ИЗУЧЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ПРЯЖИ, ОШЛИХТОВАННОЙ МОДИФИЦИРОВАННЫМИ ПОЛИМЕРНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ

АННОТАЦИЯ

Разработан состав модифицированной шлихтующей полимерной композиции на основе природных и водорастворимых синтетических полимеров. Изучены реологические свойства шлихтующей полимерной композиции, таких как вязкость, предел текучести, время текучести, приклей, степень впитывания шлихты и степень её износа. В ходе исследования показаны: определение разрывной и эксплуатационной хлопчатобумажной пряжи, использование модифицированной шлихтовальной композиции нового состава. Проведено производственное испытание шлихтования хлопчатобумажной пряжи, разработанное с помощью определенных составов, и установлено, что прогнозируемые показатели ошлихтованной пряжи превышают почти в 1,3–1,5 раза показатели ошлихтованной пряжи, применяемые в производстве.

ABSTRACT

The composition of the modified sizing polymer composition based on natural and water-soluble synthetic polymers has been developed. The rheological properties of the sizing polymer composition, such as viscosity, yield strength, flow time, adhesion, degree of absorption of the sizing and degree of wear of the sizing have been studied. Determination of the breaking and operational properties of cotton yarn using a modified sizing composition of a new composition. Production tests of sizing cotton yarn with the developed compositions have been carried out and it has been established that the predicted indicators of the sizing yarn exceed almost 1.3-1.5 times compared to the indicators of the sizing yarn used in production.

Ключевые слова: композиция, полимер, шлихта, пряжа, крахмал, Na-КМЦ, прочность, приклей, вязкость, реологические свойства, степень износа шлихты.

Keywords: composition, polymer, size, yarn, starch, Na-KMC, strength, adhesiveness, viscosity, rheological properties, degree of wear of size.

Введение. В мире в силу того, что в высокой степени развивается текстильная промышленность, требования к производимой продукции год от года повышается. В частности, в результате применения на основе хлопкового волокна пряжи в процессе шлихтования, и разработка шлихтующих составов на основе водорастворимых полимеров, даёт возможность улучшения физико-механических свойств ошлихтованных пряж. В связи с этим, повышение качества и конкурентной способности продукции на основе хлопкового волокна, считается одной из важных задач текстильной промышленности, решение которых имеет важное значение, при создание высокоэффективных, энергосберегающих технологий, направленных на снижение расходов дорогостоящих зарубежных химических материалов, применяемых при шлихтовании, и крахмала [10, c. 3675; 11, c. 2118; 1, c. 109; 3, c. 54].

В современном мире научно-исследовательским работам, посвященным разработке новых технологий по получению шлихтующих систем на основе природных и водорастворимых синтетических полимеров, полной замене крахмала, считающегося пищевым продуктом, или же, в целях сокращения его расхода и, дающих возможность создания эффективных и качественных шлихтующих композиций, уделяется большое внимание [2, c. 31; 4, c.122; 8, c. 215].

Материалы и методы. В этом отношении разработке высокоэффективных составов при шлихтовании пряжи в текстильной промышленности, простоте приготовления шлихты, приводящей к образованию на поверхности пряжи прочной, эластичной тонкой пленки, к высокой адгезии по отношению к волокну, к устойчивости при механическом воздействии, к снижению количества разрывов пряжи в ткацких станках, а так же приводящих к снижению расхода крахмала, к кинетическим разрывам пряжи в сливных станках, а также ведущих к снижению расхода крахмала, к кинетической и агрегативной устойчивости, к повышению разрывной нагрузки ошлихтованной пряжи под силовым воздействием, к обеспечению замещения шлихтующих зарубежных ингредиентов, приводящих, в результате, к оптимальной работе предприятий, разработке получения энерго и ресурсосберегающих технологий получения шлихт на основе водорастворимых полимеров, уделяется особое внимание [5, c. 31; 9, c. 65–68].

Приготовление шлихты и её состав зависит от многих факторов. Состав шлихты может быть изменен в зависимости от сорта волокнистого продукта, варьирования линейной плотности шлихтованных нитей основы и усадке производимой ткани. С учетом вышеперечисленных факторов, для каждой нити основы с 29,4 текс была составлена ​​отдельная шлихта.

Результаты и обсуждение. В качестве шлихтующего препарата авторами данного исследования использован рисовый крахмал, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Nа-КМЦ), натриевая соль полиакриловой кислоты (Nа-ПАК), калиевая соль полифосфорной кислоты (К-ПФК), препарат К-4, поливинил ацетат (ПВА), Одной из важнейших особенностей приготовления шлихты является процентное соотношение каждого компонента по отношению к общему объему, и учитывая насыщенность этих материалов шлихтой они готовились по следующему рецепту (табл.1). Основная цель – получение высокоэффективных шлихтующих композиций путем модификации крахмала с различными синтетическими водорастворимыми полимерами различной природы, которые направлены на снижении расхода крахмала и дорогостоящих химических реагентов, используемых в процессе приготовлений шлихты, физико-реологические свойства шлихтовальных композиций и их влияние на физико-механические свойства нитей основы.

Таблица 1.

Состав модифицированной шлихтуюший композиции. Плотность пряжи 29,4 текс.

Предложенные нами шлихтущие полимерные композиции на основе природных и синтетических полимеров привели к изменению свойств нитей в процессе шлихтования, результаты представлены в таблице 2. При этом в результате шлихтования увеличился вес нити основы, соответственно и изменилась плотность нити, а также экспериментальным исследованием было установлено, что в результате образования прочной плёнки на поверхности нитевой основы увеличивается прочность нити с уменьшением растяжения.

Таблица 2.

Реологические свойства шлихтуюшей полимерной композиции

  Ниже представлена сравнительная таблица параметров шлихты разработанных и применяемых в компании ООО «Бухара Натурал продукт»

(табл. 3). Как видно из сравнительных результатов показателей шлихты, представленных в таблице 3, фактором, существенно влияющим на  цену, является концентрaция шлихты, которая снизилась с 7,0 % до 3,0 %, хотя фактическая клейкость осталась практически на уровне того же уровня, по результатам экспериментов, от 7,0 % до 4,0 % концентрaции шлихты. Установлено, что количество клея уменьшается на 3,0 %. Если учесть, что фактический приклей в нормативных документах составляет 5–7 %, то это значение является удовлетворительным.

Таблица 3.

Сравнительные результаты предлагаемого и применяемого в производстве шлихты

В последующих экспериментах приведены измеренные значения основных показателей при приготовлении шлихты, предложенным составом с показателями шлихтующей системы, используемой в производстве (табл. 4).

Как нам известно, в качестве основных показателей при приготовлении шлихты является то, что она должна иметь достаточную вязкость, приклей должен быть около 5–7 %, требуется, чтобы образовавшаяся пленка была обязательно тонкой, эластичной и прочной. Из показателей таблицы следует, что вышеуказанные показатели предложенной шлихты выше, чем у таковой на основе крахмала. Из предложенных образцов видно, что технологические показатели готовой шлихты, в сравнении с крахмальной шлихтой на основе картофеля или кукурузы, показатели предложенной шлихты, приготовленной новым составом, полностью отвечают нормативным требованиям. Особенно это заметно там, где концентрaция предложенной шлихты равна 4,0 %, а в крахмале 6–7 %, время приготовления шлихты 45 мин., а в крахмальной шлихте 55–60 мин, прочность плёнки шлихты в сравнении с крахмальной шлихтой, увеличена почти в два раза – 8,6 кг/см² (в крахмальной она составляет 4,7–5,3 кг/см²), что приводит к улучшению технологических показателей при получении тканей из ошлихтованной пряжи.

Несмотря на наличие ряда синтетических шлихтующих полимеров, ситуация принципиально не изменилась, доля шлихтующих составов с крахмалом достигает около 75 %. Чрезмерное употребление этих продуктов в пищу не только наносит большой ущерб продовольственным ресурсам, но и является источником сильного загрязнения водоемов, так как все крахмалы попадают в сточные воды. В связи с этим задача поиска способов снижения количества крахмала в вязких композициях без снижения качества шлихта остается весьма актуальной [10, c. 107; 11, c. 21–26].

Таблица 4.

Сравнительные показатели приготовления шлихты

В качестве химических модификаторов крахмала применяют низко- и высокомолекулярные амины и амиды, нитрильные соединения, соли акриловых кислот, производные мочевины и другие вещества. В результате взаимодействия с функциональными группами крахмала перечисленные соединения улучшают его вязкость, повышают эластичность образующихся пленок и, соответственно, снижают расход крахмала.

Планировалось оценить влияние концентрации Na-КМЦ на относительную вязкость крахмальных гелей и основные показатели эффективности крахмала при его различных концентрациях и Na-КМЦ в крахмальных композициях.

Эксперименты с одновременным изменением концентрации крахмала и Na-КМЦ были выбраны случайным образом. Подобный подход к проведению такого эксперимента считается наиболее подходящим методом, поскольку позволяет с помощью небольшого количества экспериментальных точек описать широкий диапазон изучаемых параметров [7, c. 1–8; 6, c. 27–30].

Опыты проводились с содержанием крахмала в шлихте, в диапазоне от 3,5 до 5 %, Na-КМЦ в пределах 0,1–0,3 %. Результаты исследования вязкости полимерных композиций, содержащих 3,5–5 % крахмала, 0,1–0,4 % КМЦ и 0,4–0,7 % К-ПФК, показали, что вязкость цельно композитных шлихтующих растворов соответствует технологическим требованиям. При этом изменение концентрации Na-КМЦ от 0,2 % до 0,6 % существенно влияет на структурно-механические свойства крахмальных клеев. В результате каландрирования пряжи калавы прочность пряжи калавы под нагрузкой увеличивается, а ее эластичность под нагрузкой снижается на 10–15 %.

Прочность сплетенных нитей зависит от количества Nа-КМЦ, Nа-ПАК, К-ПФК и К-4 и ПВА в составе композиции. Например, предел прочности пряжи составляет 411,2 сН с 4 %-крахмалом, КМЦ-0,3 % и 0,05 %-К-ПФК, а при концентрации крахмала 5 % Na-КМЦ составляет 0,2 % прочности нити составляет 391,6 сН, то есть разрывающаяся под действием силы, уменьшается до 391,6 сН.

 Концентрация крахмала и синтетических водорастворимых полимеров в шлихте зависит от вида и свойств нити основы, а также условий ее использования на ткацком станке. Учитывая вышеизложенные данные, были проведены исследования для определения разрывных и эксплуатационных свойств ошлихтованных хлопчатобумажных пряж. В таблице 5 приведены результаты применения шлихты нитей на основе раствора крахмала, модифицированного водорастворимыми синтетическими полимерами.

Таблица 5.

Разрывные и эксплуатационные характеристики ошлихтованной хлопчатобумажной пряжи с использованием различной модифицированной шлихтовальной композиции 

Заключение. Полученные результаты показывают, что прочность на разрыв, удлинение нити при разрыве, приклей, влажность нитей и степень проникновения шлихты в пряжу в определенной степени зависят от концентрации и насыщенности компонентов в составе шлихты. Использование модифицированных композиций крахмала с полимерами: Na-КМЦ, Nа-ПАК, К-ПФК и препаратов К-4 позволяет повысить прочность и уменьшить обрыв нитей основы. В растворе шлихтованной нити не должно быть случаев ретроградации, затрудняющих смывку шлихты с нити. При деструкции крахмала можно получить продукты с низкой вязкостью и недостаточной стабильностью. Недостаток при этом обусловлен снижением адгезионных свойств и образованием мембраны при разрыве цепей амилозы. Эти дефекты были устранены с применением шлихтующих композиций, путем модификации крахмала различными полимерами. Кроме того, улучшить характеристики пленкообразования можно с помощью синтетических полимеров, медленно растворяющихся в воде. Модифицирование крахмала с синтетическими полимерами позволяет улучшить свойства пленкообразования и склеивания.

Таким образом, получены модифицированные шлихтовальные композиции на основе концентраций 3,5–5 % рисового крахмала, Nа-КМЦ 0,1–0,3 %, Nа-ПАК 0,1–0,3 % , К-ПФК 0,04–0,05 % ,  препарат К-4 0,1–0,3 % и ПВА 0,3–0,5 % натриевой соли акриловой кислоты, 0,7–1,2 % атактического полипропиленового порошка для шлихтования нитей из хлопкового волокна  29,4 текс, а также определены их синергетические свойства.

Список литературы:

1. Исматова Р.А., Амонов М.Р. Структураобразование в водных растворах полисахаридов и полиакрилатов и создание на их основе композиционных шлихтующих материалов : монография. – Буxара, 2021. – 109 с.
2. Исматова Р.А., Амонов М.Р., Ражабова Л. Вязкостные характеристики крахмальных полимерных композиций // Композиционные материалы. – 2021. – № 1. – С. 28–33.
3. Исматова Р.А., Амонова М.М., Амонов М.Р. Физико-химическое обоснование шлихтования хлопчатобумажной пряжи с новыми составами // Научный вестник Фергу. – 2021. – № 1. – С. 51–56.
4. Исматова Р.А., Амонова М.М., Равшанов К.А., Амонов М.Р. Физико-химические аспекты получения и применения полимерной композиции для шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Научной вестник НамГУ. – 2021. – № 5. – С. 118–124.
5. Исматова Р.А., Казаков А.С., Амонов М.Р. Применение синтетических полимеров ПВС и Гипан для повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Universum : Технические науки. – 2024. – Вып. 8 (125). –Ч. 3. – Москва – C.29–33.
6. Шадиева Ш.Ш., Амонов М.Р. Физико-химические основы получения шлихтующих композиции на основе водорастворимых полимеров // Universum: технические науки. – 2023. – Москва. – №11 (116). – С. 27–30.
7. Amonov M.R., Shadiyeva Sh.Sh., Ismatova R.A., G‘aniyev B. Viscosity characteristics compositions based on PAA, PVS and NA-CMS // E3S Web of Conferences. – 2023. – Vol. 389. – Р. 1–8. 01021 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338901021 UESF-2023.
8. Ismatova R.A., Amonov M.R. Physical and mechanical Indicators of yam sized with water-soluble polymer compositions // Journal of Pharmaceutical Negative results. – 2022. – Vol. 13.  – Special Issue 9. – Рp. 212–216.
9. Ismatova R.A., Amonova M.M., Kazakov A.S. Technological indicators of yarn of slimmed polymer composition // Журнал Universum :  Технические науки. – 2024. – Вып. 9 (126). – Ч. 5. – Москва. – C. 65–68.
10. Ismatova R.A., Ibragimova F.B., Amonov M.R., Ravshanov K.A. Physical and mechanical properties of Yarn Coated with polymer compositions // European Journal of Molecular & Clinical Medicine. – 2020. – Vol. 7. – Iss.3. – Рр. 3671–3678.
11. Ismatova R.A., Ibragimova F.B., Amonov M.R., Ravshanov K.A. Physical and mechanical properties of Yarn Coated with polymer compositions // International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology.  – 2020. – Vol. 11. – Iss. 12. Article ID: IJARET_11_12_201 DOI: 10.34218/IJARET.11.12.2020.201 Рp.2114–2121.
12. Ismatova R.A., Kazakov A.S., Amonova M.M. Izuchenie vliyaniya sostava shlixtы na svoystva oshlixtovannoy pryaji // American Journal of Polymer Science. –2024. – December. – Р. 21–26.
13. Ismatova R.A., Kazakov A.S., Amonova M.M. Structural development of compositions consisting of polysaccharide and polyacrylates in aqueous solutions and their basis of creation of original ingredients // International Journal of Material and Chemistry. – 2024. – December. – Р.103–108.