Исследование возможности совмещения технологий колорирования и водоотталкивающей отделки текстильных материалов

Одним из основных условий дальнейшего совершенствования отделочного производства текстильной промышленности является повышение экономической эффективности технологических процессов отделки тканей [1]. Это выдвигает в качестве одной из актуальных задач создание и промышленное освоение малооперационных технологий отделки текстильных материалов.

В отделочном производстве текстильной промышленности, как и в любой другой отрасли, остро стоят проблемы экологии производства, экономии природных и энергетических ресурсов, так как в технологиях колориро-вания и заключительной отделки текстильных материалов применяются токсичные химические материалы и красители при большом расходе воды и электроэнергии. Разработка ресурсосберегающих, малозатратных, экологически безопасных технологий колорирования с заключительной отделкой является актуальной научной задачей, решение которой имеет большое практическое значение.

Одним из путей решения данной проблемы явилась разработка совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки текстильных материалов. Преимуществом предлагаемой технологии является относительная простота и экономичность, а также возможность получения окрасок с высокими показателями, что важно для материалов, окрашенных в светлые тона. Исследование морфологических и физико-химических свойств обработанного текстильного материала по совмещенной технологии позволит выяснить механизм взаимодействия применяемых препаратов и влияние обработки на свойства текстильного материала.

О бъекты и методы исследования

В работе объектами исследования являются 100 % хлопчатобумажная ткань, артикул – 1030 (характеристика ткани приведена в табл. 1); химический препарат для придания водоотталкивающих свойств Tubiguard SCS-F, активный краситель (Re ярко-розовый), карбонат натрия Na 2 CO 3 , хлорид натрия (NaCl), уксусная кислота (CH 3 COOH) (табл. 2) [2].

Таблица 1 - Характеристика хлопчатобумажной ткани

m о И о и я § я К cd И	о и	S	а cd К К я К о u 3 й	® 5 и §	Количество нитей на 10 см
					по основе	по утку
Хлопчатобумажная ткань, бязь Цвет: белый	Хлопок 100%	1030	150	147	234±8	174±6	полотняное

Таблица 2 - Применяемые химические вещества

Tubiguard SCS-F

гидрофобизирующий препарат на основе фторуглерода C6. Подходит для изделий из целлюлозы и ее смесей с синтетикой, для фильтрующих материалов, полиэстера. Имеет хорошую водоотталкивающую и маслоотталкивающую способность.

Активный краситель (Re яркорозовый)	синтетические красители, содержащие в молекуле атомы или группы атомов, которые при крашении образуют с функциональными группами (ОН, ΝΗ 2 ) макромолекул волокна прочные ковалентные связи.
Карбонат натрия (Na 2CO3 )	химическое соединение, натриевая соль угольной кислоты. Физические свойства: молярная масса - 105,988 г/моль, температура плавления - t пл . 585,1°C, плотность, ρ α-Na 2 CO 3 - 2,509 г/см3.
Хлорид натрия или хлористый натрий (NaCl)	натриевая соль соляной кислоты. Чистый хлорид натрия представляет собой бесцветные кристаллы, но с различными примесями.
Уксусная кислота (CH 3 COOH)	органическое соединение, cлабая, предельная одноосно́вная карбоновая кислота.

Исследование морфологии поверхности пленок и волокон текстильных материалов проводилось с использованием низковакуумного растрового электронного микроскопа с системой энергодисперсионного рентгеновского микроанализа JSM-6490 LA производства «JEOL» (Япония). Оценка колористических показателей проводилась на спектрофотометре «Minolta» («Nisshinbo», Япония). На приборе AR-2 были проведены исследования устойчивости окраски текстильных материалов к сухому и мокрому трению («Nisshinbo», Япония). Исследования проводились в научно-исследовательских лабораториях Алматинского технологического университета (г. Алматы), в научно-исследовательской лаборатории Института химических наук им. А.Б. Бектурова (г. Алматы); в научно-исследовательской лаборатории Казахского Национального Технического Университета имени К.И. Сатпаева (г. Алматы), в Таш- кентском институте текстильной и легкой промышленности на базе аккредитованной учебноиспытательной лаборатории «CENTEXUZ» (г. Ташкент).

Методика проведения эксперимента

Перед проведением экспериментальных работ для удаления остатков отбеливающей ванны и примесей хлопчатобумажную отбеленную, неаппретированную ткань размером 200 мм x 200 мм предварительно промывали в дистиллированной воде, сушили и выдерживали в эксикаторе с осушителем CaCl 2 , а также для определения точной навески образующегося полимера.

Процесс отделки ткани по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки:

• 1.    Крашение, производится по следующей технологической схеме (рис.1):

  
  
  

  • 1.1    Перед крашением готовятся следующие растворы:

• -    раствор красителей;

• -    раствор поваренной соли;

• -    раствор кальцинированной соды.

• 2.    Промывка

• 3.    Пропитка

• 4.    Сушка

• 5.    Термообработка

Результаты и их обсуждение

Морфология поверхности волокон может претерпеть существенные изменения в различных операциях отделочного производства в зависимости от условий их проведения. Величина внешней поверхности природных волокон зависит от их морфологии [3].

Исследования морфологических особенностей обработанных и окрашенных текстильных материалов, а также морфологии поверхности пленок и волокон текстильного материала можно проводить с использованием низковакуумного растрового электронного микроскопа с системой энергодисперсионного рентгеновского микроанализа [4].

В работе проведены исследования морфологии поверхности обработанных волокон с применением низковакуумного растрового электронного микроскопа с системой энергодисперсионного рентгеновского микроанализа JSM-6490 LA производства «JEOL» (Япония). На рис. 2 представлены микрофотографии хлопкового волокна до и после отделки ткани по разработанной совмещенной технологии ко-лорирования и водоотталкивающей отделки текстильных материалов.

а) до обработки

Рисунок 2 – Микрофотографии волокон ткани после отделки по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки с применением гидрофобизатора Tubiguard SCS-F:

а) – до обработки, б) – после обработки

б) после обработки

При сравнении микроснимков поверхности волокон до обработки (рис. 2, а) и после обработки (рис. 2, б) видны существенные изменения поверхности волокон: на каждом отдельном волокне образуется полимерная пленка, которая придает волокну гидрофобные свойства и сохраняет колористические показатели.

После обработки целлюлозных текстильных материалов была вычислена разность (в %) навески до и после обработки с целью определения привеса полимера на ткани. Привес полимера увеличивается с повышением концентрации используемых препаратов на 0,01-0,3%.

При гидрофобной отделке текстильных материалов предполагается применение низкоэнергетических покрытий, обеспечивающих водоотталкивающие свойства. Основной прин- цип – изменение энергетики поверхности через изменение ее химической природы с помощью специальных препаратов, содержащих в молекулах неполярные, гидрофобные группы [5].

В работе исследована устойчивость окраски текстильных материалов после отделки по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки с применением гидрофобизатора Tubiguard SCS-F к сухому и мокрому трению. Стоит отметить, что интенсивность окраски не меняется при пропитке гидрофобизатором, применяемым в работе.

Исследования устойчивости окраски текстильных материалов к сухому и мокрому трению были проведены на приборе AR-2, полученные результаты приведены в табл. 3 и на рис. 3.

Таблица 3 – Определение устойчивости окраски ткани после отделки по совмещенной технологии колори-рования и водоотталкивающей отделки с применением гидрофобизатора Tubiguard SCS-F к сухому и мокрому трению

№	Концентрация гидрофобизатора Tubiguard, г/л	Температура термообработки, ºС	Время термообработки, с	Устойчивость окраски к тернию, баллов
				сухой	мокрый
1	40	170	180	5	4
2	20	170	180	5	4
3	40	130	180	5	4

4	20	130	180	5	4
5	40	170	60	5	4
6	20	170	60	5	4
7	40	130	60	5	4
8	20	130	60	5	4
9	30	150	120	5	4

Рисунок 3 – Устойчивость окраски ткани после отделки по совмещенной технологии колорирования и

■ сухой

■ мокрый

водоотталкивающей отделки к сухому и мокрому трению

• 1)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин – 180 с;

• 2)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин. – 180 с;

• 3)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС -130ºС; t, мин. – 180 с;

• 4)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС -130ºС; t, мин. – 180 с;

• 5)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС -170ºС; t, мин. – 60 с;

По полученным данным устойчивость окраски текстильных материалов к сухому и мокрому трению составляет 5 баллов к сухому и 4 балла к мокрому трению [6].

• 6)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин. – 60 с;

• 7)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС - 130ºС; t, мин. – 60 с;

• 8)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 130ºС; t, мин. – 60 с;

• 9)    Концентрация Tubiguard – 30 г/л; T, ºС - 150ºС; t, мин. – 120 с;

Оценка колористических показателей проводилась на спектрофотометре «Minolta», по специализированной методике. Полученные результаты представлены в табл. 5 и на рис. 4, 5-13 [7].

Таблица 5 – Колористические показатели ткани после отделки по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки

№	Концентрация Tubiguard, г/л	Температура термообработки, ºС	Время термообработки, с	Показатель ровноты (K/S)
1	40	170	180	6,2
2	20	170	180	6
3	40	130	180	6,1
4	20	130	180	6,2
5	40	170	60	6,1
6	20	170	60	6
7	40	130	60	6,2
8	20	130	60	6,1
9	30	150	120	6,1

л н о и и о

л

<и Й т cd

Й О

II II II

Рисунок 4 – Показатели ровноты и интенсивности окраски ткани после отделки по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки

• 1)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин – 180 с;

• 2)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин. – 180 с;

• 3)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС -130ºС; t, мин. – 180 с;

• 4)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС -130ºС; t, мин. – 180 с;

• 5)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС -170ºС; t, мин. – 60 с;

• 6)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 170ºС; t, мин. – 60 с;

• 7)    Концентрация Tubiguard – 40 г/л; T, ºС - 130ºС; t, мин. – 60 с;

• 8)    Концентрация Tubiguard – 20 г/л; T, ºС - 130ºС; t, мин. – 60 с;

• 9)    Концентрация Tubiguard – 30 г/л; T, ºС - 150ºС; t, мин. – 120 с;

  

  Рисунок 5 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 40 г/л; температура термообработки - 170ºС; время термообработки – 180 с

  
  
  

  Рисунок 6 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 20 г/л; температура термообработки - 170ºС; время термообработки – 180 с

  
  
  

  Рисунок 7 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 40 г/л; температура термообработки - 130ºС; время термообработки – 180 с

  
  
  

  Рисунок 8 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 20 г/л; температура термообработки - 130ºС; время термообработки – 180 с

  
  
  

  Рисунок 9 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 40 г/л; температура термообработки - 170ºС; время термообработки – 60 с

  
  
  

  Рисунок 10– Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 20 г/л; температура термообработки - 170ºС; время термообработки – 60 с

  
  
  

  Рисунок 11 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 40 г/л; температура термообработки - 130ºС; время термообработки – 60 с

  
  
  

  Рисунок 12 – Показатели ровноты и интенсивности окраски образцов: Концентрация Tubiguard – 20 г/л; температура термообработки - 130ºС; время термообработки – 60 с

  
  
  

  Рисунок 13 – Показатели ровноты и интенсивности окрашивания образцов: Концентрация Tubiguard – 30 г/л; температура термообработки - 150ºС; время термообработки – 120 с

  
  

Заключение, выводы

• 1)    Разработана совмещенная технология колорирования и водоотталкивающей отделки целлюлозных текстильных материалов;

• 2)    Установлено, что привес полимера увеличивается с повышением концентрации используемых препаратов, на 0,01-0,3 %;

• 3)    Установлено, что разработанная технология позволяет максимально сохранить эстетические, эксплуатационно-гигиенические по-

• казатели; интенсивность окраски не меняется при пропитке гидрофобизатором;

• 4)    Обнаружены существенные изменения поверхности волокон ткани после отделки по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки: на каждом отдельном волокне образуется полимерная пленка, которая придает волокну гидрофобные свойства и сохраняет колористические показатели.