Определение оптимальных концентраций компонентов аппрета для антимикробной отделки хлопчатобумажной ткани

В ранее опубликованных работах [1,2] была представлена информация по разработке нового композиционного состава для антимикробной отделки целлюлозных текстильных материалов на основе поливинилового спирта, салициловой кислоты, сульфата меди и мочевины.

Совокупность данных, полученных экспериментальным путем, в частности, рабочие концентрации компонентов антимикробного препарата, микробиологическая обсеме-ненность, разрывная нагрузка, были обработаны методами математической статистики.

Целью математической обработки результатов экспериментов является оценка критерия исключения грубых ошибок, нахождение критических значений управляемых факторов с последующим использованием их в решении оптимизационных задач.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются образцы хлопчатобумажной ткани, обработанные с варьированием концентраций компонентов предлагаемого антимикробного аппрета – сульфатамеди и салициловой кислоты.

Используемые методы - математическое моделирование с использованием программного обеспечения MatLab.

Результаты и их обсуждение

Во избежание ошибок и получения достоверных результатов было проведено несколько серий параллельных опытов в рас-

сматриваемом диапазоне изменения входных факторов.

Была проведена проверка воспроизводимости опытов по расчетному значению критерия Кохрена и был применен критерий проверки на грубую ошибку по следующей зависимости [3]:

_ I ^Х ПОД ^{— Х} I

R n - ¹

R ⋅ n

где:    хПОД

–

"подозрительный"

(наибольший или наименьший) результат;

х - среднее значение;

R - среднееквадратическое отклонение, рассчитанное по формуле:

n

£ ( ^ Х)²

=^----- n (n -1)

где:    n

–

(2) количество опытов в

эксперименте.

Проверка результатов показала отсутствие грубых ошибок измерений, что свидетельствует о корректности проведенных экспериментов и высокой точности используемых методик.

Следующим этапом в математической обработке явилось решение оптимизационных задач, направленное на нахождение оптимальных значений варьируемых факторов.

На основе полученных экспериментальных данных [1,2] было проведено мате-

матическое моделирование по методу полного факторного эксперимента (ПФЭ)

В качестве входных факторов исследования антимикробной отделки хлопчатобумажной ткани были выбраны: х1 – кон- центрация салициловой кислоты (СК), х2 – концентрация сульфата меди(CuSO4).

Выходным   показателем   являются разрывная нагрузка (Н).

Условия опытов полного двухфакторного эксперимента представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Интервалы и уровни варьирования факторов

Уровни факторов	Концентрация, г/л
	X 1 ,СК	X 2 , CuSO 4
Основнойуровень	4	2
Интервал варьирования	2	1
Нижний(xj=-1)	2	1
Верхний (xj=+1)	6	3

Число опытов в матрице планирования равно N=4. В результате реализации плана исследования были:

• -    рассчитаны коэффициенты регрессии;

• -    получено уравнение математической зависимости и расчетные данные соответствия (адекватности) модели технологического процесса (ПФЭ);

• -    построены соответствующие поверхности функций отклика в двухмерном пространстве с использованием программного обеспечения научных исследований MatLab (рис. 1 а, б).

Y = 327.5 + 37.5*x1 + 7.5*x2

[x1,x2] = meshgrid (-1:0.1:1, -1:0.1:1);

X2

X1

-1    -1

а

б

Рисунок 1 – Изменение разрывной нагрузки (Н) обработанной ткани в зависимости от концентраций СК (х 1 ) и CuSO 4 (х 2 ): а – трехмерный график; б – двухмерный график

Заключение, выводы

Таким образом, математическая обработка результатов эксперимента позволила установить оптимальный композиционный состав для антимикробной отделки хлопчатобумажной ткани. Наиболее рациональное значение концентрации салициловой кислоты составило 4 г/л, а значение концентрации сульфата меди составило 2 г/л. При таком составе антимикробной отделки выполняются заданные условия оптимальности целевых функций. Значения разрывной нагрузки обработанных образцов ткани увеличиваются в результате реакции полимеризацииза счет образования полимерной пленки на волокне.