Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 10
1.1 Особенности строения и свойства целлюлозных хлопко- вых волокон
1.2 Препараты, применяемые при малосминаемой отделке 17
1.3 Химизм процессов, протекающих в волокне при несминаемой отделке тканей
1.4 Катализаторы малосминаемой отделки 29
1.5 Общие принципы построения технологического процесса малосминаемой отделки тканей
1.6 Теоретические основы высокочастотного нагрева текстильных материалов
1.7 Применение высокочастотного оборудования в текстильной промышленности
1.8 Цели и задачи исследования 46
Методическая часть 47
2.1 Характеристика объектов исследования 47
2.1.1 Целлюлозные материалы 47
2.1.2 Характеристика используемых препаратов 48
2.2 Описание методики и оборудования для малосминаемой отделки целлюлозосо держащих тканей
2.3 Методика определения молекулярной массы целлюлозы 52
2.4 Методика исследования диффузионных свойств отделочных препаратов
2.5 Методика определения содержания формальдегида 54
1 Методика определения содержания формальдегида на ткани в метилольной форме
2 Методика определения содержания свободного формальдегида на ткани
3 Методика определения содержания общего формальдегидна ткани
Методика определения содержания общего азота в волокнистых материалах
Методика определения длины поперечных сшивок 56
Методика оценки диэлектрических характеристик текстильных материалов и измерительная аппаратура
Оценка точности проводимых измерений 59
Экспериментальная часть и обсуждение результатов
Теоретическое и экспериментальное обоснование высоко-частотной активации процессов малосминаемой отделки
целлюлозосодержащих тканей
1 Изучение особенностей изменения физического состояния целлюлозного волокна под действием поля ТВЧ
2 Зависимость диэлектрических показателей тканей от условий и длительности тепловых обработок
3 Изучение особенностей диффузии предконденсатов термореактивных смол под действием ТВЧ
Разработка технологии малосминаемой отделки целлюло- зосодержащих тканей с использованием токов высокой частоты 1 Исследование влияния высокочастотного нагрева на протекание процессов малосминаемой отделки
2 Влияние условий тепловлажностных обработок на процессы придания тканям эффекта малосминаемости
3 Влияние метода тепловой обработки на степень полимери-зации и количество поперечных сшивок
4 Исследование диэлектрических свойств тканей, прошедших малосминаемую отделку
Технологические аспекты разрабатываемой высокочастотной технологии малосминаемой отделки тканей
1 Разработка технологической цепочки высокочастотной технологии малосминаемой отделки тканей
2 Практическая реализация ВЧ — технологии заключительной отделки
Выводы 112
Литература 114
Приложение
- Препараты, применяемые при малосминаемой отделке
- Описание методики и оборудования для малосминаемой отделки целлюлозосо держащих тканей
- Изучение особенностей изменения физического состояния целлюлозного волокна под действием поля ТВЧ
- Исследование диэлектрических свойств тканей, прошедших малосминаемую отделку
Введение к работе
Одной из основных задач стоящих перед отечественной текстильной промышленностью является повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции в режиме жесткой экономии материальных, сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.
Выполнение поставленной цели практически неосуществимо без технического переоснащения предприятий, разработки и внедрения в производство новых, высокоэффективных, малозатратных технологий, удовлетворяющих современным экологическим требованиям и нацеленных на достижение высокого качества выпускаемой продукции.
Актуальность темы. В настоящее время развитие отделочного производства идет, главным образом, эволюционным путем, то есть путем совершенствования уже существующих технологических процессов. Такая постановка вопроса вызывает трудности при решение комплекса насущных задач, обуславливающих необходимость повышения качества и конкурентоспособность выпускаемых тканей при одновременном положительном балансе в области экономики и экологичности химико-текстильного производства.
Сказанное приводит к необходимости разработки новых технологий отделочного производства, основанных на использовании современных достижений фундаментальной науки и направленных на резкое снижение энергетических, материальных и производственных затрат.
К числу технологий, обеспечивающих выполнение перечисленных требований, могут быть отнесены технологии, основанные на использовании энергии высокочастотного и сверхвысокочастотного излучения.
Наиболее энергоемкими в технологии отделки тканей являются стадии тепловой обработки; сушка, термообработка, запаривание. Проведение этих операций необходимо на всех стадиях облагораживания материала. Ныне используемое оборудование для нагрева текстильных материалов, является громоздким и, зачастую, малопроизводительным. Замена традиционных конвективных и контактных способов сушки и термообработки высокоэффективным диэлектрическим способом нагрева, позволит: снизить энергозатраты на сушку и термообработку за счет повышения интенсивности нагрева при одновременном улучшении качества готовой продукции благодаря более высокой равномерности тепловой обработки; сократить расход химматериалов; повысить КПД оборудования; сократить технологический цикл обработки текстильных материалов за счет совмещения операций сушки и термообработки.
Способ ВЧ-нагрева реализован и успешно используется на оборудовании периодического действия немецкой фирмы "Kranz", а также на ВЧ-установках непрерывного действия английской фирмы "Streifield" при белении и крашении текстильных материалов. Однако в литературе отсутствуют сведения о применении в промышленности высокочастотного нагрева в процессах заключительной отделки. Исходя из вышеперечисленных доводов теоретическое обоснование и разработка ВЧ-технологии заключительной отделки ткани, на наш взгляд, является актуальной.
Цель работы заключалась в выяснении особенностей воздействия ВЧ-поля на текстильный материал, исследовании реакции предконденсатов термореактивных смол в целлюлозных тканях в процессах малосминаемой отделки и в разработке на этой основе непрерывной высокочастотной технологии малосминаемой отделки, а также в выявлении специфики протекания технологических процессов под воздействием поля ТВЧ.
Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования были использованы подготовленные целлюлозо-содержащие ткани различной поверхностной плотности и структуры переплетения, а также целлюлозная полимерная пленка.
Для проведения технологических исследований применяли отделочные препараты на основе предконденсатов термореактивных смол, катализаторы и мягчители.
Экспериментальные исследования выполнены с помощью современных методов физико-химического анализа: фотоколориметрический; диффузионный; вискозиметрический; электрокондуктометрический; и стандартных методик оценки качества текстильных материалов.
Для математической обработки экспериментальных результатов использовалась ПЭВМ.
Научная новизна. Впервые выявлена специфика ВЧ-фиксации предконденсатов термореактивных смол в волокне и на этой основе разработана технология малосминаемой отделки целлюлозосодержащих тканей.
Наиболее существенные результаты, полученные в работе: впервые проведена оценка влияния ВЧ-воздействия при обработке влажной ткани на структурные изменения и степень полимеризации целлюлозного волокна; проведена комплексная оценка влияния ВЧ-обработки на физико-механические свойства тканей; выявлены закономерности влияния продолжительности ВЧ- воздействия на диэлектрические характеристики тканей. выявлена специфика диффузионных процессов при проникновении предконденсатов термореактивных смол в целлюлозный материал под воздействием поля ВЧ в процессах малосминаемой отделки текстильных материалов; определены оптимальные параметры (напряженность, частота электромагнитного поля, продолжительность экспозиции и т.п. ) проведения процессов малосминаемой отделки тканей; оценено влияние ВЧ-метода тепловой обработки на степень полимеризации предконденсатов термореактивных смол и количество поперечных связей, образуемых ими в волокне при несминаемой отделке ткани; выявлена общая тенденция изменения диэлектрических свойств тканей в процессе придания им эффекта малосминаемости; на основе выявленных закономерностей предложен рациональный вариант включения ВЧ-обработки в технологическую цепочку малосминаемой отделки текстильных материалов с целью интенсификации процессов, улучшения качества готовой продукции и снижения материальных и энергетических затрат на осуществление процесса.
Практическая значимость. Выданы рекомендации по использованию энергии электромагнитных колебаний токов высокой частоты в процессах малосминаемой отделки целлюлозосодержащих тканей композициями на основе предконденсатов термореактивных смол.
Разработан высокочастотный способ малосминаемой отделки целлюлозосодержащих тканей, позволяющий совместить операции сушки и термообработки текстильного материала. Принципиальная новизна разработанного способа подтверждена положительным решением на выдачу патента по заявке № 2002131683, приоритет от 25 ноября 2002г.
Проверка разработанной технологии проведена в лабораторных условиях и на промышленном оборудовании на ООО "Текстиль А.С." г. Ногинск Московской области. В результате испытаний показана перспективность данной технологии.
Препараты, применяемые при малосминаемой отделке
Все многообразие существующих в настоящее время препаратов, применяемых для придания текстильным материалам эффекта малосминаемости, традиционно сводится к трем большим группам. В основу классификации положен принцип различной активности предконденсатов как при взаимодействии их с волокном, так и в реакции смолообразования при использовании в различных условиях отделки [1,6-10].
К первой группе относятся полифункциональные соединения, молекулы которых помимо групп, способных взаимодействовать с волокном, содержат более активные группы, определяющие повышенную склонность молекул таких соединений взаимодействовать между собой. Это приводит к преимущественному смолообразованию с участием обоих типов функциональных групп препарата, а взаимодействие с волокном осуществляется лишь за счет небольшого числа активных гидроксильных групп препарата. Таким образом, рассматриваемые соединения образуют в аморфных областях волокна плотную нерастворимую полимерную смолу сетчатой структуры, прочно связанную химическими и водородными связями с волокном. Вследствие повышенной способности к смолообразованию препараты первой группы, как правило, не обладают высокой устойчивостью при хранении [1, 6-Ю, 14].
Наиболее простым соединением этой группы является диметилолмоче-вина, которая является продуктом реакции мочевины и формальдегида.
Увеличение числа свободных метилольных групп делает производные меламина еще более склонными к реакции самоконденсации, чем димети-лолмочевина. Для повышения устойчивости метилольные производные меламина подвергают алкилированию. Продукт метилирования метилолмела-мина, получаемый в результате этерификации по метилольным группам, известен под названием метазин.
Продукт оксиэтилирования метилолмеламина, представляющий собой смесь гликолевых эфиров N-оксиметилольных производных меламина, выпускается под названием гликазин [1,9, 14].
Ко второй группе относятся бифункциональные соединения склонные к преимущественному взаимодействию с волокном и в значительно меньшей степени к смолообразованию. За большую склонность к реакции с целлюлозой они получили название реактантов. Такие препараты отличаются высокой устойчивостью при хранении. К ним относятся метилольные производные этиленмочевины, ацетиленмочевины, пропиленмочевины и целый ряд других соединений.
Несмотря на большое число гидроксильных групп в макромолекуле целлюлозы, не все они принимают участие в реакции с предконденсатами термореактивных смол, однако при этом увеличение числа поперечных связей приводит к увеличению показателей несминаемости тканей. Максимальное значение угла расправления ткани после смятия (150) достигается при наличии 4-5 связей на 100 ангидридных остатков целлюлозы. Дальнейшее увеличение степени "сшивки" не способствует повышения показателя несминаемости, что, очевидно, обусловленно приближением его к теоретически возможному пределу, то есть к 180. Учитывая тот факт, что реакция предконденсата термореактивной смолы с гидрооксильными группами целлюлозы протекает только в доступных для проникновения реагента областях, на которые приходится 20-25% общего числа ангидроглюкозных остатков, можно считать, что наилучшие показатели несминаемости достигаются при наличии одной связи на четыре-пять доступных ангидроглюкозных остатков.
При определенных условиях это соединение способно вступать в реакцию с гидроксильными группами целлюлозы и образовывать более устойчивые к гидролизу поперечные связи, чем те которые образуются при обработке волокон метилольными производными мочевины и меламина. По степени убывания активности в реакции с целлюлозой различные реактанты можно расположить в следующий ряд: диметилолэтилен- и пропиленмочевина, диметилолдиоксиэтиленмочевина, диметилолмоноокси-пропиленмочевина, диметилолэтил- и оксиэтилтриазиноны, диметилолалкил-карбаматы, бис-(метоксиметил)-этиленмочевина. Положение отдельных препаратов в приведенном ряду носит несколько условный характер и зависит от природы выбранного катализатора, температуры и других условий осуществления процесса.
Перечисленные препараты склонны в условиях хранения и эксплуатации, выделять вредный для здоровья человека формальдегид, что не удовлетворяет современным санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к готовым тканям [16].
Решение данной проблемы на практике достигается следующими способами: - совершенствованием технологии путем связывания свободного формальдегида на ткани; - созданием мало- и несодержащих формальдегид препаратов [8, 17,18].
Снижение содержания формальдегида при синтезе новых отделочных препаратов достигается заменой -N-CH2OH (N-метилольных) групп на -N-CH2OR (малосодержащие) или -N-СНз (не содержащие формальдегид) группы [8,12,16, 19].
Отечественная и зарубежная промышленность выпустила серию препаратов такого типа: Карбамол 2М (метиловый эфир диметилолэтиленмоче-вины), Карбамол МТ-2 (модифицированная диметилолмочевина), карбамол МТ (метиловый эфир диметилолдигидроксиэтиленмочевины), Отексиды Д1, Д2 (диэтиленгликолевый эфир диметилолдигидроксиэтиленмочевины), Отексиды НФ, БФ (модифицированная дигидроксиэтиленмочевина), ФЛИР (модифицированная гидроксиметил -4,5-диоксиэтилмочевина), Аркофикс НГН (ФРГ) (производное диоксиэтиленмочевины), Аркофикс НФЦ (ФРГ) (модифицированная диметилолдиоксиэтиленмочевина) [20-33]. Поскольку при переходе от -N-CH2OH к -N-CH2OR и -N-R группам происходит снижение реакционной способности препаратов, то возникает необходимость выбора более жестких условий их применения: выбор более активных катализаторов и повышение концентрации, температуры и продолжительности тепловой обработки [8, 20,33].
Исходя из числа поперечных связей, образующихся между смежными макромолекулами целлюлозы при несминаемой отделке, расход предконден-сата, казалось бы, должен быть очень небольшим. На самом деле хорошие показатели несминаемости ткани достигаются только в том случае, когда бе-рут большой избыток предконденсатов смол. Концентрация их в пропиточном растворе чаще всего составляет 100-250 г/л, считая на технический продукт. В этих условиях в волокне протекает не только реакция «сшивки» макромолекул, но и образуется высокомолекулярная смола. Реакции смолообразования сложны и смогут проходить по нескольким направлениям. В частности, на примере диметилолмочевины их можно представить следующим образом.
Описание методики и оборудования для малосминаемой отделки целлюлозосо держащих тканей
После пропитки отделочной композицией ткань, отжимали на лабораторной плюсовке до остаточного влагосодержания 80 %, привес контролировали с помощью аналитических весов марки WA — 31. Дальнейшую обработку проводили в соответствии с традиционной термофиксационной технологией и с использованием ВЧ-нагрева. При обработке по термофиксационной технологии ткань высушивали под натяжением при температуре 70С и подвергали высокотемпературному нагреву в течение 1-1,5 мин при 170С при использовании отделочного препарата ФЛИР, в течение 2,5 мин при 160С при использовании отделочных препаратов: Карбамол ГЛ, Карбамол ЦЭМ, Отексид БФ, Отексид Д-2. ВЧ-обработку проводили на лабораторной ВЧ-установке, схема которой приведена на рис. 2.1. В ходе эксперимента варьировали напряженность электромагнитного поля и продолжительность обработки. После тепловой обработки ткань, промывали в строгом соответствии с установленной методикой [107, 108, 111]. Схема установки для обработки текстильного материала в ВЧ-поле 5 4 9 б - подающий барабан; 2 - транспортирующие ролики; 3 - защитный экран; 4 - прокладка; 5 - электроды; 6 - приемный барабан; 7 - электродвигатель системы перемотки; 8 - ВЧ - генератор; 9 - ткань.
Для сравнения качества малосминаемои отделки ткани, прошедшей различные способы тепловой обработки, проводили определение их качественных показателей согласно стандартным методикам: - разрывная нагрузка ткани определялась на разрывной машине типа РТ-250 согласно ГОСТ 3813.12-80 [ ГОСТ 3813.12-80. Ткани и штучные тек 52 стильные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении ]; - сопротивление полотна ткани к воздействию сминающей нагрузки согласно ГОСТ 17504-80 [ ГОСТ 17504-80. Ткани хлопчатобумажные и смешанные с отделками синтетическими смолами ]. Расчет молекулярной массы целлюлозного полимера проводили на основании значений вязкости 0,1 % медноаммиачных растворов целлюлозы, определяемых по стандартной методике [10]. Удельную вязкость г]Уд определяли по формуле [10]: Tb=(ti2yt2, где: ti, t2— время истечения соответственно раствора и растворителя. Вискозиметрическая молекулярная масса целлюлозы (ММЛ) рассчитывали по формуле: ММл = 3,6 105 Луд (1+0,28гіуд), где: тУд - удельная вязкость 0,1 % медноаммиачного раствора целлюлозы Определение коэффициентов диффузии отделочных препаратов Отделочный состав на основе предконденсатов термореактивных смол наносили на стеклоткань, служащую инертной подложкой. Постоянство количества наносимого отделочного состава контролировали весовым методом. Инертную подложку помещали на целлюлозную мембрану. Данный пакет подвергали воздействию различных фиксирующих обработок.
Методика определения содержания свободного формальдегида на ткани Взвешенную на аналитических весах навеску ткани массой 1 г заливали 20 мл дистиллированной воды и выдерживали в течение 20 мин в закрытой колбе при комнатной температуре. Затем в пробирку отбирали 1-5 мл гидролизата, добавляли 1 мл 1 н соляной кислоты, кипятили 5 мин, охлаждали, добавляли 10 мл ацетил ацетоновой смеси, выдерживали 10 мин при температуре 58 С, охлаждали и разбавляли в мерной колбе до 100 мл. Полученный раствор колориметрировали на электроколориметре КФК-МП при длине волны А,=412нм.
Методика определения содержания общего формальдегида на ткани Взвешенную на аналитических весах навеску ткани массой 0,1 г помещали в коническую колбу вместимостью 100 мл, заливали 20 мл 1 н соляной кислоты и выдерживали в термостате при температуре 80С в течение 30 мин. Затем в пробирку отбирали 1-5 мл гидролизата, приливали 1 мл 1 н соляной кислоты, кипятили 5 мин, охлаждали, добавляли 10 мл ацетил ацетоновой смеси, выдерживали 10 мин при температуре 58С, охлаждали и разбавляли в мерной колбе до 100 мл. Полученный раствор колориметрировали на электроколориметре КФК-МП при длине волны А.=412нм.
Для разработки научно - обоснованной высокочастотной технологии малосминаемой отделки текстильных материалов необходимо детально изучить влияние воздействия электромагнитного поля на состояние целлюлозного волокна, а также процессы взаимодействия отделочных препаратов с волокном.
Одной из задач при использовании высокочастотного нагрева в процессах сушки и термообработки текстильных материалов является комплексное исследование физико-химических процессов, протекающих при воздействии на целлюлозное волокно поля токов высокой частоты.
Релаксационные процессы в целлюлозе, протекающие при проведении тепловых обработок, способствуют переходу полимера в более равновесное упорядоченное состояние, усиливают суммарный эффект межмолекулярного взаимодействия макромолекул в аморфных областях, следствием чего может быть увеличение прочностных свойств волокнистых материалов. Это является немаловажным, поскольку при технологических процессах малосминаемой отделки под действием предконденсатов термореактивных смол, каталзаторов и повышенных температур происходит неизбежное снижение прочностных характеристик ткани.
Нельзя не отметить тот факт, что многие исследователи регистрировали улучшение прочностных свойств волокнистых материалов, обработанных в поле ТВЧ [54-57]. Однако представленные в литературных источниках данные носят дискретный характер. Вследствие чего, невозможно составить целостной картины, описывающей изменение прочностных характеристик тканей в зависимости от продолжительности и условий тепловых обработок.
Кроме того, встал вопрос о необходимости провести сравнительную оценку влияния различных тепловлажностных обработок на физико-механические свойства тканей.
Экспериментальные результаты, характеризующие изменения прочности хлопчатобумажной и льняной тканей в зависимости от времени и условий тепловой обработки, приведены нарис. 3.1-3.4.
Анализ полученных зависимостей показывает, что кратковременный конвективный нагрев при температуре 175С не влияет на прочностные характеристики тканей, а термообработка свыше 5 мин приводит к их понижению, что свидетельствует о частичной деструкции целлюлозы рис. 3.1 и 3.2 Полученные данные не противоречат представлениям классической теории о действии температур на целлюлозное волокно [5,9].
Изучение особенностей изменения физического состояния целлюлозного волокна под действием поля ТВЧ
Возрастание устойчивости ткани к действию механических нагрузок после ВЧ-обработки, повидимому, обусловлено процессами изменения ее тонкой и надмолекулярной структуры. Действительно, в работах [55-57] повышение прочности материала в поле ТВЧ связывается со структурным преобразованием целлюлозного волокна на надмолекулярном уровне.
В частности процесс воздействия электромагнитного поля на полимер обусловлен дипольной поляризацией полярных групп целлюлозы и сопровождается повышением сегментальной подвижности макромолекул, следствием чего может быть разрыв межмолекулярных водородных связей и восстановление их на более выгодном энергетическом уровне. Таким образом, в целлюлозном материале при кратковременном действии ТВЧ происходит релаксация внутренних напряжений волокна и, как следствие, улучшение устойчивости ткани к физико-механическим воздействиям.
Кроме того, действие ВЧ поля на полярный полимер обусловлено также и процессом «дробления» кристаллитов в кристаллической области волокна, что приводит к увеличению подвижности макромолекул и, как следствие, к увеличению способности волокна к перераспределению внешней нагрузки между отдельными структурными элементами.
Однако можно предположить, что упрочнение волокнистого материала возможно и вследствие образования небольшого числа прочных связей между макромолекулами целлюлозы, то есть за счет изменения макромолекуляр-ной структуры волокна.
Для познания механизма упрочнения целлюлозных тканей провели оценку влияния высокочастотного нагрева на изменение молекулярной массы целлюлозы. Определение молекулярной массы волокна производилось вискозимет-рическим методом. Из графиков, представленных на рис. 3.5, следует, что вискозиметриче-ская молекулярная масса целлюлозного полимера при кратковременной конвективной термообработке волокна (до 5 мин, Т=175С) практически не изменяется, а при дальнейшем увеличении времени воздействия начинает плавно снижаться, вследствие, как уже отмечалось ранее, начала процесса термодеструкции целлюлозы [112].
Изменение вязкости медноаммиачного раствора целлюлозного волокна под действием ВЧ-нагрева носит экстремальный характер (рис 3.6). В интервале времени обработки 0-3,5 сек не наблюдается существенного изменения измеряемого параметра, поскольку на этом отрезке времени происходит сушка текстильного материала, а вода, содержащаяся в волокне, препятствует нагреву его свыше 100С. Энергия, подводимая к волокну, здесь расходуется, главным образом, на удаление влаги.
В интервале от 3,5 до 6 сек ВЧ-воздействия, наблюдается возрастание вискозиметрической молекулярной массы как хлопковой, так и льняной целлюлозы. Объяснением этого факта может служить гипотеза об образование новых прочных и устойчивых связей в макромолекулярной структуре целлюлозного волокна под действием электромагнитного поля высокой частоты.
Сущность выдвинутой гипотезы заключается в том, что с завершением процесса удаления влаги из материала, температура внутри волокна начинает подниматься; синергетическое воздействие высокой температуры и высокочастотных колебаний сегментов макромолекул волокна ведет к активации первичных-ОН групп и небольшого числа концевых -СООН групп целлюлозы, следствием чего является образование новых устойчивых связей в структуре целлюлозного волокна.
Появление новых связей между макромолекулами целлюлозы не может не сказаться на физико-механических свойствах тканей, поскольку повлечет за собой упорядочение структуры целлюлозного волокна. Кроме того, наряду с образованием новых прочных связей, за счет переструктуризации в надмолекулярной системе целлюлозы, происходит образование большего количества слабых водородных связей в аморфных областях волокна, что, несомненно, влечет за собой усиление межмолекулярного взаимодействия, а, следовательно, и повышение механических характеристик тканей.
Показатели прочности ткани коррелируются с величиной молекулярной массы целлюлозы (рис.3.7). Это доказывает, что процессы, происходящие в тонкой структуре волокна под действием ТВЧ, являются одной из причин повышения прочности тканей. Существенные изменения макромолекулярного и надмолекулярного строения волокна не могут не отразиться на диэлектрических свойствах тканей. Поэтому следующий этап исследования был посвящен отысканию корреляционной зависимости значения тангенса угла диэлектрических потерь (tg5) от продолжительности и способа тепловых обработок.
Из графика на рис 3.8 следует, что максимальное значение tg5 при обработке тканей в электромагнитном поле ТВЧ наблюдается в том же интервале времени ВЧ-обработки, где, предположительно происходит образование новых устойчивых связей в структуре волокна. Дело в том, что возрастание молекулярной массы полимера, то есть увеличение числа полярных групп в макромолекуле, приводит к наложению гармонических колебаний, передаваемых от каждой группы ко всему полимеру, что обуславливает частотно-резонансное увеличение амплитуды колебания сегментов макромолекул под действием электромагнитного поля. Кроме того, как уже отмечалось, параллельно процессу образования новых связей в надмолекулярной структуре волокна протекают процессы разукрупнения кристаллитных образований, что влечет за собой увеличение сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы, и, как следствие, увеличение тангенса угла диэлектрических потерь.
При конвективной обработке (рис 3.9) tg5 не только не увеличивается, но и после 5 мин нагрева начинает снижаться за счет разрыва макромолеку-лярных цепей целлюлозы вследствие термодеструкции.
В целом характер изменения диэлектрической составляющей в ходе температурных обработок аналогичен кинетическим кривым изменения вис-козиметрической молекулярной массы исследуемого материала. Из чего следует, что именно увеличение макромолекулярной массы целлюлозы посредством образования новых связей или ее обрыв за счет деструктивных процессов оказывает существенное влияние на тангенс угла диэлектрических потерь.
Исследование диэлектрических свойств тканей, прошедших малосминаемую отделку
Придание целлюлозному материалу свойств несминаемости достигается путем модификации химического строения волокна предконденсата-ми термореактивных смол. Поэтому, с научной точки зрения, большой интерес представляет исследование величины тангенса угла диэлектрических потерь, как величины отображающей состояние как самого полимера так и и влияние на его структуру внешних факторов.
Для оценки влияния продолжительности ВЧ-воздействия на диэлектрические свойства готовых материалов проводили измерения величины tg8 образцов тканей подвергнутых заключительной несминаемой отделки, промытых и высушенных до влажности 6 %.
На рисунках 3.23-3.25 приведены зависимости величины tg8 готовых тканей, отделанных с использованием различных препаратов, от продолжительности ВЧ-обработки. Полученные соотношения носят экстремальный характер с ярко выраженным максимумом.
Подробное описание полученных зависимостей проведем на примере рис. 3.23. Линейный участок в начале зависимости говорит о том, что непродолжительное ВЧ-воздействие практически не отражается на диэлектрических свойствах ткани. Дело в том, что ВЧ-обработки, менее Зс, для данного вида ткани недостаточно для завершения процесса сушки текстильного материала. Поэтому нанесенный аппрет практически не фиксируется и удаляется при последующей промывке. Здесь, повидимому, помимо процессов сшивки, протекают процессы смолообразования, что приводит к заполнению микропустот волокна в результате чего наблюдается снижение диэлектрических свойств тканей. Стремительный рост tg8 менее чем за 0,5 с обработки в интервале 4,3-4,7 с свидетельствует о завершении процессов смолообразования и протекании процессов сшивки макромолекул целлюлозы. По достижению максимального значению исследуемой величины, можно говорить, о завершении процесса фиксации аппрете на ткани. Следует отметить, что в той же области, где достигаются максимальные значения tgS, фиксировали оптимальные соотношения показателей несминаемой отделки - суммарного угла раскрытия и прочности ткани. Дальнейшее увеличение времени воздействия ведет к снижению исследуемой диэлектрической характеристики, поскольку с этого момента начинается деструктирование, как самой целлюлозы, так и образованных связей.
Подобным образом можно описать зависимости представленные на рис 3.24 — 3.25 с той лишь разницей, что на графике (рис 3.25) отсутствуют ярко выраженный минимум tg8, что можно объяснить не склонностью отделочного препарата к смолообразованию.
Для дополнения общей картины о влиянии структурной модификации целлюлозного волокна на диэлектрические свойства обработанной ткани проведена корреляция значении тангенса угла диэлектрических потерь и показателя малосминаемости суммарного угла раскрытия складки. По полученным соотношениям построены графические зависимости (рис. 3.26-3.28).
На представленных графиках прослеживается общая тенденция изменения диэлектрических свойств тканей в процессе придания им свойств не-сминаемости. При этом следует отметить, что достижение требуемых показателей устойчивости материала к смятию, как правило сопровождается повышением его диэлектрических свойств.
Рассмотрим одну из традиционных технологических схем заключительной отделки. На линии заключительной отделки ЛЗО 140-1 (рис 3. 29) ткань подвергается пропитке технологическими растворами, подсушке, исправлению перекоса утка, ширению, сушке, каландрированию и термической обработке с целью придания ей малосминаемой и противоусадоч-ной химической отделки, получения малосминаемого аппрета на основе термореактивных смол и других видов отделки. Далее ткань поступает на мойно-сушильную линию ЛМС 140-2 для промывки и заключительной сушки [114].
Использование высокочастотной технологии позволяет отказаться от стадии подсушки ткани после пропитки ее технологическим раствором, а также допускает снижение температуры в ширильно-сушильной одно-польной машине, поскольку предусматривает поступлении ткани в ВЧ — установку во влажном состоянии. Таким образом, при включение высокочастотного оборудования в рассмотренную линию, полностью отпадает необходимость в сушильно - барабанной машине, а также нецелесообразным становится установка пропиточной машины с гравированными валами. Внесенные изменения сокращают размеры линии заключительной отделки (рис 3.30).
1. Проведена комплексная оценка влияния ТВЧ на физико-механические свойства целлюлозного волокна. Исследованы основные закономерности изменения прочностных характеристик тканей в зависимости от продолжительности ВЧ - обработки.
2. С помощью вискозиметрического метода, оценено влияние электромагнитного поля с частотой 40,68 МГц и напряженностью 200 В/мм на изменение молекулярной массы целлюлозного волокна. Выявлено, что под действием ТВЧ в интервале обработки от 3 до 6 с наблюдается увеличение молекулярной массы как льняной, так и хлопковой целлюлозы в тканях с поверхностной плотностью 100-150 г/м .
3. Установлены особенности изменения значения тангенса угла диэлектрических потерь (tg8) тканей в зависимости от продолжительности тепловых обработок. Определена корреляционная зависимость между диэлектрическими свойствами тканей и молекулярной массы целлюлозного волокна.
4. Исследован процесс диффузии отделочных препаратов в целлюлозный материал под действием поля ТВЧ. Выявлено, что под воздействием ТВЧ эффективность диффузии предконденсатов термореактивных смол в целлюлозный материал на порядок выше, а отделочные препараты более равномерно распределяются в объеме волокна, чем при конвективном способе обработки.
5. Установлено, что под действием электромагнитного поля образуются более длинные поперечные сшивки макромолекул целлюлозы пред-конденсатами термореактивных смол, нежели при конвективном способе нагрева.
6. Выявлены оптимальные временные режимы ВЧ обработки тканей с различной поверхностной плотностью при отделке их композициями на основе препаратов, отличающихся содержанием свободного формальдегида. Отмечено, что мало- и бесформальдегидные отделочные препараты под действием токов высокой частоты фиксируются на ткани быстрее, нежели формальдегидсодержащие, что выгодно отличает высокочастотный способ отделки тканей перед традиционным.
7. Установлена корреляционная зависимость между тангенсом угла диэлектрических потерь и показателем малосминаемости отделанных тканей, а также выявлен общий характер изменения диэлектрических характеристик тканей в процессе придания текстильным материалам эффекта несминаемости.
