Введение к работе
Актуальность темы. В ходе текстильной переработки происходит последовательное формирование из волоконной массы ровницы, ленты, пряжи и ткани. Все эти процессы сопряжены со значительными трудностями и эффективность их проведения целиком и полностью определяется комплексом поверхностных свойств перерабатываемых волокон, а, следовательно, и деформационными свойствами полупродукта. Идеальным является случай совпадения фрикционных свойств волокон с техническими возможностями текстильных машин. Между тем не только синтетические, но и природные волокна изначально характеризуются фрикционными и электрофизическими свойствами, которые делают текстильную переработку малоэффективной. Все это приводит к нерациональному использованию дорогостоящего сырья и снижению качества готовой продукции. Поэтому возникает необходимость в изменении, модификации поверхностных свойств волокон. Одним из традиционных способов придания текстильным материалам новых фрикционных и электрофизических свойств является обработка текстильно-вспомогательными веществами (ТВВ), в результате чего образуется новая поверхность трения. Нанесение на волокнистый материал ТВВ осуществляется в ходе замасливания - на стадиях приготовления из волокнистой массы пряжи, и шлихтования - при получении ткани. Этим двум важным операциям на наш взгляд уделяется незаслуженно мало внимания. Прослеживается общая тенденция эмпирического подхода к подбору компонентов замасливающих и шлихтующих композиций. Нет необходимости говорить о том, что в условиях постоянно изменяющегося качества сырья невозможно сохранить на должном уровне эффективность текстильной переработки, поскольку в реальном технологическом процессе невозможно выяснить и устранить причины несоответствия фрикционых свойств материала техническим возможностям оборудования.
Таким' образом, проблема соответствия поверхностных свойств текстильных материалов техническим возможностям оборудования остается чрезвычайно АКТУАЛЬНОЙ : при правильном подборе ТВВ может быть легко переработано сырьё любого качества и различного волокнистого состава.
Важно отметить, что, в отличии от замасливания, в шлихтовании до настоящего времени не изучались поверхностные свойства ошлихтованной пряжи. Отсутствие исследований по данному вопросу, по-видимому, связано с укоренившимся мнением - нанесение на поверхность пряжи шлихты приводит к уменьшению коэффициентов трения, однако это нуждается в экспериментальном подтверждении.
Настоящая работа посвящена всестороннему изучению процессов модификации поверхности и комплексной опенке происходящих при этом
изменений фрикционных и электрофизических' свойств различных волокнистых материалов, и направлена на выявление принципиальной возможности регулирования фрикционных свойств волокон путем целенаправленного воздействия поверхностно-активных препаратов на физико-химические характеристики, ответственные за распределение и взаимодействие замасливающих и шлихтующих композиций с текстильным материалом.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГХТА, государственными научно-техническими программами "Текстиль", "Университеты России", "Легтекс", а также "Химтекс" и гранта 4-37.
Цель работы заключалась во всестороннем исследовании процессов модификации поверхности и комплексной оценке происходящих при этом изменений фрикционных и электрофизических свойств различных волокнистых материалов. В задачи исследования входило также изучение принципиальной возможности целенаправленного воздействия поверхностно-активных препаратов на физико-химические характеристики, ответственные за распределение и взаимодействие замасливающих и шлихтующих композиций с текстильным материалом, которое и явилось бы основой регулирования фрикционных свойств волокон.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие этапы работы:
- комплексная оценка влияния различных поверхностно-активных веществ (ПАВ) на смазывающую способность традиционно используемых замасливателей, поверхностные свойства волокон различной природы и обоснование возможности их прогнозирования;
-классификация композиций на основе ПАВ и промышленно используемых замасливателей в различные группы в зависимости от степени и характера изменения фрикционных свойств природных и синтетических волокон;
-разработка и производственная проверка нового замасливателя для эффективной текезильной переработки смесей природных и синтетических волокон;
-системное исследование влияния различных ПАВ на смачивающие, адгезионные свойства и деформационное поведение традиционной крахмальной шлихты;
-выявление механизма специфичного и избирательного воздействия IIAB на структуру образующихся пленок шлихты и поверхностные, а также деформационные свойства и усталостные характеристики ошлихтованной пряжи;
-создание композиционного модификатора традиционной шлихты на основе целенаправленного подбора компоненто" ПАС ;і сто прс!«?чодсг-венная проверка.
Общая характеристика объектов и методой исследования. В работе использовались шерстяная и полиэфирная ленты, вискозное волокно, камвольная и хлопчатобумажная пряжа; текстильно-вспомогательные вещества: замасливателн Б-73 и Рицинокс К-9, крахмалопродукты, а также ПАВ производства Ивхимпром (катионактивные : выравниватели марок А и АН, триамон; анионактивные : сульфорецинат Е, авироли марок 11, 31, ОГ, карбозалин КЖ, препараты НМС-243, НТС, ДНС-А, лигносулъфонат (ЛСТ Na) марки А); неионогенные : неонол АФ 9/10, оксанолы марок ОДМ, CD-IS, синтанолы марок БВ, ДТ-2, ДТ-7, ДС-10, сшггамид -5, эмульгаторы ОП марок 4,7,10, моноэтаноламиды, препарат ОС-20); гидроксид натрия и окислитель-хлорамин Т. Поскольку все ПАВ, являясь техническими продуктами, различаются содержанием основного компонента, то в каждом случае производился пересчет на основное вещество н приведенные в работе концентрации означают количество активного компонента.
Экспериментальные исследования проводились с привлечением современных методов физико-химического анализа: рентгеноструктурного, внекозиметрического, микроскопии ультратонких поперечных срезов. Деформационные и усталостные характеристики текстильных материалов, а также поверхностные свойства волокон определялись по методикам, предусмотренным государственными стандартами. При создании новых композиционных препаратов использовался метод математического моделирования.
Научная новизна. Впервые выявлена и экспериментально обоснована принципиальная возможность целенаправленного изменения физико-химических свойств традиционно используемых замасливающих и шлихтующих композиций посредством включения поверхностно-активных препаратов, которое дает возможность осуществлять регулирование поверхностных свойств волокнистого материала.
Наиболее существенные теоретические- результаты, полученные в работе:
предложен новый подход к подбору компонентов замасливающих и шлихтующих композиций с целью придания текстильным материалам заданных свойств поверхности, обеспечивающих высокую эффективность текстильной переработки;
изучены структурные изменения шлихтующих систем в процессах набухания, кпейстеризации, окислительной обработай крахмала;
- выявлен механизм взаимодействия различных поверхностно-
активных веществ с амилозой крахмала, показано, что образующиеся
комплексы амилоза - ПАВ характеризуются различной стабильностью, в случае образования устойчивых комплексов определены величины межплоскостных расстояний;
доказана возможность улучшения с помощью различных поверхностно-активных веществ смазывающей способности замасливателя типа Б-73, основой которого является минеральное масло;
разработана классификация изученных замасливающих композиций в зависимости от степени и характера изменения поверхностных свойств;
впервые детально изучены поверхностные свойства ошлихтованных основ и выявлена их взаимосвязь с усталостными характеристиками.
Практическая значимость. Предложенная в работе классификация композиций различных ПАВ с традиционными замасливателями Б-73 и Рицинокс К-9 позволяет прогнозировать фрикционные свойства замасленных волокон и изменять их в нужном направлении в зависимости от качества сырья, вида полупродукта (ровницы, ленты), а также типа перерабатывающего оборудования. Это позволяет значительно повысить эффективность текстильной переработки и тем самым снизить непроизводительные потери дорогостоящего сырья, а также повысить качество готовой продукции. Классификация содержит практические рекомендации, на ее основе разработан новый замасливатель ПС, эффективность использования которого подтверждена производственными испытаниями
Создан и опробован в производственных условиях новый модификатор шлихты - композиционный препарат Шлихтол МГ. Разработана сбалансированная шлихтующая композиция, которая характеризуется уменьшенным на 30% содержанием крахмала, высокой пластичностью и кинетической устойчивостью. Ее использование позволяет снизить на 25% обрывность ошлихтованных основ в ткачестве.
В настоящее время АО Ивхимпром разработало на замасливатель ПС и Шлихтол МГ технические условия, препараты выпускаются в промышленном масштабе.
Автор защищает:
-теоретическое и экспериментальное обоснование принципиальной возможности регулирования поверхностных свойств волцкнистого материала путем целенаправленного подбора ПАВ как компонентов традиционно используемых замасливающих и шлихтующих композиций;
-разрабо ганую классификацию изученных замасливающих композиций в зависимости от степени и характера изменения поверхностных свойсгв текстильных материалов;
-выявленный механизм взаимодействия различных ПАВ с амилозой крахмала, характеризующийся образованием комплексов (амилоза - ПАВ) различной стабильности;
-установленную закономерность между способностью различных ПАВ образовывать с амилозой крахмала комплексное соединение, неразрушающееся в процессе пленкообразования, и поверхностными свойствами ошлихтованных основ, а также выявленную взаимосвязь состояния поверхности и усталостных характеристик пряжи;
-созданные композиционные препараты : замасливатель ПС и Шлихта» МГ.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку:
-на VI Международной конференции "Сольватация и комплексообра-зованне", Иваново, 1995;
- на научно-практической конференции преподавателей и сотрудников ИГХТА, 1995;
-на международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности " (Прогресс -95), Иваново, 1995;
-на II Международном Конгрессе колористов "За возрождение Российского текстиля", Иваново, 1996;
-на I Региональной конференции ИГХТА "Актуальные проблемы химии, химической технологии и химического образования", 1996;
-на конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии", Саратов, 1997;
-на I Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (Химия-97), Иваново, 1997;
Содержание представленных докладоэ отражено в тезисах вышеперечисленных конференций.
Структура и объем диссертационной работы . Диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (150 наименований) и приложение. Основная часть диссертационной работы изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 19 таблиц.
