Применение цитрата серебра в совмещенном способе отделки шерстяного волокна кислотными красителями на основе акриламида

Основными задачами отделки шерстяного волокна, пряжи и тканей являются улучшение внешнего вида, придание грифа, повышение износостойкости. В зависимости от ассортимента назначения изделий они подвергаются также отделке специального назначения, например биоцидной - придание шерсти молеустойчивых свойств и стойкости к действию микроорганизмов [1].

Совершенствование процесса крашения шерсти при пониженной температуре с использованием физических и химических методов интенсификации, направленное на ускорение процесса и получение равномерных и устойчивых окрасок, имеет важное практическое и теоретическое значение для рационального использования дорогостоящего шерстяного сырья и улучшения качества продукции.

В опубликованных ранее материалах [2] предлагается к использованию рецептура для низкотемпературного крашения кислотными красителями шерстяного волокна на основе акриламида (А/А). Это обеспечивает получение полифункциональной отделки за счет совмещения процессов крашения и заключительной отделки, позволяет снизить степень повреждения волокна и придать волокну износостойкость. В качестве интенсификатора процесса крашения используется поливинилпирролидон, одним из свойств которого является бактерицидность. Анализ литературных источников показал возможность примения новых препаратов, разработанных на основании достижений нанотехно- логий, с целью получения антимикробного эффекта с пролонгированным действием.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования является шерстяная гребенная лента и шерстяная тонкосуконная ткань (артикул - 782, 100% шерсть), производимая ТОО «Фабрика ПОШ - Тараз». Перед проведением экспериментальных работ, ленту и ткань подвергали промывке с целью удаления технических и природных примесей (жиропот, масло, грязь и т.д.). Крашение проводилось согласно технологическим режимам на лабораторном     красильном     аппарате

«Скоуротестер - ФЕ - 09 - А».

Результаты и их обсуждение

Результатом поставленной задачи стало изучение возможности применения цитрата серебра вместо поливинилпирролидона в предлагаемом способе отделки шерстяного волокна. Действующими веществами средства являются сверхчистые цитрат серебра с концентрацией активного серебра 250 мг/л и цитрат меди с концентрацией активной меди 250 мг/л, полученные с помощью нанотехнологий. Из-за различий механизма действия серебра от механизма действия синтетических антибиотиков антибактериальный спектр действия серебра распространяется, по данным различных источников, на 650 видов бактерий, тогда как антибактериальный спектр любого синтетического антибиотика только - на 5-10 видов бактерий. Медь, даже в минимальных дозах, значительно усиливает свойства серебра. Это указывает на каталитические свойства меди по отношению к серебру в биохимических реакциях, где эти металлы выступают как синергисты. Их совместное действие на микроорганизмы значительно выше, чем серебра и меди отдельно [2].

Совмещённый способ крашения и заключительной отделки шерстяной ленты и ткани осуществляли по следующей технологической схеме (рис. 1):

А – выравниватель для шерсти (lyogen W, 1%) В – акриламид (А/А → 20 ÷ 50 г/л)

С – уксусная кислота (CH3COOH) до рН ≈ 3-4 Д - краситель (lanasyn bordeux 2%)

Е - цитрат серебра (Ag+ → 0,025 ÷ 0,05 г/л)

Рисунок 1 – Технологическая схема совмещенного способа крашения

Интенсивность окраски образцов оценивали по значениям функции Гуревича – Кубелки – Мунка (K/S), определенных на основании коэффициента отражения (R, %), измеренных на приборе «Лейкометр»[1]. Результаты приведены в таблице 1 и на диаграммах 1, 2.

Таблица 1 - Качественные показатели крашения образцов шерстяной гребенной ленты

Образцы (№ рецептур)	Показатели ровноты и интенсивности окраски
	Коэффициент спектрального отражения R, %	Интенсивность окраски K/S	Среднеквадратическое отклонение, S	Коэффициент вариации V, %
Краситель кислотный Lanasyn Blue 2 %, время крашения 30 минут
80 0С, без интенсификатора	15,4	2,324	1,9	12,2
100 0С, без интенсификатора	14,4	2,544	1,1	7,7
80 0С, Ag+ 0,025г/л А/А 20 г/л	14,5	2,521	0,22	1,5
80 0С, Ag+ 0,035г/л А/А 20 г/л	14,4	2,544	0,61	4,2
80 0С, Ag+ 0,05г/л А/А 50 г/л	14,8	2,452	0,62	4,2
Краситель кислотный Lanasyn Bordeux 2 %, время крашения 30 минут
80 0С, б/интенсиф.	5,6	0,1795	2,3	4,6
100 0С, б/интенсиф.	5,3	0,2021	2,6	4,8
80 0С, Ag+ 0,025г/л А/А 20 г/л	5,3	0,2008	0,96	1,8
80 0С, Ag+ 0,035г/л А/А 20 г/л	5,0	0,2485	0,75	1,5
80 0С, Ag+ 0,05г/л А/А 50 г/л	5,2	0,2136	0,85	1,6

Диаграмма 1 - Показатели интенсивности и ровноты крашения в зависимости от режима для красителя кислотного Lanasyn Blue, 2 %

№ рецептуры

R, %         K/S         V, % ля кислотного Lanasyn Bordeux, 2%

R/10, %

K/S*10

V, %

Из анализа полученных результатов анализа крашения шерстяного волокна с данной композицией, были выявлены высокие показатели интенсивности и ровноты окраски.

Степень деструкции окрашенного в соответствии с технологическим режимом шерстяного волокна оценивали по степени растворимости шерстяного волокна в раство- ре гидроксида натрия, параллельно с образцами неповрежденной шерсти [3]. Разность в массе образцов до и после обработки, выраженная в процентах массы абсолютно сухого образца неповрежденной шерсти, является мерой повреждения шерсти при технологической обработке [1]. Результаты исследования приведены в таблице 2 и на диаграмме 3.

Таблица 2 - Зависимость степени деструкции шерстяного волокна от режима и рецептуры обработки

№	Способ обработки образцов и рецептура крашения	Масса образца, г		Степень растворения волокна, %
		до растворения	после растворения
1	Окрашенный контрольный образец при 80 0С без интенсификатора	0,173	0,152	12,1
2	Окрашенный контрольный образец при 100 0С без интенсификатора	0,165	0,144	12,7
3	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,025г/л, А/А 20 г/л	0,172	0,156	9,3
4	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,035г/л, А/А 20 г/л	0,180	0,160	11,1
5	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,05г/л, А/А 50 г/л	0,171	0,151	11,7

Диаграмма 3 – Показатели степени деструкции небработанной и обработанной шерстяной ткани

□ Степень деструкции шерстяного волокна

Таким образом, степень деструкции волокна при крашении по совмещенному способу практически отсутствует.

Следовательно, применение акриламида в рекомендуемой композиции способствует увеличению износостойкости волокна. Результаты исследования приведены в таблице 3 и на диаграмме 4. Это также подтверждается на снимках, полученных на сканирующем электронном микроскопе «JEOL JSM-638OLA».

Таблица 3 - Показания устойчивости истираемости шерстяной ткани от режима и рецептуры обработки

№	Образцы волокна (способ обработки и рецептура)	К ист , (цикл)
1	Окрашенный контрольный образец при 800С без интенсификатора	4461
2	Окрашенный контрольный образец при 1000С без интенсификатора	4358
3	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,025г/л, А/А 20 г/л	8324
4	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,035г/л, А/А 20 г/л	4860
5	Окрашенный образец при 80 0С, Ag+ 0,05г/л, А/А 50 г/л	4790

Диаграмма 4 - Показатели истираемости небработанной и обработанной шерстяной ткани

Показатели истираемости, цикл

Полученный оптимальный режим крашения шерстяного волокна обеспечивает высокие значения интенсивности и ровноты окраски при значительном снижении степени повреждения волокна.

Механизм получения устойчивой повышенной антимикробной активности дости-

Таким образом, на первом этапе такого способа обработки создаются условия для равномерного распределения молекул красителя, диффузии их внутрь волокна и образования ионных связей с протонизированными аминогруппами шерсти (кератина) - формула (2) [4]. А на втором этапе (после повышения гается введением в шерстяное волокно в качестве биоцидных групп цитрата серебра (Ag+), которые связываются ионной связью с основными группами боковых привитых цепей полиакриламида, образующегося в процессе сополимеризации шерстяного волокна с акриламидом (формула 1) [4]:

температуры и введения в красильный раствор цитрата серебра (Ag+)) осуществляется процесс привитой сополимеризации, продуктом которой является образование на шерстяном волокне полимерной плёнки, химически связанной с цитратом серебра -формула (3).

[Н+]

NH2—R—СООН ^J;NH3—R—СООН + Кр—SO3" Na+ ^

—» Кр—$о3-

+NH3—R—СООН       (2)

Кр—SO3-                               Ag+

+NH3—R—СООН + CH2 = CH CONH2 —*

—* Кр—SO3"

+NH2_R_CO-O-(CH2-CH-)n

COA»+            (3)

Проведенный качественный анализ химического состава образцов показал наличие цитрата серебра (атомов серебра → max 0,38% и атомов меди → max 0,47%) на шерстяном волокне, зафиксированное после процесса крашения и промывки. Полученные данные представлены в таблице 4 и на рисунке 1.

Таблица 4 - Показатели содержания цитрата серебра Ag+ на волокне (%) в зависимости от рецептуры крашения

ZAF Method Standardless Quantitative Analysis	Содержание Ag+ на волокне (%), τ краш - 20 минут, t краш - 80 0С
	Контрольный, lanasyn bordeux 2% без А/А и Ag+	lanasyn bordeux 2%, А/А - 20 г/л, Ag+ - 0,025 г/л	lanasyn bordeux 2% , А/А - 20 г/л , Ag+ -0,035 г/л	lanasyn bordeux 2% , А/А - 50 г/л , Ag+ -0,05 г/л
точка 1	-	0,08	-	0,38
точка 2	-	0,13	0,26	0,3
среднее значение	-	0,105	0,13	0,34

Рисунок 1 - Диаграммы химического состава образцов, определённые на приборе JED 2300 AnalysisStation

Полученные данные исследования также показывают наличие прямой регрессионной зависимости фиксации цитрата серебра от концентрации средства в рабочем растворе и количества образующегося на волокне полимера.

Выводы

Из анализа проведенных исследований для разработанного совмещённого способа низкотемпературного крашения шерстяного волокна кислотными красителями, получена рецептура, которая содержит композицию на основе препарата для антимикробной отделки цитрат серебра и реакционноспособного соединения – акриламида, применение которой позволяет:

• 1.    совместить процесс крашения и заключительной отделки, в результате чего волокно приобретает высокую износостойкость и антимикробность;

• 2.    использование цитрата серебра вместо поливинилпирролидона не изменяет качество окрашивания волокна;

• 3.    использование цитрата серебра позволяет получить устойчивую повышенную антимикробность шерстяного волокна.