Cпособ получения шлихтующих ингредиентов на основе природных и синтетических полимеров и их применение

АННОТАЦИЯ

В работе изучены вязкости шлихтующих композиций, степень клейстеризации, зависимость изменения физико-механических свойств пленок, полученных из различных систем.

ABSTRACT

In the study, the viscosity of dressing compositions, the degree of gelatinization, the dependence of changes in the physicomechanical properties of films obtained from various systems are studied.

Ключевые слова: крахмал, вязкость, шлихта, степень клейстеризации

Keywords: starch, viscosity, dressing, degree of gelatinization

Именно присутствие синтетических полимеров таких как ПАА (полиакриламид), ПВА (поливинилацетат), ГПМА (гидролизованный полиметилакрилат) в составе полимерной композиции положительно влияет на процесс набухания, клейстеризации и образование золя. Установлено, что набухание, клейстеризация и образование золя в значительной степени зависят от внешних факторов: повышения температуры, механического воздействия, концентрации компонентов, входящих в состав композиции. Учитывая это, нами изучено влияние различных электролитов на процесс клейстеризации крахмала, входящего в состав полимерной композиции. Состав полимерной композиции включили следующие компоненты в массовых соотношениях: крахмал, ГПМА, ПАА, ПВА = 25: 16 1,25:0,5. В качестве расщепителя крахмала брали соли следующих электролитов: Na₂CO₃, NaOH, Na₂SiO₃, КН₂РО₄ и К₂НРО₄.

Как видно из полученных данных (рис.1) на степень клейстеризации крахмала влияние оказывает не только концентрация электролитов, но так же и вид используемого электролита. Например, если при концентрации Na₂CO₃ 6 г/кг степень клейстеризации составляла 41%, то в случае применения Na₂SiO₃, при той же концентрации степень клейстеризации достигала до 92%.

В практике для шлихтования пряжи довольно широко применяются смешанные шлихты на основе смесей водорастворимых природных и синтетических высокомолекулярных шлихтующих компонентов. Характер вязкости смеси растворов различных полимерных композиций зависит от соотношений компонентов, входящих в состав полимерных композиций.

Выявлено, что в большинстве случаев вязкость смеси ниже вязкости  отдельных смешиваемых компонентов, причем для каждой пары смешиваемых полимеров существует определенное соотношение обоих компонентов, отвечающие минимуму вязкости смеси. В свете современных представлений это явление следует объяснить на основе данных о совместимости смешиваемых полимерных композиций в растворе.

Рисунок 1. Зависимость степени клейстеризации крахмала от концентрации электролитов.1 –Na₂CO₃; 2 – KH₂PO₄; 3 –K₂HPO₄; 4 –NaOH; 5 –Na₂SiO₃

При плохой совместимости  макромолекулы обнаруживают тенденцию к сворачиванию в клубки и уменьшению своей эффективности размеров, в результате чего число связей между ними уменьшается, и вязкость полимерной композиции понижается. Это сопровождается понижением устойчивости разработанного состава композиции.

При высокой степени несовместимости данный процесс может привести к фазовому расслоению системы. Очевидно, такие составы полимерной композиции не пригодны для приготовления шлихтующего раствора.

При высокой степени совместимости возможно даже некоторое дополнительное разворачивание макромолекул смешиваемых синтетических и природных полимеров и усиление взаимодействия между ними, приводящие к повышению вязкости системы и ее устойчивости. С целью выявления влияния концентрации ГПМА и ПАА на вязкость крахмального клейстера нами определены значение вязкости крахмального клейстера при различных концентрациях ГПМА и ПАА.

Рисунок 2. Зависимость изменения вязкости крахмального клейстера от концентрации ГПМА.Концентрация крахмала %: 1 –4; 2 –5; 3 –6; 4 –7%

Как показали исследования, хорошие результаты получаются в случае применения ГПМА в составе полимерной композиции с крахмалом (рис.2 и 3).

При введении ГПМА в состав полимерной композиции до 12% и ГПМА 5,0% сначала наблюдается медленное повышение вязкости крахмального клейстера, а при дальнейшем повышении ГПМА и ПАА до 12% и 5,0 % соответственно, наблюдается резкое повышение вязкости крахмального клейстера. Все это можетсвидетельствовать об ускорении процесса расщепления крахмала в присутствии ГПМА и ПАА в указанных концентрациях последних с одной стороны и, с другой стороны, это связано, по-видимому, со структурообразованием крахмала с синтетическими полимерами ГПМА и ПАА.

Рисунок 3. Зависимость вязкости крахмального клейстера от количества ПАА. Концентрация крахмала, %: 1 – 4; 2 – 5; 3 – 6; 4 - 7

На основании полученных данных по изменению вязкости полимерной композиции при различных концентрациях синтетических полимеров нами разработан ряд оптимальных рецептов полимерной композиции. На рис.4 представлена зависимость изменения степени клейстеризации крахмала, входящего в состав различных полимерных композиций, от количества метасиликата натрия. Так как метасиликат натрия среди электролитов проявляет (рис.4.) более эффективное влияние на процесс клейстеризациикрахмала, то это относительно более высоко выражено в полимерных композициях состава: крахмал, ПАА, ГПМА и ПВА, хотя и в других составах композиции также представляют бинарные или тройные системы из природных и синтетических полимеров.

Рисунок 4. Зависимость клейстеризации крахмала от концентрации

метасиликата натрия.

Состав композиции: 1 – крахмал; 2 – крахмал +ГПМА; 3 – крахмал + ПАА; 4 – крахмал + ПВА; 5 – Крахмал +ПВА+ ПАА; 6 – Крахмал + ПВА +ГПМА; 7 – Крахмал +ГПМА + ПАА; 8 – Крахмал +ГПМА + ПАА + ПВА

Это объясняется, по-видимому, тем, что из-за наличия в структуре полимерной композиции различных функциональных групп, они в композиции выполняют функции и модификатора, и поверхностно активного вещества, образуя на поверхности пряжи тонкую пленку, которая препятствует удалению влаги, повышает эластические свойства, в результате чего снижается обрывность, увеличивается производительность и улучшаются её физико-химические, физико-механические и эксплуатационные свойства.

Немаловажное значение имеет изучение структурно-механических и реологических свойств композиции, так как при введении в состав крахмала синтетических полимеров и щелочного агента для клейстеризации значительно изменяются структурно-механических свойства крахмала. Поэтому, учитывая вышеизложенное, нами изучена (рис.5.) зависимость изменения вязкости различного состава полимерной композиции от количества метасиликата натрия.

Рисунок 5. Зависимость вязкости шлихтующих композиций при варке от концентрации метасиликата натрия

 Состав композиции: 1 – крахмал; 2–крахмал +ГПМА; 3– крахмал + ПАА; 4 – крахмал + ПВА; 5 – Крахмал + ПВА + ПАА; 6 – Крахмал + ПВА+ ГПМА; 7 – Крахмал + ГПМА + ПАА; 8 – Крахмал + ГПМА + ПАА + ПВА

Шлихтующие компоненты на основе природных и синтетических полимеров при высыхании способны образовывать прочные и эластичные пленки.

Способность композиции к пленкообразованию крайне необходимое свойство при шлихтовании. Шлихтующие материалы, нанесенные на пряжу из растворов, при высыхании образуют пленочные связи между волокнами внутри пряжи и покрытие на поверхности ее.

Поэтому нами изучены физико-механические свойства пленки на основе природных и синтетических полимеров, выдержанных при 65%-ной влажности воздуха, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Зависимость изменения физико-механических свойств пленок, полученных из различных систем

Из полученных данных видно (рис.5), что интенсивнаяклейстеризация крахмала во всех составах композиции начинается (363К) при введении метасиликата натрия в количестве 5,5 – 6,0 г/кг на шлихтующий раствор. При этом вязкость шлихтующих полимерных композиций колеблется в пределах 1,30-1,60 Па·с, что достаточно для обработки пряжи.

Из таблицы 1 видно, что у пленки на основе крахмал – ГПМА – ПАА – ПВА прочность 1,3-2,5 раза выше, чем у пленки крахмал – ПВА или других трехкомпонентных систем. Такое свойство пленки необходимо для создания на пряже прочной и эластичной пленки с пониженным коэффициентом трения, а также способности пленки выдерживать комплекс напряжений при трении, изгибе, кручении и вытяжке пряжи, которая подвергается на шлихтовальных машинах и ткацких станках.

Таким образом, из результатов физико-механических, реологических и структурных исследований выявлено наличие полимерных композиций на поверхности пряжи, в достаточном количестве, чтобы уменьшить обрывность пряжи в ткачестве. Кроме того, разработанная шлихтующая полимерная композиция обладала достаточной гигроскопичностью, поскольку на отделочных фабриках шлихту удаляют из суровой ткани. В состав шлихты должны входить компоненты, легко удаляемые из ткани и не осложняющие ее дальнейшую обработку.

Список литературы:
1. Раззоков Х.К., Назаров С.И., Назаров Н.И. Изучение зависимости разрывных характеристик хлопчатобумажной пряжи от состава шлихтующей композиции // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 5(62).
2. Назаров С.И., Ширинов Г.К. Изучение физико-механических свойств крахмалофосфатных загусток // Ученый XXI века. – 2017. - № 1-3. – С. 3-7.