Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы 12
1.1 Капиллярная структура волокнистых материалов 12
1.2 Физико-химические основы капиллярных процессов
1.2.1 Смачивание 21
1.2.2 Капиллярное проникание в волокнисто-пористые материалы
1.3 Влияние поверхностно-активных веществ на смачивание текстильных материалов 40
1.4 Адсорбция из растворов поверхностно-активных веществ на волокнах текстильных материалов
1.4.1 Общие закономерности адсорбции из растворов на твердых адсорбентах 50
1.4.2 Молекулярная адсорбция поверхностно-активных веществ
из водных растворов 58
1.4.3 Адсорбция ионогенных ПАВ из водных растворов 60
1.5 Капиллярные процессы в основных технологических этапах отделки тканей 62
1.6 Выводы по обзору литературы 69
ГЛАВА II. Теоретическая часть 71
2.1 Метод определения распределения капиллярного пространства тканей по размерам капилляров 71
2.1.1 Общие закономерности капиллярных свойств текстильных материалов 71
2.1.2 Определение объема капиллярного пространства текстильных материалов и распределения его по размерам- капилляров ;; 78
2.1.2.1 Кинетический метод 78
2.1.2.1.1 Пример расчета распределения .капиллярного пространства» ткани по размерам капилляров 84
2.1.2.Г.2 Построение кривых распределения капилляров ткани по размерам 88
2.1.2.2 Равновесныйвесовой метод 89
2.2 Определение степени очистки ткани, от масляных загрязнений по капиллярности 91
213 Определение краевого угла смачивания модифицированной ткани по водоупорности 94
2.4 Определение характеристики динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАШразличной концентрации 96
ГЛАВА III Методики эксперимента и объекты исследования 98
3.1 Методики эксперимент 98
3.1.1 Определение капиллярности текстильных материалов 98
3.1.2 Определения.объема поглощенной жидкости тканью 99
3.1.3 Определение электрокинетического (Q потенциала волокон ткани 99
3.1.4 Определение удельной активной поверхности ткани 101
3.1.5 Определение поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ и текстильно-вспомогательных веществ 103
3.1.6. Интерферометрический метод определения адсорбции» ПАВ. на волокнах 106
3.1.7 Определение водоупорности ткани методом пенетрации 108
3 3.2 Объекты исследования 110
3.3 Применение ПЭВМ для обработки экспериментальных данных 113
ГЛАВА IV. Результаты эксперимента и их обсуждение 114
4.1 Влияние степени очистки на капиллярность и гидрофобизацию тканей 114
4.2 Определение краевого угла смачивания модифицированной ткани
по водоупорности 118
4.3 Влияние поверхностно-активных веществ на капиллярное впитывание растворов тканями и динамическая адсорбция 121
4.4 Влияние поверхностной модификации тканей на капиллярность
4.4.1 Ферментативная обработка и капиллярность 129
4.4.2 Плазмообработка и капиллярность 132
4.5 Влияние природы волокон текстильных материалов на капиллярность и поверхностные свойства 140
4.5.1 Удельная активная поверхность 140
4.5.2 Влияние состава смесей нетканых материалов и их предыстории на капиллярность 142
4.5.3 Влияние состава смесей нетканых материалов на электрокинетический потенциал
Выводы 147
Основные материалы диссертации изложены в следующих публикациях и докладах 149
Результаты диссертационной работы были использованы в работах 152
Список цитированных источников литературы
- Физико-химические основы капиллярных процессов
- Определение объема капиллярного пространства текстильных материалов и распределения его по размерам- капилляров
- Определения.объема поглощенной жидкости тканью
- Влияние состава смесей нетканых материалов и их предыстории на капиллярность
Введение к работе
Актуальность темы. Любой процесс облагораживания или модификации волокон текстильных материалов в жидкой среде связан с пропиткой, которая определяется капиллярными свойствами материалов. В настоящее время в качестве основной характеристики капиллярности принята высота подъема жидкости по вертикальному образцу за определенный период времени, чаще всего за 30 минут. Вместе с тем, эта характеристика не однозначна, так как высота подъема определяется двумя параметрами тканей, а именно размером капилляров (радиус капилляров г), которые являются зависимыми от толщины волокон ткани - структурная характеристика, и работой смачивания (As = Gcos) - энергетическая характеристика. Высота подъема в равновесном состоянии связана с указанными характеристиками уравнением Лапласа
2crcos@ А
Н = = const — q)
pgr г '
где G— поверхностное натяжение смачивающей жидкости, cos 0- косинус краевого угла смачивания жидкостью волокон внутри капилляров, р - плотность смачивающей жидкости, g - ускорение силы тяжести, As - работа смачивания.
Очевидно, что любая модификация поверхности волокон приводит к изменению как радиуса капилляров, так и работы смачивания, а влияние этих параметров противоположно. Поэтому, разработка такого метода, который позволял бы раздельно определять как структурный, так и энергетический параметры тканей, несомненно является актуальной. Именно такая задача и стояла при выполнении данной работы.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы: - выявление эмпирических закономерностей, связывающих капиллярность текстильных материалов с природой волокон и их поверхностной модификацией; - разработка методов оценки качества очистки тканей и поверхностной модификации волокон по капиллярным характеристикам тканей, что позволяло бы однозначно и количественно охарактеризовать процессы облагораживания, очистки от загрязнений и поверхностной модификации не только внешней поверхности волокон текстильных материалов, но и внутри тканей на поверхности капилляров.
В работе использованы методы технологии подготовки, облагораживания и поверхностной модификации волокон текстильных материалов, физической и коллоидной химии, прикладной математики, регрессионного анализа, текстильного материаловедения, а также программы для ЭВМ.
В результате исследования предложен впервые: комплекс методов для характеристики эффективности очистки тканей от загрязнений и их поверхностной модификации.
По результатам исследования был проведен отбор некоторых образцов нетканых материалов для создания специальных фильтров для фильтрования биологических жидкостей, что явилось одним из практических приложений результатов данной работы.
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научных исследований кафедры аналитической, физической и коллоидной химии ГОУ ВПО
4 «МГТУ имени А.Н.Косыгина» в рамках договора о научном сотрудничестве с ООО «НИЦ «Вискоза» (Московская область, г. Мытищи).
Общая характеристика объектов и методов исследования. Исследовались хлопчатобумажная, шерстяная и шелковая ткани, а также смесовые ткани и нетканые материалы, различные по составу и способам их поверхностной модификации.
В работе применялся комплекс современных аналитических и физико-химических методов исследования (фотоколориметрия, потенциометрия, атомная силовая микроскопия), а также специально сконструированные установки для определения капиллярности, объема поглощенной жидкости тканями и неткаными материалами, электрокинетического потенциала волокон.
Научная новизна. В работе разработаны новые методы:
оценки качества удаления загрязнений из капилляров тканей, гидрофобной модификации волокон текстильных материалов - способ оценки степени очистки ткани от масляных загрязнений и краевого угла смачивания модифицированных тканей;
определения характеристики динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ различной концентрации на волокнах внутри капилляров, с целью получения характеристик тканей, которые ранее были недоступны;
Проведена экспериментальная апробация метода определения распределения капилляров ткани по размерам и энергетической характеристики поверхности волокон - косинуса краевого угла смачивания.
Практическая значимость. Разработанные новые методы позволяют прогнозировать результаты поверхностной модификации тканей и нетканых материалов с целью получения заданных свойств. На основании проведенных исследований капиллярных свойств в зависимости от состава и структуры нетканых материалов были даны рекомендации о возможности применения некоторых типов из них для использования в качестве компонентов фильтров для фильтрации биологических жидкостей.
Автор защищает;
экспериментальную апробацию метода определения распределения капилляров ткани по размерам и косинуса краевого угла смачивания;
универсальный способ оценки степени очистки ткани от масляных загрязнений;
универсальный метод определения гидрофобности модифицированной ткани по краевому углу смачивания, найденному из измерения капиллярности и водоупорности;
метод определения динамической адсорбции по изменению работы смачивания волокон растворами ПАВ.
Личный вклад автора. Вклад автора является значительным на стадии анализа литературных источников, планирования эксперимента, выбора методов исследования, проведения экспериментов и обсуждения их результатов, обобщения и обработки экспериментальных данных.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на научно-технических конференциях и получили положительную оценку: на Всероссийских конференциях «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах «Фагран-2008», Воронеж, ВГУ, 2008 г.; «Фагран-2010», Воронеж, ВГУ, 2010 г.; Всероссийских научно-
технических конференциях аспирантов и студентов «Дни науки-2008 «Проблемы экономики, прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности», СПБ, СПГУТД, 2008 г.; «Дни науки-2010», СПБ, СПГУТД, 2010 г.; научной сессии Научного Совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Применение поверхностно-активных веществ в сельском хозяйстве: производство и переработка сельхозпродукции», Белгород, 2009 г.; 2-м Всероссийском семинаре «Физикохимия поверхностей и наноразмерных систем 2010». ИФХиЭх имени А.Н.Фрумкина РАН, Москва, 2010 г.; на научной сессии Научного совета по коллоидной химии и физико-химической механике РАН «Поверхностно-активные вещества в технологических процессах», Москва, МИТХТ, 2010 г.; Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2010), Москва, МГТУ имени А.Н.Косыгина, 2010 г.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 16 печатных работах, в том числе, 4 статьях в научных журналах, из них 3 в журналах, включенных в перечень ВАК РФ, 12 - в сборниках статей и материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Работа содержит введение, обзор литературы, теоретическую часть, методическую часть, результаты эксперимента и их обсуждение, выводы, список использованной литературы, включающий 109 наименований. Основная часть изложена на 160 страницах, содержит 66 рисунок и 11 таблиц. В приложении приведено 6 рисунков и 7 таблиц.
Физико-химические основы капиллярных процессов
Согласно А.Адамсону [10], термин «капиллярность» относится к поверхностям раздела, которые достаточно хорошо подвижны для образования равновесной формы. Наиболее характерными примерами являются мениски и капли, образованные жидкостями на воздухе или в другой жидкости, и тонкие пленки.
Как известно, экспериментальное исследование капиллярного подъема показало связь между смачиванием стенок капилляров и формой поверхности жидкости в капилляре (вогнутый мениск — при смачивании, выпуклый мениск — при отсутствии смачивания).
На явления смачивания еще в XVII веке впервые обратил внимание Р.Гук. Он обнаружил, что вода протекает через маленькие отверстия только под действием сильного давления. В XVIII веке Дж.Жюрен экспериментально доказал, что высота капиллярного подъема смачивающей жидкости в капиллярной трубке обратно пропорциональна ее диаметру. В начале XIX веке Т.Юнг при изучении смачивания показал, что форма капли на твердой поверхности определяется соотношением сил молекулярного притяжения между молекулами жидкости и твердого тела и взаимным притяжением молекул жидкости; кроме того, он дал представление о краевом угле как количественной характеристике смачивания. В тот же период П.С.Лаплас вывел уравнение для расчета кривизны поверхности жидкости в капиллярах. Он определил, что искривление, зависящее от характера смачивания твердой поверхно 20 сти, создает дополнительное давление, которое и вызывает подъем смачивающей жидкости в капилляре. В конце XIX века Д.У.Гиббс получил уравнение, устанавливающее зависимость краевого утла от поверхностных натяжений на границах раздела фаз, участвующих в смачивании. В начале XX века Л.Г.Гуревич и И.Ленгмюр определили, что большое влияние на смачивание оказывает адсорбция поверхностно-активных веществ.
Принципиально важные результаты в 30-е годы получили П.А.Ребин-дер (гистерезис смачивания), А.Н.Фрумкин (методы управления смачиванием), Б.В.Дерягин (расклинивающее давление).
В осуществлении многих природных и технических процессов, и, в частности, процессов пропитывания капиллярно-пористых систем, какими являются ткани, трикотаж, нетканые материалы, весьма важная, если не определяющая, роль принадлежит смачиванию. Смачивание может происходить по-разному. В одном случае процесс идет при полном погружении твердого тела в жидкость - такое смачивание называется иммерсионным. В этом процессе участвуют две фазы - жидкость и твердое тело. Интенсивность взаимодействия этих фаз на поверхности раздела характеризуется теплотой смачивания, поскольку процесс смачивания вследствие уменьшения поверхностной энергии сопровождается выделением тепла. Теплота смачивания 1 см поверхности обычно колеблется в пределах 4,2 -10 - 4,2 10 Дж.
Другой случай — контактное смачивание, в нем участвуют три фазы — жидкость, газ (или другая жидкость), твердое тело. Иногда возможны и четыре фазы — твердое тело, газ, две жидкости; в этом случае имеет место избирательное смачивание. Для характеристики контактного смачивания служит, прежде всего, величина краевого угла, то есть угла между поверхностями жидкости и твердого тела на границе с окружающей средой. Рассмотрим типичные случаи контактного смачивания [1].
Взаимодействие молекул жидкости с твердым телом сильнее, чем взаимодействие молекул жидкости между собой. Жидкость, нанесенная на твердое тело, растекается по поверхности этого тела, то есть смачивает ее.
Силы взаимодействия молекул жидкости между собой больше, чем силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Смачи вания не происходит, жидкость не будет растекаться по поверхности твердо го тела, а соберется в каплю, которая при отсутствии действия силы тяжести должна была бы иметь почти сферическую форму. На практике мы чаще всего встречаемся с различными случаями неполного смачивания, когда капля жидкости, нанесенная на поверхность твердого тела, образует с этой поверхностью определенный угол 0 (рисунок 1.3), то есть угол между касательной к поверхности капли и смоченной поверхностью твердого тела. Этот угол называется краевым углом, или углом смачивания. Вершина угла находится на линии смачивания; измерение его производится со стороны жидкой среды. Замкнутая линия смачивания, например окружность основания капли, называется периметром смачивания.
Краевой угол, устанавливающийся в момент, когда система находится в состоянии термодинамического равновесия, называется равновесным. Краевой угол, измеренный при отклонении системы от термодинамического равновесия, что может наблюдаться при растекании жидкости по поверхности твердого тела или вследствие различных физико-химических процессов, называется неравновесным.
Определение объема капиллярного пространства текстильных материалов и распределения его по размерам- капилляров
На основе анализа формы начального участка выделены 4 характерных класса изотерм. Деление изотерм на типы проводится на основании изменения формы кривой при более высоких концентрациях. Наиболее общим является класс L (класс изотерм Ленгмюра), на начальном участке изотермы этого класса выгнуты относительно оси концентраций. Изотермы L—2 характерны насыщением адсорбционного слоя при определенной концентра 53 ции, выше которой адсорбция достигает предела. Если адсорбция продолжается и после насыщения монослоя, то возможны изотермы L—3, которые при насыщении адсорбционного слоя и появлении второго плато переходят в изотермы L—4. Для изотермы L—5 характерно наличие максимума. Как правило, это возможно в результате какого-либо изменения состояния, происходящего с растворенным веществом, например, при мицеллообразовании или при наличии примесей высокоактивных веществ, находящихся в виде ассо-циатов с другими молекулами.
Класс изотерм S характерен вогнутостью начального участка относительно оси концентраций. При последующем увеличении концентрации возможна точка перегиба, что придает таким изотермам S -образный вид. При более высоких концентрациях может происходить насыщение монослоя, образование полимолекулярного слоя и появление второго плато, а также может быть максимум на кривой при вытеснительной адсорбции или при изменении состояния растворенного вещества.
Изотермы класса Н отличаются высоким сродством адсорбата к адсорбенту. Они наблюдаются при чрезвычайно сильной энергии адсорбции и в области очень малых концентраций пересекаются с осью ординат.
Класс С отличается линейным начальным участком изотерм, что указывает на постоянство константы распределения растворенного вещества между адсорбционным слоем и раствором. Такие изотермы достаточно часто наблюдаются для микропористых адсорбентов (волокон) при адсорбции красителей, когда в результате адсорбции происходит увеличение поверхности адсорбента пропорционально количеству адсорбированного вещества (происходит раскрытие ранее недоступной поверхности - механизм замка на застежке молнии).
Взаимодействие адсорбированных молекул с поверхностью адсорбента может быть химическим или физическим. Многие адсорбенты, в том числе, подавляющее большинство волокон, в водной среде несут на своей поверх 54 ности заряд, знак которого и величина определяется значением рН. Для всех волокон, оксидов, гидроксидов существует такое значение рН, при котором поверхность не заряжена. Это состояние называется изоэлектрическим. Поверхность многих адсорбентов, и особенно волокон, неоднородна -мозаична в связи с распределением на границе раздела фаз активных центров различной адсорбционной активности (высокой и низкой), таких, как полярные и неполярные группы, адсорбированные загрязнения (например, жиры и воска на,натуральных волокнах, включения силикатов в волокнах) и так далее. В этой связи поверхность многих адсорбентов плохо охарактеризована. Что же касается волокон, то характер их поверхности может меняться и при изменении молекулярной массы полимера — их надмолекулярная структура оказывает влияние на микропористость.
Химическая адсорбция или сорбционный процесс, сопровождающийся набуханием полимерных адсорбентов, происходят с разрушением межмолекулярных связей между макромолекулами и образованием новых связей адсорбент - адсорбат (полярные группы макромолекул — вода или другая полярная жидкость). Как первая стадия хемосорбции всегда проявляется адсорбция физическая, то есть непосредственно процесс притяжения молекул адсорбата к поверхности адсорбента, и лишь затем происходит поверхностная реакция, диффузия молекул адсорбата через границу раздела фаз внутрь волокна с раскрытием «внутренней» поверхности пористого пространства в аморфных участках волокон и так далее. Таким процессам соответствуют изотермы С—2. В таком процессе число свободных адсорбционных центров остается постоянным в широкой области концентраций растворов. По мере заполнения одних центров появляются новые, и доступная для адсорбции поверхность увеличивается пропорционально количеству адсорбированного из раствора вещества.
Большое значение при адсорбции имеет состояние растворенного вещества. Многие поверхностно-активные вещества в водных растворах при определенной концентрации находятся в виде агрегатов, содержащих от нескольких молекул до сотен и даже тысяч. Образование мицелл в растворах
ПАВ, как правило, препятствует адсорбции. Образование агрегатов молекул, вплоть до выделения коллоидных частиц, например красителей, изменяет характер взаимодействия с поверхностью и вызывает переход от адсорбции к гетероадагуляции. В водных растворах большое значение имеют величина и знак заряда волокон и растворенных веществ.
При изучении адсорбции наиболее информативными являются исследования кинетики процесса, форма изотермы, наличие плато, тип адсорбции мономолекулярная или полимолекулярная, ориентация молекул в адсорбционном слое, влияние температуры и природа сил взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью. Большую пользу приносят ИК - спектроскопические исследования, позволяющие установить тип взаимодействия адсорбированных молекул с активными центрами на поверхности, выявить конкуренцию растворенных веществ за активные центры.
Определения.объема поглощенной жидкости тканью
Уравнение 2.17 позволяет рассчитать радиусы капилляров, заполненных жидкостью на высоте IQJ. Это возможно только в том случае, если жидкость полностью смачивает поверхность волокон ткани. Таким свойством обладают углеводородные жидкости. Однако, в методе равновесного распределения жидкости по высоте образца возникают трудности, связанные с тем, что при радиусе капилляров 10"6 м и полном смачивании поверхности волокон углеводородной жидкостью, в которой нет набухания полимеров волокна, высота максимального подъема может составлять несколько метров. При этом ткань должна быть тщательно изолирована от окружающей среды для исключения испарения легколетучей углеводородной жидкости. Кроме того, уровень жидкости, в которую помещен нижний конец образца ткани, должен поддерживаться постоянным. Очевидно, что такая экспериментальная установка будет неудобна в использовании. Тем не менее, существует некоторое количество опубликованных работ по равновесному распределению жидкости по вертикальному образцу ткани. В частности в монографии С.С.Воюцкого [1] приведены результаты расчета распределения капиллярного пространства по 90 размерам капилляров. Этот расчет проводился при использовании предпосылки, что cos — 1. Было найдено, что наиболее вероятный радиус капилляров в ткани составляет r„ 40-10" м, что более чем на порядок превышает значения найденные другими методами [33,34]. Вероятно, предпосылка о полном смачивании жидкостью поверхности волокон оказалась неверной. Очевидно, что прежде чем приступать к определению равновесного распределения жидкости по высоте образца ткани, следует определить краевой угол смачивания этой жидкостью поверхности волокон выбранной ткани. Для этого можно воспользоваться кинетическим методом линейного подъема жидкости по ткани [34]. Этот метод также позволит оценить размер капилляров ткани.
Таким образом, экспериментальная задача сводится к определению изменения массы жидкости по образцу ткани в равновесном состоянии и нахождении размера капилляров кинетическим методом определения скорости линейного впитывания жидкости в образец ткани.
В варианте эксперимента по равновесному распределению жидкости в образце ткани, описанном в [1], ткань приводят в соприкосновение с жидкостью и выдерживают в течение такого времени, которого заведомо достаточно, чтобы установилось равновесное распределение жидкости по образцу ткани. Затем образец ткани осторожно разрезают на полоски определенной длины, например 5—10 см, параллельные уровню жидкости, и определяют количество жидкости в каждой полоске ткани весовым методом после высушивания кусочков ткани до постоянной массы.
После этого можем проводить расчет распределения капиллярного пространства, принимая за loj суммарную высоту каждой последующей полоски ткани.
Поскольку в эксперименте определяется масса жидкости, приходящаяся на определенную массу ткани, то с учетом плотности жидкости результат можно выразить в единицах объема капиллярного пространства на 1 кг ткани. 91 2.2 Определение степени очистки ткани от масляных загрязнений по капиллярности Определение качества моющего действия синтетических моющих средств и поверхностно-активных веществ представляет собой сложную задачу, которая решается с использованием стандартных искусственных загрязнений.
Метод Штюпеля [36] основан на том, что ткань загрязняется композицией, которая содержит нерастворимые пигменты, связывающиеся с поверхностью волокон так называемой масляной связью, когда частицы пигмента закрепляются на поверхности волокон через масляную пленку. Предполагается, что если пигмент отмылся, то и масло удалено с поверхности волокон. Однако, это совершенно не очевидно, хотя бы потому, что масло может проникать в капилляры ткани и поры волокон и оставаться там после удаления пигментных загрязнений. Поэтому метод Штюпеля может характеризовать только степень очистки ткани от окрашенных загрязнений и совершенно не информативен по отношению к загрязнению маслом и качеству удаления углеводородных загрязнений.
Из приведенных на этих рисунках данных видно, что дисперсные загрязнения удаляются практически полностью, но судить об удалении масляных загрязнений как по этим микрофотографиям, так и оптическим методом по отражению света не представляется возможным.
В этой связи возникла необходимость разработки такого метода оценки моющего (очищающего) действия, который позволил бы количественно оценить степень чистоты поверхности волокон после удаления масла из ткани с помощью поверхностно-активных веществ. Именно такой метод и предлагается в нашей работе.
Известно [31], что для составной поверхности косинус краевого і угла смачивания представляет собой также составную (аддитивную) величину, которая описывается уравнением cos0 = cos , + cos02#?2 (2.44) где cos - наблюдаемый косинус краевого угла смачивания; cos і — косинус краевого угла смачивания поверхности типа 1 (например, чистая поверхность волокон), имеющей поверхностную долю фи cos02— косинус краевого угла смачивания поверхности типа 2 (например, загрязненная маслом поверхность волокон), имеющей поверхностную ДОЛЮ ф2.
Влияние состава смесей нетканых материалов и их предыстории на капиллярность
Из результатові этой,части исследования можно сделать вывод, что изменение концентрации фермента в красильной ванне (в исследованной области концентраций) при крашении прямыми красителями приводит к незначительному изменению капиллярности ткани из натурального шёлка. Но, отметим, что зависимость краевого угла смачивания от концентрации фермента проходит через минимум, как это ясно видно из данных рисунка 4.17.
Очевидно, что оптимальным будет то количество фермента, которое соответствует минимуму на графике, и обработка которым вызывает наибольшую гидрофильность волокон шелка.
При изучении влияния плазмообработки на капиллярные свойства исследовались ткани - чистый лен артикул 07103, полотно суровое полубеленое в ровнице. Беление проводили по гипохлоритно-перекисному методу в кислой среде. Обработку льняной ткани плазмой проводили на промышленной установке КПР-180-Ш (на Павлово-посадской платочной фабрике).
Из данных, приведенных на рисунке 4.18 должно было бы следовать, что подъем по ткани с наибольшим размером капилляров дожжен быть наименьшим, так как в соответствии с уравнением Лапласа /max const/r? но этого не наблюдается (рисунок 4.19), даже наоборот, больший радиус соответствует большему подъему, поскольку повышение гидрофильности при плазмообработке оказывает превалирующее воздействие на капиллярные свойства ткани, что видно из данных рисунка 4.20. Из данных, приведенных на рисунке 4.21, следует, что не только наименьший радиус увеличивается в размере, но и объем капиллярного пространства, занятый самыми крупными капиллярами увеличивается в несколько раз, фактически на порядок.
Это происходит потому, что поверхность волокон после плазмообра-ботки подвергается разрушению (деполимеризации) и частичному растворению, причем количество полярных групп, способных к диссоциации и формированию двойного электрического слоя также увеличивается за счет роста плотности поверхностного заряда, аналогично тому, как было ранее найдено для шерсти в работах В.А.Волкова и С.Ф.Садовой. Все это способствует повышению комфортности изделий из льняной ткани после плазмообработки.
В работе также исследовали промытую чистошерстяную ткань артикул 1121 после дополнительной очистки экстракцией органическими растворителями (этанолом, ацетоном) в аппарате Сокслетта. Кислотные красители очищены перекристаллизацией [46].
Были изучены изменения в поверхностном слое (ПС) кутикулы шерстяного волокна и влияния этих изменений на электрический заряд поверхности и процесс крашения шерстяных материалов.
Известно, что в результате воздействия плазмы тлеющего разряда (111Р) в составе поверхностной клеточной мембраны — эпикутикулы и слоя «а» экзокутикулы происходят значительные изменения [47]. Именно эти компоненты волокна являются основными барьерами для диффузии относительно больших молекул красителей внутрь волокна, что определяет их влияние на процесс крашения [48]. Кроме того, они определяют электрические свойства поверхности шерстяного волокна.
Электрокинетический потенциал ( потенциал) образцов шерсти в зависимости от рН раствора с постоянной ионной силой определяли методом потенциала протекания [49]. -потенциал (мВ) рассчитывали по уравнению Гельмгольца-Смолуховского где Tj — вязкость среды; Ет - потенциал протекания, мВ; є - диэлектрическая проницаемость среды; є0 - диэлектрическая постоянная; Р - давление, Н/м2; К - удельная электропроводность, Ом" м", где к - константа ячейки, измеряемая по 0,1 н. или 0,01 н. раствору калия хлорида; Rx — сопротивление ячейки.
Поверхностную плотность заряда а0 определяли методом потенцио-метрического кислотно-основного титрования. Расчет проводили по формуле где Е - обменная емкость, кмоль/г; 8УД - удельная поверхность исходной или модифицированной шерсти, м2/г; F - число Фарадея = 9,6500x107 Кл/кмоль. Образец шерсти предварительно готовили, как указано в работе [50]. В результате воздействия кислородной НТП происходят процессы окислительной деструкции и сшивки, приводящие к снижению кислотной емкости шерсти, растворимости в 0,1 н. растворе натрия гидроксида и мочевиногидро-сульфитном растворе (таблица 4.7).
Известно, что активные частицы плазмы воздействуют на поверхность материалов. Мы предположили, что кислотная емкость шерсти снижается в результате процессов дезаминирования аминокислотных остатков (лизина и других) белков кутикулы и деструкции фосфолипидов, несущих -ЫНз+— группы в эпикутикуле. Это должно привести к снижению количества положительных зарядов на поверхности и изменению величины -потенциала. Именно такие изменения и были нами установлены (таблица 4.8, рисунки
Подобные изменения в эпикутикуле происходят под действием воздушной ПТР. На рисунке 4.22 приведена зависимость -потенциала исходной и модифицированной шерсти от рН раствора. Видно, что изоэлектрическая точка незначительно смещается в кислую область в результате обработки ПТР, а — потенциал падает в сильнокислой среде пропорционально продолжительности воздействия плазмы.
Количество положительных зарядов (рисунок 4.23) протонированных азотосодержащих групп (амино-, имино-, гуанидиновых) при рН = 2,25 снижается с 4,28-1020 до 2,02-1020 заряд/м2 (то есть более чем в 2 раза) в результате обработки ПТР в течение 1 минуты. При расчете OQ/Є (на основе данных рисунка 4.23) удельная поверхность исходной шерсти и обработанной ПТР в течение 1 минуты принималась соответственно 0,2537 и 0,2101 м /г. Удельную поверхность определяли методом низкотемпературной сорбции азота. При рН выше изоэлектрической точки наблюдается снижение -потенциала (рисунок 4.22) и увеличение количества отрицательных зарядов в ПС шерсти, обработанной ПТР (рисунок 4.23).
