Разработка совмещенной технологии колорирования и гидрофобной отделки целлюлозных текстильных материалов

Cовмещение процессов крашения и заключительной отделки текстильных материалов является актуальной проблемой. Одним из основных условий дальнейшего совершенствования колорирования и отделочного производства является повышение экономической эффективности технологических процессов. Это выдвигает в качестве одной из актуальных задач создание и промышленное освоение малооперационных технологий отделки текстильных материалов. К ним относится, в первую очередь, совмещение колорирова-ния и заключительной отделки специального назначения [1]. Разработка совмещенной технологии колорирования и гидрофобной отделки целлюлозных текстильных материалов способствует снижению затрат применяемых химических материалов, воды, электроэнергии, времени.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования в работе является отбеленная, 100% хлопчатобумажная ткань полотняного переплетения (артикул 1030, поверхностная плотность 147 г/м2); химический препарат Tubiguard SCS-F для придания водоотталкивающих свойств, активный краситель (Re ярко-розовый), карбонат натрия, хлорид натрия, уксусная кислота [2].

Для оценки степени гидрофобности модифицированной ткани проводились измерения краевого угла смачивания методом лежащей капли с применением цифрового USB микроскопа МС02 (Япония). Водоотталкивающие свойства ткани оценивались также методом испытания дождеванием на приборе

МТ 032 производства фирмы «Метротекс» (Россия) и методом определения водоупорности на пенетрометре wr-1600e («Nisshinbo», Япония). Воздухопроницаемость ткани определялась на приборе АР-360SМ («Nisshinbo», Япония); прочность ткани при растяжении до разрыва определялась на разрывной машине AUTOGRAPH AG-I («Nisshinbo», Япония). Исследования проводились в научно-исследовательских лабораториях Алматинского технологического университета, на базе аккредитованной учебно-испытательной лаборатории «CENTEXUZ» Ташкентского института текстильной и легкой промышленности.

Результаты и их обсуждение

Новизна работы заключается в разработке инновационной совмещенной технологии колорирования и гидрофобной отделки текстильных материалов, что является новым решением проблемы совершенствования отделки текстильных материалов и представляет большой интерес в индустрии текстиля. Новая инновационная технология колориро-вания и гидрофобной отделки целлюлозных текстильных материалов позволяет достичь высокого уровня гидрофобизации, обеспечивает максимальное сохранение разрывных характеристик, воздухопроницаемости текстильного материала, его эстетические, эксплуатационно-гигиенические показатели, повышение стойкости материала к истиранию и водным обработкам.

Методика проведения эксперимента

Перед проведением экспериментальных работ хлопчатобумажную отбеленную, неап-претированную ткань размером 200 мм x 200

мм предварительно промывали в дистиллированной воде для удаления остатков отбеливающей ванны и примесей, затем проводилась сушка и выдержка в эксикаторе с осуши- телем CaCl2 для определения точной навески полимера, образуемого на волокне. Далее был проведен эксперимент в соответствии с матрицей планирования (табл. 1).

Таблица 1 – Матрица планирования эксперимента

№	Кодированные величины			Концентрация Tubiguard SCS-F, С, г/л	Температура термообработки, Т, °C	Время термообработки, t, с
	X 1	X 2	X 3
1	+	+	+	40	170	180
2	-	+	+	20	170	180
3	+	-	+	40	130	180
4	-	-	+	20	130	180
5	+	+	-	40	170	60
6	-	+	-	20	170	60
7	+	-	-	40	130	60
8	-	-	-	20	130	60
9	0	0	0	30	150	120

Отделка по совмещенной технологии колорирования и водоотталкивающей отделки проводится следующим образом: краше- ние (производится по технологической схеме на рисунке 1), промывка, пропитка гидрофо-бизатором, сушка, термообработка.

1 – нейтральный электролит, NaCl – 60 г/л; 2 – активный краситель – 3 %, Re ярко-розовый;

3 – щелочной агент, Na CO – 20 г/л

Рисунок 1 – Схема технологического режима крашения активными красителями

После обработки целлюлозных текстильных материалов была вычислена разность (в %) навески до и после обработки с целью определения привеса полимера на ткани. На рисунке 2 представлена диаграмма зависимости прироста полимера на волокне от концентрации гидрофобизатора.

0.40.3

К

о 0.2

К о о

0.1с

• 1)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

  Рисунок 2 – Диаграмма зависимости прироста полимера на волокне от концентрации гидрофобизатора

  
  

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с

Из диаграммы видно, что привес полимера увеличивается с повышением концентрации гидрофобизатора на 0,01-0,3%.

В таблице 2 и на рисунках 3 и 4 представлены результаты исследования показа- телей гидрофобных свойств отделанной по предложенной технологии хлопчатобумажной ткани.

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

  Рисунок 3 – Краевой угол смачивания целлюлозного текстильного материала

  
  

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с

Таблица 2 – Показатели гидрофобных свойств целлюлозного текстильного материала, обработанного по предложенной технологии

№	Концентрация Tubiguard, С, г/л	Температура термообработки, Т, ºС	Время термообработки, t, с	Краевой угол смачивания, (градус)	Водоупорно сть, мм, вод. ст.	Метод дождевания, (балл)	Воздухо-проницаемость, см3/см2 *с
1	40	170	180	133	180	95	98
2	20	170	180	131	170	85	100
3	40	130	180	134	185	95	98
4	20	130	180	131	170	80	99
5	40	170	60	134	170	85	97
6	20	170	60	131	160	80	103
7	40	130	60	133	180	90	98
8	20	130	60	130	160	80	100,8
9	30	150	120	134	170	95	99
10	Необработанный материал			0	0	0	109

На рисунке 4 отображена зависимость влияния концентрации применяемых химических препаратов на краевые углы смачивания хлопчатобумажной ткани. Краевые углы смачивания достигают более 134° при постепенном увеличении концентрации гидрофо-бизатора.

05 К

к

ч о к

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с;

Рисунок 4 – Диаграмма показателей краевого угла смачивания обработанной хлопчатобумажной ткани

В таблице 2 и на рисунке 5 представлены результаты исследования показателей водоупорности (водонепроницаемости) отде- ланной по предложенной технологии хлопча тобумажной ткани [3].

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с;

Рисунок 5 – Диаграмма показателей водоупорности обработанной хлопчатобумажной ткани

В таблице 2 и на рисунке 6 представ-     предложенной технологии хлопчатобумаж- лены результаты стойкости отделанной по     ной ткани к поверхностному смачиванию [4].

ч cd

к

О

к

и о С

null

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с;

Рисунок 6 – Диаграмма показателей стойкости обработанной хлопчатобумажной ткани к поверхностному смачиванию

В таблице 3 и на рисунках 7 и 8 представлены результаты воздухопроницаемости и прочности отделанной по предложенной технологии хлопчатобумажной ткани [5, 6].

8   100

s % о 60

о о 40

s 20

о

1     2    3     4    5     6    7     8     9    10

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с

Рисунок 7 – Диаграмма показателей воздухопроницаемости обработанной хлопчатобумажной ткани

Таблица 3 – Показатели физико-механических свойств целлюлозного текстильного материала, обработанного по предложенной технологии

№	Концентрация Tubiguard, г/л	Температура термообработки, ºС	Время термообработки, сек	Разрывная нагрузка, Н		Воздухопроницаемость, см3/см2 *с
				Основа	Уток
1	40	170	180	286	270	98
2	20	170	180	267	261	100
3	40	130	180	243	238	98
4	20	130	180	261	260	99
5	40	170	60	220	194	97
6	20	170	60	271	218	103
7	40	130	60	256	239	98
8	20	130	60	276	237	100,8
9	30	150	120	282	236	99
10	Необработанный материал			264	200	109

К 300

^ 250

к 200 В 125000

• 1.    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 2)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t =180 с;

• 3)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 4)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =180 с;

• 5)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=170ºС; t =60 с;

  Рисунок 8 – Диаграмма показателей прочности обработанной хлопчатобумажной ткани

  
  

• 6)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=170ºС; t= 60с;

• 7)    C (Tubiguard) = 40 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 8)    C (Tubiguard) = 20 г/л; T=130ºС; t =60с;

• 9)    C (Tubiguard) = 30 г/л; T=150ºС; t =120 с

Заключение, выводы

В ходе исследования гидрофобных свойств обработанной по предложенной инновационной технологии хлопчатобумажной ткани подтверждены положительные результаты отделки: краевые углы смачивания достигают более 134°, водоупорность достигает 160-185 мм. вод. ст.; стойкость текстильных материалов к поверхностному смачиванию достигает 80-95 баллов. Исследованиями разрывной нагрузки и удлинения при разрыве обработанных окрашенных гидрофобизиро-ванных текстильных материалов было установлено, что прочность обработанных по предложенной технологии образцов увеличивается до 8% по сравнению с необработанным образцом; показатели воздухопроницаемости практически остаются неизменными по сравнению с необработанной тканью.

Из полученных результатов следует, что предложенная инновационная совмещенная технология колорирования и водоотталкивающей отделки целлюлозных текстильных материалов обеспечивает достижение высокой гидрофобности материала, а также улучшение его физико-механических и свойств.