ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ

АННОТАЦИЯ

В статье анализируется проблемы использования загущающих полимерных композиций в текстильной промышленности для набивки хлопчатобумажной ткани активными красителями. Уделяется особое внимание на определение структурно–механических свойств  загущающих полимерных систем. Определены физико-механических и колористических свойств набивных тканей, напечатанными активными красителями. А также изучено влияние различных факторов на физико-химические свойства полимерных систем на основе крахмала, Na-KMЦ и серицина и определены оптимальные составы компонентов, входящих в состав загустителей.

ABSTRACT

The article analyzes the problems of using thickening polymer compositions in the textile industry for stuffing cotton fabric with active dyes. Particular attention is paid to the determination of the structural and mechanical properties of thickening polymer systems. The physico-mechanical and color properties of printed fabrics printed with active dyes are determined. And also the influence of various factors on the physicochemical properties of polymer systems based on starch, Na-KMC and sericin was studied and the optimal compositions of the components that make up the thickeners were determined.

Ключевые слова: Полимерные композиции, краситель, ткань, серецин, компонент, вязкость.

Keywords: Polymer compositions, dye, fabric, serecin, component, viscosity.

Несмотря на значительные достижения в области облагораживания ткани из хлопкового волокна, успехи в этой области далеко не исчерпаны. Поэтому разработка эффективных водорастворимых композиций на основе местного сырья, пригодных как для шлихтования пряжи, так и в качестве загустки в процессе печатания тканей, является весьма актуальной задачей.

Вязкость загустителей - одна из основных характеристик системы, так как она должна находиться в пределах оптимального значения, при котором обеспечивается образование на поверхности ткани защитной пленки с красителями, придающей ей прочность и полного перехода красителя на ткань [1].

Вязкость исследованных систем измерялась при определенных градиентах скорости сдвига, а именно, при увеличении в 8000 раз, т.е. от 4·10^–1 до 3,122·10³ с^–1. Условный показатель структуры (ПС) рассчитывали по формуле

 ПС_усл. =  (h₁/h₂) - 1 ,

где  η ₁ - вязкость при έ = 0,4 с^-1 ,  η ₂ - вязкость при έ = 3,122 с^-1.

Величины ПС_усл для исследуемых композиций представлены в таблице 1.

Как следует из полученных данных, композиции, входящие в первую группу, характеризуются значительно меньшими величинами ПС_усл (не более 100) по сравнению, с загустителями второй группы, для которых ПС_усл составляет 200-300 и более. Следовательно, можно сделать вывод, что для первой группы композиций характерна сравнительно меньшая потеря вязкости в процессе механического разрушения. Это должно обеспечивать большую стабильность при работе с загустками на печатной машине. Очевидно, ньютоновский характер течения такой загустки делает ее высококачественной. Поэтому, надо полагать, что Na-КМЦ в составе полимерной композиции более эффективна, чем другие загустители.

Таблица 1.

Условные показатели структуры полимерной композиции

В табл.2, приведены данные теплоты активации вязкого течения растворов полимерной композиции и Na-КМЦ, а также ориентировочные величины времени релаксации для этих систем. Видно (табл.2), что величина ∆Н_вяз для раствора Na-КМЦ практически в 2-2,5 раза больше, чем для композиции. Для последней она равна 4-5 ккал/моль и выражает теплоту активации, обусловленную образованием менее прочных флуктуационных сеток.

Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что менее выраженная аномалия вязкости композиции на основе карбоцепного полимера гидролизованной акриловой эмульсии объясняется более слабым межмолекулярным взаимодействием, меньшим размером сегментов и большей гибкостью цепи по сравнению с полярным гетероцепным полимером Na-КМЦ. Как следствие этого, композиция из крахмала, серицина  и Na-КМЦ характеризуется меньшими значениями ∆Н_вяз, времени релаксации и наименьшей величиной показателя структуры ПС_усл = 3,83.

Таблица 2.

Изменение теплоты активации вязкого течения и время релаксации растворов Nа – КМЦ и полимерной композиции

Как показали исследования, при изучении зависимости предела текучести (Р_m) водорастворимой полимерной композиции весьма положительные результаты получаются для загусток на основе смеси серицина, крахмала и Na-КМЦ. Эти данные представлены на рисунках 1, 2. Виден плавный ход и отсутствие минимумов на кривых зависимости Р_mот состава композиции, что свидетельствует о хорошей совместимости загустителей независимо как от их соотношений в смеси (кр.1), так и от добавок и компонентов печатной краски (кр.2). Наличие хорошей совместимости также подтверждается высокой стабильностью получаемых смесей [2].

Результаты исследований свидетельствуют, что по характеру реологических кривых крахмальный клейстер без серицинаи ПАА можно отнести к упруго-хрупким или эластично-хрупким твердообразным системам, для описания структурно-механических свойств которых используют такие характеристики, как модуль упругости и вязкость упругого последствия [3].

Из кривых течения 6%-ных крахмальных клейстеров и полимерной композиции следует, что при введении в состав композиции КМЦ и серицина, упруго-вязкая твердообразная система 6%-ного крахмального клейстера преобразуется в упруго-пластичную систему [4]. Кроме того, замечено, что чем больше содержание КМЦ и серицина в системе, тем ярче проявляются пластичные свойства системы [5].

Из полученных данных (табл.3.) видно, что вязкость полученной композиции с одинаковой концентрацией крахмала сравнительно высокая. Если при 293К вязкость 4%-ного раствора крахмала достигает 14.516 Па.с, тогда вязкость этого же раствора с добавками Na-КМЦ и серицина с концентрацией 3,0 и 0,3 % соответственно относительно веса крахмала будет 24.721 Па.с. Вязкость раствора составляет 41.064 Па.с если концентрацию некрахмала довести до 6%.Вязкость системы повышается до 62.787 Па.с если подвергнутьмодификации крахмал сNa-КМЦ и серицином (концентрация модификаторов соответственно составляет 3,0 и 0,3 % от веса крахмала), в данном случае вязкость системы будет в1,5 раза больше исходной [6]. Исходя из этого, можно сказать, чтофункциональные группыисходных компонентов взаимодействуют за счет Ван-дер-Ваальсовых сил, что указывает на  модификацию гидроксильных групп крахмала [7]. Также надо подчеркнуть, что добавление модификаторов в систему не только повышает ее вязкость, но и приводит к увеличению степени тиксотропного восстановления, впоследствии уменьшается предел текучести загустки. Если концентрация крахмала достигает 5,0% тогда степень тиксотропного восстановления –84,2% и предел текучести – 39,14 г/см², при той же концентрации крахмала,если провести модификацию, тогда величины изменятся следующим образом 97,6% и 34,23 г/см², соответственно.

Важными факторами, определяющими технологические свойства загустителя и его качества, являются химическая природа, строение, комплекс химических свойств ингредиентов загущающих систем. Кроме того, загуститель должен обладать, высокой эластичностью, иметь достаточную вязкость при не высокой концентрации загущающих компонентов и высокую смачивающую способность волокнистого материала, быть стабильным при хранении и использовании, а также обладать хорошей биологической разлагаемостью в промывке и аппретировании [8].

Таблица 3.

Изменение реологических свойств разработанного состава в зависимости от концентрации крахмала, КМЦ и серицина

Хорошей стабильностью характеризуются пористые структуры «щелоч­ных» вязких составов, которые содержат в качестве природного крахмала и синтетические полимеры Na-КМЦ и серицин. Устойчивость таких составов, приготовленных из растворов полимеров различной концентрации, оценивали по вязкости сис­тем сразу после приготовления и после выдерживания в течение суток. Соот­ветствующие зависимости представлены на рис. 3 (а, б).

а)

б)

Рисунок 3. Зависимость вязкости гелеобразных загусток от концентрации компонентов загущающих ингредиентов и времени выдерживания

Загуститель на основе: 1. Na-КМЦ и серицина; 2. Крахмала; 3. Крахмала-серицина; 4. Крахмала- Na-КМЦ; 5. Крахмала- Na-КМЦ-серицина

а) – свежеприготовленная система; б) –вязкая система после 24-х часов выдержки

Из графиков видно, что наиболее предпочтительным является использо­вание вязких систем на основе крахмала, Na-КМЦ и серицина (рис.3. кривая 1), при­чем составы из крахмала, Na-КМЦ и серицина имеют необходимую динамическую вязкость (308 Па∙с) при концентрации крахмала - 5,0%, Na-КМЦ-3,0% и серицина 0,3%, а после выдерживания композиции в течение суток она уменьшается до 136 Па∙с. Воз­можность приготовления загущающих трехкомпонентных композиций из крахмала, Na-КМЦ и серицина не исключаются и наиболее эффективными являются низ­коконцентрированные системы на основе крахмала, Na-КМЦ и серицина и при 5,0; 2,0 и 0,3%,  соответственно [9].

Выявлено, что введение в состав загустителя печатных красок –крахмала и таких полимеров, как Na-КМЦ и серицина, приводит к образованию пленки с повышенной эластичностью и текучестью. Определено, что по показателям устойчивости окрасок к мокрым обработкам, их интенсивности, прочности к трению и жесткости напечатанной ткани, полученные результаты, рекомендуемым составом практически близки к альгинатной загустке.

Список литературы:

1. ТретьяковаА.Е., СафоновВ.В., Красильникова Е.В. Исследование влияния солей переходных металлов на качество печати активными красителями хлопчатобумажной ткани // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. – 2007. – №2. – с.61 -63.
2. МихайловскаяА.П., Калугина М.С.Крашение хлопчатобумажных текстильных материалов активными красителями в присутствии четвертичных аммониевых солей // Технология легкой промышленности серии Известия вузов, 2014. – № 3. – С. 33-35.
3. МихайловскаяА.П., СероваН.Е., Калугина М.С.Крашение целлюлозных текстильных материалов активными красителями // Инновации молодежной науки: тез.докл. Всерос. науч. конф. молодых ученых. – СПб.: ФГБОУВПО «СПГУТД», 2014. – С. 208-209.
4. ТретьяковаА.Е., СафоновВ.В., ЮсинаА.Ю.Исследование процессов крашения полиуретановых волоконкрасителями различных классов // Химические волокна. – 2012. – № 5. – с. 24-27.
5. МихайловскаяА.П., КалугинаМ.С., СероваН.Е., Киселев А.М.Разработка интенсифицированных технологий крашения хлопчатобумажной пряжи активными красителями // Современные тенденции развития химии и технологии полимерных материалов: тез.докл. Междунар. науч. конф. – СПб: СПГУТД, 2015. – С. 130-131.
6. ЗахарченкоА.С., КозловаО.В.Перспективы использования отечественных полимеров вотделке текстиля: сб. тез.докл. междунар.научно-практ. конф. «Текстильная химия – 2011», ИХР РАН, Иваново, 2011. -С.83-84.
7. КалугинаМ.С., МихайловскаяА.П., ZaborskiM., Киселев А.М.Придание биостойкости хлопчатобумажной пряже в процессе крашенияактивными красителями // Дизайн. Технология. Материалы, 2016. – № 2. – С. 46-49.
8. Белокурова О.А., Щеглова Т.Л., Перспективные технологии, материалы и оборудование для текстильной печати. Иван. Гос. Хим-технол. Ун-т. – Иваново, 2008. -72с.
9. ЕпишкинаВ.А., ЦелмсР.Н., Кисе­левA.M., Васильев В.К.Использование акриловых сополимеров в процессе печатания активными красителями // Изв. вузов. Технология текстил. пром-сти. – 2008. - №2 -С. 59-62.