УЛУЧШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАТУРАЛЬНЫХ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН

АННОТАЦИЯ

В данной статье предлагается способ получения водорастворимой полимерной композиции на основе полиэтиленгликолья и серицина для улучшения свойств целлюлозосодержащих хлопковых волокон. Изучением свойств предлагается оптимальный состав водорастворимой композиции, по требованию предъявляемым к ним для применения их в процессе хлопкопрядения. Обработка водорастворимыми композициями приводит к улучшению свойств целлюлозных волокон. Исследованы механическое свойства модифицированного хлопкового волокна, а также физико-химическое свойства композиции. При этом определена влияние концентрации компонентов на вязкости композиции.

ABSTRACT

This article proposes a method for obtaining a water-soluble polymer composition based on polyethylene glycol and sericin to improve the properties of cellulose-containing cotton fibers. By studying the properties, the optimal composition of the water-soluble composition is proposed, which, on demand, is presented to them for their use in the cotton spinning process. Treatment with water-soluble compositions leads to an improvement in the properties of cellulose fibers. The mechanical properties of the modified cotton fiber, as well as the physicochemical properties of the composition, were studied. At the same time, the influence of the concentration of components on the viscosity of the composition was determined.

Ключевые слова: натуральный хлопок, полиэтиленгликоль, серицин, модификация, целлюлозосодержащие волокна, полимерная композиция, свойства, деструкция, механические, физико-химические, разрывная прочность, разрывное удлинение, эксплуатационные характеристики.

Keywords: natural cotton, polyethylene glycol, sericin, modification, cellulose-containing fibers, polymer composition, properties, degradation, mechanical, physicochemical, breaking strength, breaking elongation, operational characteristics.

Введение. Важную роль при проектировании и производстве швейных изделий играют свойства текстильных материалов. Улучшение качества швейных изделий и повышение их конкурентоспособности во многом зависят от техники и технологии их изготовления, а также от качества волокон и нитьей.

Известно, целлюлоза является одним из наиболее распространенных натуральных полимеров, имеющих практически неисчерпаемую сырьевую базу Республики Узбекистан, что широта и разнообразие областей применения материалов на основе целлюлозы связаны с возможностью направленного изменения их свойств, прежде всего за счет использования химических реакций с участием функциональных групп и связей макромолекулярной цепи.

Наиболее интересным и важным химическим реакциям целлюлозы, характеризует в целом химические свойства целлюлозы, что они определяются наличием гликозидных связей между элементарными звеньями - реакции деструкции.

Фундаментальные исследования по улучшению технологической перерабатываемости волокон, легли в основу многочисленных оригинальных работ по устранению деффектов хлопкового волокна [4-11].

Обеспечение конкурентоспособности отечественных предприятий легкой промышленности возможно при большей их гибкости и маневренности, систематическом обновлении ассортимента выпускаемой продукции с высокой степенью готовности и с новыми функциональными возможностями, при разработке и внедрении комплекса научных и технологических мероприятий. При создании новых текстильных материалов следует учитывать решение таких вопросов как: новизна материала и его преимущества; качество ткани и ее конкурентоспособность; экономические и экологические аспекты [1].

Свойства текстильных материалов должны учитываться на всех этапах изготовления волокон и нитьей. Всесторонний учет показателей свойств материалов помогает разрабатывать модели, соответствующие требованиям современного потребителя. Свойства текстильных материалов условно подразделяются на: геометрические, механические, физические, оптические, технологические [2].

Толщина текстильных материалов должна учитываться при установлении припусков к деталям одежды, определении расхода швейных ниток на машинные строчки, расчете настилов тканей в раскройном цехе. Толщина ткани влияет на теплозащитные свойства материалов, воздухо‑проницаемость, жесткость, драпируемость и пр.

Механические свойства ткани можно разделить на: прочность, удлинение, износостойкость, сминаемость, жесткость, драпируемость и т.п.

Прочность, т.е. возможность противостоять нагрузке на материал — одна из основных характеристик ткани. Она зависит от волокнистого состава материала, толщины нити, поверхностной плотности и, особенно, от вида переплетения и др. наибольшая прочность принадлежит материалам из синтетических волокон.

Таким образом, свойства текстильных материалов воздействуют на все стадии формообразования одежды: художественное проектирование, конструирование и технологию изготовления. Свойства тканей зависят от качественных особенностей волокнистого состава исходного сырья. Наиболее распространенным, натуральным полимерном материалом является хлопчатобумажная ткань. Ее часто используют для изготовления белья и одежды для повседневной носки. Такую известность придали хлопчатобумажной ткани гигроскопичность, прочность и гигиеничность. Волокнистый состав ткани составляют как натуральное сырье растительного происхождения (хлопок), так и небольшой процент искусственных добавок [3].

Актуальность работы. В производстве изделий легкой промышленности используется огромное количество разнообразных текстильных материалов, отличающиеся и по сырьевому составу, и по волокнистому составу, и своим свойствам. Все вышеназванные свойства оказывают глубокое влияние на выбор геометрического вида модели, ассортиментную группу, конструкторско‑технологическое обеспечение процесса изготовления одежды. От свойств зависят также эксплуатационные характеристики.

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

Одним из перспективных способов модификации материалов легкой промышленности является облагораживание волокон при первичной обработки. Модификация позволяет изменять свойства очень тонкого приповерхностного слоя материала, сохраняя механические и физико-химические свойства массы полимера. Наиболее приемлемый, с точки зрения достижения эффекта химической модификации, без существенной деструкции полимерных соединений.

Целью настоящей работы являются исследование и разработка эффективного и технологически приемлемого способа модификации натуральных волокон полимерными композициями на основе высокомолекулярных соединений.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются полимерная композиция, серицин, полиэтиленгликоль, хлопковое волокно и модифицированное волокна хлопка. Предмет исследования состоит из разработки методов получения композиции на основе модифицирующих агентов из серицина и полиэтиленгликолья, а также использование его в процессе модификации волокна хлопка.

Композиция на основе водорастворимого высокомолекулярного вещества приготавливается при комнатной температуре в соответствующий емкость механическим смешиванием всех компонентов добавляем серицина (0,5 кг) в определенном количестве дистиллированную воду (например, 97 кг) при перемешивании. После его растворения (через 20-30 мин.) добавляли 2,50 кг полиэтиленгликоля. После полного перемешивания (в течение 10 мин.) раствор был готов к применению.

Полученные результаты и их обсуждение. Экспериментальные исследования показали, что относительная вязкость 1%-ных водных растворов серицина высока, что создает значительные трудности для нанесения водных растворов полимера под давлением сжатого воздуха. Поэтому мы в своих исследованиях использовали растворы натуральных полимеров с концентрацией 0,4-0,6%. Вязкость определяли с помощью вискозиметра Hoppler с падающем шариков KF 3.2. при температуре 298±0,5К.

Рисунок 1. Влияние концентрации серицина на вязкость композиции

Результаты и их обсуждение. Нами были исследованы физико-химические свойства водорастворимой композиции на основе полиэтиленгликолья в зависимости от количества серицина (табл. 1). Во всех случаях содержание серицина-0,5%. Как видно из приведенных данных табл. 1, с увеличением количества полиэтиленгликолья в композиции увеличивается вязкость раствора, значение же поверхностного натяжения меняется не значительно, увеличение вязкости может отрицательно повлиять на процесс обработки при облагораживании хлопкового волокна полимерными композициями. Оптимальным количеством полиэтиленгликолья в композиции является 2,5%.

Таблица 1.

Влияние концентрации полимера на физико-химические свойства полимерной композиции

Поверхностное натяжение определяли с помощью прибора (Тенсиометр типа Дю Нуи) Инд.ВН 5504. Плотность полимеров определяли в пикнометрах в растворе диоксана при 293К по формуле. Удельная электропроводность раствора определялась с помощью реохордного моста Р-38.

Для случая серицина было применено концентрация водной среды [12]. Изучено влияние концентрации серицина на смачиваемость и потопляемость белкового волокна, при этом оптимальное количество полиэтиленгликолья в композиции являлось ~ 2,5% (табл. 2).

Таблица 2.

Физико-химические свойства раствора полимерной композиции при различных концентрациях серицина

Из таблицы 2 видно, наличие в составе раствора водорастворимого полимера значительно влияет на активность раствора композиции по отношению натурального хлопкового волокна и что достаточной концентрацией в составе раствора является содержание серицина 0,4 – 0,5 %.

В результате физической модификации улучшаются качественные характеристики волокон, позволяющие предотвращать механическую деструкцию на дальнейших стадиях обработки. Установлено, что варьируя состав полимерной композиции без изменений технологического процесса, можно в значительной степени регулировать величины качественных характеристик хлопковых волокон с устранением перечисленных недостатков (табл. 3).

Таблица 3. 

Устранение недостатков хлопковых волокон варьируя состав полимерной композиции

Как видно из таблицы 3, имея развную нагрузку от 238,8 сН до 272,4 сН, разрывную удлинению от 5,9 % до 6,4 % соответсвуют требуемым стандартам (ГОСТ Р 53224-2016. Хлопковое волокно. Технические условия.), который представлен в действующым стандарте для хлопка, предназначенное для текстильной промышленности

Вывод. Таким образом, предложены водорастворимые полимерные композиции на основе полиэтиленгликолья и серицина для облагораживания хлопковых волокон. Показано, что при облагораживании хлопковых волокон разработанными водорастворимыми композициями улучшают качественные характеристики полуфабрикатов. Облагораживание хлопковых волокон разбавленными растворами полимерных композиций позволяет не только улучшить их механические свойства, но и обеспечить повышение эксплуатационных характеристик волокна.

Список литературы:

1. Гришанова И.А. Исследование свойств модифицированных полимерных текстильных материалов / И.А. Гришанова, А.А. Азанова, // Вестник Казанского технологического университета, Казань, КНИТУ, Т.15, №21, 2012, С.63-66
2. Калмыкова Е.А., Лобацкая О.В. Материаловедение швейного производства: Учеб. пособие.— Мн.: Выш.,2001.— 412 с: ил.
3. Савостицкий Н. А., Амирова Э. К. Материаловедение швейного производства.— М.: Академия, 2012.— 270 с
4. Амонов М.Р., Хафизов А.Р., Давиров Ш.Н., Яриев О.М. Изучение адгезионных свойств полимерных шлихтующих композиции // Докл. АН РУз. - Ташкент. - 2002. - №5. - С. 54.
5. Burkitbay A, Rakhimova SM., Taussarova BR, Kutzhanova Azh. Development of a Polymeric Composition for Antimicrobial Finish of Cotton Fabrics // FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe. - 2014. - Vol. 22. - № 2 (104). –P 96-101.
6. Голова Л.К. Новые целлюлозные волокна // Рос. хим. журнал. - Москва. - 2002. - Т. XLVI. № 1. - С. 49-57.
7. Danmei Sun. Surface Modification of Natural Fibers Using Plasma Treatment // Biodegradable Green Composites. John Wiley & Sons. - 2016. - P. 18-39. https://doi.org/10.1002/9781118911068.ch2 № 11 (80) ноябрь, 2020 г.56
8. Махматкулова З.Х. Химическая технология волокнистых материалов в Узбекистане. - Ташкент. - Фан. - 2011. -120 с.
9. Никитина Л.Л. Обеспечение заданных свойств материалов для изделий легкой промышленности с использованием полимерных композиций // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - №18. -С.158-161.
10. Перепелкин К.Е. Принципы и методы модифицирования волокон и волокнистых материалов // - Химические волокна. - Москва. - 2005. - №2. - С. 33-38.
11. Rylkova M.V., Bokova E.S., Kovalenko G.M., Filatov I.U. Use of water-soluble polymers for electrospinning processing // Fibre Chemistry. - 2012. - V. 44. I. 3. - P. 146-148.
12. Исмаилов А.И. и др., Создание водорастворимых композиций на основе аминоалкилакрилатов с галоидсодержащими соединениями для модификации целлюлозных волокон // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. Исмаилов А.И.[и др.].2020.11(80).