Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов и технологических процессов отделки текстильныхматериалов, с приданием им малосминаемых свойств 15
1.1. Основные положения теории малосминаемой отделки текстильных материалов 15
1.2. Оценка степени влияния структурно-механических свойств текстильных материалов на их способность к сминаемости 20
1.3. Анализ опыта применения различных способов малосминаемой отделки тканей и факторов, влияющих на ее качество 25
1.3.1. Модификация структуры волокон за счет образования межмолекулярных поперечных связей 25
1.3.1.1. Применение малоформальдегидных препаратов для малосминаемой отделки 25
1.3.1.2. Влияние катализаторов на технологические режимы малосминаемой отделки 31
1.3.2. Использование многоосновных карбоновых кислот в качестве сшивающих агентов при
малосминаемой отделке 34
1.3.3. Интенсификация физико-химических процессов, протекающих при малосминаемой отделке токами высокой частоты 38
1.3.4. Использование пены в качестве технологической среды при малосминаемой отделке текстильных материалов 41
1.3.5. Другие способы придания текстильным материалам малосминаемых свойств 47
1.4. Обобщение результатов анализа, определение цели диссертационной работы и постановка задач для ее достижения 48
Выводы к главе 1 51
2. Объекты и методы исследований
2.1. Объекты исследований 53
2.1.1. Пена 53
2.1.2. Текстильные материалы 53
2.1.3. Лимонная кислота 54
2.1.4. Малеиновая кислота 54
2.1.5. Моноэтаноламин (МЭА) 55
2.1.6. Триэтаноламин (ТЭА) 55
2.1.7. Пенообразователь ПО-6ТС 56
2.1.8. Прочие химические вещества 56
2.2. Методы исследований 56
2.2.1. Приготовления водных растворов для экспериментальных Исследований 56
2.2.2. Исследование пенообразующей способности водных растворов 57
2.2.3. Определение агрегативной устойчивости высокодисперсной пены 57
2.2.4. Определение времени разрушения пены на поверхности ткани 59
2.2.5. Дисперсионный анализ пен 60
2.2.6. Методы получения барботажной пены и нанесения ее на ткань 61
2.2.6.1. Получение барботажных пен 61
2.2.6.2. Нанесение пены на ткань 63
2.2.7. Определение малого цветового различия ткани 63
2.2.8. Исследование ИК - спектров целлюлозы 64
2.2.9. Определение прочностных характеристик ткани 66
2.2.9.1. Определение прочности и удлинения ткани при растяжении до разрыва 66
2.2.9.2. Определение потери прочности образцов 61
2.2.10. Определение капиллярности ткани 67
2.2.11. Измерение влажности образцов ткани 67
2.2.12. Определение несминаемости 68
2.2.13. Методы обработки результатов
экспериментальных исследований 68
3. Исследование физико-химических процессов взаимодействия смеси лимонной и малеиновои кислот с целлюлозными волокнами 71
3.1. Обоснование выбора лимонной и малеиновой кислот в качестве сшивающих агентов 71
3.2. Исследование взаимодействия малеиновой и лимонной кислот и их смесей с целлюлозными волокнами 73
3.3. Исследование факторов, влияющих на физико-химические и физико-механические свойства хлопчатобумажной ткани при отделке ее смесью лимонной и малеиновой кислотами 80
3.3.1. Влияние исследуемых факторов на сминаемость ткани 84
3.3.2. Оценка влияния исследуемых факторов на изменение прочности ткани и её цвета 89
Выводы к главе 3 95
4. Исследование процессов получения высокодиперсной пены и нанесения ее на волокнистые материалы 96
4.1. Исследование процесса пенообразования при барботаже газа в пенообразующую жидкость 97
4.1.1. Исследование пенообразующей способности растворов в различных газовых средах 97
4.1.2. Пенообразование при барботаже газа в жидкость со свободной поверхностью 101
4.1.3. Исследование физико-химических и структурных свойств пен, полученных с помощью углекислого газа 110
4.1.3.1. Исследование процесса абсорбции и десорбции двуокиси углерода водными растворами этаноламинов НО
4.1.3.2. Влияние этаноламинов и многоосновных карбоновых кислот на устойчивость пены 114
4.2. Исследование процесса взаимодействия пены с текстильным материалом 120
4.2.1. Влияние кратности и толщины наносимого слоя пены на количество жидкости наносимой на текстильный материал 120
4.2.2. Распределение выделившейся из пены жидкости в структуре волокнистого материала 126
Выводы к главе 4 130
5. Разработка и исследование технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажной ткани в пенной среде 132
5.1. Изучение влияния пенной обработки на физико-химические и физико-механические свойства хлопчатобумажной ткани 132
5.2. Разработка и оптимизация пенной технологии мало сминаемой отделки хлопчатобумажной ткани многоосновными карбоновыми кислотами 145
5.3. Разработка технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажной ткани в пенной среде 150
Выводы к главе 5 155
Заключение 157
Библиографический список использованной литературы
- Анализ опыта применения различных способов малосминаемой отделки тканей и факторов, влияющих на ее качество
- Лимонная кислота
- Исследование взаимодействия малеиновой и лимонной кислот и их смесей с целлюлозными волокнами
- Исследование пенообразующей способности растворов в различных газовых средах
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. К основным проблемам отделочного производства, над которыми постоянно работают научные и производственные работники, можно отнести высокую влаго- и энергоемкость технологических процессов, а также использование при производстве продукции, небезопасных веществ, которые ухудшают санитарно-гигиенические условия труда на предприятиях и не позволяют получать безопасную продукцию высокого качества. Нерешенность этих проблем, в совокупности порождает более глобальную – низкую экологичность отделочного производства.
Наиболее ярко данная проблематика прослеживается при анализе существующих и вновь разрабатываемых процессов малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей, которые так или иначе связаны с использованием формальдегидсодержащих препаратов.
При этом, если вопросы, связанные с минимизацией количества выделяемого в процессе отделки формальдегида, довольно успешно решаются, за счет применения препаратов с минимальным содержанием формальдегида, введением в обрабатывающую композицию акцепторов формальдегида, поглощающих его в процессе выделения или использованием активных веществ, не выделяющих последний в процессе взаимодействия с функциональными группами волокон, то проблема снижения энергозатрат и уменьшение количества потребляемой воды еще требует своего решения.
В этой связи, применение пены в качестве технологической среды, позволяющей сократить до 60% потребление производственной воды и значительно снизить энергозатраты на тепловую обработку текстильных материалов, может быть одним из путей решения обозначенной проблемы.
Помимо этого, при получении пены, например, с помощью углекислого газа, появляется возможность, с одной стороны, понизить агрессивность среды (за счет снижения доли кислорода) в которой осуществляется термообработка, а с другой, включить часть углекислого газа в производственный цикл, изъяв его из атмосферы, что является определенным вкладом в защиту экологии планеты.
И, наконец, сочетание пены с применением в качестве активных препаратов для малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновных карбоновых кислот, позволяет, в определенной мере, решить проблему безопасности технологии малосминаемой отделки, как на этапе производства продукции, так и на стадии потребления ее человеком.
Приведенные доводы позволяют сделать вывод об актуальности темы диссертационной работы.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей диссертационной работы заключалась в научном обосновании и разработке оптимизированной пенной технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновными карбоновыми кислотами, обеспечивающей выпуск текстильных материалов с улучшенными потребительскими и эксплуатационными свойствами при одновременном снижении стоимости, за счет уменьшения энергетических затрат и повышении экологичности отделочного производства.
Для достижения поставленной цели предполагалось решение следующих основных задач:
- исследование взаимодействия малеиновой и лимонной кислот и их смесей с целлюлозными волокнами, методами ИК-спектроскопии;
- исследование факторов, влияющих на физико-химические свойства целлюлозных волокон и физико-механические характеристики хлопчатобумажной ткани при обработке ее лимонной и малеиновой кислотами;
- теоретические и экспериментальные исследования процесса пенообразования и свойств получаемой пены при барботаже различных газов в пенообразующую жидкость, содержащую активные вещества;
- исследование механизма распределения жидкости, выделившейся из пены, в структуре текстильного материала;
- теоретические и экспериментальные исследования влияния основных компонентов вспененного отделочного раствора на физико-химические и физико-механические свойства хлопчатобумажной ткани;
- исследование механизма взаимодействия этаноламинов, лимонной и малеиновой кислот с целлюлозными волокнами, при использовании пенной технологической среды;
- исследования влияния технологических режимов пенной обработки на физико-механические свойства ткани;
- разработка и оптимизация технологического процесса малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей пенным способом с использованием пены на основе углекислого газа.
Объекты и методы исследования. Объектами исследований в диссертационной работе являлись: высокодисперсные пены низкой и средней кратности; устройство для получения и нанесения пены на текстильные материалы; хлопчатобумажная ткань сатинового переплетения; вещества, способные к образованию поперечных сшивок в целлюлозных волокнах (лимонная и малеиновая кислоты).
Теоретические и экспериментальные исследования проводились с применением методов планирования и анализа эксперимента, дисперсионного анализа, физико-механических испытаний, спектрофотометрических измерений. Эксперименты проводились в лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры: спектрофотометра SP 810; ИК–спектрометра ФСМ 1201; ИК–влагомера ADS 100 «AXIS»; универсальной разрывной машины «INSTRON» (серии 3340, модель 3342); цифрового микроскопа Webbers GG50s. Обработка экспериментальных данных выполнялась с применением методов математической статистики на ПЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в:
- оценке степени влияния количества наносимых на ткань активных веществ и режимов термообработки, на сминаемости ткани, изменение ее цветовых характеристик и потерю прочности;
- выявлении закономерностей, характеризующих процесс пенообразования из водных растворов многоосновных карбоновых кислот и ТВВ, при барботировании в них двуокиси углерода;
- выявлении механизма распределения жидкости, выделившейся из углекислотной пены, в структуре ткани;
- научном обосновании и экспериментальном подтверждении возможности применения пены, на основе двуокиси углерода, для малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновными карбоновыми кислотами;
- оптимизации параметров процесса малосминаемой отделки хлопчатобумажной ткани многоосновными карбоновыми кислотами с применением в качестве наносящей среды пены на основе двуокиси углерода, обеспечивающей малую сминаемость ткани, при минимальных значениях потери ее прочности и изменении цветовых характеристик.
Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в разработке эффективной пенной технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей с использованием пены на основе двуокиси углерода, реализация которой позволит:
- значительно повысить качество выпускаемой продукции, за счет уменьшения потери прочности и устранения пожелтения ткани в процессе термообработки;
- до 60% снизить расход воды и уменьшить энергозатраты в процессе малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей;
- улучшить санитарно-гигиенические условия труда в отделочных цехах и уменьшить экологические издержки текстильных предприятий в целом;
Разработанная технология малосминаемой отделки прошла производственную проверку в условиях ООО «Термопласт» (г. Димитровград) и может быть рекомендована к внедрению на отделочных предприятиях текстильной промышленности.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры швейного производства при чтении дисциплин «Химизация техно-
логических процессов швейных предприятий», «Химическая технология текстильных материалов» и «Цветоведение».
Апробация работы. Результаты исследований доложены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ДИТУД (г. Димитровград, 2006 - 2007г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Техтекстиль - 2007» (г. Димитровград 2007г.), на расширенном заседании кафедры швейного производства Димитровградского института технологии, управления и дизайна УлГТУ (г. Димитровград 2008г.), на заседании кафедры ХТиДТ СПГУТД (г. Санкт-Петербург, 2008г.).
Публикации. Публикации. Результаты исследований, отражающих основное содержание диссертационной работы, опубликованы в 8 печатных работах, в том числе одна в журнале, рекомендованном ВАК и в 3 сообщениях в сборниках материалов научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из краткой характеристики работы (введения), 5 глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 117 наименования и приложения.
Текст диссертации изложен на 189 страницах, включая 41 рисунок, 7 таблиц и приложения.
Анализ опыта применения различных способов малосминаемой отделки тканей и факторов, влияющих на ее качество
Для образования поперечных связей между макромолекулами, входящими в элементы надмолекулярной структуры, в настоящее время используются многочисленные вещества, обладающие как минимум двумя активными группами, способными образовывать ковалентные связи с гидроксиль ными группами целлюлозы. Наиболее широкое распространение в этом плане получили предконденсаты термореактивных смол, которые в зависимости от избирательной способности могут взаимодействовать с гидроксильными группами целлюлозы или в реакциях поликонденсации образуют три большие группы. К первой группе относятся карбамол (диметилолмочевина) и метазин (смесь метиловых эфиров N-оксиметильных производных мелами-на). Молекулы данных веществ склонны к взаимодействую друг с другом, образуя смолу. Ко второй группе отнесены соединения, которые преимущественно взаимодействуют с гидроксильными группами целлюлозы. В эту группу входят, в первую очередь, диметилолэтиленмочевина, диметилолпро-пиленмочевина и др. И, наконец, к третьей группе относятся препараты, предназначенные для придания тканям эффекта несминаемости в мокром состоянии. Это, прежде всего производные дивинилсульфона.
Химизм процессов, протекающих в волокне между активными группами волокна и метилольными группами сшивающих агентов, а также сам процесс поликонденсации довольно хорошо изучен, поэтому, в качестве примера, приведем простейшую реакцию между гидроксильными группами целлюлозного волокна и метилольными производными мочевины (карбамола):
До настоящего времени для малосминаемой отделки повсеместно применяются ДГ-гидроксиметильные производные мочевины, меламина, цик лических этилен - и пропиленмочевины, дигидроксиэтиленмочевины, триа-зона, урона, алкилкарбаматов и других веществ. На их основе разработаны многочисленные рецепты отделочных составов и применительно к ним технологические процессы придания текстильным материалам малосминаемых, малоусадочных и формоустойчивых свойств [например 13-20].
К основным недостаткам препаратов первой и второй групп можно отнести: высокую вероятность выделения формальдегида и большую потерю прочности ткани при жестких условиях проведения ее термообработки.
Однако в силу того, что технологические процессы с использованием данных препаратов хорошо отработаны и широко применяются на отделочных фабриках, и в настоящее время проводятся исследования, направленные, в первую очередь, на модификацию известных сшивающих агентов. Кроме того, следует отметить, что принципиально новые группы текстильно-вспомогательных веществ не сформированы, из-за чего и требуется эволюционное совершенствование имеющегося ассортимента.
Основной целью таких исследований является снижение количества свободного формальдегида, выделяющегося-при термообработке или полное устранение его из технологического процесса.
Здесь можно выделить два направления в соответствии, с которыми проводятся исследования: разработка отделочных препаратов с минимальным содержанием формальдегида или создание активных веществ, не выделяющих последний в процессе взаимодействия с функциональными группами волокон; введение в обрабатывающую композицию акцепторов формальдегида, поглощающих его в процессе выделения или вступающих с ним в реакцию.
В рамках первого направления, как в нашей стране, так и за рубежом были разработаны малоформальдегидные и бесформальдегидные препараты, которые в настоящее время рекомендуются как приоритетные для заключительной отделки текстильных материалов. К ним, в первую очередь, следует отнести отечественные препараты с пониженным содержанием формальде гида: карбамол-2; карбамол МТ-2; карбамол ГЛ; отексид Д-2; отексид НФ, отексид БФ и др., в качестве основы, которых были использованы моно- и диметилолмочевина, метилолированные производные гидроксиэтиленмоче-вины, модифицированная диметилдигидроксиэтиленмочевина.
На кафедре ХТВМ ИХГТУ была проведена работа [20] по разработке отделочных композиций на основе- отексидов НФ и БФ, фирмы АО «ИВХИМПРОМ», с целью улучшения потребительских свойств у хлопчатобумажных, льняных и полульняных текстильных материалов. Результатом данной работы явилось создание отделочных композиций, позволяющих получать высокий уровень несминаемости, при тестированных показателях прочности, с одновременным приданием тканям свойств малоусадочности, «легкого глажения» и «отстирывания». Однако основное преимущество предложенных композиций, по нашему мнению, заключается в возможности снижения температуры фиксации отделочных препаратов до 120 С и исклю-чении-(при использовании отексида БФ) или снижении в 10—20 раз (при, использовании отексида НФ) содержания формальдегида на тканях.
Аналогичные исследования проводились и проводятся за рубежом [21 -26]. Так, сотрудниками фирмы Ivax Industries (Великобритания) [21], был разработан способ малосминаемой отделки тканей, основанный на применении диметилолдигидроксиэтиленмочевины с низким, содержанием формальдегида, активного силиконового мягчите ля и неионогенного ПАВ. Согласно выводам, сделанным авторами, такая обработка обеспечивает минимальную потерю прочности и придает тканям хорошую драпируемость. В работе Fy Жена и дри[22] исследована устойчивость к. гидролизу в, кислой и щелочной средах хлопчатобумажных тканей, подвергнутых отделке эте-рифицированной диметилолдиоксиэтиленмочевиной.
Лимонная кислота
В аналитической статье Мельникова Б.Н. [101] показано, что одним из возможных вариантов решения проблемы бесформальдегидной технологии малосминаемой отделки целлюлозных текстильных материалов является ис пользование поликарбоновых кислот, способных сшивать макромолекулы,, целлюлозы за счет образования поперечных сложноэфирных связей. В каче стве таких сшивающих агентов рекомендуются 1,2,3,4 бутантетракарбоновая кислота, 1,2,3-пропантрикарбоновая кислота, лимон ная кислота, малеиновая и некоторые другие кислоты.
Здесь же [101] отмечается, что применение бутантетракарбоновой кислоты в качестве отделочного препарата несколько ограничивается ее высокой стоимостью, а лимонная кислота вызывает пожелтение хлопчатобумажной ткани во время термообработки.
Проведенные исследования, в основном зарубежными учеными [48, 51,52], позволили выявить ряд общих закономерностей, характеризующих физико-химические процессы, протекающие между многоосновными карбо-новыми кислотами и целлюлозными волокнами, и выявить условия, при которых данные вещества могут быть использованы в качестве сшивающих агентов при малосминаемой отделке хлопчатобумажных тканей.
При оценке проведенных исследований можно сделать вывод, что в наименьшей степени изучены вопросы, связанные с применением для малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей смесей предельных и непредельных многоосновных карбоновых кислот и, в частности, лимонной и ма леиновои. Интерес в использовании именно таких смесей кислот заключается в том, что непредельные кислоты, при определенных условиях, способны по-лимеризоваться, образуя при этом поперечные связи разной длины и разветвленное.
С другой стороны известно, что пенная технология, обеспечивающая значительное сокращение материальных и энергетических затрат на выпуск единицы продукции, расширяющая технологические возможности текстильного и отделочного производств, а также решающая, в какой-то мере, экологические проблемы, является актуальной и в настоящее время.
Однако согласно Павутницкому В.В. [81] принятие решения об ее применении в тех или иных технологических процессах зависит от многих факторов, главными из которых являются: возможность получения-требуемого качества продукции; наличие1 необходимого пеногенерирующего и пенона-носящего оборудования; технологическая и экономическая целесообразность применения пен для определенных видов текстильных материалов; возможность получения неординарных отделочных и колористических эффектов.
Цель настоящей диссертационной работы заключалась в научном обосновании и разработке оптимизированной пенной технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновными карбоновыми кислотами, обеспечивающей выпуск текстильных материалов с улучшенными потребительскими и эксплуатационными свойствами при одновременном снижении стоимости, за счет уменьшения энергетических затрат и повышении экологичности отделочного производства.
Для достижения поставленной цели предполагалось решение следующих основных задач: исследование взаимодействия малеиновой и лимонной кислот и их смесей с целлюлозными волокнами, методами ИК-спектроскопии; исследование факторов, влияющих на физико-химические свойства целлюлозных волокон и физико-механические характеристики хлопчатобумажной ткани при обработке ее лимонной и малеиновой кислотами; теоретические и экспериментальные исследования процесса пенооб-разования и свойств получаемой пены при барботаже различных газов в пе-нообразующую жидкость, содержащую активные вещества; исследование механизма распределения жидкости, выделившейся из пены, в структуре текстильного материала; теоретические и экспериментальные исследования влияния основных компонентов вспененного отделочного раствора на физико-химические и физико-механические свойства хлопчатобумажной ткани; исследование механизма взаимодействия этаноламинов, лимонной и ма-леиновой кислот с целлюлозными волокнами, при использовании пенной технологической среды; исследования влияния технологических режимов пенной обработки на физико-механические свойства ткани; разработка и оптимизация технологического процесса1 малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей пенным способом.
Исследование взаимодействия малеиновой и лимонной кислот и их смесей с целлюлозными волокнами
Для характеристической оценки взаимодействия малеиновой и лимонной кислот, а также их смеси с целлюлозными волокнами, с образованием сложных эфиров, нами были проведены исследования по изучению условий, при которых это взаимодействие проявляется в большей степени.
Исследования проводились с использованием метода инфракрасной спектроскопии в диапазоне волновых чисел 400 - 4000 см"1.
Использование РЖ-спектров для идентификации органических соединений основано на том, что отдельные группы атомов, независимо от остальной части молекулы, способны поглощать в узком интервале частот. Поэтому, ведение в молекулу какой-либо группы (в данном случае в макромолекулу целлюлозы), или образование побочных-продуктов в ходе реакции, может быть установлено по появлению соответствующих полос поглощения.
Спектральные характеристики целлюлозы довольно хорошо изучены и характеристические полосы поглощения валентных и деформационных колебаний групп, входящих в макромолекулу, соотнесены с определенными волновыми числами. Так, в спектральном диапазоне частот 3700 - 3100 см"1 находится полоса поглощения валентных колебаний гидроксильных групп целлюлозных макромолекул. Интенсивность и форма этой полосы позволяет получать прямую информацию о системе водородных связей и о состоянии гидроксильных групп в исследуемом образце. Диапазон 3100 - 2800 см"1 содержит полосы поглощения СН - и СН2 - групп макромолекул целлюлозы. Область частот 2800 - 1500 см"1 является прозрачной для целлюлозы, то есть здесь не наблюдаются полосы основных нормальных колебаний ее молекул. Ярко выраженная полоса с пиком при волновом числе 1638 см"1 характеризует адсорбционную и связанную воду. В области частот 1500 - 400 см" расположены сильные полосы поглощения валентных колебаний С - С и С - О групп пиранозного кольца целлюлозы, а также различные деформационные колебания пиранозного кольца и глюкозидной связи.
С другой стороны известно, что в ИК - спектрах сложных эфиров присутствуют характеристические полосы в диапазоне 1750-1710 см"1 (валентные колебания группы С = О) и 1275 - 1050 см"1 (валентные колебания группы С - О). Поэтому появление таких полос в ИК - спектрах целлюлозы, обработанной малеиновой и лимонной кислотами, при определенных условиях, может свидетельствовать об образовании связи между гидроксильными группами целлюлозы и карбоксильными группами многоосновных карбоно-вых кислот.
Для исследования были использованы образцы хлопчатобумажной ткани, подвергшиеся пропитке водными растворами малеиновой и лимонной кислотами, а также их смесью, в присутствии катализатора (гипофосфита натрия) и без него. Концентрация однокомпонентных растворов кислот во всех случаях составляла 90 г/л, в смесовом растворе по 45 г/л каждая. Гипо-фосфит натрия вводился в обрабатывающие растворы в количестве 30 г/л.
После пропитывания, ткань отжимали до 100% влажного привеса, высушивали при температуре 70С, до постоянной массы, и подвергали термообработке при температуре 185 С в течение 2 минут. После термообработки, и нейтрализации в 0,1 М растворе едкого натра (NaOH), образцы ткани в течение 5 минут промывали теплой (50С) дистиллированной водой и в течение 3 минут дистиллированной водой при температуре 20С. Промытые образцы ткани подвергали окончательной сушке в ИК - влагомере при температуре 80С до постоянной массы.
Для снятия ИК - спектров, образцы целлюлозных волокон, подвергшихся обработке многоосновными карбоновыми кислотами, таблетировали с КВг по методике, приведенной в главе 2. Спектры снимали с помощью Фурье спектрометра ФСМ 1201 в диапазоне волновых чисел 4000 - 400 см"1.
ИК - спектры исследуемых образцов приведены на рисунках 3.1 - 3.3. Для сравнения на рисунках приведены также спектры целлюлозы необработанной ткани (кривая 1).
При анализе спектров, представленных на рисунках, можно заметить, что спектры целлюлозы, обработанной кислотами, по сравнению с исходной целлюлозой, претерпели значительные изменения. И это касается, в первую очередь, появления в диапазоне волновых чисел 1730 — 1590 см"1 двух новых характеристических полос поглощения. С учетом мнения многих исследователей, занимавшихся вопросами идентификации веществ с помощью ИК-спектроскопии [102 - 107] и, в первую очередь, Н. Байклза и Л. Сегала, обобщивших данные по исследованию целлюлозы и ее производных в монографии [107], можно с большой вероятностью утверждать, что в данном случае произошла этерификация целлюлозы. Однако, появление двух полос поглощениях максимумами при 1718 см"1 и 1580 см 1 для малеиновой кислоты (рис. 3.1) и 1730 см"1 и 1590 см"1 для лимонной кислоты (рис. 3f:2), свидетельствует о неполным превращением двух- и трехосновной кислот при реакции с целлюлозой в сложный эфир, поскольку полосы в диапазоне 1750-1710 см"1 связаны с эфирной группой; а в диапазоне 1610-1550 см"1 с ионизованной СОО группой. Это свидетельствует о том, что не все карбоксильные группы вступают в реакцию этерификации и, соответственно, не все молекулы, малеиновой и лимонной кислот образуют поперечные «сшивки» целлюлозы. В» том случае, когда в реакции участвуют обе карбоксильные группы с образованием одинаковых эфирных групп, что в свою очередь свидетельствует о сшивании целлюлозы, спектр изучаемого продукта характеризуется наличием одной полосы поглощения в диапазоне волновых чисел 1760 см"1 - 1720 см
Исследование пенообразующей способности растворов в различных газовых средах
Известно, что пена представляет собой дисперсную систему ячеисто-пленочной структуры, в которой отдельные ячейки (пузырьки газа) связаны друг с другом разделяющими их пленками жидкости.
При этом технологические пены, применяемые в отделочном производстве, как правило, получают с использованием воздуха в качестве газовой фазы.
В таких пенах воздух выполняет только роль дисперсной фазы и не принимает участие в последующих физико-химических процессах, протекающих при взаимодействии обрабатывающего раствора с текстильным материалом.
В этой связи определенный интерес представляет использование углекислого газа для получения пены из водных сред, так как в отличие от воздуха последний частично растворяется в воде с образованием слабой угольной кислоты и, соответственно, понижает рН раствора, что для ряда отделочных операций является актуальным.
Нами были проведены экспериментальные исследования по определению пенообразующей способности растворов в среде воздуха и углекислого газа.
Исследования проводили по методу выливания, предложенному Росс-Майлсом. По этому методу пена образуется в результате выливания через калиброванное отверстие раствора постоянного объема с определенной высоты на поверхность того же раствора, расположенного в мерном цилиндре, свободный объем которого заполнен воздухом или углекислым газом. Схема прибора и методика проведения испытаний приведены во второй главе дис сертационной работы. В качестве пенообразователя использовали водный раствор триэтаноламиновых солей первичных алкилсульфатов со стабилизирующими добавками, относящийся к анионактивным ПАВ.
В результате проведенных исследований было установлено, что пенооб-разующая способность растворов в среде углекислого газа, по сравнению с воздухом, несколько ниже (рисунок 4.1), хотя характер зависимости объема образовавшейся пены от концентрации пенообразователя в растворе в обоих случаях аналогичен. То есть, как в случае воздуха, так и в случае углекислого газа существует концентрация пенообразователя, при которой объем образующейся пены максимален. Это довольно легко объясняется теорией пено-образования, согласно которой наилучшие условия для образования пены создаются при достижении пенообразователем критической концентрации мицеллообазования (ККМ) в растворе.
В области ККМ происходит завершение формирования адсорбционного слоя, который приобретает максимальную механическую прочность. В данном случае это концентрация 15 г/л.
Более низкая пенообразующая способность растворов в среде углекислого газа объясняется растворимостью последнего в воде. Как известно, ус-тойчивость любых дисперсных систем зависит, в первую очередь, от неизменности их структурно-объемных свойств. Пена представляет собой дисперсную систему, в которой газовая фаза распределена в дисперсионной среде в виде мелких пузырьков. В1 том случае, когда размер пузырьков газа изменяется или они разрушаются, первоначальный объем пены уменьшается.
Отличительной особенностью пены, образуемой при соударении вытекающей струи с поверхностью раствора, является ее высокая кратность, что связано с формированием пены из относительно крупных пузырьков газа, которые разделены тонкими и непрочными межфазными пленками. При- использовании в качестве газовой фазы двуокиси углерода, пузырьки в пене, за1 счет растворения последнего в дисперсионной среде, быстро уменьшаются в размерах, изменяя, тем самым; объем пены. Это убедительно подтверждается кривыми 1 и 2, приведенными на рисунке 4,1. Кроме того, визуальное наблюдение за изменением дисперсного состава пузырьков воздуха с помощью проекционного микроскопа (увеличение 100х) подтверждает вывод о том, что уменьшение размеров пузырьков газа в пене, полученной с помощью углекислого газа, происходит значительно быстрее, чем в воздушной пене.
Особый интерес выданной работе представляла зависимость пенообра-зующей способности от рН среды, так как наличие в обрабатывающем растворе многоосновных карбоновых кислот значительно повышает его кислотность.
Проведенные исследования (диапазон изменения рН составлял: 1,86 -1,29) показали, что способность растворов к образованию пенььв кислой среде уменьшается (рис. 4.2). Причем уменьшение пенообразования в кислой среде показательно и для воздушной пены и для пены образованной в среде углекислого газа (кривые 1, 2 на рисунках 4.1, 4,2). В среднем способность к пенообразованию и в том и в другом случае уменьшается на 30%. Это подтверждает общее мнение о том, что растворы с пенообразователями на основе алкилсульфатов хуже пенятся в кислой среде.
