Влияние эмульсирования хлопко-сырца на технологические свойства волокна

АННОТАЦИЯ

Целью данного исследования было определение возможности обработки хлопкового волокна не только в стадии прядения, а в стадии первичной обработки, то есть отделения волокна от семян. Была предложена трехкомпонетная водная эмульсия, состоящая их водной среды, поверхностно-активного вещества, водорастворимого гликоля и водорастворимого полимера. Ранее эффективность этой композиции была доказана в стадии хлопкопрядении. Исследования показали, что обработка хлопкового волокна этой композицией не только позволяет регулировать влажность волокна, но и улучшает многие физико-механические и технологические свойства обработанного   волокна. Был предложен состав, состоящий из сульфанола в качества поверхностно-активного вещества, глицерин в качества водорастворимого гликоля, и полиэтиленгликоль марки 115, в качестве  водорастворимого полимера.

ABSTRACT

The purpose of this study was to determine the possibility of processing cotton fiber not only at the spinning stage, but at the stage of primary processing, that is, separating the fiber from the seeds. A three-component aqueous emulsion has been proposed, consisting of an aqueous medium, a surfactant, a water-soluble glycol and a water-soluble polymer. The effectiveness of this composition was previously proven in the cotton spinning stage. Studies have shown that the treatment of cotton fiber with this composition not only allows to regulate the moisture content of the fiber, but also improves many physical, mechanical and technological properties of the processed fiber. A composition has been proposed that consists of sulfanol as a surfactant, glycerin as a water-soluble glycol, and grade 115 polyethylene glycol as a water-soluble polymer.

Ключевые слова: сульфанол, глицерин, полиэтиленгликоль, хлопкового волокна, эмульсия, поверхностно-активного вещества.

Keywords: sulfanol, glycerin, polyethylene glycol, cotton fiber, emulsion,  surfactant.

Существует ряд трудов [1,3] где было показано, что нанесение на хлопковое волокно растворов смеси полимеров, многоатомных спиртов и ПАВ способствует улучшению его технологических свойств и возможности переработки в пряжу на различных стадиях хлопкопрядения. Поэтому представляет большой теоретический и практический ин­терес изучить влияние композиции на качество волокна, когда она нанесена на хлопок-сырец, перед выделением из него волокна. Естественным было предположить, что наличие на сырце раствора полимера, способствующего улучшению механических свойств волокна, приводит к изменению его технологических показателей после отде­ления от семян хлопчатника.

С этой целью на хлопок-сырец в количестве около 100 гр. тон­ким слоем на поверхность стекла были нанесены различные растворы полимера (ПЭГ-115), глицерина и ПАВ (сульфанол) в количестве 2,0-2,5% от массы хлопка-сырца. Затем сырец в ручную перемешивал­ся и через 10-12 часов подвергался ручному джинированию (отде­ление волокна от семян). При этом влажность сырца во-всех опытах находилась в пределе 7-8%. Выделенные таким образом образцы волокна содержали в кондиционных условиях в течении 24 часов и затем подвергались различ­ным испытаниям.

С начало было изучено влияние отдельных компонентов раствора (таблица 1,2). Из табл.1,2 видно, что нанесение на сырец полимера, глицерина и сульфанола в отдельности не приводит к изменению механических свойств и структуру волокна. Нанесение смеси, состоящей из двух компонентов, раствора, также не способствует изменению технологических показателей волокна. Небольшое увеличение показателей механических свойств и устойчивости к многократным механическим воздействиям наблюдается, когда сырец обработан смесью растворов ПЭГ-115 и сульфанола (разрывное прочность увеличивает­ся на 0,2 г.с. и устойчивость к многократным изгибам и растя­жении на 30-40%).

Показатели коэффициента вариации по прочности и удлинении, а также сорбционные свойства волокон во-всех случаях практически идентичны. Улучшение технологических показателей, а также изменение сорбции паров воды происходит в тех случаях, когда сырец был обработан всеми тремя компонентами раствора (ПЭГ-115, глицерин и суль­фанол). При этом при нанесении на сырец 1,5%ного раствора ПЭГ-115 с 5,0% раствором глицерина и 0,5%ным раствором сульфанола является достаточным для заметного улучшения всех показателей волокна, например, увеличение разрывной прочности составляет до 10% и разрывного удлинения до 9%. Коэффициенты вариации этих показателей также резко снижаются (от 26,1% до 20,9% и 19,5% до 16,5% соответственно по прочности и удлинению). Также резко увеличиваются показатели по устойчивости к многократным механическим воздействиям, в среднем от 11000 циклов до 30700 циклов к растяжению, и от 10500 циклов до 15600 к изгибам.

Таблица 1.

Влияние отдельных компонентов на прочность и удлинение волокна перед ручным джинированием

Примечание: количество ПЭГ–115 0.03%, глицерин 0.1% и сульфанола 0.01% от массы хлопка – сырца.

Таблица 2.

Влияние отдельных компонентов на физико-механические характеристики волокна перед ручным джинированием

Примечание: количество ПЭГ–115 0.03%, глицерин 0.1% и сульфанола 0.01% от массы хлопка – сырца.

Такое изменение механических свойств сопровождается также значительным уменьшением сорбции паров воды при больших значениях упругости пара воды (аналогичное явление было наблюдено в случае, когда такой раствор был нанесен на выделенное хлопковое волокно). Такое изменение свойств, как было ранее показано, свидетельствует об частичном устранении дефектных участков на поверхности волокна.

Интересным является факт увеличения прочности прикрепления во­локон к семенам хлопчатника. Прочность прикрепления волокон, нахо­дящихся на нижней окружной части семена (холоза) увеличивается на 250% (от 0,6 г.с. до 1,5 г.с.) и по бокам семена на 240% (от 0,5г.с. до 1,2 г.с.). Для выяснении причин этого фактора требуются дополнительные исследования.

Следует указать что увеличение концентрации ПЭГ-115 более чем 1,5% (наличие на сырце более чем 0,03%) не способствует дальнейшему изменению механических показателей и структурных свойств вы­деляемого от хлопка-сырца волокна.

Отсутствие существенного улучшение показателей хлопкового волокна отдельными компонентами эмульсии поставило необходимость изучение прочности волокна, обработанного всеми тремя компонентами при различных концентрациях составляющей композиции. Данные представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Влияние эмульсированного хлопка-сырца  на прочность выделенного волокна (количество эмульсии 2.0 – 2.5% от массы хлопка - сырца)

Данные представленные в таблице свидетельствует об улучшении прочностных характеристик при концентрации сульфанола около 05%, глицерина 5% и содержании полимера 1,5% в массе эмульсирующей композиции. При этом прочность увеличивается с 4,2 до 4,7 г.с. При этом следует отметить увеличение влажности волокна с 4,5 до 5,9%, что очень важно при прессовании волокна в кипы и дальнейшей переработке    волокна в пряжу.

При нахождении желаемых концентрации компонентов, хотелось уточнить концентрацию водорастворимого полимера, изменяя его концентрацию в волокне, и проводя более глубокие исследования (помимо прочности, выносливость и сорбция воды).   Поэтому в дальнейшем было изучено влияние концентрации водорастворимого полимера различной концентрации при сохренении неизменным количество сульфанола и глицерина (табл. 4,5).

Таблица 4.

Влияние концентрации ПЭГ – 115 на прочность и удлинение волокна перед джинированием

Примечание: Во-всех образцах (кроме 1) количество глицерина 0.1% и сульфанола 0.01% от массы сырца.

Данные таблицы показывают, что обработка хлопка-сырца раст­вором водорастворимых полимеров проявляет возможность улучшения тех­нологических показателей волокна путем нанесения на сырец компози­ции перед его джинированием. Из таблицы также видно, что средняя длина волокон выделенного из хлопка-сырца, обработанного 1,5%ным раствором ПЭГ-115, 5,0% гли­церина и 0,5% сульфанола, составляет 32,8 мм, тогда как у контроль­ного опыта 31,8 мм. Следовательно, нанесение на хлопок-сырец ука­занного раствора способствует уменьшению обрыва волокон при отде­лении от семян, что в свою очередь приводит к увеличению выхода волокон и его сортности по типам. Также наблюдается существенное снижение коэффициентов вариации по прочности и удлинению до 30%.

Таблица 5.

Влияние концентрации ПЭГ – 115 на физико-механические характеристики волокна перед джинированием

Примечание: Во-всех образцах (кроме 1) количество глицерина 0.1% и сульфанола 0.01% от массы сырца.

В таблице 4 представлены данные о выносливости на многократный изгиб и растяжение одиночного волокна, сорбция паров воды при различных влажностях эксперимента (65 и 100 %) и прочности прикрепления волокна к семени. При этом наблюдается увеличение выносливости по растяжению от 11500 до 30000, а на изгиб от 10500 до 15600 при оптимальной концентрации водорастворимого полимера. Улучшение общих свойств хлопкового волокна при такой обработке свидетельствует так же данные полученные по сорбции воды. Снижение этого показателя от 26,8 до 20,4 % подтверждают уплотнение структуры волокна при обработке предлагаемым составом. 

Таким образом можно сделать вывод, что обработка хлопка сырца эмульсией на основе водорастворимого до джинирования дает существенное улучшения различных показателей хлопкового волокна. При этом это улучшение наблюдается только при содержании в составе всех трех компонентов предлагаемой эмульсии. Оптимальная концентрация этих компонентов в водном растворе составляет следующее значение: ПЭГ-115-1,5%; глицерина-5% и сульфанола 0,5%. Тогда содержание этих компонентов в хлопковом волокне будет равно: ПЭГ-115-0,3%; глицерина-0,1% и сульфанола 0,01%.

Список литературы:

1. Улучшение процесса хлопкопрядения / Б.И. Айходжаев, Б.И. Касимов, Х.М. Мухсинов и др. // Текстил. пром-сть. 1987. № 1. С. 51 – 52.
2. Айходжаев Б.Б., Сапаров С.Х., Останов У.Ю.  Структура хлопкового волокна при обработке полимерной композицией. Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук. Республиканский Межвузовский сборник. Ташкент 2011. с. 74
3. Зиямухамедов У., Айходжаев Б.Б. Влияние растворов полимеров на структуру хлопкового волокна. Труды Научно-технической конференции молодых ученых, докторантов, аспирантов, научных сотрудников и студентов бакалавриата и магистратуры, 1 том, Умидли кимёгар. Ташкент 201 0, С 126.