Разработка новых загущающих систем на основе эфиров целлюлозы и крахмала для текстильной печати

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка новых загущающих систем на основе эфиров целлюлозы и крахмала для текстильной печати

НЕКРАСОВА В.Н.

Иваново - 2010

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Щеглова Татьяна Леонидовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Киселев Александр Михайлович

доктор химических наук, ст.н.с.

Липатова Ирина Михайловна

Ведущая организация:

ООО «Приволжская отделочная фабрика»,

Ивановская обл., г. Приволжск

Защита состоится « 7 » июня 2010 года в 10:00 часов в аудитории Г205 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « 4 » мая 2010 г.

Ученый секретарь совета Д 212.063.03 Шарнина Л.В.

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В настоящее время достигнут значительный прогресс в художественном и колористическом оформлении текстильных материалов, и все больший удельный вес во всем мире занимают набивные текстильные материалы, а конкуренция в области текстильного печатания принимает глобальные масштабы.

В этих условиях коренной проблемой отечественной текстильной промышленности является повышение конкурентоспособности ее продукции, решение которой требует не только повышения качества текстильных материалов, но и снижения издержек производства, а также обеспечения экологических требований в соответствии с мировыми стандартами.

На отделочных предприятиях во всем мире для печатания целлюлозосодержащих текстильных материалов в основном используют пигменты и активные красители. В том и другом случае эффективность процесса печатания во многом зависит от правильного выбора загустителя, роль которого проявляется как в качестве печатного рисунка, так и в экономическом и экологическом аспектах производства набивных тканей.

Особую актуальность в настоящее время приобрели во всем мире вопросы экологии. Одной из основных причин, обостряющих экологические проблемы в текстильном отделочном производстве, является выброс в окружающую среду жидких отходов - стоков, в которых содержатся не использованные или отслужившие свою роль соединения, в частности, загущающие вещества.

Поэтому вполне очевидна актуальность и своевременность исследований, направленных на создание технологий, в которых в качестве текстильно-вспомогательных веществ используются безопасные как для биосферы, так и для человека природные соединения. Таким требованиям в полной мере, применительно к продукции для загущения печатных красок, отвечают карбоксиметиловые эфиры крахмала и целлюлозы, поскольку они производятся из возобновляемого растительного сырья, подвергаются биологическому расщеплению без образования вредных веществ, недефицитны и сравнительно недороги. Несмотря на указанные преимущества на отечественных отделочных предприятиях в настоящее время они практически не используются.

В связи с этим представляется вполне оправданным и целесообразным разработка новых загущающих композиций на основе воспроизводимых биополимеров, т.к. применение при печати отечественных недорогих и эффективных загущающих составов является важным звеном в цепочке мероприятий для обеспечения конкурентоспособности и снижения себестоимости российской текстильной продукции.

Настоящая работа выполнена по планам НИР Ивановского государственного химико-технологического университета.

Цель работы состояла в разработке новых низкоконцентрированных загущающих систем на основе эфиров целлюлозы и крахмала для текстильной печати, а также оценке их эффективности при печатании текстильных материалов активными красителями и пигментами.

Для достижения поставленной цели исследования проводились в следующих направлениях:

- изучение закономерностей получения низкоконцентрированных вязких составов с устойчивой структурой на основе средне- и высоковязких карбоксиметиловых эфиров целлюлозы и крахмала с высокой степенью замещения;

- выбор наиболее эффективных стабилизаторов и ПАВ при получении вязких систем с различными значениями водородного показателя;

- определение оптимального состава новых вязких композиций и оценка их структурно-механических и реологических характеристик;

- исследование механизма образования пористых и гелеобразных загущающих систем путем модификации эфиров полисахаридов специально подобранными стабилизаторами и ПАВ;

- оптимизация составов печатных красок для активных красителей и пигментов на основе низкоконцентрированных загусток;

- разработка рациональных технологий печатания активными красителями и пигментами с использованием новых загущающих композиций;

- оценка эффективности применения низкоконцентрированных составов в качестве загусток при печатании различных целлюлозосодержащих тканей активными красителями и пигментами.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Основными объектами исследования являлись водорастворимые полисахариды - карбоксиметиловые эфиры крахмала и целлюлозы производства ЗАО «Полицелл» (г. Владимир), различные соединения алюминия, подготовленные под печать хлопчатобумажные, льняные, вискозные штапельные и хлопкополиэфирные ткани, технические активные красители и пигментные пасты.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методов исследования: спектрофотометрических, вискозиметрических, колориметрических и калориметрических. Показатели устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям оценивали в соответствии с действующими ГОСТами. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Научная новизна. Предложен новый оригинальный принцип и схема процесса получения устойчивых вязких структур путем модификации карбоксиметиловых эфиров целлюлозы и крахмала комплексообразующими соединениями алюминия. На основе этого разработаны эффективные низкоконцентрированные пористые и гелеобразные системы для загущения печатных красок и технологии колорирования целлюлозосодержащих текстильных материалов активными красителями и пигментами.

При этом получены следующие наиболее существенные научные результаты:

- установлено, что комплексные соли алюминия способны взаимодействовать с макромолекулами полимера и некоторыми поверхностно-активными веществами, что обеспечивает увеличение вязкости гелеобразной системы в 2,0ч2,3 раза, а пористой - 2,2ч20,5;

- разработан способ получения пористых составов (аналогов пенных), сохраняющих свою структуру без изменения в течение более 5 суток;

- впервые вискозиметрическим, калориметрическим и спектрофотометрическим методами выявлен факт взаимодействия компонентов низкоконцентрированных систем в процессе их образования;

- в результате установленных закономерностей разработаны новые эффективные загущающие композиции и печатные составы на их основе для активных красителей и пигментов. Новизна разработанных составов подтверждена положительными решениями по заявкам на выдачу Патентов РФ №2008138800/12 (050023) от 26.11.09 и №2009109548/04 (012891) от 25.03.10.

Практическая значимость. Разработаны низкоконцентрированные загущающие композиции гелеобразных и пористых структур на основе карбоксиметиловых эфиров крахмала и целлюлозы, а также печатные составы с их использованием. Оценены технологическая, экономическая эффективность и экологическая безопасность новых технологий печатания целлюлозосодержащих текстильных материалов активными красителями и пигментами.

Новые пористые составы испытаны в условиях отделочного производства ОАО «Кохматекстиль» (г. Кохма, Ивановская область). Замена традиционных и известных пенных загусток на разработанные низкоконцентрированные составы позволяет:

- улучшить качество набивных тканей;

- повысить экологичность текстильных материалов, напечатанных с применением разработанных пигментных композиций, за счет исключения формальдегидсодержащих препаратов;

- снизить в 1,5ч2,5 раза материало- и ресурсоемкость процессов печатания целлюлозосодержащих тканей активными красителями и пигментами.

Автор защищает:

- способ получения и составы низкоконцентрированных гелеобразных и пористых загусток;

- установленные закономерности взаимодействия комплексных солей алюминия с макромолекулами карбоксиметилового эфира целлюлозы или крахмала и со стеаратом натрия;

- составы печатных красок и технологии колорирования целлюлозосодержащих тканей активными красителями и пигментами.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 17 Международных и Всероссийских конференциях. Наиболее значимые из них:

- Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2007), г. Москва, МГТУ им. Косыгина А.Н., 2007;

- Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2008), г. Иваново, ИГТА, 2008;

- Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Лен - 2008), г. Кострома, 2008;

- Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2008), г. Москва, МГТУ им. Косыгина А.Н., 2008;

- III Международная научно-техническая конференция «Достижения текстильной химии - в производство» («Текстильная химия - 2008»), г. Иваново, 2008;

- IV Всероссийская научная конференция (с международным участием) «Физико-химия процессов переработки полимеров», г. Иваново, ИХР РАН, 2009;

- Международная научно-методическая конференция с элементами научной школы для молодежи «Достижения в области химической технологии и дизайна текстиля, синтеза и применения красителей», г. Санкт-Петербург, СПГУТД, 2009.

Публикации. Результаты исследований, отражающих основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 22 печатных работах, в том числе в 3 статьях перечня, рекомендованного ВАК РФ, 17 тезисах докладов научно-технических конференций и в материалах 2-х заявок, по которым имеются положительные решения на получение патентов РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части с обсуждением результатов, выводов, списка использованной литературы (227 источников) и 2-х приложений. Научная работа содержит 199 с. машинописного текста, 41 рис., 38 табл.

2. Основное содержание работы

Введение

Обоснована актуальность работы, описаны элементы научной новизны и практической значимости.

1. Литературный обзор

Проанализирована научно-техническая информация о современном состоянии и перспективах развития ассортимента загустителей для текстильной печати и показано, что в соответствии с современными экологическими требованиями и с учетом экономической целесообразности наиболее выгодными для использования в отделочном производстве являются низкоконцентрированные загущающие составы на основе модифицированных эфиров целлюлозы и крахмала.

2. Методическая часть

Описаны объекты исследований, методы проведения исследований и методики оценки качества печати.

3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов

3.1. Оптимизация состава и способа приготовления загусток на основе модифицированных эфиров целлюлозы и крахмала

3.1.1. Определение концентрационных параметров гелеобразных и пористых составов

В основу получения предлагаемых составов заложен принцип образования химических и физических связей между макромолекулами полимера и ПАВ посредством специально подобранных стабилизаторов, которые способны сохранять гидрофильность и устойчивость новой структуры. Используя этот принцип, получены низкоконцентрированные полимерные композиции как гелеобразных, так и пористых структур с различными значениями водородного показателя: от «щелочных» (рН=912) до «кислых» (рН=2,56).

Анализ свойств новых вязких систем показал, что пористые составы, содержащие катионоактивные ПАВ и стабилизаторы кислотного характера, не обеспечивают необходимую устойчивость во времени. Напротив, хорошей стабильностью характеризуются структуры «щелочных» вязких составов, которые содержат в качестве полимера карбоксиметиловые эфиры целлюлозы (ПАЦ-В, КМЦ-7В и КМЦ-9В) или крахмала (КМК-ОК и КМК-БУР 1), стабилизатор щелочного характера и анионоактивный ПАВ.

Для оценки влияния вида и концентрации полимера (при одинаковом содержании стабилизатора и ПАВ) на свойства получаемых систем исследована зависимость вязкости композиции (з) от концентрации карбоксиметилового эфира полисахарида (С). При этом установлено, что самые низкоконцентрированные системы с необходимой динамической вязкостью и хорошей устойчивостью структуры обеспечивает препарат ПАЦ-В (1% - для получения пористых структур и 2,5% - для гелеобразных), что наглядно видно из рис. 1.

Рис.1 Зависимость вязкости пористой (а) и гелеобразной (б) композиций от концентрации и вида полимера.

1 - ПАЦ-В; 2 - КМЦ-7В; 3 - КМЦ-9В; 4 - КМК-ОК; 5 - КМК-БУР 1

Предварительными исследованиями, проведенными на кафедре ХТВМ ИГХТУ, установлено, что наиболее эффективным стабилизатором является смесь комплексных солей алюминия ([Аl(ОН)4(Н2О)2]-, [Аl(ОН)6]3-, [Аl(ОН)5(Н2O)]2-). Для оптимизации состава алюмо-щелочного стабилизатора (АЩ) была проведена оценка влияния различных соединений алюминия и концентрации компонентов комплексного стабилизатора на полноту комплексообразования. На основании данных по прозрачности растворов показано, что необходимую смесь комплексных солей можно получить, используя любую водорастворимую соль алюминия или непосредственно гидроксид алюминия в сочетании с гидроксидом натрия при оптимальном соотношении компонентов.

В результате оценки эффективности стабилизирующего действия алюмо-щелочных стабилизаторов, полученных с использованием различных соединений алюминия, выявлено, что при одинаково высокой устойчивости системы, стабилизатор на основе гидроксида алюминия, взятый вдвое меньшей концентрации, обеспечивает наименьшее значение рН системы. Это является важным условием применения состава в качестве загусток как для активных красителей, так и для пигментов (табл.1).

Таблица 1 Влияние стабилизатора на качество получаемой пористой загустки на основе ПАЦ-В

Соединение алюминия	Конц. стабилизатора, г/кг	рН	Кратность пены	Плотность загустки, г/л
				свежеприготовленной	после выдерживания в течение суток
1	2	3	4	5	6
Al2(SO4)3 Ч 18H2O	40	10	5,9	147,9	147,9
	50	10	6,5	143,8	143,8
	60	10	5,6	163,3	163,3
AlCl3 Ч 5H2O	40	10	6,1	129,0	258,0
	50	10	5,9	142,4	142,4
	60	10	5,2	186,0	186,0
Al(NO3)3 Ч 9H2O	40	10	5,4	153,1	153,1
	50	10	5,3	146,1	146,1
	60	10	6,2	140,5	140,5
Al(OН)3	30	10	6,1	135,8	135,8
	25	9	6,5	132,3	132,3
	20	8,5	6,5	132,3	135,3

Рис. 2. Влияние концентрации стабилизатора (из Al₂(SO₄)₃Ч18H₂O) и стеарата натрия в составе гелеобразной загустки на ее вязкость

Не менее важным компонентом при получении как пористых, так и гелеобразных систем является ПАВ, в качестве которого использовался стеарат натрия. При концентрации 20 г/кг он обеспечивает наилучшие показатели по кратности и устойчивости пористой структуры, а также наивысшую вязкость гелеобразной. Это объясняется тем, что при меньшем его содержании не происходит структурирование системы в полной мере, а с превышением оптимальной концентрации наступает перенасыщение системы поверхностно-активным веществом, что приводит к снижению стабильности пористой структуры и вязкости гелеобразной (рис.2).

3.1.2. Определение температурно-временных условий образования низкоконцентрированных систем

Как показали исследования, важным условием при получении новых низкоконцентрированных вязких составов являются температурно-временные параметры образования пористых структур, т.к. динамическая вязкость и кратность пористой загустки изменяются в зависимости от температуры окружающей среды и температуры вводимого раствора стеарата натрия. В результате исследований было установлено, что пористая система обладает оптимальной кратностью и хорошей устойчивостью во времени, если ее приготовление осуществляется при температуре окружающей среды 20ч25 єС, а раствор стеарата натрия вводится в композицию при температуре 45ч55 єС.

3.1.3. Изучение структуры низкоконцентрированных составов

Представления о структуре разработанных гелеобразных и пористых составов можно сформировать на основании поведения систем при механическом деформировании, т.е. по их реологическим и тиксотропным характеристикам. Эти характеристики необходимы для оценки поведения загусток в процессе печатания. Оценка реологических характеристик исследуемых вязких систем как гелеобразных, так и пористых показала, что все они являются динамически устойчивыми, а по тиксотропности не уступают гидрогелям из немодифицированных КМЦ и КМК, а также импортным загустителям той же природы, в частности, Сольвитозе С-5.

Таким образом, разработанные составы по реологическим свойствам можно признать пригодными для использования в качестве загустителей печатных красок.

С целью выявления возможности взаимодействия компонентов гелеобразной и пористой композиций на различных стадиях их приготовления использовалась закономерность, установленная Эйрингом: , на основании которой рассчитана энергия активации вязкого течения для каждого состава (табл. 2).

Таблица 2 Энергия активации вязкого течения составов, используемых при получении низкоконцентрированных систем

Состав	Линейное уравнение	Достоверность аппроксимации, R2	Энергия активации (Еа), кДж/моль
ПАЦ-В 2,5%		0,953	41,8
Гелеобразная структура на основе ПАЦ-В 2,5%	0 ч		0,867	25,5
	24 ч		0,870	50,8
Пористая структура на основе ПАЦ-В 1,0%	0 ч		0,665	7,7
	24 ч		0,863	48,9

Энергия активации вязкого течения свежеприготовленных гелеобразных и пористых составов достаточно мала ( 28 кДж/моль), что указывает на нестабильность систем. В то же время для разрушения этих же систем, выдержанных в течение суток, требуется большее количество энергии (? 50 кДж/моль), чем для разрушения гидрогеля исходного полимера (около 42 кДж/моль). Это указывает на то, что между компонентами низкоконцентрированных загусток происходит взаимодействие, факт которого и объясняет более высокую устойчивость новых структур по сравнению с известными пенными.

С целью определения вида связи между макромолекулами полимера и компонентами комплексного стабилизатора был определен тепловой эффект их взаимодействия. Соответствующие данные представлены в табл. 3.

Таблица 3. Влияние вида исходного алюмосоединения на тепловой эффект процесса взаимодействия ПАЦ-В и стабилизатора АЩ

Стабилизатор АЩ	Тепловой эффект процесса взаимодействия, кДж/моль
Стабилизатор АЩ I (на основе Al2(SO4)3Ч18H2O)	-4,42
Стабилизатор АЩ II (на основе Al(OH)3)	-13,02
Стабилизатор АЩ III (на основе AlCl3Ч5H2O)	-3,48

Значения тепловых эффектов указывают на возможность образования водородных связей между макромолекулами полианионной целлюлозы посредством комплексных солей алюминия. Причем стабилизаторы АЩ I и АЩ III обеспечивают слабую связь (меньше 12 кДж/моль), а стабилизатор на основе Al(OH)3 - связь средней силы.

На основании полученных данных предложена возможная схема образования новой полимерной структуры, составляющей основу низкоконцентрированных загусток (рис. 3).

3.2. Оценка эффективности применения низкоконцентрированных вязких систем при печатании текстильных материалов активными красителями

3.2.1. Определение оптимального состава печатной краски

Основной задачей при использовании активных красителей является обеспечение максимально высокой степени фиксации красителя. Применение разработанных низкоконцентрированных загусток, особенно пористых, создает для этого благоприятные условия: во-первых, в результате исключения побочной реакции взаимодействия красителя с полимером; во-вторых, за счет образования очень проницаемой и тонкой пленки печатной краски, обеспечивающей более полный выход из нее красителя.



Рис. 3. Схема процесса получения композиции на основе карбоксиметилового эфира целлюлозы

Однако отмеченные положительные факторы могут быть не столь значительными, если не обеспечить оптимальную щелочность печатной краски при ее приготовлении, хранении и в условиях фиксации красителя. В связи с тем, что водородный показатель разработанных загусток как гелеобразных, так и пористых имеет значение 10,0±5, в работе проводились исследования по выявлению влияния концентрации щелочного агента в печатной краске на степень полезного использования красителя (СПИК). Соответствующие данные для красителя Активного бирюзового 4КП иллюстрируются графиком на рис. 4., из которого видно, что при использовании разработанных пористых загусток концентрация гидрокарбоната натрия должна быть около 20 г/кг. Аналогичные зависимости получены и для других красителей.

При хранении печатной краски с достаточно высокой щелочностью (рН?10) может происходить гидролиз активного красителя. Чтобы выявить влияние времени хранения печатной краски на степень гидролиза активного красителя осуществляли печать одной печатной краской сразу после ее приготовления и после выдерживания в течение 1, 2 и 24 часов.



Рис. 4. Зависимость степени фиксации красителя Активного бирюзового КП от концентрации щелочного агента

При этом установлено, что степень полезного использования активных красителей при печати с использованием пористой загустки как свежеприготовленного состава, так и после выдерживания его в течение суток не снизилась и на 10ч25% выше, чем при использовании Сольвитозы С-5 (рис.5), что может говорить об отсутствии гидролиза. Кроме этого, следует отметить, что печать краской, выдержанной в течение 1 часа, обеспечила повышение интенсивности окраски. Предположительно, это может быть вызвано частичным оседанием пористой композиции.

Результаты исследования по изменению плотности печатной краски в течение суток, представленные в виде гистограммы на рис. 6, свидетельствуют о том, что плотность печатной краски несколько увеличивается (на 10 г/л) после выдерживания ее в течение часа, а потом при хранении до 24 часов остается неизменной, что очень важно для применения таких красок в производстве.

Важным компонентом печатной краски при печатании активными красителями является мочевина. В результате оптимизации ее концентрации в печатной краске установлено, что при фиксации красителя сухим горячим воздухом оптимальной концентрацией мочевины является 100 г/кг, а при запаривании насыщенным и перегретым водяным паром - 60 и 80 г/кг соответственно. Это наглядно видно из представленной гистограммы на рис. 7, отображающей зависимость степени полезного использования красителя от концентрации мочевины и способа фиксации.

Кроме этого, было показано, что в состав низкоконцентрированной печатной краски не следует включать лудигол, т.к. его наличие снижает степень полезного использования красителя.

3.2.2. Определение оптимальных условий фиксации красителя и промывки напечатанных тканей

Исследование влияния способа и температурно-временных параметров фиксации активных красителей при использовании низкоконцентрированных загусток показало, что как для пористых, так и гелеобразных загусток для фиксации красителя на волокне предпочтительнее использовать перегретый или насыщенный водяной пар. По сравнению с фиксацией сухим горячим воздухом эти способы обеспечивают более высокие показатели степени полезного использования красителей (рис. 7).

При разработке режима промывки напечатанных тканей выявлена возможность замены стадии «мыловка» на промывку горячей водой при сохранении общего количества промывных ванн. Достижение при этом высоких показателей устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям обусловлено наличием в низкоконцентрированных загущающих композициях анионактивного ПАВ (стеарат натрия), а также более благоприятными условиями для десорбции незафиксированного красителя. карбоксиметиловый целлюлоза крахмал пористый

3.3. Разработка состава пигментной композиции на основе низкоконцентрированных загусток и режима фиксации красителя.

3.3.1. Определение оптимального состава пигментной композиции

При разработке технологии печатания пигментами с использованием разработанных загусток прежде всего необходимо подобрать эффективное, совместимое с ними связующее. Разработанные низкоконцентрированные композиции имеют водородный показатель не ниже 9,0, что указывает на невозможность применения в качестве сеткоотразующего вещества предконденсатов термореактивных смол. Как было установлено ранее, новые составы имеют развитую структуру, и поэтому такие системы, возможно, смогут выполнять функции сеткообразующего компонента при использовании подходящего пленкообразующего вещества. При выборе такого соединения оценена эффективность применения отечественных бесформальдегидных препаратов - поливинилацетатной эмульсии (ПВА), Акремосов различных марок (ф. «Оргстекло») и препарата Р-14и, а также импортного связующего препарата Тубифаст ABN-10 (ф. «СНТ»). В результате установлено, что пигментные композиции, включающие в себя препарат «Акремос 101», взятый в концентрации 120 г/кг для пористых загусток и 130 г/кг для гелеобразных, обеспечивает качество отпечатка, сравнимое с импортной композицией фирмы «СНТ» как по устойчивости окраски к физико-химическим воздействиям, так и по жесткости ткани в площади рисунка.

Такие показатели могут говорить о том, что новые загущающие составы не являются инертными компонентами пигментной композиции, а вносят свой вклад в процесс закрепления пигмента на волокне. И вероятнее всего, справедливо предположение, что новые загустки выполняют функции сеткообразующего компонента и образуют связи с активными группами пленкообразующего вещества. Подтверждением этому является изменение во времени значения энергии активации вязкого течения гелеобразной композиции на основе ПАЦ-В и стабилизатора АЩ (A12(SO4)3Ч18H2O) с включением в нее препарата «Акремос 101» ( табл. 5).

Таблица 5 Энергия активации вязкого течения смеси гелеобразной загустки и препарата «Акремос 101»

Время выдерживания смеси	Линейное уравнение	Достоверность аппроксимации, R2	Энергия активации Еа, кДж/моль
0 часов		0,957	19,6
24 часа		0,887	51,7

3.3.2. Определение оптимальных параметров фиксации пигмента на волокне

В результате подбора оптимальных температурно-временных параметров фиксации установлено, что лучшие показатели как по устойчивости окраски, так и по жесткости отпечатка достигаются при условии, когда термообработка как для пористых, так и для гелеобразных композиций осуществляется при температуре 160 пС в течение 2ч3 мин (рис.8). Увеличение времени и температуры фиксации приводит к снижению показателей устойчивости окрасок к мокрому и сухому трению в среднем на 0,5 балла, а показателя жесткости ткани на - 0,05ч0,13 единицы из-за снижения эластичности полимерной пленки связующего.

113

3.4. Оценка технико-экономической эффективности и экологической безопасности низкоконцентрированных загущающих составов

В связи с тем, что низкоконцентрированные загустки можно получать с использованием стабилизаторов на основе различных соединений алюминия, и при этом они несколько отличаются по свойствам друг от друга, проведено сопоставление их печатно-технические свойств на различных целлюлозосодержащих тканях.

Рис. 8. Влияние условий фиксации пигмента Унисперс красный Г при использовании пористой загустки на устойчивость окрасок к сухому трению

При этом новые пористые и гелеобразные композиции сравнивали как между собой по эффективности используемого алюмо-щелочного стабилизатора, так и с традиционно применяемыми импортными загустками из Сольвитозы С-5 и Эмпринта RS при печати активными красителями и с композицией фирмы «СНТ» - при печати пигментами. Соответствующие данные, полученные при использовании различных загусток и активных красителей, представлены на рис. 9, а пигментов в табл. 6.



Рис. 9. Влияние вида загустки на технические результаты печатания Активным бирюзовым КП

Из гистограммы видно, что наиболее привлекательными для использования в качестве загусток являются гелеобразный и пористый составы на основе стабилизатора АЩ (приготовленного из Al(OН)3), т.к именно они обеспечивают степень полезного использования красителя на 10ч40% выше по сравнению с Эмпринтом RS.

Таблица 6 Влияние вида пигментной композиции на технические результаты печатанияцеллюлозосодержащих тканей пигментом Унисперс желтый МЗГ

Ткань	Композиция	Стабилизатор АЩ	Жесткость G, ед	Устойчивость отпечатка к трению, балл
				сух.	мокр.
Хлопчатобумажная	фирмы «СНТ»	-	1,10	5,0	4,0
	Гелеобразная на основе ПАЦ-В 2,5%	Al2(SO4)3	1,34	4,5	4,0
		Al(OH)3	1,28	5,0	4,5
	Пористая на основе ПАЦ-В 1,0%	Al2(SO4)3	1,08	4,0	3,5
		Al(OH)3	1,00	4,5	4,0
Льняная	фирмы «СНТ»	-	1,04	4,5	4,5
	Гелеобразная на основе ПАЦ-В 2,5%	Al2(SO4)3	1,05	4,5	4,0
		Al(OH)3	1,05	4,5	4,5
	Пористая на основе ПАЦ-В 1,0%	Al2(SO4)3	1,01	4,0	3,0
		Al(OH)3	1,00	4,0	4,0
Вискозная штапельная	фирмы «СНТ»	-	1,26	5,0	4,5
	Гелеобразная на основе ПАЦ-В 2,5%	Al2(SO4)3	1,35	4,5	4,5
		Al(OH)3	1,32	5,0	4,5
	Пористая на основе ПАЦ-В 1,0%	Al2(SO4)3	1,12	4,5	4,0
		Al(OH)3	1,00	4,5	4,5
Хлопкополиэфирная	фирмы «СНТ»	-	1,07	5,0	4,5
	Гелеобразная на основе ПАЦ-В 2,5%	Al2(SO4)3	1,08	4,5	4,5
		Al(OH)3	1,08	5,0	4,5
	Пористая на основе ПАЦ-В 1,0%	Al2(SO4)3	1,04	4,0	4,0
		Al(OH)3	1,00	4,5	4,0

Из данных таблицы следует, что показатели качества отпечатка на всех исследуемых целлюлозосодержащих тканях по устойчивости окрасок к трению и стиркам, аналогичные образцам, напечатанным импортной композицией фирмы «СНТ» (эталон), обеспечивают только пигментные композиции с низкоконцентрированными загустками на основе стабилизатора АЩ, приготовленного из Al(OН)3. При одинаковой или более высокой интенсивности окраски они незначительно уступают эталону лишь в жесткости ткани в площади рисунка.

Таким образом, с точки зрения качества получаемого отпечатка использование низкоконцентрированных загусток как пористых, так и гелеобразных целесообразно.

В настоящее время отечественные отделочные предприятия стремятся использовать препараты с наименьшей стоимостью. Поэтому была проведена сравнительная оценка затрат на печать. Расчет показал, что использование предлагаемых низкоконцентрированных загущающих составов как гелеобразных, так и пористых, для печати целлюлозосодержащих тканей выгоднее:

- активными красителями в 1,5ч3,0 раза по сравнению с Эмпринтом RS и в 1,5ч2,0 раза по сравнению с крахмальной загусткой;

- пигментами в 1,7ч4,3 раза по сравнению с импортной композицией и до 3-х раз по сравнению с крахмальной.

В связи с ужесточением в последние годы экологический требований к текстильным материалам, были проведены исследования по определению свободного формальдегида, находящегося на ткани. Показано, что при использовании предлагаемых низкоконцентрированных составов свободный формальдегид на ткани отсутствует, как и у импортной композиции. Это позволяет отнести их к IV группе по токсикологическим характеристикам, т.е. к текстильным материалам для детей в возрасте до 1 года. Этот факт является важным преимуществом перед составом ИвНИТИ и ходовой фабричной композицией (табл.7).

Таблица 7. Содержание формальдегида на бязи, напечатанной пигментом Бецапринт оранжевый PG

Композиция	Количество формальдегида, мкг/г
композиция фирмы «СНТ»	0
ходовая фабричная	894
пенная композиция ИвНИТИ	1374
низкоконцентрированная композиция	0

Составы прошли успешные производственные испытания в тканепечатном цехе на предприятии ОАО «Кохматекстиль». Результаты испытаний показали, что замена ходовых фабричных составов на низкоконцентрированные пористые составы на основе ПАЦ-В при печати хлопчатобумажных тканей как активными красителями, так и пигментами позволяет: улучшить качество набивных тканей, повысить экологичность, а также снизить материало- и ресурсоемкость процессов печатания тканей.

Выводы

1. Разработан способ получения гелеобразных и пористых вязких систем на основе карбоксиметиловых эфиров целлюлозы и крахмала, анионактивного ПАВ и стабилизатора. Установлено, что для приготовления низкоконцентрированных систем целесообразно применять 3,5%-ный раствор КМК-ОК или 1%-ный раствор ПАЦ-В для пористых структур и 2,5%-ный - для гелеобразных, а в качестве поверхностно-активного вещества - стеарат натрия в концентрации 20 г/кг. Выявлено, что необходимые показатели устойчивости структуры загусток обеспечивает введение в смесь гидрогеля полимера и ПАВ 25 г/кг алюмо-щелочного стабилизатора, приготовленного из гидроксидов алюминия и натрия.

2. Определены температурно-временные параметры образования низкоконцентрированных вязких систем. Показано, что пористая система обладает оптимальной кратностью и хорошей устойчивостью во времени, если ее приготовление осуществляется при комнатной температуре, а раствор стеарата натрия вводится в композицию при температуре 45ч55єС.

3. Установлено, что гелеобразные и пористые структуры по реологическим свойствам являются динамически устойчивыми структурами, по тиксотропности не уступают гидрогелям из немодифицированных КМЦ и КМК, а также импортномым загустителям таким, как Сольвитоза С-5.

4. Проведенными вискозиметрическим, калориметрическим и спектрофотометрическим методами исследования установлен факт взаимодействия компонентов низкоконцентрированных вязких систем посредством водородных связей и предложена схема образования новых структур.

5. Разработана технология печатания целлюлозных тканей активными красителями: определены оптимальные концентрации компонентов печатной краски, условия фиксации красителя и промывки ткани после печати. В отличие от классической технологии показана возможность исключения из рецептуры лудигола и уменьшения на 1/3 содержания мочевины, а в процессе промывки целесообразность устранения операции «мыловка». При этом достигаются колористические характеристики напечатанных тканей, не уступающие традиционно применяемым загусткам.

6. Разработана технология печатания пигментами целлюлозосодержащих тканей с использованием новых загусток: подобрано безформальдегидное связующее, в котором в качестве пленкообразующего компонента выступает препарат «Акремос 101», а в качестве сеткообразующего - низкоконцентрированная загустка. В отличие от классической технологии показана возможность снижения в 1,5 раза времени фиксации пигментов.

7. Показано, что по сравнению с импортными композициями использование предлагаемых низкоконцентрированных загущающих составов позволяет снизить затраты на печать целлюлозосодержащих тканей активными красителями до 3-х раз, а пигментами до 4-х раз.

8. Проведены производственные испытания предлагаемого загущающего пористого состава, которые подтвердили результаты лабораторных исследований.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях

1. Состав для пенной печати пигментами хлопчатобумажных текстильных материалов / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Заявка на патент №2008138800/12 (050023) Приоритет от 29.09.08. Решение о выдачи патента от 26.11.09.

2. Загустка для печати активными красителями целлюлозосодержащих текстильных материалов / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Заявка на патент №2009109548/04 (012891) Приоритет от 16.03.10. Решение о выдачи патента от 25.03.10.

3. Некрасова, В.Н. Влияние уровня подготовки хлопчатобумажных тканей на эффективность процесса печатания пигментами / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. - 2008. - №5 - С. 54-58.

4. Некрасова, В.Н. Эффективные загустители для активных красителей / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. - 2009 - №2 - С.49-52.

5. Некрасова, В.Н. Эффективная пористая загустка для пигментной печати / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. - 2010 - №2 - С.50-53.

6. Некрасова, В.Н. Новые загущающие составы для печати активными красителями / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Шестой Всерос. науч. студ. конф. «Текстиль XXI века» - Москва, МГТУ им. Косыгина А.Н. - 2007. - С.71-72.

7. Некрасова, В.Н. Разработка эффективных загущающих и аппретирующих составов на основе эфиров крахмала и целлюлозы / В.Н. Некрасова, Н.В. Татаренко // Тез. докл. Студ. науч. конф. «Дни науки - 2007. «Фундаментальные науки - специалисту нового века» - Иваново, ИГХТУ. - 2007 - С.101.

8. Некрасова, В.Н. Новые перспективные применения эфиров целлюлозы и крахмала в текстильной промышленности / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Материалы 11-ой Междунар. науч. конф. «Эфиры целлюлозы и крахмала: синтез, свойства, применения» - Владимир. - 2007. - 232-233.

9. Некрасова, В.Н. Оценка эффективности применения новых загущающих составов для активных красителей / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2007). - Москва, МГТУ им. Косыгина А.Н. - 2007. - С.71.

10. Некрасова, В.Н. Оценка эффективности процесса печатания пигментами / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова // Тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. студ. и молодых ученых «Молодые ученые - производству». - Санкт-Петербург, СПГУТД. - 2008. - С.173-174.

11. Некрасова, В.Н. Применение новых загущающих составов для активных красителей / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Междунар. науч. техн. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2008). - Иваново, ИГТА, часть 1. - 2008. - С.114.

12. Некрасова, В.Н. Новые экологичные композиции для пигментной печати / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Междунар. науч. техн. конф. «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Лен - 2008) - Кострома. - 2008. - С.118.

13. Некрасова, В.Н. Новые экономичные композиции для пигментной печати / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Междунар. науч. техн. конф. «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2008) - Москва, МГТУ им. Косыгина А.Н. - 2008. - С.179.

14. Худяков, А.А. Анализ и решение некоторых проблем пигментной печати / А.А. Худяков, А.А. О.В. Лапшина, В.Н. Некрасова // Тез. док. VII Регион. студ. конф. с международ. участием «Фундаментальные науки - специалисту нового века». - Иваново, ИГХТУ. - 2008. - С.92.

15. Некрасова, В.Н. Новые пористые композиции для пигментной печати / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Междунар. науч. конф., посвящ. 70-летию фак-та приклад. химии и экологии «Современные тенденции развития химии и технологии полимерных материалов». - Санкт-Петербург, СПГУТД. - 2008. - С.29-30.

16. Некрасова, В.Н. Новая пористая загустка для активных красителей и пигментов / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова // III Междунар. науч. техн. конф. «Достижения текстильной химии - в производство» («Текстильная химия - 2008»). - Иваново. - 2008. - С.81-82.

17. Некрасова, В.Н. Оценка эффективности применения пористых составов при печатании активными красителями / В.Н. Некрасова, Т.В. Кукушкина Т.Л. Щеглова // Тез. докл. Межвуз. науч. техн. конф. асп. и студ. «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2009). - Иваново, ИГТА. - 2009.

18. Некрасова, В.Н. Универсальная загустка для активных красителей и пигментов / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова // Тез. докл. Всерос. науч. техн. конф. студ. и молодых ученых «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфических отраслях промышленности». - Санкт-Петербург, СПГУТД. - 2009.

19. Некрасова, В.Н. Получение на основе эфиров целлюлозы и крахмала модифицированных вязких систем для загущения печатных красок / В.Н. Некрасова, С.С. Серегин, Т.Л. Щеглова // Тез. док. IV Всерос. науч. конф. (с международ. участием) «Физико-химия процессов переработки полимеров». - Иваново, ИХР РАН. - 2009. - С.136-137.

20. Кукушкина, Т.В. Получение на основе эфиров целлюлозы и крахмала модифицированных вязких систем для загущения печатных красок / Т.В. Кукушкина, В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова // Тез. докл. Студ. науч. конф. «Фундаментальные науки - специалисту нового века» - Иваново, том 1. - 2009. - С.96.

21. Серегин, С.С. Изучение механизма образования устойчивых низкоконцентрированных вязких систем на основе модифицированных эфиров целлюлозы и крахмала / С.С. Серегин, В.Н. Некрасова, О.А. Белокурова // Тез. докл. Студ. науч. конф. «Фундаментальные науки - специалисту нового века» - Иваново, том 1. - 2009. - С.98.

22. Некрасова, В.Н. Новые гелеобразные системы для загущения печатных красок / В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова // Тез. докл. Междунар. науч. метод. конф. с элементами научной школы для молодежи «Достижения в области химической технологии и дизайна текстиля, синтеза и применения красителей». - Санкт-Петербург, СПГУТД. - 2009. - С.57-58.

Размещено на Allbest.ru

...