Підвищення ефективності пігментної технології при фарбуванні бавовняних тканин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677.842.4

Підвищення ефективності пігментної технології при фарбуванні бавовняних тканин

05.19.03 - Технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

САМОЙЛЕНКО ІГОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ

Херсон - 2001

АНОТАЦІЯ

Самойленко І.О. Підвищення ефективності пігментної технології при фарбуванні бавовняних тканин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 - технологія текстильних матеріалів. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2001.

Запропоновано шляхи підвищення ефективності використання пігментної технології при фарбуванні текстильних матеріалів, де зазначена технологія майже не використовується через низку невирішених на сьогодні проблем, серед яких основними є недостатня стійкість пофарбувань і неможливість одержання інтенсивно пофарбованих тканин, а також висока енергоємність процесу фарбування.

Визначені шляхи підвищення ефективності технології передбачають інтенсифікацію безпосередньо процесу фарбування на стадіях просочування тканин пігментним фарбувальним складом і термічної обробки та застосування раціональних схем підготовки текстильних матеріалів відповідно до типу зв'язуючого пігментного складу.

Запропоновано нові склади для фарбування бавовняних тканин пігментами і умови термічної обробки, що забезпечили зниження собівартості фарбування на 86,0 - 126,8 грн./1000 м пог. тканини та питомі витрати на електроенергію з 31,6 до 22,3 відсотків.

Ключові слова: пігмент, фарбування, текстильний матеріал, поверхнева енергія, інтенсифікація, якість.

АННОТАЦИЯ

Самойленко И.А. Повышение эффективности пигментной технологии при крашении хлопчатобумажных тканей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03. - технология текстильных материалов. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2001.

Предложены пути повышения эффективности пигментной технологии крашения текстильных материалов, где указанная технология в настоящее время практически не используется из-за ряда проблем, среди которых основными являются невысокая устойчивость окрасок и невозможность получения интенсивно окрашенных тканей, а также высокая удельная энергоемкость процесса крашения.

Предложенные пути повышения эффективности пигментной технологии предусматривают:

интенсификацию процесса крашения на стадиях плюсования и термической обработки окрашиваемой ткани;

применение рациональных схем подготовки текстильных материалов в зависимости от применяемого типа связующего пигментного состава.

При определении путей повышения эффективности пигментной технологии учтен специфичный способ фиксации пигмента на текстильных материалах, в соответствии с которым крашение текстильных материалов пигментами рассмотрено как процесс формирования системы волокнообразующий полимер - полимерный адгезив, в создании которой определяющую роль играют поверхностные свойства полимерных компонентов системы и явления, протекающие на поверхности раздела составляющих систем.

Это позволило использовать коллоидно-химические подходы для оценки свойств полимерных составляющих и получения системы с необходимыми свойствами.

С коллоидно-химических позиций предложено оценивать качество подготовки хлопчатобумажных тканей под пигментное крашение и использовать для этой цели показатель критической поверхностной энергии волокна, введенный Зисманом для характеристики поверхности твердого тела.

Критическая поверхностная энергия хлопкового волокна по мере проведения отдельной стадии подготовки изменяется, что влияет на взаимодействие волокна с полимерным связующим, в частности, на адгезионную прочность и работу адгезии.

Для обеспечения максимальной работы адгезии полимера связующего пигментного состава не обязательны все стадии подготовки.

При применении полиуретановых связующих работа адгезии мало изменяется с повышением степени подготовки тканей.

При использовании поливинилацетатного связующего зависимость работы его адгезии от степени подготовки проходит через максимум и снижается после мерсеризации ткани, так как мерсеризация снижает показатель критической поверхностной энергии при проведении ее после беления. Аналогичная зависимость наблюдается и для акрилового связующего.

Установление связи между показателем критической поверхностной энергии волокна и его взаимодействием со связующими пигментного состава позволило предложить оптимальную схему подготовки ткани под крашение пигментами в зависимости от типа связующего, что обеспечило возможность снизить себестоимость отделки ткани без снижения показателей качества крашения.

С позиций определяющей роли поверхности волокна в процессе крашения пигментами предложены также способы интенсификации этого процесса, предусматривающие изменение поверхностных свойств ткани непосредственно в процессе крашения. Предложены добавки в пигментную красильную ванну солей металлов и катионактивных препаратов, в частности {1,2[ N,N - бис(диметил) - N,N' - (децилацетат)] этилендиаммоний} дихлорида. Введение указанных препаратов повышает качество крашения: увеличивается в 1,5-2 раза интенсивность окраски, их устойчивость к физико-механическим воздействиям, прочность адгезионной связи волокно-пленка. Добавки катионактивного препарата уменьшают содержание свободного формальдегида на ткани на 30 - 45 %.

Проблемы повышения устойчивости окрасок решали также с позиций упрочнения адгезионных соединений, которые базируются на необходимости увеличения энергии когезии граничного слоя. Для этого использовали смеси предкондесатов термореактивных смол, отличающихся своей активностью к реакциям "сшивки" и смолообразования, чем обеспечивали условия для протекания обеих реакций и упрочнения граничного слоя.

При выборе предконденсатов термореактивных смол учитывали их термодинамические параметры, расчет которых осуществляли с помощью ЭВМ и фирменной программы "CHEMOS" (ИНЭОС РАН).

Для ускорения реакции смолообразования и сшивки применяли смеси катализаторов реакции с ускорителями, в роли которых использовали пероксиды, что обеспечило возможность снижения температуры обработки ткани и соответственно энергоемкости процесса и продукции.

По результатам проведенных исследований изменены составы пигментных красильных ванн на основе поливинилацетатного и полиуретанового связующих и температурный режим термообработки ткани.

Это позволило снизить энергоемкость процесса крашения на 36-40 %.

Общие затраты на процесс крашения снижены на 86,0 - 126,8 грн./1000 м пог. ткани в зависимости от типа связующего.

Ключевые слова: пигмент, крашение, текстильный материал, поверхностная энергия, интенсификация, качество.

ANNOTATION

I.O. Samoylenko. Raising the pigmental technology of cotton fabrics dyeing efficiency. - Manuscript.

Thesis for a candidate of technical sciences degree, speciality 05.19.03 - Textile materials technology. -Kherson state technical university, Kherson, 2001.

The ways of raising the pigmental technology of textile materials dyeing efficiency have been proposed. The above mentioned technology is practically not being used due to the number of problems not solved yet for today. The main of them are insufficient stability of dyeing , impossibility to obtain intensively dyed fabrics and high power consumption of the dyeing process.

The ways of raising the technology efficiency suppose intensification of dyeing process exactly on the stages of fabrics impregnation by pigmental dyeing composition and thermal treatment; and rational schemes of textile materials preparation according to the linking pigmental composition type.

These new compositions of cotton fabrics dyeing by pigments and thermal treatment conditions have decreased the dyeing cost price on 86 % - 126,8 UAH /m of fabrics and power consumption - from 31,6 % till 22,3 %.

Key words: a pigment, dyeing, a textile material, superficial energy, an intensification, quality.

фарбування тканина пігментний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Текстильна продукція вітчизняних підприємств є сьогодні неконкурентоспроможною, головним чином внаслідок високої собівартості та недостатньої художньої принадності.

Висока собівартість продукції зумовлена не тільки високими цінами на текстильну сировину, але й високими витратами електроенергії, води й тепла у процесі обробки тканини. Так, на обробку 1 кг бавовняних тканин витрачається до 300 л води та 50 квт-год електроенергії.

Традиційно опоряджувальні виробництва відносять до підприємств з інтенсивним споживанням води та тепла, однак вищезазначені дані про витрати води та електроенергії в 2-3 рази вищі за західноєвропейські норми.

Внаслідок цього, подолати конкуренцію з імпортними текстильними товарами неможливо без створення ресурсозберігаючих технологій.

Саме тому, розробка ресурсозберігаючих технологій обробки тканин є актуальною.

Серед технологій, що характеризуються економічним використанням води та теплової енергії, виділяють пігментні технології колорування тканин.

Стовідсоткова фіксація барвника є також значною перевагою пігментів за барвники інших класів, ступінь фіксації яких здебільшого складає 50-85%.

Однак, пігментна технологія базується на використанні значних об`ємів електроенергії. За цією технологією витрати на електроенергію сягають 30-47% від загальних витрат на процес фарбування.

До того ж пігментна технологія при фарбуванні використовується, головним чином, для отримання світлих забарвлень, внаслідок недостатньої стійкості інтенсивних пофарбувань. Тому підвищення інтенсивності та стійкості забарвлень при фарбуванні пігментами також є актуальним.

Отже, актуальність роботи забезпечується необхідністю підвищення конкурентоспроможності текстильної продукції за рахунок зниження собівартості її обробки шляхом інтенсифікації пігментної технології та більш ефективного її використання.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася у відповідності з тематикою наукових досліджень Херсонського державного технічного університету, а саме в рамках теми БД 04/99 "Розробка ресурсозберігаючих технологій обробки текстильних матеріалів” та науково-дослідної роботи “Розробка теоретичних основ і технологій колорування пігментами текстильних матеріалів різного сировинного складу та ступеня підготовки”, затвердженої рішенням експертної ради Міністерства освіти і науки України (протокол №2 від 04.11.98) в рамках координаційного плану “Теоретичні та практичні основи створення ресурсозберігаючих, екологічно чистих технологій виготовлення товарів широкого вжитку на основі сировинних ресурсів України”.

Особистий внесок автора полягає в теоретичному обґрунтуванні і розробці методів інтенсифікації процесу колорування пігментами, що забезпечили підвищення ефективності використання пігментної технології у фарбуванні.

Мета та задачі дослідження. Запропонувати шляхи інтенсіфікації процесу фарбування пігментами і одержати бавовняні тканини з покращенними споживчими властивостями, зокрема з підвищенною інтенсивністю забарвлень.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити такі задачі:

виявити вплив поверхневих властивостей бавовняних тканин на процес фарбування пігментами;

запропонувати нові характеристики поверхні волокна для оцінки якості підготовки тканини під пігментне фарбування;

визначити раціональні схеми підготовки тканини, що забезпечують потрібні характеристики її поверхні та необхідну якість фарбування пігментами;

запропонувати ефективні способи інтенсифікації процесу пігментного фарбування;

підвищити інтенсивність і стійкість пігментних пофарбувань;

знизити енергоємність пігментної технології;

зменшити витрати на процес фарбування пігментами;

перевірити запропоновані методи інтенсифікації пігментного фарбування у виробництві;

оцінити економічну ефективність удосконалень, запропонованих на основі здійснених досліджень.

Об`єктом дослідження є перспективний процес фарбування пігментами.

Предметом дослідження є процес фіксації пігментів на текстильному матеріалі, що визначає якість пофарбувань, а також економічність пігментної технології.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач керувалися колоїдно-хімічним підходом до об`єкту та предмету дослідження. Специфічний спосіб закріплення пігменту на текстильному матеріалі дозволяє процес фіксації пігменту на ньому розглянути як взаємодію двох твердих полімерів, один з яких - текстильний матеріал, а інший - полімер зв`язуючого, в об`ємі плівки якого розподілено пігментний барвник. У відповідності до цього досліджувану систему можна розглядати як гетерогенну полімерну систему, властивості якої визначаються міжфазними та поверхневими явищами та взаємодіями.

Основним явищем у подібних системах є адгезія, один із аспектів якої пов`язаний з процесами, що мають місце на межі розподілу: субстрат - адгезив.

З урахуванням вищезазначеного для вирішення сформульованих задач використано:

термодинамічний метод опису адгезії та характеристик поверхонь;

поняття про критичний поверхневий натяг твердих тіл;

механічний аспект адгезії (руйнування адгезійних з`єднань);

колоїдно-хімічний метод підвищення міцності адгезійних з`єднань, заснований на підвищенні когезії межевого шару та його зміцненні;

нові теоретичні уявлення про роль поверхні волокна у процесі фарбування.

Для розрахунку термодинамічних характеристик полімерів та смол, утворених передконденсатами, використали метод групових та атомарних вкладів та типову програму “CHEMOS”.

Для оцінки якості забарвлень використовували спектрофотометричний метод (спектрофотометр “Texflash”, Німеччина, Швейцарія), а також методи, визначені державними стандартами на текстильну продукцію, аналітичні методи дослідження, тощо.

При обробці експериментальних даних використано метод математичної статистики, а саме кореляційно-регресійний аналіз та комп'ютер класу РС/АТ.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

вперше в галузі технології текстильних матеріалів показано залежність якості фарбування пігментами від критичної поверхневої енергії бавовняного волокна;

вперше показано, що при фарбуванні пігментами поверхневі властивості волокна відіграють більшу роль, ніж об`ємні;

вперше запропоновано ефективні способи інтенсифікації пігментного фарбування, що засновані на зміні поверхневих властивостей волокна та інгредієнтів фарбувальних складів.

У процесі проведення досліджень автором отримані такі основні наукові результати :

показано, що при виборі схеми підготовки тканини необхідно враховувати характер полімеру зв'язуючого;

виявлено, що скорочення схеми підготовки бавовняних текстильних матеріалів доцільне, головним чином, при використанні пігментних складів на основі поліуретанових зв`язуючих;

показано, що вплив мерсеризації тканин на процес фарбування пігментами визначається зміною величини критичної поверхневої енергії тканини після мерсеризації;

встановлено, що ефективними інтенсифікаторами процесу фарбування можуть виступати домішки катіонактивних препаратів до пігментних фарбувальних ванн та солі металів;

встановлено ефективність використання для модифікації полімерних плівок зв`язуючого сумішей передконденсатів термореактивних смол, які відносяться до різних груп за активністю до реакцій “зшивання” та смолоутворення;

показано, що формування плівок зв`язуючого на поверхні текстильного матеріалу можна прискорити використанням каталізаторів у суміші з прискорювачами процесу фарбування, в якості яких запропоновано пероксиди.

Практичне значення отриманих результатів:

підвищено якість текстильної продукції та знижено витрати барвника у 1,5 - 2 рази;

знижено енергоємність пігментної технології фарбування;

скорочено схему обробки тканини;

знижено собівартість обробки тканини;

витрати на процес фарбування пігментами зменшено на 86 - 127 грн. на 1000 м тканин.

Робота є завершеною і може бути реалізована на фарбувальних виробництвах для обробки бавовняної тканини.

Особистий внесок здобувача. Усі положення, що виносяться на захист, належать особисто авторові і не містять у собі ідей або розробок, що належать співавторам, з якими були опубліковані наукові праці.

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

на міжвузівській конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості”, 19-22 жовтня, 1999 р. (м. Херсон);

на міжвузівській науковій конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”, 26-29 вересня, 2000 р. (м.Херсон);

на міжнародній науково-технічній конференції "Ресурсо- и энергосберегающие технологии в легкой, текстильной промышленности и сервисе" 28-30 вересня, 2000 р. (м. Хмельницький);

на науково-технічному семінарі з питань використання пігментів на опоряджувальній фабриці ВАТ "Херсонський бавовняний комбінат” (2001 р., м.Херсон);

на науковому семінарі кафедри хімічної технології і дизайну текстильних матеріалів Херсонського державного технічного університету (2001 р., м. Херсон);

на науковому семінарі кафедри хімічної технології Хмельницького технологічного університету Поділля (2001 р., м. Хмельницький);

на науковому семінарі кафедри товарознавства непродовольчих товарів Львівської комерційної академії, Центральна спілка споживчих товариств України (2001 р., м. Львів).

Публікації з теми дисертаційного дослідження включають 6 статей в журналах та збірниках наукових робіт; в збірниках докладів конференцій - 1 (журнал “Вестник Херсонского государственного технического университета” - 2; журнал "Проблемы легкой и текстильной промышленности”- 1; журнал "Вісник технологічного університету Поділля - 3).

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, доведено необхідність інтенсифікації процесу фарбування текстильних матеріалів пігментами й розробки шляхів підвищення ефективності використання цієї технології з метою створення конкурентоспроможної текстильної продукції, зниження енергоємності технології та собівартості обробки тканин. Сформульовано мету, задачі дисертаційної роботи, визначено межі досліджень, розкрито наукову новизну, практичну значущість роботи, висвітлено основні результати проведеного дисертаційного дослідження.

У першому розділі проведено аналіз причин недостатнього рівня використання пігментної технології для фарбування тканин. Викладено роль пігментних технологій у створені ресурсозберігаючих технологій та екологічно чистих технологічних процесів. Визначено особливості застосування пігментів у порівнянні із субстантивними барвниками та їх переваги. Зроблено аналіз сучасних пігментних складів для колорування текстильних матеріалів. Проаналізовано шляхи вирішення проблем, що заважають поширенню використання пігментних технологій, зокрема, критично розглянуто шляхи підвищення стійкості пофарбувань і визначено найбільш перспективні способи, серед яких - створення плівок композиційного типу.

Відмічено роботи, в яких критикується заформалізована картина процесу фарбування, і подано сучасні погляди на роль поверхні тканини.

На основі нових теоретичних уявлень про фарбування у процесі адсорбції змінюються властивості й електронний стан самої поверхні, а також властивості адсорбованих речовин. Уявлення, за якими кислотно-основні процеси на поверхні протікають за "редокс"-механізмом, відкривають шлях до нових методів інтенсифікації процесу адсорбції взагалі і компонентів фарбувального складу зокрема.

Зроблено припущення щодо важливості електронних уявлень про адсорбцію саме для пігментних технологій, за якими процес фарбування відбувається на поверхні волокна.

З'ясовано, що проблема колорування пігментами з позиції визначальної ролі поверхні волокна у сучасній теорії ще належним чином не розкрита і цей підхід може бути ефективним саме у процесі вирішення проблеми одержання інтенсивних пігментних пофарбувань та їх стійкості.

У другому розділі викладено загальну методику та основні методи дослідження.

Подана коротка характеристика об'єктів дослідження, взято до уваги специфічний спосіб фіксації пігментних барвників на текстильному матеріалі за рахунок полімерної плівки зв'язуючого, відповідно до якого процес фарбування пігментами бавовняного волокна розглянуто як процес формування системи волокноутворюючий полімер - полімер зв'язуючого, у створенні якої визначальну роль відіграють поверхневі властивості полімерних компонентів системи і явища, що мають місце на поверхні розподілу фаз.

Аналіз кінцевого результату процесу фарбування саме з цих позицій дозволив використати колоїдно-хімічні підходи й методи при оцінці властивостей полімерних складових систем і виборі шляхів одержання системи з необхідними властивостями.

Для розв'язання поставлених у вступі задач застосовувалися такі методи дослідження:

термодинамічний метод опису адгезії;

метод механічного руйнування адгезійних сполучень для оцінки адгезійної міцності;

водно-етанольний метод оцінки критичної поверхневої енергії волокна;

методи групових і атомарних вкладів для оцінки термодинамічних характеристик полімерів та передконденсатів термореактивних смол з використанням ІВМ - сумісного персонального комп'ютеру класу РС/АТ і фірмової програми "CHEMOS".

У процесі вирішування проблеми підвищення стійкості пофарбувань пігментними барвниками використано колоїдно-хімічний підхід до підвищення адгезійної міцності сполук плівка-субстрат, що передбачає підвищення когезії межевого шару.

Також використовувались:

метод Елтона для непрямої оцінки поверхневого натягу твердих тіл шляхом вимірювання крайових кутів змочування;

метод відриву кільця і сталагмометричний метод для оцінки поверхневого натягу рідини;

спектрофотометричний метод для одержання спектрів відбиття пофарбувань, вимірювання координат кольору (спектрофотометр "Texflash", Німеччина).

Інтенсивність пофарбувань оцінювали за функцією Гуревича-Кубелки-Мунка K/S:

,

де K, S, R - коефіцієнти поглинання, розсіювання й відбиття світла пофарбованим зразком тканини відповідно;

R₀ - коефіцієнт відбиття непофарбованим зразком.

За допомогою автоматичної системи об'єктивного вимірювання кольору (АСОВК) та пакету фірмових програм для вирішення задач з колориметрії і виробничої колористики оцінювали кольорові характеристики, як-от:

координати кольору за системою CІELab;

cвітлоту L, чистоту С, кольоровий тон Н і загальну кольорову різницю пофарбувань .

Аналіз якості пофарбованих тканин та фізико-механічних властивостей плівок проводили відповідно до чинних держстандартів.

Результати експериментальних досліджень обробляли методами математичної статистики.

У третьому розділі викладено експериментальну частину роботи, що складається з п'ятьох підрозділів, у яких послідовно викладаються:

результати вивчення впливу поверхневих властивостей бавовняних тканин та схеми підготовки на якість фарбування пігментами;

результати досліджень з підвищення інтенсивності пофарбувань та їх стійкості, що проведені з урахуванням ролі поверхні волокна;

способи інтенсифікації процесу фарбування шляхом застосування сумішей передконденсатів термореактивних смол і сумішей каталізаторів з прискорювачами процесу смолоутворення;

технологічні схеми, рецепти, режими, що запропоновані на базі виконаних досліджень;

результати оцінки економічної ефективності інтенсифікації пігментної технології.

У першому підрозділі відмічено, що існуючі сьогодні різні підходи до процесу фарбування, які ґрунтуються на визначальній ролі дифузії барвника, і сучасні методи інтенсифікації процесу, що передбачають створення умов для кращої дифузії барвника у середину волокна, не можуть бути використані при пігментному фарбуванні через специфічний спосіб фіксації пігментів на поверхні волокна. Зроблено висновок, що проблему інтенсифікації пігментного фарбування необхідно вирішувати через дослідження впливу поверхні волокна на процес фарбування пігментами. Оскільки пігмент при першому наближенні до системи, що утворюється в результаті фарбування, виконує роль лише наповнювача полімерної плівки зв'язуючого і основну роль у процесі фарбування відіграють зв'язуючі й смолоутворюючі компоненти, розглянуто взаємодію поверхні волокна саме з цими компонентами фарбувального складу.

Вивчено вплив якості підготовки бавовняних тканин на якість пігментних пофарбувань і показано, що підвищення капілярності тканин не підвищує якості пофарбувань, як це має місце при застосуванні субстантивних барвників. Не підвищує якості пігментних пофарбувань і мерсеризація. Сформульовано вимоги щодо підготовки тканин, що фарбуються пігментами у порівнянні з тими, для фарбування яких застосовуються субстантивні барвники.

На основі даних про вплив окремих стадій підготовки, зокрема, мерсеризації, на взаємодію зв'язуючого з волокном і якість пофарбувань, запропоновано скорочені схеми підготовки тканин.

Запропоновано також іншій показник якості підготовки тканин, що підлягатимуть фарбуванню пігментами. З урахуванням специфічного механізму фіксації пігментів, в якості такого показника використано критичну поверхневу енергію волокна (КПЕ).

Для оцінки КПЕ волокна використовували водно-етанольні розчини.

На рис. 1 наведено дані з КПЕ бавовняного волокна.

Розшліхтовка підвищує КПЕ волокна до 30,0, а відварювання, вибілювання до 43,9 мН/м. Мерсеризація після вибілювання знижує КПЕ з 43,9 до 41,3 мН/м, а вибілене холодним способом волокно характеризується більш низькою поверхневою енергією у порівнянні з вибіленим запарним способом.

Знання про поверхневу енергію волокна () і полімеру зв'язуючого () дозволили оцінити роботу адгезії W_а (табл.1)



Ступінь підготовки тканини

Рис. 1. Вплив підготовки на критичну поверхневу енергію бавовняного волокна: 1- сурова; 2 - розшліхтована; 3 - розшліхтована і відварена; 4- розшліхтована, відварена, відбілена запарним способом; 5- розшліхтована, відварена, відбілена запарним способом і мерсеризована; 6- розшліхтована і вибілена холодним способом.

Як засвідчують дані таблиці 1, робота адгезії поліуретанових зв'язуючих не підвищується із збільшенням ступеня підготовки тканини: на відварених зразках тканини досягається майже такий же результат роботи адгезії, як на вибілених.

І навпаки, при використанні акрилатного і бутадієннітрильного зв'язуючого, а також полівініл-ацетатної емульсії спостерігається підвищення Wa із збільшенням стадій підготовки і підвищенням ступеня очищення тканини.

Мерсеризація знижує роботу адгезії зв'язуючих оскільки знижується поверхнева енергія волокна.

Одержані результати підтвердили висновок, що скорочення схеми підготовки і її обмеження операціями розшліхтовки й відварювання доцільне лише при застосуванні зв'язуючого поліуретанового типу. При використанні акрилатного зв'язуючого й зв'язуючого на основі ПВА-емульсії скорочення схеми обробки можна допустити лише за рахунок мерсеризації.

Оскільки в процесі мерсеризації змінюються, головним чином, об'ємні властивості волокна, зроблено висновок, що ці властивості волокна на процес фарбування пігментами виявляють менший вплив у порівнянні із субстантивними барвниками.

Таблиця 1 Вплив критичної поверхневої енергії бавовняного волокна на роботу адгезії зв'язуючих

Ступінь підготовки тканини	Критична поверхнева енергія волокна, мН/м	Робота адгезії зв'язуючого, мН/м
		поліуретан	на основі акрилової кислоти	полівінілацетатна емульсія	Бутадієннітрильний латекс
		пулан	латуран
Сурова	25,8	59,4	60,7	67,3	78,5	80,9
Розшліхтована	30,0	64,1	65,5	72,6	84,7	87,2
Розшліхтована і відварена	40,0	76,9	75,6	83,8	97,8	100,7
Відварена і вибілена запарним способом	43,9	77,3	76,2	87,8	102,4	105,5
Відварена, вибілена і мерсеризована	41,2	75,1	76,7	85,0	99,2	102,2
Розшліхтована і вибілена холодним способом	38,2	72,3	73,9	81,9	95,6	98,4

Результати роботи адгезії у першому наближенні знаходяться у відповідності до механічної міцності адгезійних з'єднань, отриманих за допомогою досліджуваних зв'язуючих, і міцності пофарбувань.

Наприкінці розділу зроблено висновки про те, що:

стан поверхні волокна при фарбуванні пігментами виконує таку ж важливу роль, як стан внутрішньої поверхні й поруватість волокна для субстантивних барвників;

критична поверхнева енергія бавовняного волокна в процесі підготовки змінюється, відповідно до чого змінюється робота адгезії полімерного зв'язуючого, міцність адгезійних з'єднань і стійкість фарбувань;

мерсеризація при пігментному фарбуванні не робить того впливу на процес, що вона відіграє при застосуванні субстантивних барвників, відповідно до чого ця операція може бути виключена зі схеми підготовки тканин, направлених на фарбування пігментами;

вплив мерсеризації на процес фарбування пігментами визначається тим, що вона зменшує показник КПЕ волокна.

Установлення зв'язку між поверхневими властивостями волокна і його взаємодією зі зв'язуючими різних типів дозволяє зазначити, що для інтенсифікації пігментного фарбування треба змінити поверхневу енергію волокна. У розділі 3.2 викладені результати дослідження з інтенсифікації пігментного фарбування шляхом зміни стану поверхні волокна. Вибір шляху інтенсифікації ґрунтувався на результатах досліджень, наведених у розділі 3.1 і на тих уявленнях про роль поверхні, що на сучасному етапі пропонує нова електронна теорія фарбування. Відповідно до цієї теорії, на процес фарбування суттєво впливають процеси, пов'язані з переносом електронів і що протікають на поверхні волокна. З метою інтенсифікації зазначених процесів запропонована попередня обробка тканини сіллю міді, що дозволяє підвищити за рахунок металу активність локальних електронодонорних активних центрів волокна. Атоми перехідних металів, розташованих на поверхні волокна, можуть зазнавати окислювально-відновних перетворень, що здатні змінювати стан поверхні волокна. Оскільки всі процеси в розчині і на поверхні волокна з'єднані між собою, зміна стану поверхні волокна буде змінювати її здатність до взаємодії з компонентами розчину.

За даними, наведеними у таблиці 2, видно, що попередня обробка тканини ацетатом міді підвищує якість фарбування за рахунок збільшення стійкості фарбувань до фізико-механічних впливів. Декілька підвищується також показник K/S.

Підвищення стійкості пофарбувань забезпечується підвищенням адгезійного зв'язку полімерної плівки зв'язуючого з поверхнею волокна у присутності міді, про що свідчать дані з адгезійної міцності спайок. У спайках із тканини, що попередньо оброблялись сіллю міді, розривне навантаження зростало до 6,1 Н з 4,2 Н.

Таблиця 2 Вплив солі міді на якість фарбування пігментами

Найменування пігменту	Попередня обробка	Міцність пофарбувань, бали	Гриф тканини	Інтенсивність K/S, одиниць
		до прання	Витирання сухе
Блакитний фталоціаніновий ТП	-	4-5/5	3-4		9,3
	+	5/5	4	не змінився	9,4
Червоний 2 СТП	-	3-4/4	2		5,6
	+	4/5	3	не змінився	5,9

Щоб не ускладнювати технологічну схему додатковою операцією, ацетат міді додавали безпосередньо у фарбувальну ванну.

Аналогічну до солі міді дію виявили солі інших металів.

Відомо, що найбільш активно змінюють стан поверхні поверхнево-активні речовини. Ефективними перезарядниками є катіонактивні препарати, здатні змінити заряд волокна або утворити комплекс з пігментом. Враховуючи відмічене у роботі використали катіонактивні речовини.

Якщо солі металів підвищували, головним чином, міцність пофарбувань, то домішки у пігментні склади поверхнево-активних речовин катіонактивного типу, зокрема, етонію, виявили більший вплив на інтенсивність пофарбувань (табл.3, рис. 2).

Таблиця 3 Вплив етонію на кольорові характеристики пігментних пофарбувань

Найменування пігменту	Концентрація етонію, г/л	Зміни кольорових характеристик фарбувань	Інтенсивність фарбування K/S, одиниці
		Загальна кольорова різниця dE	Світ-лота dL	Чистота dC	Відтінок dH	Відносна сила фарбування, %
Пігмент бордо ТП	0 0,5 1,0 1,5 2,0	- 6,07 13,09 6,24 7,47	- -5,29 -11,59 -5,49 -6,70	- 2,80 3,75 2,74 2,76	- 1,05 4,78 1,12 1,08	- 159,50 248,40 162,10 179,90	4,605 5,101 5,31 5,35 5,4
Пігмент синій ТП	0 0,5 1,5	- 7,30 5,41	- -6,98 -4,48	- 1,49 3,00	- 1,54 0,46	- 190,90 181,50	6,7 7,2 7,5
Пігмент зелений фталоц. ТП	0 0,5 1,0 1,5	- 15,87 11,93 10,72	- -11,20 -9,00 -10,30	- 11,20 10,90 12,10	- -1,01 -1,54 -1,12	- 492,80 498,50 499,90	5,9 8,3 8,5 9,0

Довжина хвилі , нм

Рис. 2. Вплив етонію на коефіцієнт відбиття зразками тканини: 1 - пофарбованої з етонієм; 2 - пофарбованої без етонію.

Так, при фарбуванні пігментом зеленим ТП та введенні до складу лише 0,5 г/л етонію інтенсивність збільшується з 5,9 до 8,3 ? 9,0, тобто в 1,5 рази.

Позитивний вплив етонію на процес фарбування пігментними складами, що містять сечовино- або меламіно-формальдегідні смоли, проявляється також у зниженні вмісту вільного формальдегіду на тканині.

Таким чином, враховуючи визначальну роль поверхні волокна у процесі фарбування пігментами, встановлено, що ефективними інтенсифікаторами процесу пігментного фарбування є солі металів і поверхнево-активні речовини.

У підрозділі 3.3 наведено результати досліджень з підвищення міцності пофарбувань та інтенсифікації процесу смолоутворення на стадії теплової обробки тканини з метою зниження енергоємності процесу й продукції.

Проблему підвищення стійкості пофарбувань вирішували шляхом підвищення когезії плівок зв'язуючого доданням у пігментні склади передконденсатів термореактивних смол двох типів одночасно. Один з цих препаратів - смолоутворюючий, здатний для синтезу лінейного полімеру, що забезпечує у присутності зв'язуючого створення полімерної дисперсії. В цій дисперсії передконденсат смоли виконує роль полімерного наповнювача, що заповнює вільний від полімеру зв'язуючого простір і сприяє ущільненню межевого шару і стійкості пофарбувань.

У процесі формування полімеру з передконденсату смоли створюються також умови для синтезу взаємопроникненних полімерних сіток - адгезивів з покращенними характеристиками. Другий передконденсат смоли обирали з числа препаратів, що більше здатні до реакції “зшивання”.

У якості перших використовували карбамол б/м і метазин, з числа передконденсатів другого типу - карбамол ЦЕС, у якого відсутні атоми водню при азоті, що різко знижує здатність сполучення до смолоутворення.

Проведені дослідження підтвердили ефективність застосування сумішей ПТРС і дозволили зробити практичні рекомендації щодо підвищення міцності пігментних пофарбувань. За цими рекомендаціями передбачається 50-відсоткова заміна карбамолу ЦЄС у пігментних складах на карбамол б/м або метазин.

Формування плівки із зв'язуючого та ПТРС здійснюється за умов теплової обробки тканин.

Показано, що витрати на теплову обробку тканини після нанесення на її поверхню барвника і полімерів, складають 47% собівартості процесу колорування.

Витрати безпосередньо на електроенергію при цьому складають 25%. З них 70% припадає на електроенергію для термічної обробки.

Наведені дані свідчать про високу енергоємність пігментної технології і визначають об'єкт досліджень.

На стадії теплової обробки тканини мають місце 2 процеси:

вилучення води з тканини й коалесценція частинок полімерного зв'язуючого у суцільну плівку;

зшивка або смолоутворення з передконденсатів термореактивної смоли, що входить до пігментного складу.

Оскільки саме цей процес проходить з меншою швидкістю і лімітує стадію формування на тканині композиційної плівки, задача з інтенсифікації процесу термічної обробки була зведена до інтенсифікації процесів смолоутворення та "зшивки". Задачу було вирішено шляхом застосування каталізаторів смолоутворення в суміші з прискорювачами цього процесу. В якості прискорювачів реакцій смолоутворення було використано пероксиди.

На рис. 3 видно, що добавки пероксидів забезпечують прискорення процесу смолоутворення. При температурі 120-130⁰ С у присутності пероксиду водню досягається таке ж значення адгезійної міцності склійки, яке має місце при температурі смолоутворення 150⁰ С, але без окислювача.

Рис.3. Вплив температури і прискорювача на розривне навантаження при руйнуванні склійок: NH₄Cl (5 г/л); 2 - (NH₄)₂S₂O₈ (10 г/л); 3 - NH₄Cl (5 г/л) + Н₂ О₂ (15 г/л).

Зниження температури на 20⁰ С не знижує якості пофарбувань, якщо до каталізатора додається прискорювач.

У підрозділі 3.4 наведені схеми, пігментні склади та режими фарбування, що встановлені на основі проведених досліджень і одержаних результатів. Скорочена схема підготовки має місце для тканин, що фарбуватимуть складами на основі поліуретанових зв'язуючих. За умов застосування інших типів зв'язуючих схема може бути скорочена лише за рахунок мерсеризації. Фарбувальні склади зазнали таких змін при використанні полівінілацетатного зв'язуючого:

Базовий склад, г/лЗапропонований склад, г/л

Пігмент - 10Пігмент - 6

ПВА - 20ПВА - 20

Карбамол ЦЕС - 50Карбомол ЦЕС - 25

Сечовина - 10Карбомол б/м - 25

Хлорид амонію - 5ПВС - 5

Вирівнювач - 1,0Каталізатор - 5-15

ПВС - 5Прискорювач - 5-15

Етоній -0,5 -1,0

Фарбування здійснюється за типовою схемою:

просочування тканини ?віджим?термічна обробка

Однак умови термічної обробки змінюються: температура обробки знижується до 130⁰ С або скорочується час обробки тканини у 2 рази, що підвищує швидкість обробки тканини з 40 м/хв до 80 м/хв, завдяки чому підвищується продуктивність обладнання.

За новими рецептами та режимами була пофарбована тканина арт. 1 СО258 (бязь) пігментом зеленим фталоціаніновим ТП, після чого була проведена комплексна оцінка якості готової тканини (табл. 4). Концентрація пігменту у ванні складала 10 г/л.

Таблиця 4 Показники готової тканини

Найменування показника	Розмір	Варіанти	Держстандарт або метод
		базовий	розроблений
Стійкість пофарбування до прання, 400 С до тертя	бали бали	5/3 4/4	5/4 5/4	9733.4-83 9733.27-83
Інтенсивність пофарбування К/S	одиниці	5,6	8,9	Функція Кубелки/Мунка
Кількість смоли на тканині після 1-го прання після 5-го прання	% % %	4,3 3,6 3,0	10,9 8,2 7,9	ваговий метод
Кількість вільного формальдегіду на тканині	мкг/г	390	270	ацетілацетоновий метод
Зміни лінійних розмірів основа уток	%	-0,9 -1,5	-1,4 -1,9	3811-72
Стійкість до стирання	цикли	1911	2127	9913-78
Гігроскопічність	%	5,8	6,3	8971-78
Стійкість пофарбувань до світла	бали	8	8	9733.3-83
Стійкість пофарбувань до хімічного чищення (зміна початкового пофарбування)	бали	4	4	9733.13-83
Розривне навантаження смужки тканини за розміром 50х200 мм основа уток	Н	295 196	324 261	3813-72

Як видно з табл. 4 при пофарбуванні за розробленою схемою значно збільшується інтенсивність пофарбування: К/S зростає з 5,6 до 8,9, зростає кількість смоли, зменшується вміст вільного формальдегіду на 30 %.

При фарбуванні за встановленим еталоном кількість пігменту у фарбувальній ванні може бути значно знижена, тобто можуть бути суттєво скорочені витрати за статею "Матеріали". Цей висновок підтверджено виробничими випробуваннями.

У підрозділі 3.5 оцінено економічну ефективність, одержану внаслідок інтенсифікації пігментної технології фарбування.

Запропоновані зміни в технології, зокрема, у режимі теплової обробки, скорочують витрати за статтею собівартості "Експлуатація й утримання обладнання", до складу якої входять витрати на електроенергію рушійну, теплову для одержання необхідної температури у термокамері, амортизацію та ремонт, а також за статтею "Матеріали" при застосуванні полівінілацетатної емульсії у якості зв'язуючого.

Показано, що питомі витрати на електроенергію знижуються з 31,6% до 22,3%, тобто на 30 відсотків.

Вартість обробки 1000 м тканин зменшується на 83,0 ? 126,8 грн. (залежно від типу зв'язуючого). Загальна сума витрат зменшується на 40 відсотків. Енергоємність процесу фарбування знижується на 30 ? 36 відсотків.

При скороченні схеми підготовки собівартість обробки тканин зменшується на 146,64 грн./1000 м пог. тканин. При цьому зниження витрат за рахунок інтенсифікації процесу фарбування складає 56,6 %, що свідчить про ефективність запропонованих шляхів інтенсифікації процесу фарбування.

ВИСНОВКИ

1. Запропоновано шляхи підвищення ефективності використання пігментної технології при фарбуванні текстильних матеріалів, де зазначена технологія майже не використовується, головним чином, через невисоку стійкість пофарбувань і неможливість одержання інтенсивно забарвлених тканин, а також через порівняно високу енергоємність технології і продукції.

2. На основі колоїдно-хімічного підходу до системи полімер волокна-полімер зв'язуючого, що формується в процесі пігментного фарбування, встановлено визначальну роль не об'ємних, а поверхневих властивостей волокна.

Відповідно до цього запропоновано при оцінці якості підготовки тканин під наступне пігментне фарбування використовувати характеристики її поверхні, зокрема, показник критичної поверхневої енергії.

3. Шляхом термодинамічного опису адгезії показано, що робота адгезії в системі поверхня бавовняного волокна - зв'язуюче пігментного складу залежить від ступеня підготовки і поверхневої енергії волокна.

4. Запропоновано способи інтенсифікації процесу фарбування текстильних матеріалів пігментами, що ґрунтуються на змінюванні поверхневих властивостей волокна.

5. Встановлено, що ефективними інтенсифікаторами процесу фарбування пігментами є іони металів і катіонактивні препарати, що забезпечують підвищення в 1,5-2 рази міцності адгезійного зв'язку зв'язуючого з волокном, підвищення в 1,3-1,5 рази інтенсивності забарвлень і їх стійкості до фізико-механічних дій.

6. Показано доцільність використання для підвищення адгезії зв'язуючого сумішей передконденсатів термореактивних смол, що відносяться до різних груп за активністю до реакцій "зшивання" і смолоутворення, а також урахування термодинамічних параметрів при їх доборі у якості полімерних добавок до зв'язуючого.

7. Встановлено ефективність застосування з ціллю інтенсифікації пігментного фарбування каталізаторів смолоутворення з прискорювачами, суміші яких дозволяють знизити температуру теплової обробки тканин в процесі фарбування зі 150⁰ С до 120 - 130⁰ С і відповідно до цього зменшити енергоємність процесу фарбування.

8. Запропоновані технологічні схеми підготовки бавовняних тканин, що забезпечують необхідний поверхневий стан субстрату в залежності від типу зв'язуючого, а також рецептура пігментних фарбувальних складів і режим теплової обробки.

9. Виконано економічні розрахунки, які довели, що витрати на пігментну технологію фарбування можуть бути знижені на 83 - 126 грн. на 1000 м пог. тканин. Енергоємність процесу фарбування при цьому зменшується на 30 - 36 відсотків.

Питомі витрати на електроенергію знижуються з 31,6 до 22,3 відсотків.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Самойленко І.О., Міщенко Г.В.. Технологічні схеми підготовки бавовняних тканин, що фарбуються пігментами // Вісник технологічного університету Поділля. - 1999.- № 4. - С. 31-34.

Самойленко І.О., Міщенко Г.В. Підвищення міцності пофарбувань, одержаних за пігментною технологією // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1999. - № 6. - С. 336-338.

Самойленко І.О., Міщенко Г.В. Вплив мерсеризації на якість фарбувань пігментами // Труды Всеукраинской НТК "Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века". -Херсон: ХГТУ - 1999. - С.172-174.

Погорелая Е.В., Самойленко И.А.. Физико-химические обоснования неполной степени подготовки хлопчатобумажных тканей, колорируемых пигментными составами на основе полиуретановых связующих // Вісник технологічного університету Поділля. - 2000. - № 5. - С.153-157.

Самойленко И.А., Скропышева Е.В., Мищенко А.В. Расчет некоторых термодинамических параметров мочевино- и меламиноформальдегидных смол, используемых в пигментных печатных составах // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2000. - № 3(9). - С. 326-328.

Самойленко И.А., Скропышева Е.В., Мищенко А.В. Эффективность добавок метазина к пигментным печатным составам на основе полиуретанов // Проблемы легкой и текстильной промышленности. - 2000. - № 3. - С. 57-59.

Самойленко І.О., Єзіков В.І. Вплив поверхневої енергії волокна на його взаємодію зі зв'язуючими пігментних складів // Вісник технологічного університету Поділля. - 2001. - № 1. - С.160-164.

Размещено на Allbest.ru

...