Содержание к диссертации
Введение
1 Крашение тканей из смеси синтетических и природных волокон 11
1.1 Современное состояние и перспективы использования пигментов 11
для крашения целлюлознополиэфирных тканей
1.2 Колорирование высокопрочных текстильных материалов на основе арамидных волокон
1.3 Перспективные способы колорирования и придания функциональных свойств текстильным материалам с использованием пленкообразующих полимеров
2. Методическая часть 42
2.1 Характеристика объектов исследования 42
2.1.1 Используемые текстильные материалы 42
2.1.2 Текстильные пигменты и полимерные препараты, используемые в работе
2.2 Методики исследования процесса крашения пигментами текстильных материалов
2.2.1 Методика приготовления красильной композиции 45
2.2.2 Методика крашения текстильного материала плюсованием 45
2.2.3 Колорирование способом ламинирования (ракельным нанесением)
2.2.4 Методика получения световозвращающего покрытия на ткани 45
2.2.5 Методика фиксации световозвращающих покрытий 46
2.3 Методики исследования свойств окрашенных текстильных материалов
2.3.1 Спектрофотометрические методы исследования и определение интенсивности цвета, окрашенных текстильных материалов
2.3.2 Оценка общего цветового различия окрасок 47
2.3.3 Оценка качества колорирования текстильных материалов микроскопическим методом
2.3.4 Спектроскопические методы исследования ИК-спектроскопия (МНПВО)
2.4 Методики определения устойчивости окрасок 49
2.4.1 Определение устойчивости окрасок к стиркам 49
2.4.2 Определение устойчивости окрасок к сухому трению 50
2.5.1 Метод определения стойкости к истиранию 50
2.5.2 Определение водоотталкивающих свойств 52
2.5.3 Методика определения воздухопроницаемости текстильного материала
2.5.4 Методика определения разрывной нагрузки и разрывного удлинения
2.5.5 Определение малосминаемости ткани 53
2.5.6 Определение изменения размеров после мокрой обработки 55
2.5.7 Определение жесткости ткани по методу «консоль» 56
2.6 Методика оценки качества световозвращающих текстильных материалов микроскопическим методом
2.7 Методы математической обработки данных 57
3. Экспериментальная часть 59
3.1 Обоснование возможности проведения пигментного крашения хлопкополиэфирных тканей с использованием полимеров отечествен ного производства
3.1.1 Оценка эффективности использования полимеров в качестве модификаторов поверхности окрашенных текстильных материалов
3.1.2 Обоснование эффективности технологии колорирования малокомпонентной композицией на основе пигмента и полимера тканей различного волокнистого состава
3.2 Совмещенная технология крашения и заключительной отделки текстильных материалов с применением отечественных полимерных препаратов
3.3 Технология колорирования текстильных материалов из параарамидных волокон 3.4 Оценка эффективности использования отечественных акриловых полимеров в качестве модификаторов текстильного материала под струйную и переводную термопечать
3.5 Технология получения эффекта световозвращения на текстильном материале с использованием полимеров отечественного производства
Заключение 124
Список использованной литературы
- Колорирование высокопрочных текстильных материалов на основе арамидных волокон
- Текстильные пигменты и полимерные препараты, используемые в работе
- Определение устойчивости окрасок к сухому трению
- Обоснование эффективности технологии колорирования малокомпонентной композицией на основе пигмента и полимера тканей различного волокнистого состава
Колорирование высокопрочных текстильных материалов на основе арамидных волокон
В современных условиях при расширении ассортимента текстильных материалов всю большую актуальность приобретают технологии производства универсальных тканей из смеси волокон. Смесовые ткани соединяют в себе различные эксплуатационные и физико-химические свойства волокнистых составляющих. Однако достижение равномерного и прочного крашения смесовых тканей и на сегодняшний день связано с некоторыми трудностями.
Сложность крашения материалов из смеси волокон заключается в том, что природные и химические волокна по своей структуре являются антиподами: природные волокна — гидрофильные, пористые, нетермопластичные; химические — гидрофобные, малопористые, прочные, термопластичные. Для получения ровных, ярких и устойчивых окрасок необходимым является правильный подбор красителей и условий крашения, при которых достигаются высокая степень фиксации красителей и интенсивность окрасок. Задача ко-лорирования материалов из смеси волокон может быть решена различными путями [1-3]. Так, химические волокна, используемые в смеси с природными, можно вырабатывать уже окрашенными. Такой способ называют «крашение в массе». Он состоит в том, что пигменты или красители вводят в раствор или расплав полимера перед или в процессе его прядения. Для «крашения в массе» чаще используют красители, растворимые в прядильных растворах или расплавах, а также высокодисперсные пигменты. В промышленности этот способ применяется при крашении полихлорвиниловых и полиолефино-вых волокон, которые в готовом виде практически не окрашиваются. Однако крашение химических волокон в массе экономически целесообразно только при выпуске больших партий (не менее 20 тонн). Поэтому этот способ применяется для получения распространенных цветов: черного, серого, коричне-11 вого, синего, зеленого. Таким образом, использование окрашенных в массе химических волокон лишает текстильную промышленность возможности выпускать продукцию модных цветов и оттенков, вызывает необходимость хранить большие запасы окрашенного волокна на складах [4-5]. Для получения светлых (пастельных) тонов возможно крашение только одной составляющей смесовой ткани. Благодаря гомогенности смеси визуально создается впечатление однотонной светлой окраски всего материала, но по мере увеличения глубины и интенсивности оттенка окрашивание одного из волокнистых компонентов оказывается недостаточным [6-8].
Возможно также получение меланжевого эффекта за счет окрашивания одного из компонентов смесовой ткани, так называемый «дефект в эффект».
Применяется колорирование текстильных материалов из смеси волокон с использованием красителей двух классов, каждый из которых фиксируется на одной из составляющих смесовой ткани. Этот способ находит широкое распространение, так как позволяет получить однотонную окраску любой интенсивности [9].
Используется применение красителей одного класса, которые на обеих составляющих разной природы должны обеспечить ровную однотонную окраску.
Существенное значение при колорировании текстильных материалов из смеси волокон имеет подбор красителей, иногда смеси красителей, применение вспомогательных веществ, выбор технологии колорирования, [10] обеспечивающих одинаковую прочность и равномерную интенсивность окрасок смесовых текстильных материалов. При использовании красителей одного класса для окрашивания тканей из смеси волокон чаще всего можно получить окраски лишь светлых и средних тонов. Поэтому долгое время в России и по всему миру в целом, использовались различные смеси красителей для окрашивания многокомпонентных текстильных материалов [11].
При крашении смесью красителей, каждый из которых закрашивает одну из волокнистых составляющих, красители выбираются с учетом химического и физического строения волокнистых составляющих ткани. Причем основной принцип выбора – наличие сродства красителя к волокну и способность его диффундировать во внутреннюю структуру волокна [12]. Так, например, крашение смеси из полиэфирного и целлюлозного волокна осуществляется следующим образом: для окрашивания полиэфирной составляющей используются дисперсные красители, а целлюлозной – красители других классов (активные, кубовые); при этом в условиях однованного крашения должны соблюдаться условия совместимости красителей, содержащихся в смесях по химической активности и температурным режимам колорирования.
В связи с увеличением выпуска тканей из смесей натуральных и химических волокон крашение пигментами приобретает особое значение. Пигменты идеальны по совместимости для крашения волокнистых субстратов любого состава. Пигменты заняли одно из ведущих в мире мест в крашении текстильных материалов и, прежде всего, из смеси волокон (45% всего мирового крашения осуществляется с использованием пигментов) [13].
Общеизвестно, что в роли пигментов могут выступать нерастворимые бариевые соли и другие соли азокрасителей, лаки протравных красителей, нерастворимые азокрасители, кубовые красители, фталоцианины, макроцик-лические соединения и многие другие вещества [14-16].
Свойства и классификации пигментов широко представлены в научной литературе как зарубежными, так и отечественными авторами [17-19]. Крашение пигментами происходит путем образования на волокнах при термообработке пленки из пластичной термореактивной смолы, которая фиксирует (приклеивает) пигмент к поверхности волокон различной природы. При этом исключены факторы, определяющие несовместимость компонентов красильной композиции.
Пигментное колорирование дает возможность равномерного окрашивания текстильных материалов из смесей натуральных и химических волокон [20]. Преимуществом пигментного крашения являются сравнительная простота и сокращение технологического процесса в результате исключения операции промывки окрашенных тканей, снижение затрат на водопотребле-ние, возможность получения окрасок с высокими показателями по свето-прочности (особенно при окрашивании в светлые тона).
Последние достижения полимерной химии ведущих фирм мира (CHT R. BEITLICH GmbH (Германия), Basf (Германия), Clariant Consulting (Швейцария) и др.) позволяют с помощью пигментов получить прочное, равномерное и интенсивное окрашивание текстильных материалов с мягким грифом. Кроме того, пигменты – это единственный класс красителей, который хорошо сочетается пленкообразующими и сшивающими полимерами различной природы. Такое крашение можно совмещать с заключительной отделкой, придавая тканям свойства несминаемости или водоупорности за счет использования полимера с соответствующими свойствами [21,22].
Получение устойчивой к химическим и физико-механическим воздействиям ровной окраски с заданными колористическими характеристиками (интенсивность окраски, цвет, оттенок) является основным требованием, предъявляемым к качеству окрашенного текстильного материала. Устойчивость окрасок при пигментном крашении зависит в различной степени от свойств самих пигментов и пигментной композиции, причем показатели устойчиво-стей делятся на две группы: 1) в большей степени (на 80% и более) зависящие от свойств пигментов; 2) в большей степени зависящие от свойств композиции [23].
Текстильные пигменты и полимерные препараты, используемые в работе
Водоотталкивающие свойства определяли в соответствии с ГОСТ 29104.16-91 [262]. Элементарные пробы 100 Х 100 испытываемой ткани помещают на стекло, подводят под край капельницы, закрепленной на штативе, и наносят на них 10 одинаковых по размеру капель раствора дистиллированной воды. Расстояние от элементарных проб до кончика капельницы должно быть 15-20 мм. Элементарные пробы с нанесенными на них каплями накрывают чашкой Петри и оставляют на 6 часов.
Ткань считают водоотталкивающей, если 10 капель, нанесенные на элементарные пробы, оставались на поверхности ткани, не впитываясь в нее в течении 6 часов.
Воздухопроницаемость определяли в соответствии с ГОСТ 12088-77 «Материалы текстильные и изделия из них. Метод определения воздухопроницаемости» [263]. Для испытаний применяли прибор марки УПВ-2. Время испытания материалов (каждой продувки) составляло 50 с. Для текстильных 64 материалов применяли столик с отверстием площадью 20 см2 . Точечную пробу испытуемого материала укладывали на столик лицевой стороной вверх и прижимали к столику с помощью нагрузочного приспособления. Регистрировали первоначальное показание счетчика и показание счетчика по истече-52 нии времени испытания. Разница показаний счетчика характеризует объем воздуха, прошедший через площадь испытуемой точечной пробы за заданное время при заданном разрежении воздуха под точечной пробой. Воздухопроницаемость Q1 (дм3 /м2 с) вычисляли по формуле: кзр 10000 (210) S T где S- испытуемая площадь, см2 ; - время испытания, с, Vср - среднеарифметическое значение объема воздуха.
Определение разрывной нагрузки и разрывного удлинения синтетических волокнистых материалов осуществляли в соответствии с ГОСТ 10213.2-2002 «Волокно штапельное и жгут химические. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве» [264] на модернизированной разрывной машине типа 2099Р-5. Образцы нетканого полотна и ткани размером 120 х 20 мм , нитей длиной 30 см выдерживали в постоянных условиях в эксикаторе в соответствии с ГОСТ 10681-75 [260]. Растяжение образцов до разрыва осуществляли со скоростью 250 мм/мин. Одновременно автоматически записывались диаграммы растяжения волокнистых материалов и определялись коэффициенты вариации измерений. Проводили 10 параллельных измерений.
Несминаемость определяли в соответствии с ГОСТ 19204-73 «Полотна текстильные. Метод определения несминаемости» [265]. Сущность метода заключается в измерении отдельно для продольного и поперечного направлений полотна или штучного изделия угла восстановления в результате отдыха после нагружения при заданном давлении в течение определенного времени полоски ткани, сложенной под углом 180. Вырезают пять образцов Т-образной формы в продольном и поперечном направлении так, чтобы каждый последующий образец не был продолжением предыдущего. Посередине образца указывают продольное направление полотна. Размеры образца должны соответствовать размерам, указанным на рисунке 2.4.
Рисунок. 2.4 Т-образный образец Для проведения испытаний применяют смя-тиемер СМТ, который предназначен для определения несминаемости текстильных полотен толщиной до 2 мм. Подготовленные к испытанию образцы помещают на барабане лицевой стороной вниз под прижимные пластины, подъем которых осуществляют рычагами. Образцы закрепляют так, чтобы их края совпадали с Т-образным контуром, начерченным на пластинке поворотного барабана. С помощью вилки перегибают рабочие части образцов и опускают вниз лапки предварительного нагружения нажатием на их головки. Лапки создают предварительное нагружение и удерживают образцы в сложенном состоянии. При этом угол сгиба образца будет равен 180, а площадь петли образца, находящейся под лапкой, будет равна 1,5 см2. Затем к образцам, сложенным в петлю, подводят основную нагрузку, равную 1,5 даН, и в течение 15 мин подвергают их нагружению. При этом давление на 1 см2 элементарной пробы должно быть 98,1 кПа.
Через 15 мин с образцов снимают основную нагрузку и освобождают их от предварительной нагрузки. Одновременно включают секундомер и через 5 мин замеряют плоский угол, на который отойдет свободный конец образца. Этот угол и называют углом восстановления и измеряют в градусах с погрешностью ±1.
Определение устойчивости окрасок к сухому трению
На сегодняшний день актуальным для текстильной отрасли является производство так называемого «умного текстиля» [277], то есть текстиля с многофункциональными свойствами. При этом много внимания уделяется технологиям, предусматривающим поверхностную модификацию полимерами (т.е. нанесение на поверхность ткани полимерного препарата, позволяющего улучшить как колористические характеристики текстильных материалов, так и придать различные виды заключительной отделки). Поэтому, результаты изучения колористических и технических свойств модифицированных полимерами тканей с целью разработки новых технологий, в том числе, и совмещенных способов колорирования и заключительной отделки, являются востребованными.
Известно, что в результате нанесения на окрашенный материал полимерных покрытий, несмотря на улучшение прочности окрасок, во многих случаях может наблюдаться ослабление интенсивности, помутнение или заметное изменение оттенка окрашенного материала. Это связано, очевидно, с природой применяемых полимеров и видом заключительной отделки [278]. В связи с этим было интересно оценить влияние поверхностной модификации полимерами различной природы на качество окрасок. Модификацию осуществляли нанесением полимерного покрытия по технологии заключительной отделки при помощи плюсовки.
На рисунке 3.3. представлены результаты определения интенсивности окрасок после поверхностного нанесения полимеров на окрашенную ткань. За исходный образец взята окрашенная пигментами ткань без последующей обработки полимером. Повышение интенсивности окрасок после поверхностной модификации полимерами наиболее заметно на хлопкополиэфирной ткани.
Снижение интенсивности окрасок полиэфирной ткани после обработки полимером очевидно, связано с высокой упорядоченностью внутренней структуры волокна: полимер не может проникнуть глубоко в свободный объем волокна и образует равномерную блестящую пленку на поверхности ткани. Данный эффект подтверждается и визуальным наблюдением. Хлопчатобумажная ткань, имеющая разреженную структуру, которая позволяет полимеру легко проникать в межволоконное пространство и заполнять его, не перекрывая поверхность сплошной пленкой, также приводит к снижению интенсивности окрасок. Очевидно, это связано с частичным рассеиванием света в толще волокна.
Подобрав арсенал отечественных препаратов акриловой и уретановой природы, которые проявили себя, как полимеры, повышающие интенсивность получаемых окрасок (Ларус-33, Рузин -14 и, Акваполы (10,11,21)), мы провели серию исследований, посвященных выбору эффективного способа нанесения полимеров на уже окрашенную ткань. За основу технологии нами взяты существующий в зарубежной практике метод поверхностного нанесе-65 ния загущенных полимерных составов ракельным способом (способом ламинирования), как представлено на рисунке 3.4.
Было оценено влияние ракельного нанесения полимеров на колористические свойства текстильного материала, окрашенного различными пигментами (имперон красный РВ, морской синий). Крашение пигментами проводили пропиткой красильным составом с последующим плюсованием, сушкой и термофиксацией по классической технологии (см.мет. часть, раздел 2.2.2). На рисунках 3.5, 3.6 представлены результаты крашения пигментами хлоп-кополиэфирной ткани с последующей поверхностной модификацией полимерами, нанесенными ракельным способом с последующей сушкой и темо-фиксацией при температуре 130-140С в течение 3-4 минут. Для сравнения использовали отделочные импортные препараты Репелланы KFC и HYN, Па-дикол СА и отечественный сополимер на основе метакрилата, бутилакрилата, 2-этилгексилметакрилата, зарекомендовавший себя в качестве эффективного связующего в печати пигментами Рузин-14и [279] и мелкодисперсные полиуретаны марки «С».
Полученные результаты по интенсивности окрасок доказывают аналогичное воздействие полимеров при ламинировании поверхности ткани окрашенной различными пигментами. Повышение интенсивности окраски достигается при использовании Ларус-33, Рузина-14-И, Акваполов А-11 и А-21.
Обоснование эффективности технологии колорирования малокомпонентной композицией на основе пигмента и полимера тканей различного волокнистого состава
Технология крашения включает пропитку ткани красильным составом на плюсовке с отжимом 80-90 %, сушку и фиксацию на линии сушильно-ширильной типа Элитекса. С помощью математической аппроксимации экспериментальных данных по программе «Golden Software Surfer» показано (рисунок 3.38) при каких оптимальных сочетаниях компонентов в пигментной композиции получаются наилучшие качественные показатели окрасок. В качестве критериев оптимизации красильных композиций выбраны показате 101 ли интенсивности окрасок (k/s): исходного окрашенного образца, прочность к трению и прочность к вытиранию. Кривые уровня интенсивности окраски ks (а), ks белого образца (прочность к трению) (б) и ks вытертого образца (прочность к вытиранию) (в) при различном соотношении пигмента черного и Рузина-33.
Для выяснения механизма формирования красочного покрытия на па-раарамидной ткани нами получены микрофотографии как неокрашенного па-раарамида, так и окрашенного по предлагаемой рецептуре (Рисунок 3.39).
Схематически модель распределения пигмента и полимера в межволоконном пространстве параарамидного текстильного материала можно представить следующим образом (Рисунок 3.40)
Модель распределения пигментно-полимерной композиции в межволоконном пространстве парарамидной ткани
Предложенную схему можно описать следующим образом. Поскольку арамидные текстильные материалы имеют рыхлую надмолекулярную структуру и высокую капиллярность, то пигментная композиция без включения каолина легко проникает в межволоконную структуру и неравномерно распределяется как в толще, так и на поверхности материала. Равномерного распределения частиц пигмента в этом случае можно достичь либо при использовании полимеров с более «жесткой» структурой [302], но при этом гриф ткани становится жестким, либо введением минерального наполнителя [295-300].
При введении каолина красильная композиция становится более структурированной, поверхность окрашенного субстрата – однородной, окраски при этом получаются более интенсивными и прочными.
Таким образом, разработана технология пигментного крашения пара-арамидных тканей пигментом в глубокие черные цвета. При этом использованы отечественные связующие акриловой природы [304].
Технология крашения параарамидной нити в глубокий черный цвет успешно прошла полупроизводственную проверку на предприятии ООО «Ара-мид» (г.Каменск-Шахтинский, см. акт испытаний в Приложении 3).
Оценка эффективности использования отечественных акриловых полимеров в качестве модификаторов текстильного материала под струйную и переводную термопечать Технология цифровой или переводной печати по целлюлозосодержа-щим тканям заключается в нанесении сублимационных красителей на специально обработанную поверхность текстильного материала. При этом от подготовки поверхности, и, в большей степени, от полимерного модификатора зависят и устойчивость полученных окрасок, и мягкость грифа ткани, и качество цветопередачи.
Зарубежные технологии сублимационной печати, а также химическая природа применяемых для предварительной обработки ткани полимерных препаратов производителями не раскрываются, что приводит к трудностям импортозамещения и удорожанию всей технологии колорирования.
Поскольку процесс сублимационного перехода дисперсных красителей на синтетическую ткань по классической схеме осуществляется с переводной бумаги, то эту технологию мы и взяли за основу в дальнейших исследованиях. В качестве эталона для исследования взята переводная бумага зарубежного производства.
При реализации переводной печати на целлюлозосодержащие ткани в качестве сублимационных праймеров, подготавливающих ткань к восприятию дисперсных красителей, использованы препараты – сополимеры метак-риловых мономеров и стирола – серии рузинов, ларусов, а также полимеры на основе уретанов – акваполы, выпускаемые отечественными производителями (ООО «Оргхимпром», ООО «Сван», ОАО «Пигмент», ЗАО «Макромер» и др.).
Для выбора условий осуществления процесса сублимации был прове-дн ряд экспериментов, в которых в качестве объекта исследования использовали хлопкополиэфирную ткань с содержанием 67% синтетической и 33% хлопковой составляющих. Для эффективного перехода красителя на текстильный материал необ-104 ходимым является выбор температурно-временных условий процесса сублимационного переноса дисперсного красителя с бумажной подложки на текстильный материал. При температурах от 200 до 210 оС, достигаемых в термопрессе модели SFS-MO4B, время воздействия составляло от 5 до 60 секунд. Зависимость интенсивности получаемой окраски от времени термообработки при переносе красителя с бумажной подложки на ткань приведена на рисунке 3.41.
При температуре 210о С наилучший результат по интенсивности окрасок (при этом учитывалась и степень переноса красителя с бумажной подложки, и отсутствие пожелтения ткани) получен при длительности термовоздействия 40 секунд.
Влияние длительности термообработки при переводной печати на интенсивность окрасок на хлопколавсановой ткани.
После выбора эффективного полимерного препарата определены оптимальные технологические и концентрационные параметры обработки тканей, обеспечивающие получение качественного термопереноса красителя на текстильный материал.
Поскольку эффект переноса красителя на ткань зависит от толщины полимерного слоя, необходимо было определить оптимальную концентрацию препарата, обеспечивающую эффективную сублимацию дисперсного красителя.
Эксперимент проводили на текстильных материалах с различным во локнистым составом, среди которых особый интерес представляли хлопчато бумажные, полульняные, хлопкополиэфирные ткани. Предварительное праймирование ткани осуществляли препаратом Ларус-33 при различных его концентрациях путем ракельного нанесения на ткань загущенной композици ей полимера, после чего осуществляли сушку, термоперевод красителя с бу маги на ткань и анализ интенсивности полученных окрасок. Из рисунка 3.42 можно видеть, что для большинства тканей повышение концентрации препарата более 150 г/л нецелесообразно, так как на степень переноса красителя оно влияет несущественно. Поэтому оптимальной концентрацией полимера является 150 г/л состава.