Жнді бояу процестерін жетілдіру

Тұтастай бояу жүйесінің сорбциялық-диффузиялық әрекетін бақылау, бояғыш ерітіндісінің температурасы мен ағынының жылдамдығының бояғыштардың сорбциясына әсері, жүнді бояу кезінде бояғыштардың сорб-циялануының кинетикалық заңдылықтарының әсері маңызды ғылыми-техникалық міндет болып табылады және жүнді бояу процестерін одан әрі зерттеу мен жетілдіруді талап етеді.

Осы уақытқа дейін тоқыма кәсіпорындарының зертханаларында талшықтар мен жіптердің үлгілерін бояу үшін бояу ерітінділерін химиялық шыныларда электр пли-таларында қыздырған кезде бояу әдісі кеңінен қолданылып келді. Бояғыш ерітіндіні араластыру шыны таяқшамен жүргізіледі. Температураны бақылау термометрмен көзбен жүзеге асырылады. Бұл жағдайда бояу температурасының үлкен өзгеруіне жол беріледі, ал қолмен араластыру бояу ерітіндісінің жіп арқылы қажетті гидродинамикалық қозғалысын қамтамасыз етпейді. Сонымен қатар, стақандарда бояу кезінде талшықты тығыздау және орамдағы жіптерді орау тығыздығы ес-керілмейді. Нәтижесінде, зертханалық зерттеу-лердің нәтижелері өндірістік жағдайда тікелей өндірістік жабдыққа енгізілгенде, не түстің болмауы немесе біркелкі емес бояу алынады, не бояу ваннасынан бояу толығымен алымбайды.

Осыған байланысты өнеркәсіптік құрал-жабдықтардың жұмыс жағдайларын жаңғыртуға мүмкіндік беретін және осы шарттарды түрлендіретін жаңа ғылыми-зерттеу қондырғыларын әзірлеу және өндіріске енгізу маңызды ғылыми-техникалық міндет болып табылады. Бұл мәселелерді шешу өзекті болып табылады, өйткені ол жүнді бояу процесінің тиімділігін және бояғыштарды пайдаланудың толықтығын арттыруға, бояу сапасын жақсартуға және бояудың физикалық және химиялық әсерлерге төзімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Зерттеудің мақсаты – жүн талшығын бояу үшін үздікті әдіспен істейтін өнеркәсіптік бояу жабдығының жұмыс жағдайын іске асыратын үлгілі бояу қондырғыны пайдалану және жүнді бояу нәтижелеріне талшық тығыздығының әсерін, жүнді бояу процесінің физи-калық-химиялық негіздерін одан әрі зерттеу.

Зерттеу материалдары мен әдістері

Жұмыста үлгілік бояу қондырғысы [1], тарақты таспа түріндегі 64К жүн талшықтары мен жүн иірімжіптерін және қышқылды бордо С, қышқылды қызғылт сары және қышқылды көгілдір бояғыштарды қолдандық. Қалдық ваннадағы бояғыштың құрамы стандартты әдіс бойынша КФК-3 фотоколориметрінде жүргізілді. Иірілген жіптің бояу сапасы иірілген жіптерді бояудың түс көрсеткіштері бойынша (қанықтығы S, ашықтық L, түс тоны T) арқылы «Спектротон» спектроколориметрде бағаланды. Эксперименттік мәліметтер Microsoft Excel ортасында математикалық статистика әдісімен өңделді.

Әдебиетке шолу

Бояғыштардың көпшілігін құрайтын суда еритін бояғыштар кластары үшін дәстүрлі сулы бояу технологиясы бүгінгі күні ең көп қолданылатын болып қала береді. Суда еритін бояғыштардың агрегациясы бояу техно-логиясы тұрғысынан жағымсыз, өйткені ол бояғыштардың қарапайым талшықтарға диф-фузиялануын қиындатады. Дегенмен, бұл процесті жоғары температура, ТМА және сулы емес орталарды қолдану арқылы айтарлықтай басуға болады [2,3]. Суда еритін бояулардың агрегациясы және диссоциациялануы заряд-талған бөлшектердің өзара әрекеттесу күштеріне негізделген. Бояу жоспарын дұрыс құру үшін бояудың диффузиясының негізгі заңдылықтарын білу қажет. Бояғыштарды бекіту, бояу процесінің соңғы кезеңі ретінде болған-дықтан, бояғыштардың сыртқы ортадан талшықтың бетіне диффузия, сыртқы бетінде сорбция және талшық ішінде диффузия кезеңдері бұрын өтеді.

Талшықтың бетіне және негізгі бөлігіне диффузия масса алмасудың бірдей заңдарына

D = B • e-E' RT

мұндағы: D – Т температурасында байқалатын диффузия коэффициенті;

B – тұрақты;

Бұл теңдеудің логарифмін алсақ:

InD = InB-E/RT

Бояу кезіндегі температураның әсері бояғыштың талшық ішіндегі диффузиясын жылдамдатуға және оның полимерге сәйкестігінің сәйкес төмендеуіне дейін төмен-дейді. Температураның жоғарылауы боялған материалдағы түстерді біркелкі етуге көмектеседі. Температура бояғыштың реактив-тілігіне де әсер етіп, оны арттырады және сол арқылы бояудың талшықпен және сумен әрекеттесу жылдамдығын арттырады [6]. Технологиялық процестерді жеделдету негізіне әртүрлі көмекші заттарды [7], механикалық әсерді күшейту, температураны жоғарылату, вакуумда қолдану, органикалық еріткіштерде және белсендірілген суда өңдеу немесе жоғары жиілікті және радиациялық әсерлер және т.б. қолдану болып табылады. 3539 кГц жиіліктегі ультрадыбыстың жүнді бояу процесіне әсері қоршаған ортаға тигізетін әсерді азайту әдісі ретінде зерттелді [8].

бағынады, бірақ оның ағу жылдамдығы мен механизміне ол ағып жатқан ортаның табиғаты айтарлықтай әсер етеді.

Бояу процестерінің тиімділігі көбінесе қолданылатын химиялық материалдардың сапасымен анықталады [4].

Боялған жүн талшығын алу үшін қышқыл, хром, металл комплексті бояғыштар қолданылады.

Қышқылды бояуларды қолдану экологиялық қауіпсіздікпен қатар жүннің тұты-нушылық және технологиялық қасиеттерін, түстердің кең ауқымын жақсартады. Қышқыл бояғыштармен бояуда температура маңызды рөл атқарады. Бояғыштың талшық ішіндегі диффузия жылдамдығына температураның әсерін математикалық түрде көрсету үшін әдетте реакция жылдамдығының константасы диффузия коэффициентімен ауыстырылатын Аррениус теңдеуі қолданылады. Бұл түрлен-дірілген пішінде диффузиялық процестің сипаттамасына қолданылатын Аррениус теңдеуі келесі форманы алады [5]:

E – диффузияның активтену энергиясы;

R – газ тұрақтысы.

Ультрадыбыстық алдын ала өңдеу кейінгі тотығу-тотықсыздандырғыш ағарту тиімділігін арттырды, бірақ қышқыл бояғыштардың сіңірілуіне әсер етпеді. Алдын ала өңдеу реактивті бояғышты қабылдауды бәсең-детеді, мүмкін, талшықтың кристалдылығын жоғарылату немесе бетімен байланысқан ли-пидтерді жою арқылы. Ультрадыбыстық өңдеу өнеркәсіпте қазіргі уақытта қолданылатын жағдайларда бояуды жақсартпады, бірақ жүнді реактивті және қышқыл бояғыштармен бояу кезінде химиялық және энергетикалық қажеттіліктерді азайту мүмкіндігін көрсетті.

Плазмалық өңдеудің және қосымша заттардың бояу сапасына бір мезгілде әсер ету әдістері де зерттелген [9]. Жүн субстраттарын қышқылды бояу сапасына тепе-тең емес төмен температуралы плазманың және аминдер не-гізіндегі синтезделген ионды емес және ка-тионды беттік белсенді заттардың әсерін зерттеу нәтижелері берілген. Жүн талшығының бояуының түс қарқындылығы және біркелкілігі бойынша жоғары сапаны қамтамасыз ететін плазмалық өңдеу шарттары анықталады. Бояу процесінде беттік белсенді заттарды қолдану бояу селективтілігінің 90%-дан 100%-ға дейін жоғарылауына әкеледі. Төмен температуралы плазмамен өңдеуден кейін құрғақ үйкеліске түс тұрақтылығының жоғарылауы байқалды. Бояғыштар үшін тегістеуші ретінде пайдаланылатын синтезделген беттік белсенді заттардың қатысуымен плазмалық өңдеу мен қой терісін бояуды біріктіретін технологияның тиімділігі көрсетілді [10].

Бұл әдістердің әрқайсысын жүнді бояу кезінде тәжірибеде қолдануға тырысты.

Ең көп қолданылатын көмекші заттар [11].

Көмекші заттардың көмегімен сұйық процестердің күшеюін ескере отырып, оны екі бағытқа бөлуге болады:

• -    алдын ала процестерде қосалқы заттармен өңдеуге байланысты;

• -    өңдеудің өзі кезінде.

• [12]    жұмыста жүнді бояу кезінде қос функционалдық тобы бар реактивті бояғыштардың бояу қасиеттері зерттелді. Кейбір факторлардың әсері, мысалы, рН, бояу температурасы мен уақыты, Peregal О дозасы қарастырылады. Бояу рН шамамен 4,5, бояу температурасы шамамен 90°С, бояу уақыты 45 минут, Перегал О дозасы 1 г/л. Осы мәндердің көмегімен бояғышты бекітудің пайызына, түс тұрақтылығының және бояу дәрежесінің жақсы қол жеткізіледі.

• [13]    жұмысында белгілі бір өлшемдегі (шамамен 100 нм) фосфатидилхолинді липо-

• сомалардың қолжетімді суспензиясын 1:2 комплексті Lanaset Yellow 2R бояғышы үшін тасымалдаушы ретінде пайдалану зерттелді. Үш айнымалы үшін Бокс және Бенкен факторлық моделі қолданылады. Оны оң-тайландыру арқылы липосомалардың жүнді қарапайым өнеркәсіптік бояуға қажеттіге қарағанда төмен температурада және қысқа мерзімде бояуға жарамды екені анықталды. Жүнді 80°С температурада бояудың қанағаттанарлық шаю және бекіту деңгейі, сондай-ақ жақсы физикалық және механикалық қасиеттері бар липосомаларды 1-2% қолдану арқылы бояуға болады. Жұмыстың жаңалығы липосомаларды бояу ваннасына қарапайым қосымша ретінде пайдалануында. Бояғыш ваннасында липосомалардың концентрациясын жоғарылату жоғары температурада бояу-дың талшықтарға түсуін жақсартады, бірақ бұл температураларда бояғышты бекіту липосома концентрациясына тәуелсіз. Липосомалар сонымен қатар барлық жағдайларда әдеттегі қосымша заттармен салыстырғанда бояғыштың тегістеу әсерін жақсартады. Сонымен қатар липосомалардың концентрациясы жіптің механикалық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпейді.

Нәтижелер және оларды талқылау

М.Х. Дулати атындағы ТарӨУ «Текстиль, материалтану және стандарттау» кафедрасында 1-ден 10 грамға дейін талшықты бояуға және сонымен бірге ерітінді ағынының жылдамдығы, талшықты орау тығыздығы сияқты сорбциялық-диффузия процестеріне әсер ететін пара-метрлерді өзгертуге мүмкіндік беретін бояу модельді үлгісі жасалынды [1].

1 – сурет - Эксперименттік бояу құрылғысының жалпы көрінісі

Бояу құрылғының құрамына ерітінді дайындауға арналған резервуар, бояуға арналған резервуар, ортадан тепкіш сорғы, температураны реттейтін қондырғы және бояу ерітіндісінің жылдамдығын реттеу блогы кіреді. Иірілген жіптің сорбциялық қасиеттерін зерттеу үшін ерітіндінің айналым жылдамдығы 1,1-ден 1,8 м/мин дейін өзгертілді. Талшықты бояуға арналған резервуарға орналастыру үшін конструкциясы қаптаманың тығыздығын өзгертпей талшық мөлшерін өзгертуге немесе талшықты орау тығыздығын 27,7-ден 125 кг/м3 диапазонында өзгертуге мүмкіндік беретін кассе-талар қарастырылған, ол да талшықтың сорб-циялық қасиетіне әсер етеді [14].

Бояу 82°C температурада жүзеге асырылды, өйткені төмен температурада жоғарыда аталған факторлардың әсері өте айқын. Бояғыш ерітінділер 40°С температурада дайындық резервуарда дайындалды. Бояғыш ерітіндіні дайындау сапасы сүзгі қағазындағы үлгімен бағаланды. Жіпті бояу 40 минут бойы жүргізілді. Бояудан кейін қалдық ваннадағы бояудың мөлшерін анықтау үшін қалдық бояу ерітіндісінің үлгілері алынды. Қалдық ван-надағы бояғыштың құрамы стандартты әдіс бойынша КФК-3 фотоколориметрінде жүргізілді. Иірілген жіптің бояу сапасы «Спек-тротон» спектроколориметрінде бағаланды. Бояу бояғыш ерітіндісінің әртүрлі ағын жылдамдығында және талшықтың әртүрлі орау тығыздығында бес қайталаумен орындалды. Жіпті бояудың түс көрсеткіштері (қанықтығы S, ашықтық L, түс реңі T) бес нүктеде бағаланды. Барлық эксперименттік мәліметтер Microsoft Excel ортасында математикалық статистика әдісімен өңделді.

Зерттеулер көрсеткендей, жүн талшығын бояу сапасына бояғыш ерітіндісінің ағу жылдамдығы үлкен әсер етеді. Мысалы, бояғыш ерітіндінің жылдамдығы 1,1 м/мин-ден 1,43 м/мин дейін жоғарылағанда жіптің түске қанықтылығы 37,5-тен 48,9 бірлікке дейін артады. 1,43 м/мин жоғары жылдамдықта түс қанықтылығы 41,6 дейін төмендейді. Сонымен қатар, жылдамдықтың 1,43 м/мин жоғары көтерілуімен түстің біркелкі еместігі де артады, бұл түстің қанықтылығын өлшеу нәтижелерінің біркелкі емес коэффициентімен дәлелденеді, ол 11,24% құрады. Әзірленген қондырғыны пайдалану сонымен қатар бояулар сипаттамаларының бояу нәтижелеріне әсерін анықтауға мүмкіндік берді.

Зерттелетін үш қышқылдық бояғыштар үшін (қышқылды бордо С, қышқылды қызғылт сары және қышқылды көгілдір) бояғыш ерітіндісінің оптималды шығыны әртүрлі және 1,2-ден 1,43 м/мин аралығында болатыны анықталды. Әрбір бояғыш үшін бояғыш ерітіндісінің оңтайлы ағу жылдамдығын сақтай отырып, қалдық ваннадағы бояудың қалдық құрамын 0,02-0,04 г/л дейін төмендетуге болады. (3% бояуда). Қаптаманың тығыздығы 27,7-ден 125 кг/м3-ге дейін өзгерді. Иірілген жіптің орау тығыздығы 41,6 кг/м3 дейінгі түс қанықтылығының артуы анықталған. Дегенмен, орау тығыздығының одан әрі жоғарылауы түс қанықтылығының төмендеуіне әкеледі, ал ең аз талшықты орау тығыздығы 125 кг/м3 кезінде байқалады.

Қорытынды

Жасалған модельді бояу құрылғы бояу ерітіндісінің ағынының жылдамдығы мен талшықты орау тығыздығының бояу кезінде бояғыштардың сорбциясына, бояу сапасына және қалдық бояу ваннасындағы бояғыштардың қалдық құрамына әсерін зерттеуге мүмкіндік береді. Бұл қондырғыда мерзімді әрекеттегі өндірістік бояу жабдығын бояу шарттарын орнатуға және жүнді бояудың жаңа технологиясын немесе кәсіпорын жағдайында әрі қарай түзетусіз жүнді бояудың жаңа рецептін әзірлеуге болады. Бұл қондырғыны бояу цехтарының зертханаларында қолдану жаңа рецептерді әзірлеуді тездетеді және оларды өндіріске енгізу уақытын қысқартады.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ