність оброблених тканин, для чого будували кінетичні криві адсорбції води тканиною.

Дослідження якості оброблених тканин за вказаними характеристиками показали, що розроблені пом’якшувачі забезпечують одержання коефіцієнту жорсткості ниток при крутінні на рівні таких, що дають силіконові пом’якшувачі.

Коефіцієнт драпіруємості тканин “К” після їх обробки розробленими пом’якшувачами зростає з 44 відсотків до 76 78, що також знаходиться на рівні тих значень, які одержують, обробляючи тканини силіконовими пом’якшувачами. Умовна жорсткість при згинанні вовняної тканини знижується з 3220 мкНсм2 до 2980, а для тканини з суміші вовняного і поліефірного волокон з 5960 до 4950 мкНсм2. М’якість вовняної тканини збільшується з 1,15 мм до 1,42, а тканини з суміші волокон – з 0,20 до 0,50 мм.

На рис. 3. відтворено зміну в часі деформації розтягнення ниток з суміші волокон, оброблених пом’якшувачами, що аналізуються при постійному навантаженні та відпочинку.

Рис. 3. Зміна в часі деформації розтягнення ниток з суміші волокон, оброблених різними пом’якшувачами при постійному навантаженні та відпочинку після нього:

1 – необроблений зразок; 2 – пом’якшувач БН – 25;

3 – пом’якшувач НП -73; 4 – пом’якшувач ДГД;

5 – колософт ЛН; 6 – колосіл;

7 – пом’якшувач СД; 8 - пом’якшувач АГД.

Повна деформація розтягнення ниток складається з пружної (Lпр), еластичної (Lе) і пластичної (Lп) деформацій. Складові деформації дозволяють скласти уявлення про поведінку матеріалу в процесі його використання. Складові частини деформації подано в табл. 1.

Відомо, що чим більш податливий матеріал, тим менше його пружна і швидка еластична деформація, тим час зникнення деформації менше. Пластична деформація теж має значення, чим вона менше, тим більш податлива тканина, і тим краще проявляється властивість тканини приймати необхідну форму у готовому виробі.

Таблиця 1

Вплив пом’якшувачів на деформацію розтягнення нитки

Умови обробки | Складові частини деформації | вовняної нитки | нитки із суміші волокон | пружна Lпр, мм | еластична Lе, мм | пластична Lп, мм | пружна Lпр, мм | еластична Lе, мм | пластична Lп, мм | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | необроблений зразок | 10,3 | 4,5 | 3,4 | 11 | 3,8 | 4,2 | колосіл конц. | 8,3 | 4,6 | 1,74 | 9 | 5,8 | 1,78 | колософт ЛН | 9 | 4,5 | 2,5 | 9,9 | 5,1 | 2,3 | пом’якшувач

БН - 25 | 9,4 | 4,6 | 3 | 9,6 | 5,3 | 2,7 | пом’якшувач

НП - 76 | 8,9 | 4,4 | 2,9 | 9,4 | 5,1 | 2,7 | пом’якшувач

ДГД | 8,3 | 4,6 | 1,699,02 | 5,2 | 1,78 | пом’якшувач

СД | 8,2 | 4,6 | 1,71 | 9 | 5,2 | 1,78 | пом’якшувач

АГД | 8,3 | 4,35 | 1,72 | 9 | 4,98 | 1,782

Порівняльний аналіз даних рис. 3 і табл. 1 показує, що пружність та пластичність вовняних ниток, оброблених пом’якшувачами ДГД, СД, АГД, збільшується у порівнянні з показниками необробленого зразку і знаходиться у межах: Lпр = 8,2 - 8,3 мм, а Lп = 1,69 -1,74, в той час як для необробленого зразку ці показники відповідно 10,3 мм та 3,4 мм. Для ниток з суміші волокон, оброблених розробленими складами ці показники теж кращі у порівнянні з необробленим зразком, і мають значення Lпр = 9 мм, а Lп = 1,78-1,782 мм, для необробленого зразку Lпр= 11 мм і Lп= 4,2 мм. Дані показники текстильного матеріалу знаходяться на рівні показників текстильного матеріалу обробленого силіконовим пом’якшувачем і свідчать про покращення пружності (еластичності), пластичності тканини, а отже і її грифу по відношенню до необробленого зразку та зразків оброблених іншими пом’якшувачами.

Розроблені композиції апробовано в процесі виробничих випробувань, які було проведено на ВАТ “Богуславська суконна фабрика” (м. Богуслав) та на камвольній фабриці концерну “Чексіл” (м. Чернігів). На виробництві м’ягчінню піддавали напіввовняні пледи та костюмну тканину з вовни (52 %) та поліефіру (48 %). На зазначених виробах одержано якісний ефект м’ягчіння, який задовольняв усім вимогам споживачів, про що маються відповідні акти.

Одержаний ефект м’ягчіння за допомогою розроблених складів на основі ПАР є тимчасовим.

Оскільки ПАР розчиняється у воді при мокрих обробках тканин ефект м’ягчіння знижується або втрачається зовсім.

У зв’язку з цим друга частина дослідження присвячена наданню тканинам стійкого ефекту пом’якшення.

У другому підрозділі експериментальної частини викладено результати дослідження з розробки технології модифікації вовняного волокна, в основі якої лежить використання екологічно безпечних природних біоречовин, що дозволяють зробити технологію надання тканинам м’якого грифу екологічно чистою, енергозберігаючою і звести до мінімуму втрати механічної міцності волокна.

Такими речовинами є ферменти або ензими.

У підрозділі розглянуто механізм дії ферментів, що дозволило вибрати для роботи протеолітичні ферменти з відносною специфічністю, тобто такі, що відносяться до класу гідролаз, які діють на пептидні зв’язки.

При встановленні оптимальних умов використання ферментів як пом’якшувачів грифу тканин виходили не тільки з їх специфічної дії і активності, але й залежності від рН середовища, температури та присутності активаторів.

Залежно від рН середовища активний центр ферменту може бути іонізований в різній мірі, що впливає на формування комплексу фермент-кератин вовни.

На рис. 4 представлені криві залежності активності ферменту від рН розчину.

Рис. 4. Вплив рН середовища на активність ферментів:

1 - ELBRO SR; 2 - OROPON ON2.

Як видно з рисунку, оптимальне значення рН для першого ферменту становить 2,5 для другого – 7,5.

Активність ферментів через 3 - 4 години зменшується на 50 відсотків (рис. 5.).

Рис. 5. Зміна активності ферменту ELBRO SR з плином часу

(концентрація 10%, при 25 0С, рН=4)

Оптимальну температуру обробки тканин ферментами визначено за кривою, наведеною на рис. 6.

Рис. 6. Вплив температури на активність ферментів:

1 - OROPON ON2; 2 - ELBRO SR.

Вузький інтервал значень рН, при яких ферменти, що досліджувались, проявляють максимальну активність, розширено за рахунок добавок солей металів.

На рис. 7. показано вплив солей металів на активність ферментів.

Рис. 7. Вплив іону металу на активність ферментів:

1 – в умовах відсутності солей; 2 – в присутності солі цинку;

3 – в присутності солі магнію; 4 – в присутності солі марганцю;

5 – в присутності солі кобальту; 6 – в присутності солі заліза.

Як видно з рисунку, інтервал рН робочих розчинів, при яких ферменти можуть працювати з максимальною активністю, у присутності солей змінюється, а саме як у бік підвищення, так і зниження значень рН.

Розширення інтервалу значень рН робочих розчинів з ферментами робить технологію більш універсальною з практичної точки зору, менш чутливою до змін рН, не потребує від виробника зусиль для підтримування рН середовища.

Оптимальна концентрація ферментів у робочих розчинах складає 1 - 2 г/л. При даній концентрації тканина набуває м’якого грифу без втрат міцності волокна.

В результаті проведених досліджень з використання протеолітичних ферментів для надання тканинам, що містять вовну, м’якого грифу, встановлено оптимальні умови технології їх застосування, які зводяться до наступного:

1. Обробка тканини ферментами при концентрації 1 – 2 г/л і температурі 35 0С протягом 60 хв., рН встановлюється в залежності від типу ферменту;

2. Промивка тканини холодною водою;

3. Віджим (W до 70 – 80 %);

4. Сушіння тканини при температурі 80 0С.

Або

1. Просочення (t=20-250С, ) у присутності солі металу;

2. Віджим (W до 70 – 80 %);

3. Намотування в рулон та відлежування 3 - 5 годин;

4. Промивання теплою та холодною водою;

5. Сушіння тканини при температурі 80 0С.

Нижче, в табл. 2, представлені дані з оцінки якості тканин, оброблених ферментами.

Таблиця 2

Оцінка стійкості ефекту пом’якшування текстильних матеріалів до

багаторазового прання

Показники ефекту пом’якшення,

до прання / після прання | Умови обробки | необроблений зразок | OROPON ON2 | ELBRO SRМ'якість тканин, мм | вовняної | 1,15 | 1,53/1,51 | 1,55/1,54 | із суміші волокон | 0,20 | 0,58/0,57 | 0,62/0,61 | Умовна жорсткість тканин при згинанні, мкН·см2вовняної | 3220 | 2870/2869 | 2850/2848 | із суміші волокон | 5960 | 4530/4528 | 4510/4508 | Коефіцієнт драпіруємості тканин, % | вовняної | 44 | 81/80 | 82/80 | із суміші волокон | 49 | 72/70 | 74/73 | Розривне навантаження нитки, Рр, гс | вовняної | 132 | 143/141 | 150/149 | із суміші волокон | 530 | 603/601 | 605/603 | Жорсткість при крутінні нитки,

ум. од. | вовняної | 6,35 | 9,02/9,00 | 9,77/9,75 | із суміші волокон | 4,05 | 6,58/6,56 | 6,75/6,73 |

Як видно з табл. 2, тканини після обробки ферментами характеризуються більшою еластичністю, меншою жорсткістю, кращою драпіруємістю. Одержані показники покращуються, якщо обробка ферментами проводиться у присутності солей металів.

Показники якості обробки тканин після багаторазового прання не змінюються, тобто одержаний ефект м’якого грифу є стійким.

Дослідження також показали, що ферментативний спосіб надання тканинам стійкого ефекту пом’якшення не впливає на колористичні характеристики пофарбованих тканин.

У підрозділі 3.3 наведено дані з оцінки економічної ефективності технології.

ВИСНОВКИ

1. Запропоновано композиції на основі ПАР різних типів для надання тканинам, що містять вовну, тимчасового ефекту пом’якшення, а також технологію стійкої модифікації грифу вказаних тканин, яка побудована на використанні протеолітичних ферментів з відносною специфічністю.

2. Показано, що процес адсорбції ПАР тканиною протікає за правилом вирівнювання полярностей Ребіндера, тобто характеризується електростатичним механізмом, тому для тканин із суміші волокон, одне з яких є гідрофобним, а інше – гідрофільним, ефективний пом’якшувач на основі ПАР повинен представляти собою композицію із суміші різних за іонним характером речовин.

3. Розроблено нові теоретично обґрунтовані композиції для пом’якшення тканин, що містять вовну, які включають ПАР різної іонної природи.

4. Проведено комплексний аналіз якості пом’якшення тканин шляхом оцінки змін фізико-механічних властивостей тканин після обробки їх розробленими складами. Показано, що такі характеристики, як м'якість або зжатість, що характеризуються різницею товщин нестисненого і стисненого до межі можливого текстильного матеріалу, жорсткість нитки при крутінні, жорсткість при згинанні, драпіруємість тканин, яка визначається за коефіцієнтом драпіруємості, зміна в часі деформації розтягнення ниток після обробки пом’якшувачами при постійному навантаженні та після нього, яка характеризує пружність та еластичність ниток, добре відображають якість пом’якшення тканин і можуть бути використані у хімічній технології для оцінки ефективності пом’якшувачів і якості обробки ними тканин.

5. Розроблено технологію надання тканинам, що містять вовну, стійкого м’якого грифу на основі використання протеолітичних ферментів, для чого вивчено, як змінюється активність ферментів із зміною рН середовища, температури, з плином часу і встановлено умови, за яких ферменти, що досліджувались, проявляють максимальну активність до специфічної гідролітичної дії щодо кератину вовни.

6. Проведено виробничі випробування розроблених складів на основі сумішей ПАР різного типу на двох підприємствах: на суконній фабриці в м. Богуслав (березень 2005 р.) та камвольній фабриці концерну „Чексіл”, ТОВ „Суконна фабрика” (січень 2001 р.) в м. Чернігів. На виробництві пом’якшенню піддавали напіввовняні пледи та костюмну тканину, що складається з вовни на 52% та поліефіру на 48%. На зазначених виробах одержано якісний ефект м’ягчіння, який задовольняв усім вимогам споживачів, про що маються відповідні акти.

7. Зроблено розрахунки економічної ефективності технології, які показали, що витрати за статтею “Хімічні матеріали” на надання ефекту пом’якшення, зменшуються на 78 грн при використанні ферменту ELBRO SR та на 81 грн при використанні ферменту OROPON ON2 на 1000 м костюмної тканини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Венгер Е.А., Костына М.В. Обзор препаратов для мягчения тканей // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – Херсон. – 2004. - №2 (9). – С. 103-106.

Особистий внесок: аналіз з асортименту пом’якшувачів та їх хімічної будови, виділення основних груп і класифікація цих текстильно-допоміжних речовин.

2. Венгер О.О., Міщенко Г.В. Вплив пом’якшувача ДГД на технологічні властивості текстильних матеріалів, які містять вовну // Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. - Херсон. – 2005. - № 1 (10). – С. 157 – 160.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів, що містять вовну після обробки пом’якшувачем ДГД, узагальнення висновків.

3. Венгер О.О., Міщенко Г.В. Дослідження впливу ферментної обробки на м'якість текстильних матеріалів, які містять вовну // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - Херсон. – 2006. - №1 (11). – С. 44 – 47.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень комплексної оцінки впливу ферментів на м'якість текстильних матеріалів.

4. Венгер О.О., Міщенко Г.В., Попович Т.А. Дослідження впливу ферментної обробки на гриф тканин в присутності солей металів як активаторів // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - Харків. – 2007. - № 4/з (28). – С. 54 - 57.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень впливу солей металів на активність ферментів та оцінка грифу текстильних матеріалів після обробки ферментами в присутності солей металів.

5. Венгер О.О., Друзяк З.В. Покращення грифу тканин лапролом ДЗ // Матеріали IV Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. – К. – 2005. - Т. І. – С. 153.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень гігроскопічних властивостей текстильних матеріалів та побудова кінетичних кривих сорбції води зразками тканин різного сировинного складу, оброблених лапролом ДЗ.

6. Венгер Е.А., Погорелая Е.В. Лапрол ДЗ как мягчитель тканей // Збірка тез доповідей VI Всеукраїнської конференції студентів та аспірантів „Сучасні проблеми хімії”. – К. - 2005. – С. 186.

Особистий внесок: аналіз будови лапролу ДЗ та проведення експериментальних досліджень волого поглинання зразків тканин різного сировинного складу, оброблених лапролом ДЗ, побудова кінетичних кривих водопоглинання.

7. Венгер О.О., Міщенко Г.В. Вплив поверхневого натягу розчину пом’якшувача ДГД на якість обробки тканин з суміші вовняних волокон з поліефірними // Збірка тез доповідей Міжнародної науково-практичної конференції „Розвиток наукових досліджень”. – Полтава. – 2005. – Т. 6. – С. 54.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень поверхневих властивостей розчинів пом’якшувачів і оцінка якості обробки тканин з суміші волокон.

8. Венгер О.О., Міщенко Г.В. Застосування ферментів для обробки тканин із суміші целюлозних і білкових волокон // Тези доповідей IV Всеукраїнської конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. – 2006. – С. 139.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень ферментів у різних умовах (температура, час обробки, рН) і при різних концентраціях, оцінка дії ферментів за фізико-механічними показниками, узагальнення висновків.

9. Венгер О.О., Друзяк З.В. Надання тканинам стійкого ефекту пом'якшення // Тези доповідей IV Всеукраїнської конференціі молодих вчених та студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - К. – 2007. – С. 196.

Особистий внесок: проведення експериментального дослідження впливу концентрації ферментів в розчині на м’якість тканин різного асортименту, вибір оптимальних умов обробки, оцінка грифу текстильних матеріалів до і після багаторазового прання.

АНОТАЦІЯ

Венгер О.О. Надання тканинам, що містять вовну, м’якого грифу. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.19 - технологія текстильних матеріалів, швейних і трикотажних виробів. – Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2007.

Дисертація присвячена процесу надання тканинам м’якого грифу, а саме, розробці композицій на основі ПАР для тимчасового пом’якшення тканин з вовни та тканин з суміші вовняних і поліефірних волокон, які є високоефективними з точки зору якості одержаної після обробки продукції, а також технології стійкої модифікації грифу вказаних тканин, побудованої на використанні протеолітичних ферментів з відносною специфічністю.

Оскільки процес адсорбції ПАР протікає за електростатичним механізмом запропоновано композиції, до складу яких входять ПАР різні за іонним характером, що забезпечує хорошу адсорбцію пом’якшувача як гідрофільним вовняним волокном так і гідрофобним поліефірним.

Проведено комплексний аналіз якості оброблених тканин шляхом оцінки змін їх фізико-механічних характеристик, для чого використано такі показники як м'якість або зжатість, жорсткість нитки при крутінні, жорсткість при згинанні, коефіцієнт драпіруємості та зміна в часі деформації розтягнення ниток при постійному навантаженні та після нього. Показано, що застосовані характеристики добре відображають ефективність пом’якшувачів.

Розроблено технологію надання тканинам, що містять вовну, стійкого м’якого грифу на основі використання протеолітичних ферментів, для чого вивчено, як змінюється активність ферментів із зміною рН середовища, температури, з плином часу і встановлено умови, за яких ферменти, що досліджувались, проявляють максимальну активність до специфічної гідролітичної дії щодо кератину вовни.

Виконано економічні розрахунки ефективності використання ферментів в якості пом’якшувачів.

Ключові слова: м'якість, пом’якшення, тканина, поверхнево-активна речовина, адсорбція, композиція, фермент, активність, якість.

АННОТАЦИЯ

Венгер Е.А. Придание тканям, содержащим шерсть, мягкого грифа. – Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.19 – технология текстильных материалов, швейных и трикотажных изделий. – Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Диссертация посвящена разработке высокоэффективных с точки зрения качества получаемой продукции композиций на основе ПАВ для придания мягкого грифа тканям из шерсти и тканям из смеси шерстяных и полиэфирных волокон, а также технологии устойчивой модификации грифа указанных тканей, построенной на использовании протеолитических ферментов с относительной специфичностью.

При разработке составов для мягчения тканей с использованием ПАВ изучали процесс адсорбции ПАВ, разными по волокнистому составу тканями, в том числе такими, которые изготовлены из смеси волокон. При этом учтено, что в смеси, как правило, включают волокна, одно из которых образует гидрофобную поверхность, а второе является гидрофильным субстратом, в частности такими есть ткани, состоящие из шерсти и полиэфирных волокон.

В процессе исследования использовались ПАВ четырёх типов: катионные, анионные, амфотерные и неионные.

Установлено, что шерстяное волокно лучше адсорбирует ПАВ катионной природы. На ткани из полиэфирного волокна лучше адсорбируются неионные ПАВ.

Более высокую адсорбцию ПАВ катионного типа шерстью объяснили исходя из позиций химического строения кератина шерсти, который в нейтральных растворах имеет избыточный отрицательный заряд, обусловленный группами –