Підвищення ефективності кислотозахисного оздоблення текстильних матеріалів шляхом комплексної оцінки якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.18.19 - технологія текстильних матеріалів,

швейних і трикотажних виробів

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КИСЛОТОЗАХИСНОГО ОЗДОБЛЕННЯ ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ШЛЯХОМ КОМПЛЕКСНОЇ ОЦІНКИ ЯКОСТІ

СКРИПКО ГАЛИНА ОЛЕКСІЇВНА

Херсон - 2009

Загальна характеристика роботи

Збільшення в текстильній промисловості сегмента матеріалів технічного призначення пов'язане зі зростаючою потребою у спецтканинах для захисного одягу. Це обумовлено тим, що в металургійній, нафтопереробній та, у першу чергу, хімічній промисловості використання спеціального захисного одягу (СЗО) є обов'язковим за законодавством. Крім того, галузь професійного здоров'я й безпеки праці є основною частиною діючої організації системи менеджменту.

Специфіка структури промисловості України (хімічна галузь нараховує близько 200 підприємств й об'єднань, у яких зайнято понад 350 тис. чоловік) вказує на те, що значна частина СЗО повинна мати кислотозахисні властивості, тому що більша частина хімічних підприємств є або виробниками, або споживачами кислот.

Україна по обсягам виробництва сірчаної кислоти серед країн СНД займає друге місце. Тому вирішення питання забезпечення професійної безпеки робітників, зайнятих на виробництві із сірчаною кислотою, є досить актуальним.

Актуальність теми визначається необхідністю підвищення ефективності кислотозахисної обробки текстильних матеріалів до довгочасного контакту із сірчаною кислотою концентрацією від 20% і вище, з метою збільшення ступеня захисту спеціального одягу, який забезпечує професійну безпеку й охорону здоров'я працюючих.

Незважаючи на високу точність інструментальних методів, кожний з них дозволяє вирішувати завдання лише у вузькоспеціалізованій галузі. Для отримання максимальної інформації про об'єкт необхідно проводити комплексне дослідження якості текстильного матеріалу.

У зв'язку із цим, робота, спрямована на підвищення ефективності кислотозахисної обробки текстильних матеріалів шляхом розробки комплексного підходу до дослідження кислотозахисних текстильних матеріалів на основі сучасних фізико-хімічних і фізичних методів дослідження, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в Херсонському національному технічному університеті у рамках пріоритетного напрямку діяльності технопарку "Текстиль" «Розробка технологій та дослідне виробництво конкурентноспроможних текстильних матеріалів нового асортименту, в тому числі спеціального призначення», затвердженого НАН України, постанова № 312 від 17.11.2004 р., а також у рамках науково-дослідної роботи «Наукові основи створення та застосування препаратів для спеціальних видів енергоощадного оздоблення текстильних матеріалів», номер держреєстрації 0103U001201, Наказ Міністерства освіти і науки України від 05.11.2002 року № 633.

Автор виконував роботу за договором (номер держреєстрації 0104U009799) «Розробка текстильно-допоміжних речовин для надання текстильним матеріалам кислотозахисної обробки» у рамках міжнародного договору між урядом України й урядом Китайської Народної Республіки, Наказ Міністерства освіти і науки України № 346 від 27.04.2004 р. і за договором №Ф 25/414-2008 від 21.07.2008 р. (номер держреєстрації 0108U009821) «Розвиток теоретичних основ технології надання текстильним матеріалам кислотозахисних властивостей і розробка композицій для їх одержання».

Особистий внесок автора полягає в розробці комплексного підходу до дослідження кислотозахисних текстильних матеріалів на основі сучасних фізико-хімічних і фізичних методів дослідження й у застосуванні нового критерію оцінки ефективності захисних властивостей целюлозовмісних текстильних матеріалів, а також в обґрунтуванні необхідності оцінки якості текстильних матеріалів до заключної обробки.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є вдосконалення технології кислотозахисної обробки за рахунок розробки комплексного методу оцінки якості сировини та готової продукції.

Для досягнення поставленої мети в роботі було намічено вирішити наступні задачі:

? розробити метод, що дозволяє швидко й з високою точністю оцінювати якість волокон і бавовняної пряжі целюлозовмісних текстильних матеріалів, що рекомендують для кислотозахисної обробки;

? визначити критерій оцінки хімічної стійкості целюлозовмісних текстильних матеріалів до розчинів сірчаної кислоти за зміною фізико-хімічних характеристик волокнистого складу;

? вивчити характер і ступінь впливу оздоблювальних препаратів, які застосовуються у якості кислотозахисних, на структуру волокон та якісні характеристики бавовняної пряжі целюлозовмісних текстильних матеріалів;

? встановити ступінь деструкції целюлози бавовняних волокон на надмолекулярному рівні після обробки тканини фторорганічними препаратами та кремнійвмісними композиційними складами, при використанні рентгеноструктурного аналізу;

? вивчити механізм надання кислотостійкості волокнам бавовни в процесі апретування тканини фтор- і кремнійорганічними препаратами, при використанні методу ІЧ-спектроскопії.

Об'єкт дослідження - технологія кислотозахисної обробки целюлозовмісних текстильних матеріалів.

Предмет дослідження - целюлозовмісні текстильні матеріали з кислотозахисною обробкою.

Методи дослідження. Поставлені в роботі проблеми й завдання вирішувалися з використанням традиційних і сучасних теоретичних й експериментальних методів дослідження, які дозволили досягти основних результатів дисертаційної роботи й підтвердити їх вірогідність. Для вирішення поставлених задач використали наступні методи дослідження:

? поляризаційно-оптичний "Прискорений метод визначення сортності й лінійної щільності бавовняного волокна", передбачений державним стандартом України та порівняльний метод для визначення ступеня зрілості волокон бавовняної пряжі тканини;

? компенсаційний метод поляризаційної мікроскопії з використанням поляризаційного мікроскопу "Полам Л-213", укомплектованого універсальною компенсаційною пластиною (кварцовим клином), для оцінки якості волокон і бавовняної пряжі целюлозовмісних текстильних матеріалів, що рекомендують для кислотозахисної обробки, а також для оцінки їх хімічної стійкості до розчинів сірчаної кислоти до й після апретування, для вивчення характеру й ступеня впливу фторорганічних препаратів і композиційних складів на основі ГКР-11К на структуру волокон і якість бавовняної пряжі тканин;

? рентгеноструктурний аналіз (дифрактометр ДРОН-3) з метою встановлення ступеня деструкції целюлози волокон бавовни на надмолекулярному рівні після обробки тканини фторорганічними препаратами й композиційними складами на основі ГКР-11К;

? метод ІЧ-спектроскопії з використанням комплексу AVATAR 360 - CONTІNUUM для визначення молекулярної будови фторорганічних препаратів і механізму надання кислотостійкості целюлозовмісним текстильним матеріалам внаслідок обробки фторорганічними препаратами й композиційними складами на основі ГКР-11К. У комплект комплексу AVATAR 360 - CONTІNUUM входить мікроскоп, ІЧ-Фур'є спектрометр і комп'ютер із програмою математичного перетворення отриманих інтерферограм;

? рентгенофлюоресцентний аналіз на спектрометрі "Еlvaх-L" для встановлення наявності й міцності зв'язку комплексу металу із целюлозою;

? оцінка фізико-механічних показників й якості апретованих тканин здійснювалася відповідно до діючих державних стандартів України;

? результати експериментів обробляли на ПК, з використанням прикладних програм Excel-10. Обробку отриманих експериментальних даних проводили шляхом використання методів математичної статистики. Критерієм оцінки помилки досліду була вибіркова дисперсія й довірчий інтервал. Точність вимірюваних величин приймалася відповідно до наведених у паспортах характеристикам вимірювальних приладів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці систематизованого підходу до вибору целюлозовмісних текстильних матеріалів для надання їм кислотозахисних властивостей, а також вибору оздоблювальних препаратів, здатних надавати целюлозовмісним текстильним матеріалам кислотозахисний ефект високої якості. При цьому вперше:

- встановлено, що для кислотозахисної обробки необхідно використовувати целюлозовмісні тканини, вироблені з бавовни з мінімальним вмістом волокон низького ступеня зрілості;

- запропоновано оцінювати якість целюлозовмісних тканин з кислотозахисною обробкою за показником (П_з), що характеризує відносне зменшення в тканині високоякісних волокон після впливу агресивних факторів, для визначення якого використовували розроблений метод поляризаційної мікроскопії із застосуванням кварцового клину;

- показано, що кислотозахисні властивості оздоблених бавовняних тканин можна оцінювати за результатами аналізу ІЧ-спектроскопії, а саме, за величиною інтенсивності смуг поглинання: 1650 см^-1, яка характеризує наявність у целюлозі бавовни адсорбційної води, й 3330 см^-1, яка є характерною для валентних коливань міжмолекулярного водневого зв'язку.

Практична цінність одержаних результатів полягає:

- у створенні нового методу оцінки ступеня деструкції целюлозовмісних текстильних матеріалів при впливі сірчаної кислоти на основі застосування методу поляризаційної мікроскопії із кварцовим клином;

- у розробці комплексного підходу до оцінки якості целюлозовмісних текстильних матеріалів з кислотозахисною обробкою, що дозволить обґрунтовано підходити до оцінці якості сировини, вибору оздоблювальних препаратів й композицій, забезпечивши тим самим підвищення кислотозахисних властивостей текстильних матеріалів та їх конкурентноздатність.

Головним критерієм оцінки практичної придатності використовуваних інструментальних методів для оцінки якості тканин з кислотозахисною обробкою є узгодженість між отриманими результати та результатами, одержаними за стандартним методом.

Результати роботи апробовані на ВАТ "Херсонський БК" (Акт виробничих випробувань від 05.06.2007 р.) і в державному науково-дослідному експертно-криміналістичному центрі МВС України (Акт оцінювання придатності методів оцінки якості целюлозовмісних текстильних матеріалів з кислотозахисною обробкою від 07.10.2008 р.), що підтвердило можливість надання ефективної кислотозахисної обробки текстильним матеріалам й одержання при цьому конкурентноздатної текстильної продукції високої якості.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці й обґрунтуванні мети й завдань дослідження, проведенні критичного аналізу науково-технічної й патентної літератури, визначенні методів теоретичних й експериментальних досліджень, обґрунтуванні наукових результатів досліджень і формулюванні висновків. Автором розроблено метод поляризаційної мікроскопії із застосуванням кварцового клину для оцінки хімічної стійкості целюлозовмісних текстильних матеріалів, здійснено комплексний підхід до оцінки захисних властивостей целюлозовмісних текстильних матеріалів, що оброблені оздоблювальними препаратами, які застосуються в якості кислотозахисних.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення й результати роботи доповідалися й одержали позитивну оцінку на:

- конференції «Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины», м. Херсон, ХНТУ, 2005 р.;

- Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених і студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі”, м. Київ, Київський національний університет технологій та дизайну, 2006, 2008 р.р.;

- Всеросійській науково-технічній конференції «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (Техтекстиль-2007), м. Димитровград, Димитровградський інститут технології, управління і дизайну, 2007 р.

Дисертаційна робота доповідалася на розширених наукових семінарах кафедри «Хімічна технологія і дизайн волокнистих матеріалів» Херсонського національного технічного університету (2004 - 2009 р.р.); на наукових семінарах кафедри «Оздоблювальне виробництво» Київського національного університету технологій та дизайну (2006 - 2009 р.р.).

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 11 найменувань, у тому числі статей у збірниках наукових праць і наукових журналах - 6, тез доповідей на конференціях - 4, патент України - 1.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, 13 додатків, списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 200 сторінок, основна частина дисертації - 123 сторінки. Дисертація містить 18 таблиць, 23 рисунки, додатки обсягом 35 сторінок, 130 найменувань літературних джерел.

Основний зміст роботи

У вступі наведено аналіз стану проблеми, обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету та завдання дослідження, охарактеризовано об'єкт і предмет дослідження, представлено методи дослідження, розкрито наукову новизну й практичну цінність роботи.

У першому розділі дисертації представлено літературний огляд, у якому наводиться аналіз способів кислотозахисної обробки й методів визначення кислотозахисних властивостей текстильних матеріалів. Показано перспективність використання фторорганічних гідрофобізуючих препаратів, а також можливість застосування кремнійорганічних препаратів і композицій на їх основі для надання кислотозахисних властивостей текстильним матеріалам.

На основі аналізу сучасного уявлення про будову целюлози обґрунтовано необхідність використання фізико-хімічних і хімічних методів дослідження для вивчення характеру й ступеня впливу розчинів сірчаної кислоти на структуру целюлозних волокон, встановлення механізму надання целюлозовмісним текстильним матеріалам кислотозахисних властивостей.

Наведено приклади комплексної оцінки якості целюлозовмісних текстильних матеріалів в оздоблювальному виробництві. Показано перспективність комплексного підходу також до дослідження процесів деструкції целюлози бавовняних волокон з метою науково-обґрунтованого вибору оздоблювальних препаратів, здатних надавати текстильним матеріалам кислотозахисний ефект високої якості.

У роботі теоретично обґрунтовано необхідність розробки методу, який дозволяє за фізико-хімічними показниками визначати якість волокон і бавовняної пряжі текстильних матеріалів, що пройшли повний технологічний цикл обробки, і рекомендувати їх до використання для кислотозахисної обробки.

Проведений критичний аналіз наукових досліджень в області надання кислотозахисних властивостей дозволив визначити проблеми й сформулювати завдання, які повинні бути вирішені в роботі.

У другому розділі наведено характеристики досліджуваних текстильних матеріалів й оздоблювальних препаратів, які застосовуються у якості кислотозахисних, представлено основні методи дослідження й спосіб математичної обробки отриманих результатів.

Для оцінки показників, що характеризують якість бавовняних волокон і бавовняної пряжі целюлозовмісних текстильних матеріалів до й після впливу розчинів сірчаної кислоти, а також для визначення ефективності кислотозахисних властивостей текстильних матеріалів, апретованих фторорганічними препаратами фірм "Cіba", "Rotta" і кремнійорганічними складами на основі ГКР-11К, застосовували метод поляризаційної мікроскопії з використанням кварцового клина.

Рентгеноструктурний аналіз використали з метою вивчення ступеня впливу різних за природою та за композиційним складом оздоблювальних препаратів на надмолекулярну структуру целюлози бавовняних волокон. Дослідження проводили на дифрактометрі ДРОН-3.

Для вивчення характеру взаємодії оздоблювальних препаратів з макромолекулою целюлози й механізму надання кислотозахисних властивостей текстильним матеріалам оздоблювальними препаратами застосовували метод ІЧ-спектроскопії. Реєстрація спектрів проводили на ІЧ-спектрометричному комплексі AVATAR 360 - CONTINUUM. При дослідженні одиничних волокон бавовни і фторорганічних препаратів ІЧ-спектри знімали з розкатаних до тонкої плівки об'єктів. Зі зразків апретованої тканини зйомку ІЧ-спектрів проводили в режимі порушеного повного внутрішнього відбивання з застосуванням приставки - ППВВ. Це дозволило досліджувати верхні шари стінки волокна і виключити підготовку проб.

Рентгенофлюоресцентний спектральний аналіз проводили на приладі «Еlvох-L» з метою одержання інформації про кількісний вміст іонів Si у зразках тканини, апретованої метилсиліконатом калію, і іонів Zr на тканині, обробленої композицією на основі ГКР-11К, що включає ацетат цирконію.

Математична обробка експериментальних даних включала розрахунок крапкових і інтервальних оцінок результатів експериментів. У кожнім досліді проводили не менше п'яти повторень. При обробці експериментальних даних застосовували методи сучасної математичної статистики, кореляційного аналізу, використовували прикладні програми Excel-10 і «Відео Текс».

У третьому розділі приведено результати експериментальних досліджень. Розділ включає п'ять підрозділів, у яких послідовно викладається наступне: оцінка якості бавовняної пряжі целюлозовмісних текстильних матеріалів, ступеня стійкості неапретованих тканин до впливу розчинів сірчаної кислоти, а також ефективності кислотозахисної обробки розробленим методом поляризаційної мікроскопії з застосуванням кварцового клину; дослідження впливу оздоблювальних препаратів на надмолекулярну структуру целюлози бавовняних волокон у процесі надання тканинам кислотозахисних властивостей; вивчення механізму надання тканинам кислотозахисної обробки фтор- і кремнійорганічними препаратами.

Підрозділ 3.1 присвячено розробці методу поляризаційної мікроскопії для оцінки якості бавовняних волокон пряжі, показано його переваги, а також можливість використання для оцінки якості бавовняної пряжі тканин, що пройшли повний технологічний цикл обробки. Приведено математичний розрахунок, що доводить придатність розробленого методу.

На початковому етапі роботи при визначенні якості бавовняного волокна стандартними методами було відзначено, що порівняльний і розрахунковий методи придатні лише для визначення якості хлопку-сирцю, «Прискорений» (поляризаційно-оптичний) - мало інформативний, а метод Сєдова А.А. - дуже трудомісткий.

При цьому при вивченні бавовняної пряжі тканин, на відміну від методів, які застосовуються в оздоблювальному виробництві, враховувався фактор неоднорідності її складу за ступенем зрілості волокон бавовни і кількісного їх співвідношення в пряжі.

Застосування в дослідній роботі поляризаційного мікроскопу марки Полам Л-213, укомплектованого універсальною компенсаційною пластиною (кварцовим клином), дозволило диференціювати волокна бавовни за оптичним показником - різниці ходу (фазового зсуву) променів поляризаційного світла у волокні.

Відмінність кварцового клину від компенсаційної пластини з постійною різницею ходу 550 нм, яка застосовується в «Прискореному» методі, полягає в тому, що по своїй довжині він розділений на чотири групи спектрів з різною різницею ходу, що визначається за шкалою інтерференційних кольорів Ньютона.

У ході дослідження нами було відзначено, що найбільш вираженим кольором волокон внаслідок компенсації інтерференційного забарвлення в полі зору спектрів клину є синій, який спостерігається у волокон різного ступеня зрілості у восьми смугах спектру. Деякі волокна інтерференційно не забарвлювалися, а набували колір спектру.

У зв'язку з тим, що компенсація кольору рівнозначна різниці фазових зсувів, що виникають у волокні і клині, різницю ходу волокна (?_в) визначали за формулою (1):

^,(1)

де ?_к - різниця ходу, яка відповідає кольору волокна при компенсації, тобто синьому;

?_с - різниця ходу, яка відповідає кольору спектру, у полі зору якого відзначена компенсація.

На компенсаційній пластині синьому кольору відповідає ? 664 нм.

Відповідно до проведених розрахунків ?_в за формулою (1) волокна бавовни, з яких складається пряжа, були розділені на 9 груп (табл. 1). Паралельно, відповідно до умов «порівняльного» методу, за зовнішніми ознаками волокна були умовно розділені на 11 груп зрілості (табл. 1).

Крім цього, відповідно до умов поляризаційно-оптичного «Прискореного методу визначення сортності і лінійної щільності бавовняних волокон» (ГОСТ 3274.2 - 72), за кольором інтерференційного світіння волокна були диференційовані на чотири групи зрілості.

Таблиця 1. Диференціація волокон бавовни за групами зрілості

Метод	Група та ступінь зрілості
Порівняльний	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
	Перезрілі	Зрілі	Недозрілі	Незрілі	Зовсім незрілі
Коефіцієнт	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	0,5	0,0
Поляризаційно-оптичний, ГОСТ 3274.2-72	1	2	3	4
	Самі зрілі. Зрілі	Недозрілі	Незрілі	Зовсім незрілі
Поляризаційно-оптичний із застосуванням кварцового клину	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Перезрілі	Зрілі	Недозрілі	Незрілі	Зовсім незрілі
Різниця ходу волокна (?в), нм	332	234	194	159	128	113	99	89	0

Порівняльний аналіз даних трьох методів показав, що волокнам, розділеним на групи зрілості відносно зовнішніх структурних ознак, відповідає визначена величина ?_в, значення якої збільшується із зростанням ступеня зрілості волокон. На підставі цього нами був зроблений висновок, що розроблений спосіб дослідження в більшій мірі корелює з максимально точним - «порівняльним».

Таким чином, розроблений фізико-хімічний метод дослідження волокон бавовни дозволяє проводити якісну оцінку волокнистого складу бавовняної пряжі не залежно від нестійких зовнішніх ознак, які піддаються змінам на етапах технологічної обробки. Поділ волокон на більшу кількість груп у порівнянні з «Прискореним» (поляризаційно-оптичним методом) дозволяє підвищити точність результатів дослідження і при цьому скоротити у три рази (до 80 - 100 шт.) кількість досліджуваних волокон.

Розрахунок технологічного сорту волокон бавовняної пряжі проводили відповідно стандартизованной методики (ГОСТ 3274.2 - 72) за даними, отриманими при дослідженні пряжі тканини методом поляризаційної мікроскопії із застосуванням кварцового клину.

При дослідженні пряжі основи і утку тканини арт. ОВО 129-ХЕ було визначено, що якісні характеристики пряжі (сортність і розривне навантаження) у більшій мірі визначаються процентним вмістом у ній зрілих волокон 2, 3, 4 груп, сума яких у пряжі основи складає 75%, а утку - 68%.

При оцінці відтворюваності розробленого методу було визначено, що встановлені межі відхилень середньозваженого коефіцієнта зрілості волокон бавовни в пробі по серії з п'яти вибірок указують на відтворюваність результатів при вмісті в пробі не менше 80 волокон.

У підрозділі 3.2 показано використання розробленого методу поляризаційної мікроскопії з застосуванням кварцового клину для встановлення характеру і ступеня деструкції волокон бавовни різного ступеня зрілості при впливі розчинів 20% і 50% сірчаної кислоти. Встановлено залежність фізико-механічних властивостей пряжі від зміни структурних характеристик волокон.

Відомо, що характер і ступінь деструкції волокон бавовни залежать не тільки від концентрації сірчаної кислоти, але і від морфологічних особливостей їх структури, що відображено у формулі (2):

(2)

де ?_В - різниця ходу волокна, нм;

d - товщина волокна, мкм;

n₁ - показник заломлення променя при коливанні світлової хвилі в площині, паралельній осі волокна;

n₂ - показник заломлення променя при коливанні світлової хвилі в площині, перпендикулярній осі волокна.

Аналіз характеру і ступеня впливу (на протязі 6-ти годин) розчинів 20% і 50% сірчаної кислоти на одиничні волокна бавовни з відомої первинної ?_В показав, що до впливу кислоти зі збільшенням ступеня зрілості волокон їх оптичний показник зростає, що пов'язано з підвищенням упорядкованості елементів структури целюлози і збільшенням товщини волокон. Після впливу кислоти відзначена пропорційна залежність порушується, а саме - ?_В зрілих волокон 2, 3 груп зростає внаслідок їх набрякання, а 5, 6, 7, 8 груп зрілості знижується в результаті зменшення їх товщини, яке пов'язано з процесами деструкції, що відбуваються у волокні, і стоншенням внутрішнього каналу.

Таким чином, характер зміни оптичного показника волокон (різниці ходу), який спостерігається, дозволив встановити, що стійкість волокон бавовни до сірчаної кислоти зростає з досконалістю їх морфологічної структури - стовщенням захисного шару (оболонки), ущільненням стінок волокна, за рахунок зниження їхньої капілярності, вологовмісту і підвищення орієнтованості структурних елементів целюлози. Однак необхідно відзначити, що найбільш стійкі до сірчаної кислоти перезрілі волокна мають підвищену ламкість і твердість.

Далі в роботі було вивчено вплив розчинів 20% і 50% сірчаної кислоти на бавовняну і бавовнянолавсанову тканини, що відрізняються за технологічним сортом бавовняної пряжі. Дані представлені у вигляді діаграм на рис 1.



Рис. 1. Кількісне співвідношення волокон бавовни за групами зрілості в бавовняній пряжі тканини: а - основа (ІІ сорт) бавовняної тканини арт. ОВО 129-ХЕ; б - уток (ІV сорт) бавовнянолавсанової тканини арт. 2701.

Аналіз перерозподілу кількісного співвідношення волокон за групами зрілості в бавовняній пряжі тканин арт. ОВО 129-ХЕ та арт. 2701 після впливу кислоти (рис. 1) показав, що стійкість тканин до розчинів сірчаної кислоти зростає із збільшенням сортності бавовняної пряжі, яка залежить від кількісного вмісту в ній зрілих волокон 2, 3, 4 груп. Після впливу сірчаної кислоти сумарний вміст якісних волокон (2, 3, 4 груп) знижується і тем сильніше, чим вище концентрація.

Нами було запропоновано в якості критерію хімічної стійкості целюлозовмісних матеріалів використовувати величину зменшення вмісту в бавовняній пряжі зрілих волокон 2, 3, 4 груп, вираженої у процентах. Розрахунок запропонованого показника П_з, відносного зменшення якісних волокон після впливу кислоти, проводити за формулою (3):

(3)

де В₀ - сумарний процент у пряжі волокон 2, 3, 4 груп вихідного зразка;

В - сумарний процент волокон 2, 3, 4 груп зрілості після впливу кислоти.

Порівняльний аналіз показника П_з бавовняної пряжі досліджуваних тканин показав, що найменше значення П_з при впливі на тканину 20% і 50% сірчаної кислоти спостерігається в пряжі основи бавовняної тканини арт. ОВО 129 ХЕ (37,3% і 52,0% відповідно), віднесеної до II сорту.

У підрозділі 3.3 представлено дослідження ступеня і характеру впливу оздоблювальних препаратів, які застосовуються у якості кислотозахисних, на волокна бавовни текстильних матеріалів, і визначено ефективність кислотозахисної обробки розробленим методом поляризаційної мікроскопії.

Для захисту текстильних матеріалів (арт. 5014, арт.2701, арт. ОВО 129 ХЕ) від впливу кислоти їх апретували фторорганічними препаратами (Олеофобол SL, Олеофобол С, Диполіт 450, Диполіт 481) і кремнійорганічними складами на основі метилсиліконату калію.

Дані, що характеризують ступінь впливу оздоблювальних складів на волокна бавовни, представлено в табл. 2.

Таблиця 2. Вплив оздоблювальних препаратів на показники якості бавовняної пряжі тканини арт. 5014

Варіант обробки, концентрація препарату, г/л	Відносне зменшення зрілих волокон (Пз), %	Зменшення Рср після обробки, %
Олеофобол SL	50	20,6	13,2
	100	25,0	15,8
Олеофобол С	50	25,0	15,8
	100	29,4	15,8
Диполіт 450	30	22,1	15,8
Диполіт 481	20	26,5	15,8
ГКР-11К	100	33,8	21,1
ГКР-11К, ацетат цирконію	100:10	32,4	18,4
ГКР-11К, ацетат цирконію, КЕ Н21642	100:10:10	30,9	21,1
ГКР-11К, ацетат цирконію, КЕ Н21637	100:10:10	27,9	18,4

Примітка: Р_ср - середньозважене розривне навантаження волокон.

Аналіз отриманих даних (табл. 2) показав, що найменше значення показника П_З спостерігається при обробці тканини фторорганічним препаратом Диполіт 450 (22,1%) і Олеофобол SL, концентрацією 50 г/л (20,6%). Підвищення концентрації препаратів Олеофобол SL і Олеофобол С до 100 г/л приводить до збільшення показника П_з (25% і 29,4% відповідно). Для тканини, апретованої кремнійорганічним препаратом ГКР-11К (100 г/л), показник П_з складає 33,8% і знижується до 27,9% при введенні в оздоблювальний склад ацетату цирконію й аміносиліконової емульсії КЕ Н21637.

В результаті досліджень було відзначено, що обробка усіма досліджуваними складами приводить до зниження технологічного сорту і середньозваженого розривного навантаження (Р_ср). На основі дослідження в поляризаційному світлі морфологічних ознак і інтерференційної картини волокон зроблено висновок, що найменший деструктивний вплив на волокна бавовни пряжі при обробці тканини спричиняє фторорганічний препарат Диполіт 450 і композиційний склад, що включає ГКР-11К, ацетат цирконію й емульсію Н21637. Необхідно відзначити, що при збільшенні концентрації оздоблювальних препаратів дестабілізуючий вплив їх на структуру бавовняних волокон зростає.

Далі в роботі методом поляризаційної мікроскопії з використанням кварцового клину визначили ефективність кислотозахисної обробки тканин (арт. 5014, арт. 2701, арт. ОВО 129 ХЕ), апретованих досліджуваними складами.

Відповідно до стандарту (ГОСТ 11209-85) тривалість впливу 20% і 50% сірчаної кислоти на тканину складала шість годин. Після цього зразки відбирали з пряжі верхнього шару з лицьової і зворотної сторін тканини.

Ефективність кислотозахисної обробки визначали за сумарним вмістом в пряжі тканини зрілих (якісних) волокон 2, 3 і 4 груп (УВ, %) і показником П_з, %.

Дані показників якості пряжі тканини, апретованої фторорганічними препаратами фірми «Rottа» і складами на основі кремнійорганічного препарату ГКР-11К, після впливу 50% сірчаної кислоти представлено в табл. 3.

Таблиця 3. Показники якості пряжі, апретованої бавовняної тканини арт. 5014, після впливу 50% сірчаної кислоти

Ступінь обробки тканини	Сума зрілих волокон (УВ), %	Відносне зменшення зрілих волокон (Пз), %
Неапретована		34	50,0
Диполіт 450, 30 г/л	Л	48	9,1
	В	52	1,9
Диполіт 481, 20 г/л	Л	39	23,5
	В	45	10,0
ГКР-11К, 100 г/л	Л	49	2,0
	В	43	4,4
ГКР-11К, ацетат цирконію, 100:10 г/л	Л	38	17,4
	В	44	4,3
ГКР-11К, ацетат цирконію, КЕ Н21637, 100:10:10 г/л	Л	46	6,1
	В	48	2,0
ГКР-11К, ацетат цирконію, КЕ Н21642, 100:10:10 г/л	Л	42	10,6
	В	45	4,3

Примітка: Л - значення, отримане для лицьового боку тканини, В - виворітної.

Аналіз отриманих даних показав, що зразки тканини арт. 5014, апретованої досліджуваними препаратами, є стійкими до впливу 20% сірчаної кислоти протягом шести годин, на що вказує показник П_З пряжі від 0 до 4,4% для лицьової і 0% для зворотної сторони тканини (для неапретованої - 33,8%). При цьому сумарний вміст волокон 2, 3, 4 груп залишається відносно високим (42% і більше). Після впливу на тканину 50% сірчаної кислоти більш високим кислотозахисним ефектом характеризується тканина, оздоблена препаратами марки Диполіт і композицією на основі метилсиліконату калію, що включає ацетат цирконію й аміносиліконову емульсію. При цьому показник П_з пряжі для лицьової сторони тканини не перевищує 10,6%, а для зворотної - 2% (для неапретованої - 50,0%).

Порівняння даних, отриманих для тканин різних артикулів, свідчить про те, що максимальною хемостійкістю (незалежно від марки оздоблювального препарату і його концентрації) характеризується тканина арт. 5014, мінімальної - арт. 2701, тканина арт. ОВО 129 ХЕ займає проміжне положення.

У підрозділі 3.4 приведено експериментальні дані, отримані при вивченні впливу оздоблювальних препаратів на надмолекулярну структуру целюлози бавовняних волокон.

Для цієї мети застосовувався рентгеноструктурний аналіз, що проводили на дифрактометрі «ДРОН-3». У процесі дослідження зразків найбільш інтенсивне розсіяння рентгенівських променів відзначено від площин з індексом 002. Тому ідентифікацію фаз в аналізованій системі проводили за рефлексом, що характеризує розсіяння від зазначених площин (рис. 2, 3).

Для встановлення ступеня впливу оздоблювальних препаратів на надмолекулярну структуру целюлози тканин, апретованих досліджуваними фторорганічними препаратами і композиційними складами на основі ГКР-11К, провели розрахунки наступних показників: міжплощинна відстань (d_hkl), інтенсивність рефлексу (I), напівширина рефлексу (S). Середню величину кристаліту (Л_h(hkl)) визначали за розширенням напівширини рефлексу за методом Кохендерфера А. Ступінь кристалічності (Р) целюлози бавовняного волокна розраховували за рівнянням (4), запропонованим для рослинних матеріалів, що характеризує частку розсіяння (ц) рентгенівських променів від кристалічних областей целюлози (А_кр) до розсіяння променів зразком (А_зр) в інтервалі кутів дифракції 2и = 18°ч26°.

(4)

R - коефіцієнт, що враховує некогерентне дифузійне розсіяння рентгенівських променів. Для целюлози бавовни R =0,88.

Значення показників, що характеризують кристалічну структуру целюлози волокон бавовни до і після апретування тканини досліджуваними препаратами, представлено в табл. 4.

Таблиця 4. Показники, що характеризують надмолекулярну структуру целюлози

Характе-ристики рефлексу 002, од. виміру	Тканина арт. 5014
	Неапретована	Варіант обробки, концентрація препарату, г/л
		ГКР-11К, 100	ГКР-11К, ацетат цирконію, 100:10	ГКР-11К, ацетат цирконію, Н21637	Олеофобол SL, 100	Диполіт 450, 30
dhkl, ?	2,08; 2,01	2,06; 2,04; 1,97	2,08; 2,04; 2,00	2,04; 1,99	2,06; 2,0	2,06; 1,97
I, %	20,2	21,3	18,2	18,9	21,5	19,7
S, град.	2,60	2,83	2,73	2,78	2,65	2,63
Лh(hkl), ?	39,81	36,73	37,90	37,65	39,20	39,52
Р, %	75,7	74,8	75,0	75,5	77,5	76,4

Аналіз даних табл. 4 показує, що всі досліджувані оздоблювальні препарати спричиняють незначний деструктивний вплив на кристалічну структуру целюлози волокон бавовни.

Найменшу дестабілізуючу дію викликає препарат марки Диполіт 450 (S=3,63 град.). Процеси деструкції, що спостерігаються у кристалічній фазі целюлози - розупорядкованість упаковки і її ущільнення, при впливі на тканину фторорганічних препаратів, імовірно, є наслідком втрати волокнами вологи. В результаті непомірного ущільнення структури, що спостерігається при обробці матеріалів препаратом Олеофобол SL, волокна стають сухими і ламкими (Р = 77,5%).

При обробці тканини складами на основі ГКР-11К внаслідок лужності середовища препарати проникають у більш глибокі шари міжфібрилярного простору стінки волокна, збільшуючи при цьому поверхню контактної взаємодії. Введення до складу ацетату цирконію знижує процеси деструкції в кристалічній структурі (S = 3,73 град.), а аміносилоксанової емульсії Н21637 - сприяє її ущільненню (Р = 75,5%).

У підрозділі 3.5 дослідження були спрямовані на вивчення характеру взаємодії оздоблювальних препаратів з макромолекулою целюлози і механізму надання кислотостійкості текстильним матеріалам методом ІЧ-спектроскопії.

Реєстрацію спектрів проводили на ІЧ спектрометричному комплексі AVATAR 360 - CONTINUUM з перетворенням отриманих інтерферограм на Фур'є-спектрометрі.

На початковому етапі були зняті ІЧ-спектри фторорганічних препаратів з метою виявлення характеристичних груп у молекулярній будові.

Аналіз ІЧ-спектрів показав, що максимуми смуг поглинання в спектрах препаратів Олеофобол SL, Диполіт 450 лежать в одній області хвильових чисел, відрізняючись лише інтенсивністю.

Більш висока інтенсивність смуг поглинання при 2920 см^-1 і 2850 см^-1, 1460 см^-1 у ІЧ-спектрі препарату Диполіт 450 дозволяє припустити, що в його будові наявна більша кількість СН і СН₂ груп, зв'язаних з гідроксильними групами. Зсув смуг поглинання 2920 см^-1 і 1460 см^-1 у ІЧ-спектрі препарату Диполіт 481 вказує на присутність домішок.

ІЧ-спектр препарату марки Олеофобол С істотно відрізняється від вище розглянутих спектрів фторорганічних препаратів, на що вказує наявність у спектральній кривій інших максимумів смуг поглинання.

Зйомку ІЧ-спектрів із зразків апретованої тканини проводили в режимі «порушеного повного внутрішнього відбивання», що дозволяє знімати спектри з верхніх шарів волокна, виключаючи підготовку проби (рис. 5, табл. 5).

Аналіз ІЧ-спектрів, отриманих із зразків тканини, оздобленої фторорганічними препаратами Олеофобол SL, Диполіт 450 (рис. 5), кремнійорганічним препаратом ГКР-11К і композиціями на його основі (табл. 5), дозволив встановити, що зниження інтенсивності смуг поглинання: 3330 см^-1 - вказує на утворення нових міжмолекулярних водневих зв'язків і на зниження вмісту в структурі целюлози „зв'язаної” води; 1650 см^-1 - на зниження вмісту сконденсованої в капілярах води; 2920 см^-1, 2850 см^-1, 1430 см^-1, характерних для груп н(СН) і н(СН₂), - на утворення водневого зв'язку через ОН групу макромолекули целюлози з функціональними групами оздоблювального препарату.

Таблиця 5. Інтенсивність смуг поглинання характеристичних груп целюлози тканини арт. 5014 до і після обробки кремнійорганічними складами

Варіант обробки, концентрація препарату, г/л	Хвильове число смуги спектру, см-1
	3330	2920	2850	1650	1560	1430	1275	785
	ОН	СН	СН2	Н2О	СОО-, NH, N	СН2	СН2, СН, ОН, Si-СН3	ОН, Si-СН3
	Інтенсивність пропускання, %
Неапретована	20,4	13,0	10,8	2,0	2,6	4,0	2,8	-
ГКР-11К	50	18,8	8,0	6,6	2,2	2,2	4,2	7,8	3,6
	100	15,8	11,6	8,8	2,2	3,0	5,0	6,6	5,0
ГКР-11К, ацетат цирконію	50:10	11,2	7,0	5,8	1,6	1,8	2,6	3,6	2,0
	100:10	14,8	6,4	5.0	1,2	1,4	3,8	4,0	2,0
ГКР-11К, ацетат цирко-нію, КЕ Н21637	100:10: 10	9,4	6,8	5,0	1,4	*3,2	4,6	2,8	1,0
Примітка: * зсув коливань на 10 см-1 в сторону менших хвильових чисел - до 1550 см-1.

У спектрі тканини, апертованої трикомпонентною силіконовою композицією (табл. 5), збільшення інтенсивності і зсув смуги поглинання 1560 см^-1 в сторону менших хвильових чисел, яке спостерігається, може бути віднесено до деформаційних коливань аміногруп радикалу -(СH₂)₃-NH-CH₂ -СН₂-NН₂ і утворенню нового водневого зв'язку ? NН...О. Не можна виключати можливість утворення мостикового міжмолекулярного водневого зв'язку (ОН`…N і NН...О) за допомогою аміногруп.

На підставі проведеного аналізу було зроблено припущення, що надання кислотостійкості волокнам бавовни до розчинів сірчаної кислоти полягає не тільки в утворенні екрануючої їх зовнішню поверхню стійкої до агресивних середовищ плівки, але і за рахунок гідрофобізації внутрішньої структури волокон в результаті зниження вмісту сконденсованої в капілярах і «зв'язаної» води.

Аналіз інтенсивності смуг поглинання: 1650 см^-1, що характеризує наявність сорбційної води, і 3330 см^-1 - характерної для валентних коливань міжмолекулярного водневого зв'язку, дозволив зробити висновок, що целюлозовмісний текстильний матеріал виявляє задовільні кислотозахисні властивості, якщо вологовміст волокон відповідає межам: 1,2 - 1,4 % сорбційної і 7,0 - 9,5% «зв'язаної» води.

текстильний бавовна кислотозахисний целюлоза

ВИСНОВКИ

1. Шляхом розробки комплексного методу оцінки якості сировини та готової продукції встановлено, що для підвищення ефективності кислотозахисних властивостей целюлозовмісних текстильних матеріалів необхідно враховувати два основних фактора: технологічний сорт бавовняної пряжі необробленої тканини і ступінь деструктивного впливу, який спричиняють оздоблювальні препарати на структуру волокон бавовни апретованої тканини.

2. Встановлено, що для оцінки якості бавовняної пряжі тканини, що пройшла повний технологічний цикл обробки, необхідно використовувати розроблений метод поляризаційної мікроскопії з застосуванням кварцового клину. Метод дозволяє проводити якісну оцінку волокнистого складу бавовняної пряжі незалежно від нестійких зовнішніх ознак, тому що волокнам, розділеним на групи зрілості відносно їх зовнішніх структурних ознак, відповідає визначена величина ?_В, і зі збільшенням ступеня зрілості збільшується їх оптичний показник.

3. Запропоновано кислотозахисні властивості целюлозовмісних текстильних матеріалів відносно сірчаної кислоти оцінювати розробленим методом поляризаційної мікроскопії з застосуванням кварцового клину за значенням показника П_з, який характеризує відносне зменшення якісних волокон у пряжі тканини після впливу кислоти.

4. Визначено, що обробка тканини фторорганічними препаратами сприяє ущільненню кристалічної структури целюлози волокон бавовни. При обробці тканини кремнійорганічними складами на основі ГКР-11К внаслідок лужності середовища препарати проникають у більш глибокі шари міжфібрилярного простору стінки волокна, збільшуючи при цьому поверхню контактної взаємодії. Введення до складу ацетату цирконію знижує процеси деструкції в кристалічній структурі целюлози, а аміносилоксанової емульсії Н21637 - сприяє її ущільненню.

5. ІЧ-спектроскопія бавовняних тканин з кислотозахисною обробкою дозволила встановити, що високу стійкість до 50% сірчаній кислоти можуть надавати лише препарати, здатні не тільки утворювати екрануючу поверхню волокна плівку, але і гідрофобізувати його внутрішню структуру.

6. Встановлено, що гідрофобізація внутрішньої структури бавовняного волокна при обробці фторорганічними препаратами досягається за рахунок зниження вмісту в целюлозі сконденсованої в капілярах і зв'язаної води. Збільшення стійкості до 50% сірчаній кислоті тканини, обробленої композиційним складом на основі метилсиліконату калію, що включає аміносиліконову емульсію Н21637, досягається як за рахунок зниження вмісту в целюлозі сконденсованої в капілярах і зв'язаної воді, так і за рахунок більш глибокої дифузії препарату в структуру волокна.

7. Показано, що для підвищення ефективності кислотозахисної обробки целюлозовмісних текстильних матеріалів комплексна оцінка захисних властивостей повинна включати показники, що характеризують молекулярну будову і надмолекулярну структуру целюлози волокон бавовни, відбивати якість волокна в цілому і давати кількісну оцінку стану пряжі тканини, апретованої кислотозахисними препаратами як після обробки, так і після впливу кислоти.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Скрипко Г.А. Применение поляризационно-оптического метода с использованием кварцевого клина для определения качества хлопка-волокна / Г.А. Скрипко, Д.Г. Сарибекова // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2004. - № 5. - С.142-146.

Особистий внесок: розробка методу оцінки якості волокон бавовни, проведення експериментальних досліджень.

2. Сарибекова Д.Г. Использование метода поляризационной микроскопии для определения кинетики разрушения хлопка-волокна при воздействии на него растворов серной кислоты / Д.Г. Сарибекова, Г.А. Скрипко // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - № 2 (9). - С. 149-152.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів дослідження.

3. Сарібєкова Д.Г. Використання методу поляризаційної мікроскопії для визначення ступеня структурного руйнування бавовняної пряжі при дії на тканину розбавленої сірчаної кислоти / Д.Г. Сарібєкова, Г.О. Скрипко // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2005. - № 5. - С. 116-122.

Особистий внесок: удосконалення оцінки кислотостійкості целюлозовмісних текстильних матеріалів, аналіз та узагальнення результатів дослідження.

4. Скрипко Г.А. Определение характера и степени воздействия на хлопчатобумажную пряжу кислотозащитных отделочных препаратов с использованием метода поляризационной микроскопии / Г.А. Скрипко, Д.Г. Сарибекова // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 1. - С. 225-229.

Особистий внесок: визначення ступеня ушкодження волокон бавовни у наслідок оздоблення целюлозовмісних текстильних матеріалів, аналіз результатів дослідження.

5. Сарибекова Д.Г. Определение эффективности кислотозащитной отделки целлюлозосодержащих тканей при воздействии растворов серной кислоты / Д.Г. Сарибекова, Г.А. Скрипко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2006. - № 5. - С. 204-208.

Особистий внесок: оцінка ефективності кислотозахисних властивостей целюлозовмісних текстильних матеріалів, узагальнення результатів дослідження.

6. Сарібєкова Д.Г. Визначення характеру взаємодії кремнійвмісних препаратів з целюлозою за методом ІЧ-спектроскопії / Д.Г. Сарібєкова, Г.О. Рябініна, Г.О. Скрипко // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2007. - № 4 (36). - С. 55-62.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз та узагальнення результатів дослідження.

7. Пат. 17155 Україна UA, МПК (2006) D 01F 9/14 / G 01 N 33/36. Спосіб визначення якості бавовняних волокон в пряжі / Г.С. Сарібеков, Д.Г. Сарібєкова, Г.О Скрипко (Україна). - № u200602964; - Заявл. 20.03.2006; Опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9. - 7 с.

Особистий внесок: розробка методу оцінки якості волокон бавовни, проведення експериментальних досліджень, визначення області застосування.

8. Скрипко Г.А. Использование метода поляризационной микроскопии для определения качества волокон хлопка / Г.А. Скрипко, Д.Г. Сарибекова // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины: Материалы научно-практической конференции (10-13 октября 2005 г.). - Межвузовский журнал.: Херсонский национальный технический университет. - 2005. - № 1(10). - С.284-285.

Особистий внесок: розробка методу оцінки якості волокон бавовни.

9. Скрипко Г.А. Определение характера и степени воздействия кислотозащитных препаратов на хлопчатобумажную пряжу методом поляризационной микроскопии / Г.А. Скрипко, Д.Г. Сарибекова // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: Матеріали V Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів (26-28 квітня 2006 р.). - К.: Київський національний університет технологій та дизайну. - Том I. - 2006. - С. 191.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, аналіз результатів дослідження.

10. Скрипко Г.А. Разработка метода поляризационной микроскопии для оценки эффективности кислотозащитной отделки целлюлозосодержащих текстильных материалов / Г.А. Скрипко, А.А. Рябинина // Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Техтекстиль-2007): Материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Димитровградский институт технологии, управления и дизайна, 2007. - С. 173-175.

Особистий внесок: розробка методу оцінки ефективності кислотостійкості целюлозовмісних текстильних матеріалів, узагальнення результатів дослідження.

11. Скрипко Г.О. Застосування рентгеноструктурного аналізу для вивчення впливу оздоблювальних препаратів на надмолекулярну структуру волокон бавовни / Г.О. Скрипко, Д.Г. Сарібєкова // Наукові розробки молоді на сучасному етапі: Матеріали VІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів (15-16 квітня 2008 р.). - К.: Київський національний університет технологій та дизайну. - Том I. - 2008. - С. 313.

Размещено на Allbest.ru

...