Оптимизация качественного и количественного состава ферментсодержащей композиции для умягчающей отделки хлопчатобумажных текстильных материалов

В последние годы авторами ведутся исследования по аппретированию текстильных материалов силиконовыми аппретами-мягчителями и ферментсодержащими композициями, в ходе которых полотна и изделия приобретают дополнительную гладкость и шелковистость. В настоящее время происходит значительное расширение рынка текстильных вспомогательных веществ отечественного и импортного производства, что привело к появлению большого числа новых, неизвестных потребителю, марок препаратов. Такая ситуация вызывает определенные трудности у технологов отделочного производства по выбору наиболее эффективных текстильно-вспомогательных веществ [1].

В большинстве случаев белорусские текстильные предприятия в технологиях отделки используют импортные препараты, что ведет к удорожанию производственного процесса, а соответственно, готовой продукции. Весьма актуальным для экономики Республики Беларусь является вопрос импортозамещения, поэтому в исследовании применялись белорусские препараты фирмы

ООО «Фермент», которая сравнительно недавно вышла на рынок, но уже является ведущим белорусским производителем высокоэффективных ферментных препаратов и препаратов текстильной химии.

В технологических процессах отделочного производства наибольшее значение имеют ферменты гидролитического характера (гидролазы) ‒ целлюлазы, амилазы, липазы, лигниназы, пектиназы, ксиланазы. Ферменты этой группы катализируют процессы гидролиза, в результате чего в сложных молекулах разрывается связь между атомом углерода и атомом кислорода или азота; по месту разрыва происходит присоединение разных составных частей молекулы воды [2].

Ферменты, вызывающие разрушение целлюлозы во внешних слоях волокна на участках с наименьшей упорядоченностью молекул, способствуют удалению из волокна нецеллюлозных примесей, изменению фрикционных и механических свойств, повышению гигроскопичности и сорбционной способности по отношению к красителям и текстильновспомогательным веществам [3].

Таблица 1 ‒ Характеристики используемых препаратов производства ООО «Фермент»

Название	Характеристики
RG-810R/36	Гидрофильная силиконовая эмульсия. Оптимальные условия действия pH = 5, рабочая температура 30–50оС
RG-810R/36+Ц100	Гидрофильная силиконовая эмульсия с ферментным препаратом «Целлюлаза» активностью 100 ед/г. Оптимальные условия действия pH = 5, рабочая температура 30–50оС
RG-810R/36+Ц300	Гидрофильная силиконовая эмульсия с ферментным препаратом «Целлюлаза» активностью 300 ед/г. Оптимальные условия действия pH = 5, рабочая температура 30–50оС

Целью данного эксперимента являлась оценка влияния концентрации ферментсодержащей аппретирующей композиции и активности входящего в ее состав ферментного препарата на качественные

показатели хлопчатобумажного тканого материала. Для исследований выбраны препараты RG-810R/36; RG-810R/36+Ц100 ед/г; RG-810R/36+Ц300 ед/г, характеристики которых представлены в таблице 1 [4].

В качестве объекта исследования использовались: хлопчатобумажная ткань арт. 854 (ОАО «БПХО», г. Барановичи) постельного назначения поверхностной плотностью 139 г/м2.

Используя матрицу D-оптимального плана, проводилось 9 опытов. В качестве входных факторов выбраны концентрация аппретирующей композиции в пропиточной ванне и активность фермента

(целлюлазы) в ее составе. В качестве выходных параметров исследовали гигроскопичные свойства ткани (капиллярность, гигроскопичность), воздухопроницаемость, шелковистость поверхности по коэффициенту тангенциального сопротивления трению.

Уровни и интервалы варьирования входных факторов представлены в таблице 2.

Таблица 2 ‒ Интервалы варьирования факторов

Параметры	Уровни варьирования
	-1	0	1
Концентрация композиции, г/л (Х 1 )	10	20	30
Активность целлюлазы, ед. (Х 2 )	0	100	300

Рисунок 1 – Графическая зависимость воздухопроницаемости хлопчатобумажной ткани от концентрации композиции и активности ферментной составляющей в пропиточной ванне

Рисунок 2 – Графическая зависимость гигроскопичности хлопчатобумажной ткани от концентрации композиции и активности ферментной составляющей в пропиточной ванне

Рисунок 3 – Графическая зависимость капиллярности хлопчатобумажной ткани от концентрации композиции и активности ферментной составляющей в пропиточной ванне

По результатам статистической обработки получены регрессионные модели зависимости выходных параметров от входных факторов и их графические интерпретации:

• -    регрессионная модель зависимости воздухопроницаемости хлопчатобумажной ткани от варьируемых параметров:

VH = 554,3 + 28,8 ∙ X 1 + 24,5 ∙ X 1² ∙ X 2 - 34,5 ∙ X 1² , (1)

• -    регрессионная модель зависимости гигроскопичности хлопчатобумажной ткани от варьируемых параметров:

GH = 8,14 - 1,11 ∙ X 1 - 0,485 ∙ X 2 + 0,552 ∙ X 2² ∙ X 1 , (2)

• -    регрессионная модель зависимости тангенциального угла сопротивления трению хлопчатобумажной ткани от варьируемых параметров:

T g H = 0,404 - 0,014 ∙ X 1 - 0,011 ∙ X 1 ∙ X 2 , (3)

• -    регрессионная модель зависимости капиллярности хлопчатобумажной ткани от варьируемых параметров:

KH = 152,67 - 4,2 ∙ X 1 + 2,83 ∙ X 1² + 1,75 ∙ X 1 ∙ X 2 . (4)

Анализ полученных моделей показывает, что на воздухопроницаемость,    тангенциальный    угол сопротивления и капиллярность в основном оказывает влияние концентрация аппрета, активность ферментов существенного влияния не оказывает. На показатель гигроскопичности оба фактора оказывают влияние в равной степени.

По полученным моделям построены поверхности отклика, приведенные на рисунках 1–4.

Для выявления области рациональных решений необходимо установить ограничения на выходные параметры    (свойства    материала),    которые устанавливаются ГОСТ 29298-2005 [5], а также рекомендациями производителя хлопчатобумажных постельных тканей ОАО «БПХО»:

• -    воздухопроницаемость – не менее 520 дм³/см²*с;

• -    гигроскопичность – не менее 8;

• -    коэффициент             тангенциального

сопротивления трению (не нормируемый) – не более 0,4;

• -    капиллярность за 60 мин – не менее 150 мм/60 мин.

Рисунок 4 – Графическая зависимость коэффициенту тангенциального сопротивления трению хлопчатобумажной ткани от концентрации композиции и активности ферментной составляющей в пропиточной ванне

Совместив линии равного уровня по полученным моделям, построен совмещенный график линий равного уровня для принятых показателей качества. Выявлена область рациональных значений (заштрихованная зона), представленная на рисунке 5.

Рисунок 5 – Совмещенный график линий равного уровня

В результате проведенных исследований, а также с учетом разработанной технологии умягчающей отделки хлопчатобумажных тканей постельного назначения с использованием ферментсодержащих композиций [1], можно рекомендовать следующую технологическую схему биообработки текстильного материала (рис. 6).

Использование ферментсодержащей композиции в технологии умягчения хлопчатобумажных текстильных материалов позволяет достичь максимальной степени скользящего грифа, повысив при этом воздухопроницаемость и влаговпитывающие свойства материала и не оказывая дополнительно негативного влияния на экологическую обстановку производства и волокнообразующий полимер хлопкового волокна – целлюлозу.

Рисунок 6 – Технологическая схема биоумягчения хлопчатобумажных постельных тканей периодическим способом для придания улучшенных гигиенических и технологических свойств