FORMING AND DYING OF SYNTHETIC FIBER

АННОТАЦИЯ

В научной статье рассматривается возможность получения волокон из различных соотношений первичного и вторичного ПЭТ гранул на лабораторной установке с последующим крашением их по способам «в массе» и «в растворе». Определены прочностные показатели окрашенных ПЭТ-волокон. Для достижения высокого показателя интенсивности и прочности окраски ПЭТ-волокна с соотношением ППЭТ:ВПЭТ 70х30 рекомендовано проводить процесс крашения при температуре 95°С в течении 60 минут.

ABSTRACT

The scientific article examines the possibility of producing fibers from various ratios of primary and secondary PET granules in a laboratory installation, followed by dyeing them using the “bulk” and “in solution” methods. The strength properties of dyed PET fibers were determined. To achieve a high intensity and color strength of PET fiber with a PPET:VPET ratio of 70x30, it is recommended to carry out the dyeing process at 95°C for 60 minutes.

Ключевые слова: формирование, ПЭТ-волокно, первичная и вторичная гранула, крашение, красители, интенсивность окраски, прочностные показатели.

Keywords: formation, PET fiber, primary and secondary granules, dyeing, dyes, color intensity, strength indicators.

Синтетические волокна занимают особое место в производстве текстильных материалов бытового и технического назначения. Среди широко используемых волокон превалирует ПЭФ-волокна, при получении, которых на данное время применяют в основном отходы ПЭТ-бутылок. Как известно для производства пластиковой упаковочной продукции применяют полимеры с высокой молекулярной массой. В результате вторичной переработки расплав полимера приобретает характеристическую вязкость, достаточную для формирования волокна. Кроме того переработка пластика позволяет сократить расходы на сырье, энергоресурсы и неблагоприятное влияние на окружающую среду. При этом переработанное ПЭТ-волокна имеют более низкую температуру плавления, кристалличность и прочность по сравнению с первичным полиэфирным волокном, что связано с термическим разложением полимера [1].

В работах [2,3] авторы изучали формование волокон из первичного и вторичного гранул, а также из хлопьев пластиковых ПЭТ тар. В исследованиях процесс волокнообразования проводилось на экспериментальной лабораторной установке. Для установки возможности совместного применения первичного и вторичного гранул были составлены композиций на их основе: ППЭТ:ВПЭТ 90х10, ППЭТ:ВПЭТ 80х20 и ППЭТ:ВПЭТ 70х30.

Как известно в процессе вытяжки происходит ориентация макромолекул по оси волокна и впоследствии повышается механическая прочность. Однако в надмолекулярной структуре недостаточно подвергнутом вытяжке волокне преобладает аморфные участки нежели кристаллическое, что приводит большей усаживаемости последнего в процессе водной обработки. Так усаживаемость нетермофиксированного ПЭТ-волокна составляет 5-15%, а волокне подвергнутой к термической обработки этот показатель равен к 1-4%.

Окрашивание волокон можно проводить как в массе, так и в растворе, при этом крашение концентратами более перспективно, так как их можно вводить непосредственно перед формированием непрерывного волокна. Красители должны обладать высокой термостойкостью (близких к 300°С) и химически устойчивыми при высоких температурах к агрессивным средам. Для этого существуют специальные термостойкие полимерорастворимые красители, такие как производные фталоцианина, хинакридоны, нафталин, оксиды кадмия и железа. Для крашения по способу “в массе” применялся суперконцентрат (Masterbatch) (продукция компании Global Colors), состоящий из полимеров, восков или парафинов, используемых для придания цвета, а также особых свойств изделиям из пластмассы. Для этого в композицию первичного и вторичного ПЭТ гранул были введены гранулы мастербач (темное бордо) в количестве 0,5-9%. В процессе расплавления при температуре 270⁰С гранулы волокнообразующего полимера и мастербача равномерно распределяются в расплаве, из которого далее равномерно формируется окрашенное полиэфирное волокно. Цветовые характеристики ПЭТ-волокон определены при помощи модели СIE L*а*b*. На рис.1. показано зависимость интенсивности окраски волокна от концентрации мастербача.

Рисунок 1. Зависимость интенсивности окраски от концентрации мастербача

Как видно из рисунка при увеличении количества мастербача в смеси от 0,5% до 9% интенсивность окраски волокон обеих соотношений увеличивается на 2,5 и 3 раза, что количественно отражается на значениях насыщенности и цветовом тоне данных волокон. При проведении окрашивания в массе краситель распределяется в волокне на субмикроскопическом уровне, что наглядно проявляется на результатах после мыльной обработки (табл.1).

Таблица 1.

Зависимость интенсивности и прочности окраски от композиции ПЭТ- гранул

Определение прочности окраски ПЭТ-волокон к мыльной обработке показало, что во всех случаях наблюдается высокие прочностные показатели равной к 5 баллам. Крашение в растворе проводилось на образце ПЭТ-волокна соотношением 70х30. Температура крашения поддерживалось в пределе 90-95°С, продолжительность обработки варьировалось при 30, 45 и 60 мин (рис.2).

Рисунок 2. Влияние продолжительности крашения при температуре 90-95⁰С на интенсивность окраски ПЭТ-волокон

Результаты, приведенные на рис.2. показывают, что крашение волокна ППЭТ:ВПЭТ 80:20 при температуре кипения в течении 1 часа позволяет достичь на нем одинакового значения интенсивности, как и у волокна из первичного гранулы. В целях установления прочности окраски полиэфирные волокна были подвергнуты к мыльной обработке (табл.2).

Таблица 2.

Влияние времени крашения на устойчивость окраски волокна к мылу

Как видно из таблицы с повышением температуры и продолжительности крашения происходит упрочнение окраски волокна к мокрому воздействию на 1-2 балла по сравнению с волокнами, окрашенными при более низких температурах, что связано с капсуляцией молекул дисперсного  красителя  на свободных объемах субстрата [4].

Рентгеновские исследования (РСА) ПЭТ-волокон проводилось рентген дифрактометре «Panalytical Empyrean», оснащенной Cu трубкой (Kα1=1.5406Ǻ). Измерения проводились при комнатной температуре в интервале углов 2θ, в диапазоне от 5° до 90° в режиме пошагового сканирования с шагом 0.013 градуса и временем накопления сигнала в точке 5 с. Снимки рентгеновских исследований представлены на рис.3.

Рисунок 3. Сравнительная дифрактограмма ППЭТ, ВПЭТ, ППЭТ:ВПЭТ 70:30 и производственного ВПЭТ-волокна

Как видно из дифрактограммы измельченных ПЭТ волокон из ППЭТ и ППЭТ:ВПЭТ 70:30, сформованных в лабораторной установке имеют одинаковые интенсивности рассеяния. При сравнении интенсивностей рассеяния рентгеновских лучей установлено, что высокий показатель рассеяния наблюдается у волокон, выработанных в лабораторных условиях при 2q=21⁰. Эти волокна обладают меньшей кристаллической областью, большей аморфной зоной по сравнению с ВПЭТ-волокном, производственного выпуска, которое имеет высокую интенсивность рассеяния в двух участках дифрактограммы, в частности при 2q=17,5⁰ и 2q=25⁰. Такое проявление рассеяния у ПЭТ-волокон, полученных, в лабораторных условиях является результатом недостаточной ориентации макромолекул полиэтилентерефталата в процессе формования, что связано отсутствием поэтапного вытягивания волокон. Отличительное различие в интенсивности рассеяния у производственного ВПЭТ-волокна является результатом проведения всех необходимых процессов, включенных в технологический регламент производства данного синтетического волокна.

Таким образом, на основе проведенных исследований показано возможность формования ПЭТ-волокна из смеси первичного и вторичного гранул соотношений ППЭТ:ВПЭТ 90х10, 80х20 и 70х30 с последующим колорированием их по способам «в массе» и «в растворе».

Список литературы:

1. Абхиджит Маджумдар, Сандип Шукла, Аншу Анджали Сингх, Sanchi Арора. Круговая мода: свойства тканей, изготовленных из механически переработанных полиэтилентерефталатных (ПЭТ) бутылок. https://doi.org/10.1016/j.resconrec. - 2020.104915.
2. Шаманов Ш.Х., Хасанова С.Х., Набиева И.А. Изучение процесса крашения полиэфирного волокна. Журнал “Вестник науки и образования”. Москва - 2018. - № 12 (48). – с. 23-26.
3. С.Х.Хасанова, Ш.Х.Шаманов, И.А.Набиева. Изучение возможности получения и формования волокон из местных полиэтилентерефталатных гранул. Вестник СПГУТД, №1, 2020, с.124-126.
4. Н.С.Султонова, С.Х.Хасанова, Ш.Х.Шаманов. Получение ПЭТ-волокна из смеси гранул. Innovative Development in Educational Activities ISSN: 2181-3523 VOLUME 1 | ISSUE 3 | 2022. Scientific Journal Impact Factor (SJIF) 2022: 4.654. с.71-78