Научное обоснование применения серицина для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи

АННОТАЦИЯ

В статье научно обоснована возможность использования полимеров ПАА и серицина в составе композиции в качестве эффективного шлихтующего препарата для ряда текстильных материалов.

ABSTRACT

The article scientifically substantiates the possibility of using PAA and sericin polymers in the composition as an effective sizing preparation for a number of textile materials.

Ключевые слова: Модификация полимеров, карбаминные группы, сульфаты и винильные полимеры, шлихтование оксиэтилированным крахмалом.

Keywords: Modification of polymers, carbamine groups, sulfates and vinyl polymers, dressing with hydroxyethylated starch.

Цель. Разработка технологии получения полимерной композиции на основе крахмала и серицина, исследование влияния их на свойства шлихтующих составов и основные показатели шлихтования хлопчатобумажной пряжи.

Материал и методы. ИК - спектроскопия, бактериоскопия, сорбция, колористические и другие физико – химические методы анализа и исследований по методикам, изложенным в соответствующих ГОСТах.

Результаты. Применение полимерной композиции позволяет одновременно снизить содержание крахмала в шлихтующих составах и улучшить важнейшие физико-механические характеристики ошлихтованных основ.

Выводы. Установлено, что присутствие в составе шлихтующей композиции на основе рисового крахмала, ПАА и серицина положительно влияет на процесс клейстеризации крахмала метасиликат натрия и способствует повышению вязкости системы.

Актуальность работы. В современных условиях формирования рыночных отношений повышение качества и конкурентоспособности продукции является одной из ключевых задач в текстильной промышленности, решаемых путем создания эффективных ресурсосберегающих технологий, позволяющих значительно сократить расход пищевого продукта крахмала и дорогих импортных, привозных химических материалов.

В настоящее время, несмотря на наличие целого ряда синтетических продуктов для шлихтования, ситуация принципиально не изменилась. Доля крахмальных шлихтующих составов достигает порядка 75 %. Огромный расход ценного пищевого продукта на цели шлихтования не только наносит существенный ущерб продовольственным ресурсам, но и является источником сильного загрязнения водоемов, поскольку весь крахмал в ходе расшлихтовки уходит в стоки. В этой связи чрезвычайно актуальной становится задача поиска путей, уменьшения содержания крахмала в клеящих композициях без снижения качества шлихтования.

Все многообразие предлагаемых решений этой задачи можно разделить на два основных направления. Первое – это разработка новых технологических способов шлихтования, позволяющих значительно уменьшить количество наносимого на пряжу состава, второе – модификация шлихтующих композиций.

Первое направление, примерами которого могут служить процессы шлихтования вспененными составами, механохимический способ приготовления крахмальной шлихты, сопряжено с необходимостью переоборудования производства и, соответственно, с большими капитальными затратами.

В рамках второго направления следует выделить химическую модификацию самого крахмала и вариации состава шлихтующих композиций.

В качестве химических модификаторов крахмала используют низко и высокомолекулярные амины и амиды, нитрильные соединения, соли акриловых кислот, производные карбамида и другие вещества. Добавка крахмалу функциональных групп, носителями которых являются перечисленные соединения, улучшает его адгезионную способность, повышает эластичность образуемых пленок и, соответственно, позволяет снизить, потребление шлихты.

В качестве компонентов крахмальных шлихтующих композиций, которые также способствуют уменьшению расхода природного биополимера, применяют пластификаторы, поверхностно-активные вещества, адгезивы [1-3].

И модификаторы крахмала, и добавки являются синтетическими, биологически трудно расщепляемыми соединениями, которые в составе отходов производства загрязняют окружающую среду.

В то же время существует класс биополимеров природного происхождения, полностью нетоксичных, молекулярное строение которых характеризуется исключительным богатством фрагментов и функциональных групп. К этому классу относится серицин, который является отходом шелкомотальных фабрик. Такой белоксодержащий ингридиент выделяется при кипячении коконов в виде водного раствора, концентрация серицина в котором составляет 0,6-0,8%.

Отмеченные особенности молекулярного строения биополимера обусловливают наличие у соединений данного класса ряда свойств, делающих их перспективными в плане возможного использования как добавку в крахмальные гели для улучшения качества шлихтования

Прежде всего, это поверхностно-активные свойства серицина; последние, но аналогии с ПАВ, могут повысить растекаемость крахмальных пленок и прочность их адгезионной  связи с волокном. Во-вторых, это способность серицина взаимодействовать с полимерами. При использования биополимеров как эффективных связующих в полимерных клеящих композициях, которые придают клеям более высокую адгезионную способность, при этом, не снижая или даже повышая их эластичность.

Кроме того вовлечение серицина и синтетического полимера - ПАА в шлихтующей полимерной композиции способствует проведению процесса шлихтования без затруднений шлихта не прилипает на сушильных барабанах быстро высыхает на нитях, образуя гладкую эластичную пленку, благодаря невысокой вязкости рабочих растворов шлихтующей полимерной композиции легко проникает в межволоконное пространство и прочно склеивает отдельные волокна между собой.

Учитывая вышеизложенное, вполне обоснованной представляется попытка использовать добавки биополимера серицина в крахмальные шлихтующие композиции в целях снижения концентрации крахмала и повышения эффективности шлихтования.

Планировалось оценить влияние концентрации серицина на относительную вязкость крахмальных гелей и основные показатели эффективности шлихтования пряжи при различном содержании крахмала в шлихтующих композициях.

Работа строилась таким образом, что одновременно варьировались концентрации и крахмала, и серицина, методом случайного выбора. Такой подход к проведению поискового эксперимента наиболее целесообразен, поскольку позволяет охарактеризовать широкое поле исследуемых параметров небольшим количеством экспериментальных точек.

Содержание рисового крахмала в шлихтующей композиции изменяли в диапазоне от 4 до 6%, серицина от 0,1-0,3% (в пересчете на массы сухого крахмала), ПАА 0,05%.

ПАА включили в состав композиции с целью некоторого снижения эффективности коррозионного свойства оборудования за счет уменьшения рН среды до нейтрального, т.к в состав ПАА содержит до 45 % (NH₄)₂SO₄ который в результате гидролиза образуют кислую среду. Это способствует к уменьшению рН среды от 10 7-7,5.

Концентрации ПАА в шлихтующей композиции не должны превышать 0,05% от массы шлихты. Увеличение вышеуказанной концентрации приводит резкому повышению вязкости и это в свою очередь способствует к пленкообразованию в барабане, что отрицательно влияет на процесс шлихтования, т.е. за счет пленкообразования происходит обрыв нити в процессе прохождения через гребенки шлихтовальной машины. 

Введение серицина и ПАА в состав полимерной композиции приводит к уменьшению подвижности макромолекулы крахмала, т.е. ограничению их теплового движения, повышению структурированности системы и образованию более жесткой цепи, и, вследствие этого, вязкость системы повышается.  

Это можно рассматривать как результат взаимодействия крахмала и ПАА, связанного с переходом электронов и ведущего к образованию полимер полимерных систем мерных систем. Образование полимер полимерных систем подтверждается уменьшением гелеобразной структуры композиции при повышении температуры за счет разрыва водородных связей и уменьшением ван-дер-ваальсовых сил.

Раствор серицина характеризуется высоким содержанием аминокислоты серина до 40%. По этому механизм взаимодействия крахмала с серином заключается в следующем. При смешении растворов крахмала и серина наблюдается гелеобразование:

Это связано с тем, что между аминными и карбоксильными группами в серин и первичными гидроксильными группами крахмала образуются водородные связи.

В случае ПАА наблюдается аналогичный механизм взаимодействия, т.е. водородные связи образуются между карбоксильными группами ПАА и первичными гидроксильными группами крахмала

Кроме того, добавление в крахмальные клейстеры серицина и ПАА приводит к переходу упруго-хрупкой системы в упруго-пластическую, т.е. повышаются пластичные свойства пленок. В шлихтующей полимерной композиции, и серицин и ПАА выступает в роли пластификатора. Следовательно, процесс пластификации шлихтующих полимеров существенным образом влияет на физико-механические свойства пряжи.   

Мерой вязкостных свойств крахмальных и крахмально-серицино – ПААных гелей служило время истечения через воронку фиксированного объема; при этом температура гелей на момент начала измерений составляла 80⁰ С.

Разрывную нагрузку и разрывную удлинению пряжи измеряли при помощи маятниковой разрывной машины РМ-3-1 в соответствии с ГОСТ 6611.2-73.

Первым важным наблюдением является то, что добавки серицина в крахмальные клейстеры могут способствовать как их разжижению, так и загущению. Например, введение в 5,0%-ный крахмальный гель 0,2% серицина увеличивает вязкость системы.

Анализ результатов исследований влияния природы и концентрации серицина на физико-механические свойства хлопчатобумажной пряжи показал (табл.1), что с введением серицина в состав шлихтующей полимерной композиции возрастает разрывная прочность пряжи и, соответственно, уменьшается разрывное удлинение.

Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-механические показатели шлихты и ошлихтованной пряжи при шлихтовании крахмальной (стандартной) и разработанной шлихтой. Содержание ПАА – 0,05%

При этом необходимо отметить, что неочищенный серицин, обладающий относительно незначительным неприятным запахом, не приводит к существенному изменению санитарно- гигиенического состояния производства.

Нами были получены обнадеживающие результаты по критерию «прочностные характеристики».  

Растворы полимеров, в том числе крахмала, не являются бесструктурными.  

Таблица 2.

Предел текучести и степень тиксотропного восстановления растворов

крахмала с различным содержанием серицина

О стабильности структуры можно судить по значениям степени тиксотропного восстановления (табл.2).      

Из таблицы 2 видно, что крахмальные клейстеры, содержащие ПАА и серицин, характеризуются более высокими значениями степени тиксотропного восстановления.

В научных работах М.Р.Амонова изучена научно-методические принципы получения новых композиций на основе водорастворимого природного полимера крахмала и синтетических полимеров (полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, поливинилацетат и унифлок),а также комплексное изучение влияния компонентов полимерных композиций на структурно-механические, реологические, антимикробные и другие свойства шлихтующих композиций.

Разработаны и исследованы композиции на основе природного крахмала и синтетических полимеров и показано их преимущество перед базовым составом в плане повышения вязкости,увелечения адгезии и сорбции, на счёт повышения прочности на 35-40% уменшается обрывность обработанной пряжи на 6-7% [4-5].

В научных работах М.Р.Амонова и других авторов не изучена эффективность шлихтующего состава и установление влияния серицина на физико-химические и реологические свойства полимерной композиции, на физико-механические и прочностные показатели ошлихтованной пряжи.

Таким образом, оценивая результаты проведенного исследования с технологической точки зрения, можно подчеркнуть, что применение полимерной композиции позволяет одновременно снизить содержание крахмала в шлихтующих составах и улучшить важнейшие физико-механические характеристики ошлихтованных основ.

Список литературы:
1. Алексеева О. В., Рожкова О. В., Мазурина Н. А. Печатание текстильных материалов акриловыми загустителями //Ж. Текс. пром. -1993. -№2. -С. 30.
2. Амонов М. Р., Давиров Ш. Н., Ёриев О.М. Полимерная композиция для шлихтования хлопчатобумажной пряжи //Проблемы биологии и медицины. –Самарканд, 2001. -№2. –С. 41-45.
3. Ёриев О. М., Амонов М. Р., Хафизов А. Р. Разработка состава шлихтующих компонентов на основе полимерной композиции //Polimerlar- 2002. Respublika anjumani. –Ташкент, 2002. –С. 76-78.
4. Амонов М.Р., Амонова Х.И., Назаров С.С., Шарипов М.С., Равшанов К.А., Исследование процесса расшлихтовки хлопчатобумажной пряжи, ошлихтованной полимерной композицией // Композицион материаллар.- Тошкент, 2011. -№2. -С.20-22
5. Мардонов М.С., Шарипов М.С.,Назаров С.И.,Амонова Х.И. Получение модифицированного крахмала путём электрохимического окисления и изучение его реологических свойств. // Химия и химическая технология. - Ташкент. 2013. - №2. – С. 47-50
6. Ихтиярова Г.А., Таджиходжаев З.А., Ахматова Д.А., Амонова Х.И. Загустки на основе карбоксиметилкрахмала и акрилатов для набивки тканей. // Кимё ва кимё технологияси. - Тошкент. 2013.- №4 - С. 65-67