СОСТАВ, СВОЙСТВА И ХИМИЧЕСКАЯ ПОКРАСКА ВОЛОКОН НА ОСНОВЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена химическому окрашиванию и отделке натурального волокна - тканей на основе целлюлозы, включая химический состав, структуру, основные свойства целлюлозы и влияние на нее определенных факторов, химической обработке тканей на основе целлюлозы, ее красителям, методы окрашивания, была предпринята попытка кратко осветить технологические процессы, применяемые при окраске. Для обоснования теоретических сведений, изложенных в статье, непосредственно наблюдались технологические процессы, проводимые в красильном цехе отдельного текстильного предприятия, уделялось внимание методам окрашивания тканей на основе целлюлозы и химическим реагентам.

ABSTRACT

The article is devoted to the chemical dyeing and finishing of natural fiber - cellulose-based fabrics, including the chemical composition, structure, basic properties of cellulose and the influence of certain factors on it, chemical processing of cellulose-based fabrics, its dyes, dyeing methods, an attempt was made to briefly highlight the technological processes used for painting. To substantiate the theoretical information presented in the article, the technological processes carried out in the dyeing shop of a separate textile enterprise were directly observed, attention was paid to the methods of dyeing fabrics based on cellulose and chemical reagents.

Ключевые слова: натуральное волокно, хлопковое волокно, целлюлоза, элементарное звено, гидроксильная группа, трикотажное полотно, отбеливать, мерсеризация, крашение, красителы, раствор красителя, усиление цвета, щелочь, электролит, стирка.

Keywords: natural fiber, cotton fiber, cellulose, elementary link, hydroxyl group, knitted fabric, bleach, mercerization, dyeing, dyes, dye solution, color enhancement, alkali, electrolyte, washing.

Введение: Сегодня актуальным является обеспечение потребности растущего населения нашей страны в качественных, абсолютно безвредных швейных изделиях, одеждах, а также потребность текстильных предприятий в натуральном сырье, и для этого необходимо дальнейшее совершенствование и модернизация производства в соответствующих областях.[8]

Особое внимание уделяется развитию текстильной промышленности, которая является одной из наиболее быстрорастущих отраслей экономики Узбекистана, совершенствованию процессов химической отделки и крашения волокнистых тканей, их ускорению, что, в свою очередь, обеспечивает производство конкурентоспособной готовой продукции. [5] 

В результате в стране действует около 7000 текстильных предприятий, сформирована текстильная промышленность с высоким уровнем производственного потенциала [2].

В связи с этим указ Президента Республики Узбекистан от 14 февраля 2017 года № ПФ-5285 «О мерах по дальнейшему ускорению развития текстильной и швейной промышленности» и постановление «О мерах по дальнейшему углублению реформирования текстильной и швейной промышленности и расширению ее экспортного потенциала» от 12 февраля 2019 года № ПК-4186 служит инструкцией развития [1].

Для производства качественной продукции, соответствующей современным требованиям, текстильные предприятия по-прежнему нуждаются в высококачественном трикотажном полотне, сотканном из хлопкового волокна - натуральной целлюлозы и волокон на ее основе.

Обсуждения и результаты: По своей химической природе целлюлоза представляет собой многоатомный спирт. Элементарное звено макромолекулы целлюлозы содержит 3 гидроксильные группы и 1 карбонильную группу:

Рисунок 1. Строение молекулы целлюлозы

Приведенная выше структура целлюлозы свидетельствует о том, что она реагирует со щелочами. Когда целлюлоза подвергается воздействию концентрированного щелочного раствора (NaOH), наряду с химическими реакциями, происходят также физико-химические процессы, то есть целлюлоза набухает: 

Такая реакция целлюлозы с концентрированным раствором гидроксида натрия используется в текстильной промышленности при производстве синтетических волокон на основе целлюлозы. Целлюлоза в основном содержится в волосах некоторых семян растений, например, в волосах семян хлопчатника (97-98%), в древесине (40-50% по сухому веществу), в стеблях конопли (80-90%), в внутренний слой коры растений (лен, рами 80-90%, джута 75%), стеблей однолетних и многолетних растений (кукуруза, зерновое растение, подсолнечник, тростник) составляет 30-40%.

Целлюлоза отделяется от натуральных продуктов под действием реагентов, которые расщепляют и растворяют нецеллюлозные компоненты. Способ отделения целлюлозы зависит от состава и структуры растительного продукта.

Натуральные ткани на основе целлюлозы, используемые на текстильных предприятиях, и композитные ткани на основе целлюлозы, в основном, являются продуктами переработки хлопкового волокна.

Химический состав хлопкового волокна и свойства целлюлозных тканей приведены ниже:

Рисунок 2. Состав хлопкового волокна

Молекулярная масса целлюлозы (хлопка), которая является высокомолекулярным соединением, имеет большое значение. Его масса составляет около 1620000 - 1750000, а степень полимеризации составляет 10000 - 10800, что, в свою очередь, определяет физические и механические свойства целлюлозы, такие как прочность, эластичность, устойчивость к деформации и истиранию.

Таблица.

Взаимодействие макромолекул целлюлозного волокна друг с другом

Эти связи определяют гидрофильные свойства целлюлозы, вступающей в реакцию с красителем. В щелочной среде функциональная группа -ОН ионизируется, увеличивая способность красителей и других химических веществ реагировать с целлюлозой [6].

Целлюлоза несколько устойчива к различным внешним факторам и реагентам.

Влияние температуры; целлюлоза более устойчива к температуре, повышение температуры выше C приводит к структурным изменениям целлюлозы, со 160 -C структура начинает разрушаться, выше C начинает гореть. При низких температурах устойчива до -C.

Воздействие воды и органических растворителей; хотя целлюлоза содержит гидроксильные группы ОН, она нерастворима в воде, поскольку имеет сильные водородные связи и связи Ван-дер-Ваальса. Во влажном состоянии их прочность увеличивается на 15–20%. Целлюлоза нерастворима в любом органическом растворителе, но ее сила уменьшается по мере поглощения этих растворителей.

Действие кислот; на структуру целлюлозы влияет ряд минеральных кислот. В частности, , , , повышение температуры ускоряет гидролитическое разложение целлюлозы.

Действие окислителей и восстановителей; крашение текстильных предприятий а ряд окислителей NaClO, NаCl, , ,  и восстановители NаHCО₃, Nа₂S₂О₄, ронгалит NаHSО₂·CH₂О·2H₂О используются при химической обработке натуральных тканей в отделочных цехах [3]. Деструктивного воздействия восстановителей на волокна целлюлозы не наблюдается. Однако под действием окислителей целлюлоза превращается в оксицеллюлозу.

Крашение ткани на основе целлюлозы осуществляется поэтапно. Во время химического окрашивания щелочи, особенно NaOH, используются во многих процессах. В том числе в процессах варки, отбеливания, мерсеризации [4]. Под воздействием щелочи ткань дает усадку, улучшается окраска, ткани придается блеск и прочность.

Известен способ отбеливания гипохлоритом NaClO, хлоритом NaClO₂ и перекисью водорода H₂O₂ [3]. В настоящее время большинство текстильных предприятий используют метод перекиси водорода в отношении сырья. В этом случае атомарный кислород, образующийся в результате следующей реакции, влияет на отбеливание ткани:

Рисунок 3. Преимущества метода перекиси водорода

Недостатки:

- может разлагаться на свету и превращаться в воду.

-Концентрированная перекись водорода обладает горючими свойствами.

Рисунок 4. Состав отбеливания

 - NaOH - образование щелочной среды в растворе

- Na₂SiO₃ - стабилизатор, предотвращает разложение H₂O₂

- ПАВ (OП-7) - повышают эластичность ткани.

- MgCl₂ - действует как катализатор

Во время мерсеризации тканей на основе целлюлозы гидроксид натрия реагирует с целлюлозой с образованием следующего соединения:

Такая мерсеризованная ткань обладает мягкими, глянцевыми, высокопрочными, гигроскопичными, эластичными, цветопоглощающими, водоотталкивающими свойствами. В результате действия щелочи в ткани на основе целлюлозы происходят структурные изменения; то есть по мере увеличения размера пор размер волокна (ткани) увеличивается, и макромолекулы в линейной структуре выравниваются, что приводит к глянцевому свойству [6]. Температура, концентрация и различные добавки влияют на набухание ткани. Низкая температура увеличивает скорость набухания, оптимальная температура 8-10 °С, технологическая температура 15-20 °С. Мерсеризация проводится в взвешенном и невзвешенном состоянии. При первом способе блеск ткани увеличивается, но степень набухания красителя невысока, при втором способе блеск ткани уменьшается, но степень набухания красителя высокая [4].

Рисунок 5. Состав отбеливания

Обычно краситель выбирается в зависимости от типа волокна, из которого ткётся трикотажное полотно [1].

Рисунок 6. Классы красителей, используемых при крашении тканей на основе целлюлозы

Крашение хлопчатобумажных (целлюлозных) волокнистых тканей прямыми (прямыми) красителями и активными красителями дает очень хорошие результаты.

Окрашивание прямыми красителями.

Красители этого класса сочетаются с тканями на основе целлюлозы за счет водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Сульфогруппа -….а придает этим красителям водорастворимые свойства [6].

Факторы, влияющие на процесс окрашивания: Температурный эффект; повышение температуры увеличивает скорость процесса окрашивания, поскольку поры ткани расширяются, скорость диффузии красителя к центру волокна увеличивается в результате повышенной подвижности молекулы красителя. Когда крашение проводится при C, ткань насыщается красителем и время окрашивания сокращается.

Влияние концентрации красителя: увеличение концентрации красителя приводит к увеличению количества красителя, абсорбированного тканью (количества активных частиц).

Влияние электролита: химически чистый краситель плохо впитывается тканью из-за отталкивания отрицательных ионов, образующихся в процессе окрашивания между тканью на основе целлюлозы и молекулами красителя. Чтобы преодолеть этот недостаток, в раствор красителя добавляют электролит (NaCl), и количество ионов Na⁺ (положительных ионов) увеличивается, в результате чего краситель легче впитывается тканью.

Усиление цвета: получается 0,5 - 3% вещества (по отношению к массе ткани) в зависимости от интенсивности окраски, образовавшейся при приготовлении раствора красителя. Поскольку это делается в щелочной среде, добавляют 1-2% соды Na₂CO₃, которая также является мягчителем. Количество электролита 0,5 - 10%.

Крашение тканей на основе целлюлозы проводят при температуре от C до C, а в испарительных камерах при температуре C цвет застывает за 3-5 минут. Оставшаяся часть краски промывается теплой содовой водой и, наконец, обрабатывается специальным раствором для усиления цвета. Крашение хлопчатобумажных (целлюлозных) волокнистых тканей активными красителями. В то же время, благодаря прочным ковалентным связям, образованным между ОН-группой целлюлозы и функциональными группами активного красителя - винилсульфона, монохлоротиазина, дихлоротриазина, происходит очень тщательно, яркий (светлый)цвет, светостойкий, износостойкий и устойчивая к истиранию покраска. Процесс осуществляется по технологии окрашивания методом термофиксации с учетом красителя, щелочного реагента, электролита, концентрации и природы раствора, температуры ванны для выдержки, а также других параметров. Недостатком красителей этого класса является их гидролиз в щелочной среде. Гидролиз происходит в результате присутствия красителей при высоких температурах и в щелочной среде в течение длительного времени. Поэтому используются одно- и двухванные методы покраски. При однокомпонентном (однованное) методе ткань пропитывается красителями и обрабатывается в щелочной среде [4].  

Рисунок 7. Примерный состав раствора красителя по первому способу

В методе с двумя ваннами щелочной препарат и электролит используется во второй ванне. После окрашивания ткань обрабатывают в течение 3-5 минут в среде пара при температуре C, затем неупрочненные красители в ткани стирают в теплой воде. В настоящее время в странах с развитой легкой промышленностью продукция производится в основном с использованием натуральных волокон (волокна на основе целлюлозы), и в этой связи активные красители остаются весьма актуальными. Есть два разных метода активного окрашивания:

-«Горячее крашение», процесс проводят при температуре C. Краска очень эффективная, качественная и долговечная.

-«Холодное крашение» удобно, потому что процесс проводится при температуре C, а это означает, что он может быть экономически выгодным при низких температурах, но качество окрашенной ткани намного ниже, чем у горячего крашения. [7].

Заключение: Данная работа была по теме «Состав, свойства  и  химическая  покраска  волокон на  основе  целлюлозы». В статье основное внимание уделяется этапам реализации технологического процесса крашения трикотажного полотна на основе целлюлозы на отдельном текстильном предприятии, частично останавливаясь на химическом составе, свойствах, типах красителей и способах окрашивания целлюлозы.

Список литературы :

1. Мамажонов У.М. Химические технологии покраски ткани на текстильном предприятии // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 5(86). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11739
2. Мамажонов У.М. “Трикотаж матосини бўяш усуллари”. Материалы международной научно-практической конференции. Июнь 2021 г. Андижан.
3. М.З.Абдукаримова ва б. «Толали материалларни пардозлаш кимёвий технологияси». Тошкент. Меҳнат 2004
4. Г.Е. Кричевский. «Химическая технология текстильных материалов. Заключительная отделка ». М. Легпромбытиздат, 2001 г.
5. Кулдашев Е.,Жамолдинов С.,Мухаммаджонов Б. Основные принципы и алгоритм современного менеджмента машиностроительных предприятий Узбекистана // Universum: экономика и юриспруденция : электрон. научн. журн.2020.№ 8 (73). URL: https://7universum.com/ru/economy/archive/item/9898
6. Электронный ресурс uz.denemetr.com/docs/768/index-284468-1.html.
7. Электронный ресурс uz.denemetr.com/docs/768/index-284158-1.html.
8. Расулова Т.П., Жамолдинов С.Х., Атаханов К. Основы функционирования и эффективность внедрения систем мониторинга транспорта UzGPS в Узбекистане // Universum:технические науки:электрон.научн.журн.2020. №7(76).URL:https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9902