Розробка технології фарбування похідними парафенілендіаміну

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ

ТА ДИЗАЙНУ

УДК 677. 027

Спеціальність 05.18.19 - технологія текстильних матеріалів,

швейних і трикотажних виробів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розробка технології фарбування похідними парафенілендіаміну

Гараніна Ольга Олександрівна

КИЇВ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерство освіти і науки України

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Романкевич Олег Володимирович, Київський національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри опоряджувального виробництва

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Сарібеков Георгій Савич, Херсонський національний технічний університет, проректор з наукової роботи і зовнішніх зв'язків, завідувач кафедрою хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів

кандидат технічних наук, доцент, Козарь Оксана Петрівна, Мукачівський державний університет, завідуючий кафедрою технології і конструювання виробів із шкіри

Захист відбудеться «19» лютого 2009 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 при Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ - 11, вул. Немировича-Данченка, 2, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ - 11, вул. Немировича-Данченка, 2, корпус 1.

Автореферат розісланий 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.О. Полька



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Огляд сучасних технологій легкої промисловості вказує на необхідність покращення економічних показників виробництв. Мета досягається шляхом: 1) зменшення енергетичних затрат; 2) збільшення ефективності технологій за рахунок їх інтенсифікації; 3) використання барвників, текстильних допоміжних сполук (ТДС) з меншою вартістю; 4) якісної зміни продукції, наприклад, за рахунок використання наукомістких технологій.

Клас барвників, що синтезуються на волокні, дозволяє використовувати продукти, вартість яких значно менша за вартість звичайних барвників. Типовим барвником, що синтезується на волокні, є чорний для хутра Д - парафенілендіамін (ПФДА). Використання ПФДА для натурального хутра дозволяє отримувати забарвлення чорного кольору з високими показниками міцності до дії світла.

Використання окислювальних барвників для колорування полотен на основі хімічних волокон на сьогоднішній день досліджено недостатньо.

Актуальність теми даної роботи, спрямованої на розробку та дослідження нової технології фарбування текстильних матеріалів на основі синтетичних волокон з використанням окислювального барвника - ПФДА - полягає в розробці нової більш економічно ефективної технології колорування в чорний колір синтетичних волокнистих матеріалів на основі дослідження фізико-хімічних основ використання окислювальних барвників для хімічних волокон.

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

Дисертаційна робота виконана у відповідності з темою «Наукові основи синтезу полімерних барвників у волоконному середовищі», номер Державної реєстрації 0106U000887, Наказ Міністерства освіти і науки України № 654 від 16.11.2005 р.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка науково - обґрунтованої технології фарбування синтетичних волокнистих матеріалів ПФДА шляхом окислення барвника на волокнистому матеріалі.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені та виносяться на захист наступні завдання:

- розробка способу фарбування окислювальним барвником синтетичних волокнистих матеріалів;

- дослідження впливу технологічних параметрів на сорбцію ПФДА волокнистим матеріалом та фізико-хімічне обґрунтування технології фарбування; барвник синтетичний фарбування сорбція

- визначення термодинамічної спорідненості окислювальних барвників до волокнистих матеріалів;

- розробка нового способу порівнювальної кількісної характеристики забарвлень в рамках цифрової колориметрії, використання даного способу для оцінювання впливу зміни технологічних параметрів на колір полотна;

- побудова математичні моделі двохстадійного процесу фарбування волокнистого матеріалу з використанням ПФДА;

- дослідження властивостей забарвлених волокнистих матеріалів.

Об'єкт дослідження -фарбування волокнистих матеріалів барвниками, що синтезуються на волокні.

Предмет дослідження - розробка технології фарбування похідними парафенілендіаміну.

Методи дослідження - для вирішення поставлених задач використовувались класичні методи технології текстильних матеріалів, фізичної та колоїдної хімії, ІЧ-спектроскопії; електронна спектроскопія; стандартні методи текстильного матеріалознавства оцінки стійкості забарвлених волокнистих матеріалів до фізико-хімічних впливів; методи математичної статистики обробки результатів експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- розроблені і науково-досліджені фізико-хімічні основи технології фарбування волокнистих матеріалів на основі хімічних волокон з застосуванням ПФДА:

-- вперше показана доцільність використання буферних систем при фарбуванні хімічних волокнистих матеріалів окислювальними барвниками;

-- вперше обґрунтовано доцільність введення у фарбувальну ванну електролітів при фарбуванні поліамідних волокнистих матеріалів;

-- вперше отримано рівняння для розрахунку термодинамічної спорідненості дисперсного барвника до волокна;

-- виявлено наявність двох типів активних центрів целюлозного волокна при сорбції ПФДА;

- вперше показано можливість оцінки впливу технологічних параметрів фарбування окислювальним барвником на компоненти кольорового простору при адитивній та субстрактивній кількісних оцінках кольору;

- показано можливість регулювання кольору та відтінку забарвленого волокнистого матеріалу із хімічних волокон без суттєвої зміни технології колорування ПФДА.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано та науково - обґрунтовано технологію фарбування окислювальним барвником - ПФДА - волокнистих матеріалів на основі хімічних волокон, яка економічно є більш ефективною в порівнянні із загальноприйнятими методами фарбування хімічних волокон.

Розроблено спосіб порівнювальної кількісної характеристики кольору з використанням прикладних програм ЕОМ. Застосування методу дає можливість керувати колористичними характеристиками кольору текстильного матеріалу шляхом цілеспрямованої зміни технологічних параметрів процесу фарбування. Результати роботи розширюють можливості фарбування ПФДА в коричневій та чорній гаммі кольорів.

Результати роботи можуть бути використані при фарбуванні окислювальними барвниками натуральних та синтетичних волокон, а також в суміжних областях, зокрема, при фарбуванні натурального хутра.

Результати роботи впроваджені в навчальний процес кафедри опоряджувального виробництва КНУТД (Акт впровадження від 15.09.2008р.), та апробовані у виробничих умовах ЗАТ «Оксамит» (Акт виробничих випробувань від 26.11.2007 р.), які підтверджують можливість фарбування чорним для хутра Д волокнистих матеріалів в умовах хімічної чистки. Реалізація розробленого способу дозволить очікувати економічний ефект в розрахунку на 1 кг поліамідного полотна 3,14 грн в порівнянні з дисперсними, 5,35 грн - з кислотними, 2,30 грн - з прямими барвниками.

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні мети і задач дослідження, в критичному аналізі науково-технічної та патентної літератури, виконанні експериментальних досліджень. В наукових публікаціях із співавторами та керівником роботи авторові належить отримання і аналіз експериментальних даних, формулювання основних наукових положень та висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на:

- Всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених, аспірантів та студентів (2005?2008 рр., м. Київ, КНУТД);

- Ювілейній міжнародній науково-технічній конференції, присвяченої 75 - річчю Київського національного університету технологій та дизайну «Інноваційні технології - майбутнє України», 2005 р., м. Київ, КНУТД;

- Міжнародній конференції «Проблеми легкої і текстильної промисловості», 2006 р., м. Херсон, ХНТУ;

- Всеукраїнській науково-практичній конференції «Проблеми легкої і текстильної промисловості України», 2006 р., м. Херсон, ХНТУ.

- Міжнародній науково-технічній конференції конференції «Сучасні технології та обладнання для одержання та переробки полімерів, хімічних волокон, полімерних композиційних матеріалів та гуми», 2007 р., м. Київ, КНУТД.

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 22 найменування, у тому числі: 5 статей у наукових фахових журналах, 1 патент України на винахід, 16 тез доповідей у збірниках матеріалів наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, додатків.

Дисертація містить 157 сторінок машинописного тексту, 30 таблиць, 41 рисунок, 170 найменувань літературних джерел. Обсяг додатків - 6 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі охарактеризовано сучасний стан проблеми колорування волокнистих матеріалів в чорний колір. Зазначені основні проблеми отримання забарвлень чорного кольору на волокнистих матеріалах. Сформульовані актуальність, мета і задачі дисертаційної роботи, охарактеризовано об'єкт та предмет досліджень, розкрита наукова новизна і практична цінність роботи.

У першому розділі представлено літературний огляд, в якому наведені основні класи барвників та недоліки існуючих технологій фарбування хімічних волокон у чорний колір. Розглянуто основні способи фарбування окислювальними барвниками та доцільність розробки колорування волокнистих матеріалів окислювальними барвниками. Доведена можливість відродження чорноанілінового фарбування та застосування окислювальних барвників взагалі на сучасному рівні виробництва. Опрацьовані літературні джерела наукової та технічної інформації дозволяють сформулювати мету роботи і задачі для подальших досліджень.

У другому розділі описані основні методи досліджень, які використовувались в роботі: класичні методи технології текстильних матеріалів, фізичної та колоїдної хімії, ІЧ-спектроскопії; електронної спектроскопії; стандартні методи текстильного матеріалознавства та оцінки стійкості забарвлених волокнистих матеріалів до фізико-хімічних впливів; методи математичної статистики обробки результатів експериментів.

У третьому розділі викладено теоретично-експериментальну частину роботи. Доведено на прикладі ПФДА можливість колорування окислювальними барвниками синтетичних та бавовняних волокнистих матеріалів з раціональним використанням фарбуючого розчину, завдяки впровадженню двохстадійного процесу фарбування. Науково обґрунтовані фізико-хімічні основи колорування ПФДА.

В розділі досліджуються термодинамічні основи фарбування. Вважається, що механізмом фарбування синтетичних волокон є розчинення барвника в волокні. Рівняння ізотерми абсорбції, що використовується при фарбуванні, включає величину константи рівноваги взаємодії активних центрів барвника та волокна (). Величина може бути використана для розрахунку зміни величини стандартного хімічного потенціалу () при переході барвника з розчину в волокно:

де - кількість барвника на волокні, моль/кг, - концентрація барвника в розчині, г/л. За внутрішній об'єм для синтетичних волокон зазвичай приймається вільний об'єм аморфної частки волокноутворюючого полімеру.

Процеси адсорбції та розчинення відмінні за «геометрією»: для адсорбції необхідні поверхня, на якій здійснюється адсорбція, та об'єм, в якому розміщуються адсорбовані молекули (моно- та полімолекулярна адсорбція); при розчиненні об'єм розчинника та речовини, що розчиняється, певною мірою складаються. За якісним критерієм (за сутністю процесів розчинення або набрякання) вільний об'єм аморфної частки волокна не може бути відповідальним за об'єм «внутрішньої» фази. В зв'язку з цим, в роботі прийнято, що при розчиненні барвника в волокні об'єм волокна () збільшується за рахунок набрякання аморфної частки волокна (сорбція барвника аморфною часткою) і визначається: , де - ступінь кристалічності, - питомий об'єм аморфної частини полімеру, - питомий об'єм барвника. Стандартна спорідненість барвника до волокна визначається:

При (розбавлений розчин барвника в волокні):

В таблиці 1 наведені величини, які характеризують спорідненість ПФДА до волокон (приймається, що кількість продуктів окиснення на волокні пропорційна кількості сорбованого ПФДА).

Таблиця 1 - Значення при сорбції ПФДА синтетичними та целюлозними волокнами

Волокнистий матеріал	, кДж/г-моль•К
	З врахуванням ступеню кристалічності	Без врахування ступеню кристалічності
Полікапроамід	24,7	22,8
Бавовна для інтервалу концентрацій ПФДА 0.2 - 1 г/л для інтервалу концентрацій ПФДА 1 - 12 г/л	9,1 2,4	5,4 1,3
ПАН (сополімер з ітаконовою кислотою)	8,0	8,0
Поліетилентерефталат	3,4	2,3

За таблицею 1 найбільшу спорідненість до ПФДА мають поліамідні (ПА) волокна. Поведінку системи ПФДА - бавовняний волокнистий матеріал можна трактувати як свідчення наявності двох різних за активністю (характером взаємодії з ПФДА) активних центрів на волокні. Аналогічна поведінка характерна для сорбції прямих барвників бавовною.

Збільшення спорідненості ПФДА до бавовняних, поліефірних та поліакрилонітрильних волокон при фарбуванні в середні та темні відтінки можливе при зміні технологічних параметрів фарбування.

Розчинність ПФДА у воді у вигляді солянокислої солі значно перевищує розчинність ПФДА як основи. Зміна розчинності ПФДА у воді при варіюванні величин рН призводить при постійній розчинності ПФДА у ПА волокні до зміни величин спорідненості. Таким чином, процес фарбування доцільно проводити при стабілізації рН буферними системами.

Фарбування ПА матеріалів ПФДА з використанням буферного розчину при рН 11,5 на першій та другій стадії процесу фарбування супроводжується введенням в фарбувальну ванну електроліту (рис. 1). Експериментальні дані підтверджують, що введення у фарбувальну ванну електроліту збільшує спорідненість ПФДА до ПА волокна за рахунок зменшення його розчинності у воді.

Проведено дослідження продуктів окислення ПФДА на волокнистих матеріалах. На рис.2 показана залежність кількості барвника на волокні при зміні рН фарбувальної ванни.

Зміна величини рН зумовлює зміну D (оптична густина) в ? 5 разів. Максимальне вибирання барвника спостерігається при рН 9,6 фарбувальної ванни. Ця залежність пов'язана з наявністю кількох паралельних реакцій, кожна з яких залежить від рН: 1) реакція ланцюгового радикального розпаду перекису водню при окисленні на другій стадії процесу фарбування; 2) реакція окиснення ПФДА та його проміжних продуктів; 3) реакції конденсації продуктів окиснення.

На рис.3 наведені електронні спектри розчинів забарвлених ПА матеріалів в сірчаній кислоті при різних рН фарбувальної ванни.

Спектральні характеристики забарвлених ПА матеріалів наведених на рис. 3, можна розділити на три групи: 1) поява люмінесценція в ультрафіолетовій (УФ) області (криві 2, 6); 2) поглинання у всій області довжин хвиль (криві 3-5); 3) поглинання в УФ області (крива 1).

Таким чином, припущення про вплив величини рН на хімічний склад утворених продуктів окиснення ПФДА експериментально підтверджується.

Електронні спектри поглинання мало інформативні, тому що для коричневого та чорного кольорів характерне поглинання в усій видимій області спектру. Кількісна оцінка кольору забарвлених матеріалів більш інформативна з позицій оцінки кольорових відмінностей. Стандарт ГСТУ 30821:2002 передбачає використання в опоряджувальному виробництві системи кольорових координат Л*а*b*.

Висока вартість обладнання та програмного забезпечення для аналізу кольору, зумовлює необхідність розробки широкодоступного способу порівнювальної кількісної характеристики кольору матеріалів. Першою операцією в розробленому методі є сканування полотна на білому фоні з використанням скануючого пристрою. Друга - визначення прикладною програмою, наприклад, Photoshop, кількісних характеристик кольору зразка в різних кольорових просторах. Підхід дозволяє співставити кольорові характеристики експериментальних зразків, забарвлених при різних рН (таблиця 2).

Таблиця 2 - Кольорові характеристики ПА, забарвлених ПФДА при рН 8,05-11,5

рН	RGB, ум. од.	CMYK, %	L*a*b*
	R	G	B	C	М	Y	K	L*	a*	b*
8,05	97	70	61	53	64	64	42	32	11	11
9,25	89	58	53	52	69	64	49	28	14	9
9,6	45	31	30	64	74	68	76	14	7	3
10,2	44	39	36	69	67	67	70	16	1	3
10,4	34	32	33	74	70	63	76	13	1	0
11,5	50	35	32	62	72	69	73	15	7	5



Мінімальна світлота за системою L*a*b* характерна для зразків забарвлених при рН 9,6 та 10,4. Їх колір близький до чорного. Для зразка, забарвленого при рН 10,4 характерне однакове поглинання в червоних, зелених та синіх областях спектру в системі RGB. Для інших значень рН характерний коричневий відтінок зразків, про що свідчить збільшення вкладу червоного кольору.

Запропонований підхід для кількісної характеристики кольору дозволяє спостерігати вплив технологічних параметрів фарбування на спектральні характеристики забарвлень, і, як наслідок, регулювати характер результуючого кольору при фарбуванні окислювальним барвником. Дослідження впливу додавання у фарбувальну ванну домішок органічного походження та їх сумішей на колір текстильних матеріалів при рН 10,4 та рН 11,5 свідчить про тенденцію їх впливу на кольорові характеристики забарвлених полотен чорним для хутра Д (таблиця 3).

У четвертому розділі методом планування експерименту отримано статистичну математичну модель процесу фарбування ПА трикотажного полотна окислювальним барвником - ПФДА - за двохстадійним способом.

При оптимізації процесу фарбування на першій стадії досліджено залежність інтенсивності забарвлення ПА матеріалів від концентрацій ПФДА (, г/л) та електроліту (, г/л), тривалості (, хв) та температури (, 0С) процесу. Для першої стадії процесу фарбування побудовано математичну модель, розраховано коефіцієнти регресії та отримано рівняння, що математично описує процес з адекватністю 95%.

Виключення незначущих коефіцієнтів за загальноприйнятою методикою призводить до рівняння регресії в натуральних величинах:



Формально, в методі планування експерименту оптимізація проводиться для всіх «значущих коефіцієнтів». Однак не всі, з позицій статистики, «значущі коефіцієнти» мають технологічні значення.

Наприклад, при періодичному фарбуванні майже неможливо забезпечити тривалість в 1-3 хвилини, тому що тривалість процесу має бути значно більшою, ніж тривалість завантаження та вивантаження текстильного матеріалу, барвника та текстильно допоміжних сполук (ТДС), щоб звести до мінімуму вплив цих двох стадій на кінцевий результат. При оптимізації технологічного процесу прийняли мінімальну тривалість процесу 45 хвилин, а температура фарбування - 75 та 1000С.

Отримано рівняння, що дозволяє розраховувати оптимальні параметри при різних температурах. Для багатьох барвників, що мають спорідненість до волокон за рахунок міжмолекулярної взаємодії, фарбування здійснюють при температурі 60-800С, а для інтенсифікації процесів використовують температуру 1000С.

Аналіз рівняння регресії при фіксованих величинах температури и тривалості процесу дозволяє отримати рівняння з двома змінними величинами рівняння регресії. На рис. 4 та 5 наведені залежності оптичної густини розчинів забарвлених полотен від концентрації ПФДА та електроліту у фарбувальній ванні на першій стадії фарбування при різних температурах і 10,4.

Рівняння регресії (3) можна диференціювати, кількість змінних невелика, тому оптимізація проводилася з використанням частинних похідних цільової функції за змінними рівняння регресії.

Визначені положення максимумів за та (оптимальні величини концентрацій на першій стадії) при рівності нулю частинних похідних цільової функції рівняння (3) та їх від'ємних других частинних похідних.

Визначені оптимальні величини для першої стадії процесу фарбування при 1000С: (г/л) та (г/л); при 750С: (г/л) та (г/л).

При визначенні будь-якої величини в експерименті розраховуються як середня величина, так величина довірчого інтервалу. Приймається, що істинна величина лежить в інтервалі з заданою вірогідністю : , де - середнє арифметичне значення, tб - коефіцієнт Стьюдента (- значимість), - середнє квадратичне відхилення середнього арифметичного значення.

При визначенні параметрів рівняння, наприклад, прямої, також визначають величини довірчих інтервалів.

Таким чином, для одномірної та двохмірної задач визначається довірчий інтервал при заданій величині значимості . Метод планування експерименту дає лише одну поверхню відгуку, причому приймається для розгляду тільки величина значимості, а величина довірчого інтервалу не визначається. По суті, має бути три поверхні відгуку: верхня буде визначати верхню межу довірчого інтервалу з вірогідністю , середня поверхня буде визначати середнє значення, а нижня - нижню межу довірчого інтервалу з вірогідністю .

У фізичному експерименті для визначення середнього квадратичного відхилення використовують формулу переносу помилок факторів на середнє квадратичне відхилення функції. При оптимізації стоїть інша задача. Необхідно визначити з заданою вірогідністю величину довірчого інтервалу, в якій знаходиться параметр, що оптимізується. В точці екстремуму частинні похідні функції за змінними дорівнюють нулю, як наслідок, формула переносу помилок не може використовуватись.

Оцінка довірчого інтервалу для величини оптимального технологічного параметру необхідна, тому що при достатньо широкому інтервалі підтримка оптимальних величин не має змісту. Для практичних задач оптимізації не обов'язково визначати всі три поверхні відгуку. При визначенні оптимальних умов технологічного процесу необхідно визначити довірчі інтервали з вірогідністю в області оптимуму.

Для оцінки довірчих інтервалів величин оптимальних параметрів із заданою вірогідністю (у нашому випадку 0,95) в роботі використовувався підхід Масона-Цейтліна-Новицького. Підхід має недоліки: 1) необґрунтовано використання величини коефіцієнта Стьюдента; 2) прийнято, що сталість величини середньої квадратичної похибки цільової функції дорівнює середньому квадратичному похибки при визначенні відтворюваності; 3) кількість паралельних дослідів при визначенні відтворюваності експерименту не співпадає, в загальному випадку, з кількістю дослідів за матрицею планування. Для використання підходу Масона-Цейтліна-Новицького отримано рівняння залежності цільової функції від величини концентрації ПФДА при оптимальній величині концентрації електроліту:

Отримано рівняння залежності цільової функції від величин концентрації електроліту при оптимальній величині парафенілендіаміну:

На рис. 6 та рис. 7 показані графіки даних функцій. Лінія відсікає нижній довірчий інтервал цільової функції. Інтервал визначено величиною середньоквадратичного відхилення цільової функції при проведенні паралельних дослідів для визначення середньоквадратичного відхилення відтворюваності. Проекції точок та дозволяють встановити межі довірчого інтервалу оптимальних концентрацій електроліту та барвника з вірогідністю 0,95. В роботі прийнято припущення, що величина середньоквадратичного відхилення цільової функції однакова в усій області параметрів, що оптимізувались.

З врахуванням оптимальних параметрів першої стадії фарбування було здійснено оптимізацію параметрів процесу фарбування другої стадії, а саме, концентрацію перекису водню (, г/л) та температури (, 0С). Процес фарбування проводився при рН =10,4. Залежність показана на рис.8.

При побудові поверхні відгуку залежності оптичної густини від концентрації перекису водню та температури технологічного процесу фарбування тривалість процесу також складала 45 хв. Форма поверхні відгуку відносно температури процесу сідловидна (рис. 8).

Максимальні величини оптичної густини спостерігаються при температурах фарбування 50 та 1000С, що відповідає мінімальній та максимальній температурам в матриці планування. Оптимальна концентрація перекису водню при визначеній концентрації ПФДА в фарбувальній ванні складає 6 г/л.

Для використання підходу Масона-Цейтліна-Новицького отримані рівняння (7) та (8), що описують залежність цільової функції від величини концентрації Н2О2 при температурах 50 и 1000С, відповідно:

На рис. 9 зображено визначення довірчого інтервалу для оптимальної концентрації перекису водню на другій стадії фарбування при 1000С та рН 10,4.

Оптимальні параметри технологічного процесу при двохстадійному фарбуванні ПА полотна окислювальним барвником - ПФДА при рН 10,4 наведені в таблиці 6:

Таблиця 6 - Технологічний режим фарбування ПФДА з врахуванням довірчих інтервалів

Перша стадія
Концентрація ПФДА, г/л	3,4±0,7
Концентрація електроліту, г/л	32,4±5,8
Температура, оС	75-100
Тривалість, хв	45
Друга стадія
Концентрація перекису, г/л	6±1,4
Температура, оС	50, 100
Тривалість, хв	45

У підрозділі 4.2. досліджені показники міцності забарвлень ПА матеріалів при зміні рН від 8,04 до 11,5, а також при рН 10,4 та 11,5 з додаванням в процесі фарбування домішок органічного походження.

Відповідно до оптимізованих параметрів процесу фарбування ПА матеріалів, проведені випробування міцності забарвлень до фізико-механічних чинників. Міцності забарвлень ПА матеріалів, отриманих з використанням ПФДА в буферних розчинах, відповідають найвищим балам.

Введення домішок органічного походження не впливає на показники міцності забарвлень.

Випробуванню піддавали трикотажні полотна (100% ПКА), виготовлені на панчішному автоматі переплетінням «кулірна гладь». В таблиці 7 наведені характеристики трикотажних полотен.

Таблиця 7 - Структурні характеристики трикотажних полотен

Вид обробки полотна	Поверхнева щільність, г/м2	Структурна характеристика трикотажного полотна
		Кількість петельних стовпчиків на 10 см	Висота петельного шагу	Висота петельного ряду	Довжина нитки в петлі, мм
		За горизон-таллю	За верти-каллю
1) Сировинне	166,6	100	70	1,1	1	5,2
2)Після розмаслювання	176,0	110	90	1,1	1	4,9
3) Забарвлене	178,8	110	100	1,1	1	4,9
4)Забарвлене (після обробки у мильно-содовому розчині)	179,1	110	100	1,1	1	4,8

Зразки виготовлені в однакових умовах, тому основним впливом на механічні властивості є технологічна операція. Оскільки петельна структура при фарбуванні якісно не змінюється, то основною причиною зміни деформаційних властивостей трикотажного полотна може бути зміна властивостей ПА ниток, наприклад, за рахунок окиснення. Показники механічних властивостей трикотажного полотна на різних стадіях процесу фарбування чорним для хутра Д наведені в таблиці 8.

Таблиця 8 - Показники механічних властивостей трикотажного полотна

Характеристика зразків поліамідних трикотажних полотен	Розривне зусилля Рр, Н	Подовження при зусиллі е, %
	За петельними стовпцями	Коефіцієнт варіації	За петельними рядами	Коефіцієнт варіації	За петель-ними стовпцями	За петельними рядами
1) Сировинне	556±2,6	1,43	117±2,6	0,37	86	126
2) Після розмаслювання	658±5,2	0,77	116±5,2	0,5	108	178
3) Забарвлене	594±4,2	0,5	153±4,2	0,12	102	177
4)Забарвлене (після обробки у мильно-содовому розчині)	563±3,8	0,4	183±3,8	0,22	107	176

Фізико-механічні властивості ПА трикотажного полотна не зазнають істотних змін після циклу операцій при фарбуванні ПФДА з використанням перекису водню в лужному середовищі. Відсутність пошкодження ПА полотна при фарбуванні може бути зумовлено витратою перекису водню на окиснення ПФДА. Інформація про можливі зміни хімічної будови ПА при фарбуванні одержано при використанні методу ІЧ спектроскопії. На рис. 10 наведені ІЧ спектри вихідного (1) та забарвленого (2) ПА полотен.

Вид спектрів аналогічний. Цей експериментальний факт вказує, що хімічна структура ПА після фарбування ПФДА, як окислювальним барвником, не зазнає суттєвих змін.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз сучасних технологій колорування синтетичних волокнистих матеріалів вказує на необхідність розробки і впровадження нових ефективних технологій, здатних знизити вартість технологій фарбування і одночасно покращити якість випускної продукції. Цей факт зумовив необхідність розробки технології фарбування окислювальними барвниками для отримання забарвлень, стійких до фізико-хімічних і механічних чинників при одночасному зниженні вартості технології фарбування.

2. Вперше розроблена науково - обґрунтована технологія фарбування синтетичних волокнистих матеріалів ПФДА:

- технологічні параметри процесу фарбування окислювальним барвником (ПФДА) обґрунтовані проведеними фізико-хімічними дослідженнями;

- показано, що зміна величини рН дозволяє отримати широку гамму коричневих та чорних кольорів при фарбуванні ПФДА: величина рН впливає на склад продуктів окиснення, на сорбцію барвника від складу фарбувальної ванни та на характер спектрів поглинання в видимій області спектра, на кількісні характеристики кольору забарвлених полотен;

- обґрунтовано необхідність використання при фарбуванні окислювальними барвниками буферних розчинів;

- обґрунтовано використання електроліту при фарбуванні синтетичних волокнистих матеріалів ПФДА.

- одержано рівняння для розрахунку стандартної спорідненості барвника до волокна при фарбуванні за механізмом розчинення барвника у волокні;

- запропоновано спосіб розрахунку спорідненості барвника до волокна при нелінійному співвідношенні сорбції та концентрації барвника; співставлено спорідненість ПФДА до ПА, ПЕ, ПАН та до бавовняного волокнам (при сорбції ПФДА бавовною беруть участь два типа активних центрів);

- показано, що за кількісним та якісним критеріями вільний об'єм аморфної частки полімеру не відповідає за об'єм «внутрішньої» фази волокна при фарбуванні по механізму розчинення барвника;

3. Розроблено спосіб порівнювальної кількісної характеристики кольору з використанням прикладних програм ЕОМ та на цій основі спосіб оцінки впливу зміни технологічних параметрів на колористичні характеристики забарвлень.

4. Отримані математичні моделі процесу фарбування поліамідного волокнистого матеріалу ПФДА методом планування експерименту:

- визначені оптимальні параметри проведення процесу фарбування ПФДА поліамідного полотна на першій та другій стадії;

- обґрунтована необхідність та проведено визначення довірчих інтервалів для величин процесу фарбування, які оптимізуються при заданій величині значимості.

5. Встановлено, що фізико - механічні властивості поліамідних полотен не погіршуються при проведенні стадій підготовки та фарбування ПФДА.

6. У виробничих умовах ЗАТ «Оксамит» апробована з позитивним результатом технологія фарбування ПФДА поліамідними волокнистими матеріалами.

7. Реалізація розробленого способу дозволить очікувати економічний ефект в розрахунку на 1 кг поліамідного полотна 3,14 грн в порівнянні з дисперсними, 5,35 грн - з кислотними, 2,30 грн - з прямими барвниками.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гаранина О.А. Крашение ПАН-волокон окисляемыми красителями / Гаранина О.А., Романкевич О.В.// Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2005. - № 1. - С. 70-73.

Дисертанту належить одержання експериментальних даних та їх аналіз, які описують сорбцію барвника волокнистим матеріалом.

2. Романкевич О.В. Стандартное сродство дисперсного красителя / О.В. Романкевич, О.А. Гаранина// Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2005. - № 6. - С. 70-74.

Дисертант проводив експериментальні дослідження.

3. Романкевич О.В. Сродство парафенилендиамина к целлюлозному волокнистому материалу / О.В. Романкевич, О.А. Гаранина // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2006. - № 2. - С. 125-128.

Дисертанту належить одержання експериментальних даних для розрахунку спорідненості барвника до волокнистого матеріалу.

4. Романкевич О.В. Спорідненість барвника до волокна при лінійній залежності сорбції від концентрації барвника в координатах рівняння Ленгмюра / О.В. Романкевич, О.О. Гараніна // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2006. - № 6. - С. 72-76.

Дисертанту належить одержання експериментальних даних для розрахунку спорідненості барвника до волокнистих матеріалів.

5. Романкевич О.В. Властивості поліамідних полотен, забарвлених чорним для хутра Д / О.В. Романкевич, О.О. Гараніна, Т.О. Волинець [та ін.] // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2007. - № 2. - С. 45-47.

Дисертанту належить одержання зразків для досліджень, аналіз фізико-механічних та хімічних випробувань.

6. Пат. 28450 Україна, МПК D 06 Р 1/32. Спосіб фарбування волокнистих матеріалів / Романкевич О.В., Гараніна О.О.; заявник та патентовласник Київський національний ун-т технологій та дизайну. - № 200708676; заявка 27.07.2007; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 20

Дисертанту належить виконання експериментальних досліджень та розробка способу фарбування волокнистих матеріалів.

7. Дослідження процесу колорування поліамідних волокон чорним для хутра Д: тези доповідей IV Всеукр. ювілейної наук. конф. молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-19 травня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. - 252 с.

8. Способи фарбування натурального хутра в чорний колір: тези доповідей IV Всеукр. ювілейної наук. конф. молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-19 травня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. - 252 с.

9. Фарбування синтетичних волокон в чорний колір: тези доповідей IV Всеукр. ювілейної наук. конф. молодих вчених та студентів, присвяченої 75-річчю КНУТД [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-19 травня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. - 252 с.

10. Фарбування ПАН-волокон окислювальними барвниками: зб. наук. праць за матеріалами ювілейної міжнар. конф. [«Інноваційні технології - майбутнє України»], (Київ, 3?9 жовтня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. - 196 с.

11. Вплив електроліту на процес сорбції дисперсного барвника: зб. наук. праць за матеріалами ювілейної міжнар. конф. [«Інноваційні технології - майбутнє України»], (Київ, 3?9 жовтня 2005 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2005. - 196 с.

12. Дослідження процесу фарбування целюлозних волокнистих матеріалів чорним для хутра Д: тези доповідей V Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 26-28 квітня 2006 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2006. - 294 с.

13. Фарбування поліамідних трикотажних полотен за допомогою парафенілендіаміну: тези доповідей V Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 26-28 квітня 2006 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2006. - 294 с.

14. Дослідження процесу фарбування поліефірних волокнистих матеріалів чорним для хутра Д: тези доповідей V Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 26-28 квітня 2006 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2006. - 294 с.

15. Фарбування поліефірних полотен окислювальними барвниками: тези доповідей V Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 26-28 квітня 2006 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2006. - 294 с.

16. Влияние рН красильной ванны на крашение полиамидного полотна ченным для меха Д: зб. наук. праць за матеріалами ІІІ-ї міжнар. наук.-техн. конф [«Сучасні технології та обладнання для одержання та переробки полімерів, хімічних волокон, полімерних композиційних матеріалів та гуми»], (Київ, 10-12 жовтня 2007 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2007. - 310 с.

17. Спорідненість барвника до волокна при лінійній сорбції від концентрації барвника в координатах рівняння ленгмюра: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-18 квітня 2007 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2007. - 340 с.

18. Дослідження взаємозв'язку технологічних параметрів фарбування чорним для хутра Д з якістю забарвлення: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”], (Київ, 17-18 квітня 2007 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2007. - 340 с.

19. Визначення впливу рН на продукти окиснення парафенілендіаміну: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукомісткі технології виробництва матеріалів, виробів широкого вжитку

та соціального призначення”], (Київ, 15-16 квітня 2008 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2008. - 312 с.

20. Спектральний аналіз продуктів окиснення чорного для хутра Д: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукомісткі технології виробництва матеріалів, виробів широкого вжитку та соціального призначення”], (Київ, 15-16 квітня 2008 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2008. - 312 с.

21. Вплив технологічних параметрів на фарбування поліамідного волокна чорним для хутра Д: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукомісткі технології виробництва матеріалів, виробів широкого вжитку та соціального призначення”], (Київ, 15-16 квітня 2008 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2008. - 312 с.

22. Вплив органічних речовин на забарвлення поліамідних волокнистих матеріалів чорним для хутра Д: тези доповідей VІ Всеукр. наук. конф. молодих вчених та студентів [“Наукомісткі технології виробництва матеріалів, виробів широкого вжитку та соціального призначення”], (Київ, 15-16 квітня 2008 р.) / М-во освіти і науки України, КНУТД. - К.: КНУТД, 2008. - 312 с.



АНОТАЦІЯ

Гараніна О.О Розробка технології фарбування похідними парафенілендіаміну. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.19 - технологія текстильних матеріалів, швейних і трикотажних виробів. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2008.

Дисертація присвячена науковому обґрунтуванню технології фарбування синтетичних волокнистих матеріалів ПФДА. Показано, що за кількісним та якісним критеріям вільний об'єм аморфної частки полімеру не відповідальний за об'єм «внутрішньої» фази при фарбуванні за механізмом розчинення барвника. Отримано вираз для розрахунку стандартної спорідненості барвника до волокна при фарбуванні за механізмом розчинення барвника у волокні. Запропоновано спосіб розрахунку спорідненості барвника до волокна при нелінійному співвідношенні сорбції та концентрації барвника; співставленні спорідненості ПФДА до ПКА, ПЕТФ, ПАН та до бавовняного волокнам, при сорбції ПФДА бавовною беруть участь два типа активних центри.

Обґрунтована необхідність проведення процесу фарбування окислювальними барвниками при стабілізації величини рН шляхом проведення процесу колорування в буферних розчинах. Зміна величини рН дозволяє отримати широку гамму коричневих та чорних кольорів при фарбуванні ПФДА; величина рН впливає на склад продуктів окиснення, відображається на залежності сорбції від складу фарбувальної ванни та на характер спектрів поглинання в видимій області спектра, на кількісних характеристиках кольору забарвлених полотен. В роботі обґрунтовано використання електроліту при фарбуванні синтетичних волокнистих матеріалів ПФДА.

Розроблений спосіб порівнювальної кількісної характеристики кольору з використанням прикладних програм ЕОМ та на цій основі спосіб оцінки впливу технологічних параметрів на колористичні характеристики забарвлень.

Методом планування експерименту отримані математичні моделі процесу фарбування поліамідного волокнистого матеріалу ПФДА: визначені оптимальні параметри процесу; обґрунтована необхідність та проведено визначення довірчих інтервалів для величин процесу фарбування, які оптимізуються при заданій величині значимості.

У виробничих умовах ЗАТ «Оксамит» апробована з позитивним результатом технологія фарбування ПФДА поліамідних волокнистих матеріалів.

Ключові слова: парафенілендіамін, окислювальні барвники, буферний розчин, електролітпроцес фарбування, волокнистий матеріал, колористичні характеристики забарвлень, визначення довірчих інтервалів.



АННОТАЦИЯ

Гаранина О.А. Разработка технологии крашения производными парафенилендиамина. - Рукопись. Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.19 - технология текстильных материалов, швейных и трикотажных изделий. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2008.

Диссертация посвящена научному обоснованию технологии крашения производными парафенилендиамина. Показано, что по количественному и качественному критериям объем аморфной части волокнообразующего полимера не ответственен за объём внутренней фазы при крашении по механизму растворения красителя.

Получено выражение для расчета стандартного сродства красителя к волокну при крашении по механизму растворения красителя в волокне. Предложен способ расчета сродства красителя к волокну при нелинейном соотношении сорбции и концентрации красителя; сопоставлено сродство ПФДА к ПКА, ПЭТФ, ПАН и к целлюлозному волокнам, при сорбции ПФДА хлопком участвуют два типа активных центров.

Показано влияние рН на состав продуктов окисления на волокнистом материале. Обоснована необходимость проведения процесса крашения окисляемыми красителями при стабилизации рН путем проведения процесса крашения в буферных растворах. Показано влияние электролита при крашении синтетических волокнистых материалов окисляемыми красителями.

Разработан способ сравнительной количественной характеристики цвета с использованием прикладных программ ЭВМ и на этой основе способ оценки влияния технологических параметров на колористические характеристики выкраски.

Методом планирования эксперимента получены математические модели процесса крашения полиамидного волокнистого материала ПФДА, обоснована необходимость и проведено определение доверительных интервалов для оптимизируемых величин процесса крашения при заданной величине значимости.

В производственных условиях ЗАТ «Оксамит» апробирована с положительным результатом технология крашения ПФДА полиамидными волокнистыми материалами.

Ключевые слова: парафенилендиамин, окисляемые красители, буферный раствор, электролит, процесс крашения, волокнистый материал, колористические характеристики, доверительные интервалы.



SUMMARY

Garanina O. O. Developing of the technology of dyeing by derivatives paraphenilendiamine. - Manuskript. The dissertation for seeking of Candidate of sciences degree in engineering on a speciality 05.18.19 - Technology of textile materials, sewing and knitted articles. - Kiev national university of technology and design, Kiev, 2008.

The dissertation is devoted a scientific substantiation of technology of dyeing by derivatives paraphenilendiamine. The volume of an amorphous part of a fibre is not responsible for volume of an internal phase at dyeing on the mechanism of dissolution of dye.

Expression for account of standard affinity of dye to a fibre is received. The method of account of affinity of dye to a fibre is offered at a nonlinear parity absorption and concentration of dye

Affinity pPhda to PA, PE, the PAN and to cellulose to fibres is compared.

In work it is shown that at absorption pPhda a clap two types of the active centres participate

The size рН influences paraphenilendiamine oxidation on a fibrous material. The dyeing process by oxidised dyes needs to be conducted at stabilisation рН. In work electrolit influence at dyeing of synthetic fibrous materials by oxidised dyes is shown.

The method of the comparative quantitative characteristic of colour is developed. Mathematical models of process of dyeing of polyamide fibrous material pPhda are received.

Confidential intervals for dyeing process are defined. Under production conditions Ukrainian corporations "Oksamit" the technology of dyeing pPhda polyamide fibrous materials is approved with positive result.

Keywords: paraphenilendiamine, oxidised dyes, a buffer solution, electrolit, dyeing process, a fibrous material, coloristic characteristics, confidential intervals.

Размещено на Allbest.ru

...