ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННОЙ КРАХМАЛЬНОЙ ШЛИХТЫ И ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОШЛИХТОВАННОЙ ПРЯЖИ

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты исследований по влиянию модифицированных шлихтующих композиций на основе крахмала и водорастворимых полимеров (НАК, Na-КМЦ, КТПК, ГИПАН) на физико-механические свойства нитей основы. Установлено, что варьирование концентрации и соотношения компонентов шлихты существенно влияет на формирование клеевого слоя, разрывную нагрузку, удлинение, влагосодержание и степень расшлихтовки пряжи. Показано, что использование 4 %-го раствора крахмала в сочетании с НАК и КТПК обеспечивает более высокие прочностные характеристики и снижение обрывности нитей по сравнению с традиционным крахмальным клейстером. Полученные результаты подтверждают эффективность введения синтетических полимерных модификаторов для повышения качества шлихтования и оптимизации текстильных технологических процессов.

ABSTRACT

The paper presents the results of research on the effect of modified sizing compositions based on starch and water-soluble polymers (sodium alginate, sodium carboxymethyl cellulose, potassium tripolyphosphate, and hydrolyzed polyacrylonitrile) on the physico-mechanical properties of warp yarns. It has been established that varying the concentration and ratio of sizing components significantly affects the formation of the adhesive layer, tensile strength, elongation, moisture content, and desizing degree of the yarns. The study shows that the use of a 4% starch solution combined with sodium alginate and potassium tripolyphosphate provides higher strength characteristics and reduces yarn breakage compared to traditional starch paste. The obtained results confirm the effectiveness of introducing synthetic polymer modifiers to improve sizing quality and optimize textile technological processes.

Ключевые слова: шлихта, пряжа, приклей, разрывная нагрузка, удлинение, модификация, полимер, крахмал, реологические свойства, концентрация.

Keywords: sizing, yarn, adhesive layer, tensile strength, elongation, modification, polymer, starch, rheological properties, concentration.

Введение. Развитие химии и химико-технологических процессов в текстильной отрасли промышленности сопровождается активным поиском альтернативных решений, направленных на снижение использования пищевого крахмала в качестве основы для шлихтования. Традиционно крахмал и его производные занимают ведущее место в составе шлихтующих композиций благодаря доступности, плёнкообразующей способности и сравнительно низкой стоимости. Однако его чрезмерное применение приводит к ряду технологических и экономических проблем: повышенному расходу сырья, снижению эффективности процессов расшлихтовки, а также негативному влиянию на качество готовой продукции.

По современным данным, удельный вес крахмала и его производных в технологических операциях текстильного производства достигает 70–75 %, в то время как синтетические водорастворимые полимеры занимают лишь 25–30 % [1, c. 65; 2, c. 53; 6, c. 54–55; 10, c. 88–96; 11, c. 28; 12, с. 91–93; 13, c. 169]. При этом синтетические и природные полимеры, такие как натриевая соль альгиновой кислоты (НАК), натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), калиевая соль триполифосфорной кислоты (КТПК) и гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), обладают ценными функциональными свойствами. Их введение в состав крахмальных композиций позволяет не только снизить расход крахмала, но и существенно улучшить адгезионные, реологические и плёнкообразующие характеристики шлихты.

Особый интерес вызывает исследование влияния указанных полимерных модификаторов на прочность, удлинение, влагосодержание и другие физико-механические показатели нитей основы. Актуальность данной работы определяется необходимостью разработки эффективных шлихтующих систем, обеспечивающих повышение прочностных характеристик пряжи, снижение её обрывности и улучшение качества текстильных процессов в целом.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовались композиционные системы, созданные на основе крахмала и различных водорастворимых полимеров, обладающих модифицирующими и структурообразующими свойствами. В частности, для приготовления шлихтующих растворов применялись: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), известная своими высокими вязкообразующими и стабилизирующими характеристиками; калиевая соль триполифосфорной кислоты (К₂H₃P₃O₁₀, КТПК), выполняющая функцию структурного регулятора и активного модификатора; натриевая соль альгиновой кислоты (НАК), обладающая выраженной плёнообразующей способностью и биосовместимостью; а также гидролизованный полиакрилонитрил (ГИПАН), способствующий формированию прочных межмолекулярных взаимодействий в щелочной среде.

Для повышения эффективности и выявления синергетического эффекта проводились исследования не только индивидуальных систем, но и их совместных комбинаций [5, c. 38; 3, c. 36; 14, c. 288–290]. Подбор состава осуществлялся с учётом технологических требований к процессу шлихтования и эксплуатационных характеристик нитей основы.

Приготовление растворов проводилось в лабораторных условиях с использованием дистиллированной воды и контролируемого температурного режима, что обеспечивало стабильность исследуемых систем. Концентрации компонентов варьировались в зависимости от вида и плотности пряжи, а также от условий последующего применения на ткацком оборудовании.

Физико-химические свойства полученных растворов определялись с помощью стандартных методов анализа вязкости, пленкообразующей способности и устойчивости к ретроградации крахмала. Физико-механические характеристики шлихтованных нитей основы (разрывная нагрузка, удлинение, влажность, степень расшлихтовки) оценивались в соответствии с действующими методиками, применяемыми для текстильных материалов.

Результаты и обсуждение. Основная цель данных исследований заключалась в получении высокоэффективных композиций на основе крахмала, модифицированных различными водорастворимыми полимерами. При этом особое внимание уделялось образованию полимерных комплексов в щелочной среде ГИПАНа, НАК и КТПК, что позволяет снизить расход крахмала и дорогостоящих химических реагентов.

Результаты анализа физико-реологических свойств шлихтующих полимерных композиций (ШПК), а также их влияние на физико-механические характеристики нитей основы представлены в таблицах 1 и 2.

Предложенные шлихтующие композиции различного состава оказали заметное влияние на свойства нитей в процессе шлихтования. Полученные результаты приведены в таблице 2.

В ходе экспериментов установлено, что в результате шлихтования:

• увеличивается вес нити основы;
• изменяется её плотность;
• на поверхности нитей образуется прочный клеевой слой (приклей), что приводит к повышению прочности нити при одновременном снижении её удлинения.

Таблица 1.

Состав модифицированной шлихтующие композиции при различной плотности пряжи, текс

Концентрация крахмала, Na-КМЦ, НАК, КТПФ и ГИПАН в составе шлихты зависит от вида и свойств нитей основы, а также от условий их эксплуатации на ткацком оборудовании. В связи с этим были проведены предварительные исследования с целью определения оптимальных концентраций крахмала и модифицирующих полимеров.

В таблице 2 представлены результаты применения шлихтующих растворов на основе крахмала, модифицированного соединениями Na-КМЦ, НАК, КТПФ и ГИПАН, для нитей основы.

Полученные экспериментальные данные показывают, что прочность на разрыв, удлинение нити при разрыве, величина приклея, влажность нитей и степень расшлихтовки в значительной мере зависят от концентрации и степени насыщенности компонентов в составе шлихты. Применение модифицированных композиций крахмала, содержащих НАК, КТПК, ГИПАН и Na-КМЦ, способствует увеличению прочности и снижению обрывности нитей основы.

Таблица 2.

Свойства модифицированной шлихтовальной композиции различного состава

При этом важным условием является отсутствие ретроградации крахмала в растворе и в шлихтованной нити, поскольку этот процесс затрудняет удаление шлихты в дальнейшем. Оптимальными свойствами шлихтующего раствора являются высокая вязкость, стойкость к истиранию и прочность пленки в процессе эксплуатации. Известно, что при деструкции крахмала формируются продукты с низкой вязкостью и высокой стабильностью, однако недостатком является снижение адгезионных свойств и образование мембраноподобной структуры в местах разрыва цепей амилозы. Данный недостаток был устранён за счёт введения в состав шлихты полимерных модификаторов [4, c. 203; 7, c. 460; 8, c. 137–141; 9, c. 326].

Кроме вышеуказанного следует отметить, что использование синтетических водорастворимых полимеров, медленно растворяющихся в воде, позволяет улучшить плёнкообразующие характеристики шлихтующих композиций. Модификация крахмала соединениями НАК, КТПК, ГИПАН и Na-КМЦ обеспечивает более равномерное плёнкообразование и повышение прочности клеевого слоя на поверхности нити.

Однако дальнейшие исследования показали, что приведённых данных недостаточно, так как свойства шлихтованной нити изменяются при прохождении через ткацкий станок. В связи с этим были проведены испытания на разрыв волокон, обработанных шлихтующими композициями на основе крахмала, НАК, КТПК, ГИПАН и Na-КМЦ. Результаты экспериментов представлены в таблице 3. Анализ данных свидетельствует, что на разрывные характеристики шлихтованных нитей основы существенное влияние оказывает не только концентрация крахмала и модификаторов (НАК, КТПК), но и содержание Na-КМЦ, определяющее степень структурирования композиции.

Таблица 3.

Разрывные характеристики ошлихтованной пряжи

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что зависимость физико-химических и физико-механических свойств шлихтованных нитей основы от химической природы и концентрации модифицирующих компонентов соответствует предъявляемым требованиям к клеящим и плёнкообразующим системам. Установлено, что применение 4 %-го раствора крахмала в сочетании с НАК (0,3 %) и КТПК (0,5 %) обеспечивает более высокую эффективность по сравнению с традиционным использованием 5 %-го крахмального клейстера. Это подтверждает целесообразность введения НАК и КТПК в состав шлихтующих композиций как активных модификаторов, повышающих прочностные характеристики нитей основы и уменьшающих их обрывность.

Заключение. Таким образом, проведённые исследования показали, что модификация крахмальных шлихтующих композиций водорастворимыми полимерами (НАК, Na-КМЦ, КТПК, ГИПАН) способствует формированию более прочных и равномерных клеевых слоёв на поверхности нитей основы. Установлено, что варьирование концентрации и соотношения компонентов шлихты оказывает существенное влияние на её реологические свойства, процессы пленкообразования и адгезии, а также на разрывные характеристики и удлинение пряжи.

При анализе структуры и реологических свойств полимерных систем в жидком состоянии особое внимание уделялось их поведению в деформированном виде. Полученные данные позволяют глубже понять механизмы структурных преобразований и фазовых переходов полимеров при изменении температуры и режимов деформации.

Практическая значимость работы заключается в том, что использование 4 %-го раствора крахмала в сочетании с НАК и КТПК обеспечивает повышение прочности и снижение обрывности нитей по сравнению с традиционными крахмальными клейстерами. Это подтверждает целесообразность применения полимерных модификаторов при разработке эффективных шлихтующих систем, что в конечном итоге способствует повышению качества текстильных технологических процессов, сокращению расхода крахмала и снижению себестоимости продукции.

Список литературы:

1. Алексеева С.В., Кокшаров С.А. Модификация свойств гидрогелей и пленок крахмала специализированными ферментными препаратами // Химия и химическая технология. – Т. 46 (1). – 2003. – С. 120.
2. Амонов М.Р., Нурова О.У., Музаффаров Д.Ч., Казаков А.С. Изучение реологических свойств шлихтующей полимерной композиции на основе рисового крахмала и полиакриламида // Узбекский химический журнал. – 2002. – № 3. – С. 52–56.
3. Амонов М.Р., Хафизов А.Р., Давиров Ш.Н. Исследование влияния композиций для шлихтования хлопчатобумажной пряжи на ее качество // Композицион материаллар журнали. –  2002. – № 2. – С. 35–36.
4. Будник А.А. Разработка и внедрение многостадийного способа шлихтования льняной пряжи:  дис. докт. техн. наук. – М., 1981. – 267 с.
5. Будник А.А., Смирнов В.М. и др. Шлихтование пряжи // Текстильная промышленность. – 1993. – № 1. – С.37–39.
6. Ганзюк Л.И., Евланова Е.М., Франко Л.И., Бусова Н.А. Шлихта для пряжи из натуральных целлюлозных волокон // Текстильная промышленность. – М.,  1990. – № 5. – С.54–55.
7. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2009. – 560 с.
8. Мельников Н.Б. Роль текстильных вспомогательных веществ. Прогресс текстильной химии и технологии // Российский химический журнал. – 2002. – Т.XL.  – № 1. – С. 137–141.
9. Николаев А.Ф., Крыжановский В.К., Бурлов В.В. Технология полимерных материалов. – СПб.: Профессия, 2008. – 544 с.
10. Нурова О.У., Музаффаров Д.Ч., Шарипов М.С. Полимерная композиция на основе крахмала модифицированной с синтетическим полимером для шлихтования хлопчатобумажной пряжи // Третья Всероссийская Каргинская конференция «Полимеры-2004»: сб. тез. док – Москва, 2004. – Т. I.  – С.135.
11. Пат. США № 4552564. Применение усовершенствованной композиции крахмал- ПВС для приготовления шлихты. – 1985. – С. 23–34.
12. Смирнова О.К., Пророкова Н.П. Вспомогательные вещества в химико-текстильных процессах. Современный ассортимент отечественных текстильных вспомогательных веществ // Российский химический журнал. – 2002. – Т. XLVI. –  № 1. – С. 88–95.
13. Суткевич М.В., Благодатских И.В., Ситникова Н.Л., Хохлов А.Р. Свойства разбавленных растворов гидрофобно-модифицированных полиакриламидов и определение их молекулярно-массовых характеристик-м // Материалы докладов VIII Всерос. конф. «Структура и динамика молекулярных систем «Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения». –2002. – № 6. – С.169–170.
14. Тагер А.А. Физико-химия полимеров: учеб. пособие. – М.: Научный мир, 2007. – 544 с.