УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН

АННОТАЦИЯ

В данной статье предлагается способ улучшения свойств целлюлозосодержащих волокон модифицированной полимерной композиции на основе полиэтиленгликоля и серицина. Изучение обработки водорастворимыми композициями приводит к улучшению свойств целлюлозных волокон и предлагается для применения их в процессе хлопкопрядения. Исследованы микроскопические исследования, также определялась разрывная нагрузка одиночного волокна и устойчивость модифицированного волокна к многократному изгибу, где наблюдается улучшение свойств обработанных волокон, что объясняется способом химического закрепления модифицирующих веществ, придающих специальные свойства, к волокнам основного материала.

ABSTRACT

This article proposes a method for improving the properties of cellulose-containing fibers of a modified polymer composition based on polyethylene glycol and sericin. The study of processing with water-soluble compositions leads to an improvement of cellulose fibers properties and characteristics as well as many researches propose their use in the cotton spinning process. Microscopic studies assisted to determine the breaking load of a single fiber and the resistance of the modified fiber to repeated bending, where an improvement in the properties of the treated fibers is observed, and this is explained by the method of chemical fixation of modifying substances that impart special properties and characteristics to the fibers of the base material.

Ключевые слова: физико-механическое свойства волокна, серицин, полиэтиленгликоль, модификация, целлюлозосодержащие волокна, полимерная композиция, устойцивость к стирке, стойкость, микрофотография.

Keywords: physical-mechanical properties of fiber, sericin, polyethylene glycol, modification, cellulose-containing fibers, polymer composition, resistance to washing, durability, micrograph.

Введение

Наибольший интерес среди продуктов фотосинтеза растений на протяжении всего времени существования человеческой цивилизации привлекала целлюлоза, ежегодный прирост количества которой составляет около 100 млрд т. Целлюлозные материалы занимают видное место в удовлетворении потребностей человека: природные целлюлозные волокна (прежде всего хлопок, лен и другие лубяные волокна) и сегодня являются существенной частью в балансе сырья для текстильной промышленности. Хлопковая и древесная целлюлоза широко применяются для изготовления бумаги и картона, искусственных волокон, некоторых пластмасс и лаков, эмульгаторов и загустителей для нефтяной, текстильной, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности.

Целлюлоза как природный полимер обладает рядом ценных для практического применения свойств: хорошо поглощает влагу, легко перерабатывается в текстильное волокно, имеет сравнительно высокие механические показатели и др. Однако целлюлозе и присущи определенные недостатки, ограничивающие ее применение. Хлопок представляет собой тонкие, короткие, мягкие пушистые волокна. Волокно несколько скручено вокруг своей оси. Для хлопка характерны относительно высокая прочность, химическая стойкость (он долгое время не разрушается под воздействием воды и света), теплостойкость (130—140 °C), средняя гигроскопичность (18-20 %) и малая доля упругой деформации, вследствие чего изделия из хлопка сильно сминаются. Стойкость хлопка к истиранию невелика. К таким недостаткам относятся горючесть, низкая устойчивость к действию микроорганизмов (гниению), малая устойчивость к действию света, тепла, атмосферных воздействий.

Актуальность работы

Для устранения свойственных природной целлюлозе недостатков и придания новых ценных свойств ее подвергают модификации двумя методами: изменением надмолекулярной структуры (структурная модификация) и с помощью разнообразных химических превращений (химическая модификация). Следует подчеркнуть, что структурная модификация, улучшая механические свойства целлюлозных волокон и пленок, не позволяет придать им новые свойства. Последнее может быть достигнуто лишь при химической модификации.

В настоящее время для применения в промышленной практике наиболее перспективными методами модификации целлюлозы считается метод сшивания цепей и метод получения привитых сополимеров. Реакция сшивания цепей приводит к повышению несминаемости и уменьшению усадочности целлюлозных тканей. Для образования поперечных химических связей между цепями целлюлозы применяют обработку ее различными бифункциональными реагентами.

В настоящее время в технологии производства натурального волокна имеются серьезные недостатки, результатом которых является механо-химическая деструкция, ухудшающая качество натуральных волокон и изделий на их основе. Проблема улучшения эксплуатационных характеристик хлопковых волокон с момента их сбора до технологической переработки, разработка способа облагораживания целлюлозосодержащего волокна растворами полимерных соединений и композиций на их основе, с целью предохранения его от различных разрушающих (механических, физических и биохимических) факторов и улучшения потребительских свойств, остается весьма актуальной задачей.

Цель работы

Модифицированное хлопковое волокно приобретает повышенные термостойкость, химическую стойкость и устойчивость к действию микроорганизмов. Исходя из этого, целью настоящей работы являются исследование и разработка эффективного и технологически приемлемого способа модификации натуральных волокон полимерными композициями на основе высокомолекулярных соединений.

Полученные результаты и их обсуждение

Фундаментальные исследования по улучшению технологической перерабатываемости волокон, легли в основу многочисленных оригинальных работ по устранению деффектов хлопкового волокна. Например, замасливатели и эмульсии, применяемые для обработки хлопковых волокон, ухудшают смачиваемость и увеличивают скольжение волокон относительно друг друга. Наличие в составе эмульсии воды увеличивает влажность, соответственно, улучшает гибкость волокон. Однако, после удаления влаги и в последующих стадиях технологического процесса волокно обладает ухудшенными физико-механическими свойствами. Кроме того, замасливание и эмульсирование маслоподобными веществами хлопковые волокна обладают отрицательными последствиями, такие как, мелкий сор и пыль как бы приклеиваются к замасленному волокну, т.е. их выделение из хлопкового волокна затрудняется. Также, масло попадая в механизмы технологических машин усложняет их очистку и удаление сора.

Учитывая вышеизложенные недостатки, а также в целях значительного ослабления влияния механодеструктивных процессов на переработку хлопкового волокна считаем целесообразно расширение ассортимента модифицирующих веществ, в частности – полиэтиленгликоля и серицина, применение водорастворимых полимерных композиций на основе полиэтиленгликоля и серицина, которые могли бы предотвращать нежелаемые явления, стабилизировать содержание влаги в течение достаточно длительного времени и увеличивать силы сцепления между волокнами.

Исходя из этих соображений нами были проведены исследования для улучшения качественных показателей хлопковых волокон, в работе была применена обработка растворами полимерных композиции на основе серицина, полиэтиленгликоля и воды. Исходя из предположения, что наличие в составе композиции полиэтиленгликоля собствуют стабилизации влажности волокна, а также с одной стороны способствуют сохранению влажности на различных этапах хлопкопрядения, с другой стороны он являются выступает антистатиком, эмульгатором и диспергатором в текстильном производстве. При этом в целях комплексного воздействия на свойства прядимости хлопкового волокна целесообразным является применение ряда высокомолекулярных веществ в сочетании с серицином и водой, композиции на основе которых значительно улучшают качество пряжи и снижают обрывность.

Нами предложен состав композиции для первичной обработки текстильных материалов из хлопковых волокон. При этом определялась разрывная нагрузка одиночного волокна и устойчивость модифицированного волокна к многократному изгибу (табл.1).

Таблица 1.

Зависимость физико-механических свойств хлопковых волокон от концентрации коипонентов композиции

Как видно из таблицы 1. модифицированное волокно 0,2% растворами серицина имеет разрывную нагрузку -4,90 сН, разрывную удлинению-5,4%, относительную разрывную нагрузку-34,2 сН/текс, а сопротивление разрыву -58,9 сН/см² (против тех же показателей Р_н=4,3сН; Р_у=4,8%, относителная разрывная нагрузка-32,2 сН/текс и сопротивление разрыву-48,9 сН/см²)

Таблица 2.

Зависимость физико-механических свойств хлопковых волокон от концентрации композиции

В процессе прядения волокна подвергаются многократному изгибу. На табл. 2 и рис. 1. приведена устойчивость обоих (модифицированных и немодифицированных) вариантов хлопковых волокон мнокократному изгибу.

Рисунок 1. Влияние полимерной композиции на стойкость модифицированных хлопковых волокон

Как видно из рисунки, волокно модифицированное полимерной композицией при 21000 циклах двойного изгиба, разрушалось всего 35% волокон, когда 92% немодифицированного волокна разрушалось при данном цикле изгибе. Следовательно можно сделать вывод, что устойчивость модифицированных волокон к многократному изгибу повысилась более чем 2,5 раза.

Основным недостатком большинства материалов является уменьшение защитных свойств в процессе эксплуатации, особенно при мокрых обработках, из-за плохого связывания модифицирующих веществ с волокнами текстильного материала. В этом плане наиболее перспективной, способной сохранить целевые свойства материалов в процессе эксплуатации является метод химического закрепления веществ, придающих специальные свойства, к волокнам основного материала.

Электронно-микроскопические исследования проводили нами при помощи чешского прибора марки Тесла Б-242 Е. Ультратонкие срезы волокон были получены на ультромикротоме УМТ-2. На рис.2. показано электронные микрофотографии исходных и модифицированных хлопковых волокон.

Рисунок 2. Электронно-микроскопические снимки натуральных хлопковых волокон

На основании микроскопических исследований следует отметить, что наличие полимерной композиции на поверхности хлопковых волокон, позволяет улучшению перерабатываемости волокна из-за сглаживания поверхности и сохранения повышенной влажности волокон за счёт использования гидрофильных добавок.

Далее изучали влияние стирки и носки на физико-механические показатели хлоп­чатобумажных тканей в условиях опытной носки ста хлопчатобумажных костюмов, состоящих из разных изделий. Все изделия в процессе эксплуатации находились в примерно одина­ковых условиях, систематически стирались, через каждые два неделья отбирали образцы и определяли их устойчивость к истиранию, многократному изгибу, растяжению и другие показатели.

Показали, что по мере изнашивания изделий устойчивость образцов к много­кратному растяжению, изгибу, истиранию, разрыву, а также водоупор­ность снижаются в исходном, а модифицированном увеличивается. Особенно в исходном сильно снижается устойчивость к истиранию и увеличивается водопоглощаемость (табл.3).

Таблица 3.

Изменение физико-механических свойств хлопчатобумажной ткани в условиях эксплуатации

Исследование влияния многократных обработок в полимерных композициях на физико-механические и химические свойства хлопковых волокон показало, что наиболее существенно изме­няются устойчивость к многоцикловым нагрузкам.

По полученным результатам можно заключить, что прививка к хлопку звеньев полимера открывает большие возможности для улучшения перерабатываемости волокон хлопка, что особенно важно для увеличения ассортимента тканей для национальной одежды, особенно, в Центрально – Азиатских республиках.

В современном мире люди начали возвращаться к натуральным продуктам, тканям, мебели др. Как правило, всё, что изготовлено из натурального сырья, стоит дороже искусственного, так как гипоаллергенно и полезно для здоровья. Модификация может помогать тем, у кого аллергия на искусственные одежды.

Кроме того использование натуральных волокон позволяет воссоздать в современных условиях одежду для фольклорных фестивалей, исторических реконструкций, а также пополнения и частичной или полной реставрации предметов материальной культуры в краеведческих музеях.

И так, в целях значительного ослабления влияния механодеструктивных процессов на переработку хлопкового волокна считаем целесообразно расширение ассортимента модифицирующих веществ, в частности, применение водорастворимых полимерных композиций улучшают качественные характеристики полуфабрикатов из хлопковых волокон, но и обеспечить повышение эксплуатационных характеристик волокна.

Список литературы:

1. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов A.B. Химическая технология текстильных материалов. / Под ред. д.т.н., проф. Г.Е.Кричевского. М., Легпромбытиздат, 1985, 640 с.
2. Исмаилов А. И. [и др.]. Создание водорастворимых композиций на основе аминоалкилакрилатов с галоидсодержащими соединениями для модификации целлюлозных волокон // Universum: технические науки. электрон. научн. журн. 2020. 11(80).
3. Амонова Х.И. Научное обоснование применения серицина для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 3(69).
4. Надыров Р.Ф. Влияние химической модификации на прядильную способность хлопковых волокон // автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ташкент,1994, 22 с.
5. Сафонов, В.В. Облагораживание текстильных материалов / В.В. Сафонов. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 287 с.
6. Ясинская, Н. Н. Композиционные текстильные материалы: [монография] / Н. Н. Ясинская, В. И. Ольшанский, А. Г. Коган. – Витебск: УО «ВГТУ», 2016. – 299 с.
7. Усманова, Э. Д. Способы получения многофункциональных текстильных материалов с различными полимерными покрытиями / Э. Д. Усманова, И. В. Усманов // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – № 11. – С. 283–284.
8. Давлатов Р.М. [и др.]. Придании натуральным волокнам улучшенных физико-механических и специфических свойств. // «Перспективы использования природных соединений в сельском хозяйстве» Респ. науч.-практ. Конференция., Узбекистан, г. Гулистан, 25-26 мая 2018 г., часть 1, стр. 207-209.
9. Давлатов Р.М. [и др.]. Органические вещества- ингредиенты композиции.// Труды международ. конф. «Состояние и перспективы развития органической химии в Республике Казахстан», Алматы-Щымкент 2002, с. 158-162.
10. [Электронный ресурс] / http://www.jeccomposites.com.