Физико-механические свойства напечатанных хлопчатобумажных тканей с загусткой на основе модифицированного крахмала, карбоксиметилцеллюлозой и серицином

АННОТАЦИЯ

В статье ставится задача изучить реологические свойства модифицированного крахмала в зависимости от концентрации крахмала и модификаторов. Выявлено, что степень связывания красителя модифицированного крахмала уменьшается почти в 1,6 раза по сравнению с нативным крахмалом.

ABSTRACT

The rheological properties of modified starch depending on the concentration of starch and modifiers were studied. It was revealed that the degree of binding of the modified starch dye decreases by almost 1.6 times compared to native starch.

Ключевые слова: реологические свойства, модификация, крахмал, загустка, хлопчатобумажная ткань, отделка, краситель, эффективность.

Keywords: rheological properties, modification, starch, thickener, cotton fabric, finish, dye, efficiency.

Во всем мире на отделочных предприятиях для печатания хлопчатобумажных текстильных материалов в большинстве случаев используют пигменты и ак­тивные красители. При этом эффективность процесса печатания во многом зависит от правильного выбора загустителя, роль которого прояв­ляется как в качестве печатного рисунка, так и в экономическом и экологиче­ском аспектах производства набивных тканей [1-4].

Необходимо отметить, что особую актуальность в настоящее время приобрели во всем мире во­просы экологии. Одной из основных причин, обостряющих экологические проблемы в текстильном отделочном производстве, является выброс в окру­жающую среду жидких отходов – стоков, в которых содержатся нефиксированные красители, ПАВ, органические и неорганические ингредиенты, промывные шлихтующие компоненты, а также загущающие вещества.

Исходя из этого, вполне очевидна актуальность и своевременность исследова­ний, направленных на создание технологий, в которых в качестве текстиль­но-вспомогательных веществ как загустителя используются безопасные как для биосферы, так и для человека природные соединения. Таким требованиям в полной ме­ре, применительно к продукции для загущения печатных красок, отвечают полимерные композиции на основе крахмала, модифицированного Na-КМЦ и серицином, т. е. загущающие полимерные композиции в системе крахмал-Na-КМЦ и серицин.

В связи с этим в данной работе приводятся результаты физико-химических свойств загустителя и печатно-технических свойств хлопчатобумажных тканей, напечатанных на основе загустителя крахмала модифицированными Na-КМЦ и серицином.

Вязкость загустителей является одной из основных характеристик системы, так как она должна находиться в пределах оптимального значения, при котором обеспечивается образование на поверхности ткани защитной пленки с красителями, придающей ей прочность и обеспечивающей полный переход красителя на ткань.

Как видно из полученных данных (табл. 1.), вязкость композиции по сравнению с чистым крахмалом одной и той же концентрации высокая. Если вязкость 4%-ного раствора крахмала при 298 К составляет 14.516 Па.с, то вязкость того же раствора при концентрации Na-КМЦ и серицина 3,0 и 0,3% от веса крахмала соответственно достигает 24.721 Па.с, или же при концентрации крахмала 6% до модификации вязкость раствора составляет 41.064 Па.с., а после модификации его Na-КМЦ и серицином (концентрация модификаторов соответственно составляет 3,0 и 0,3% от веса крахмала) вязкость системы составляет 62.787 Па.с, т. е. вязкость системы повышается почти в 1,5 раза. Это говорит о том, что за счет функциональных групп составляющих компонентов и Ван-дер-Ваальсовых сил происходит модификация гидроксильных групп крахмала. Следует отметить, что присутствие модификаторов в системе не только повышает ее вязкость, но и способствует повышению степени тиксотропного восстановлении, а также уменьшению предела текучести загустки. Так, например, если при концентрации крахмала 5,0% степень тиксотропного восстановления и предел текучести составляют 84,2% и 39,14 г/см² соответственно, то после модификации при той же концентрации крахмала – 97,6% и 34,23 г/см².

Таблица 1.

Изменение реологических свойств разработанного состава в зависимости от концентрации крахмала, КМЦ и серицина

В приготовлении модифицированной крахмальной загустки исключительно важную роль играет такой показатель, как продолжительность разварки. Для установления оптимального времени варки нами были изучены следующие характеристики модифицированной крахмальной загустки: степень расщепления крахмальных зерен, динамическая вязкость, динамическая устойчивость структуры (ДУС), электрокинетические свойства и степень связывания активного красителя, результаты представлены в табл. 2 и 3.

Как видно из композиции из полученных данных (табл. 2.), осуществление модификации крахмала существенно влияет на степень связывания активного красителя. Последний является основным фактором при печатании хлопчатобумажной ткани активными красителями на основе загустки модифицированного крахмала, т. к. между функциональными группами крахмала и красителя происходит расщепление и за счет этого степень связывания очень высока.

Из полученных данных следует, что при осуществлении модификации Na-КМЦ или же серицином степень связывания красителя с крахмалом уменьшается почти в 1,6 раза, а в случае модификации крахмала одновременно в присутствии Na-КМЦ и серицина, т. е. в системе крахмал-Na-КМЦ-серицин, степень связывания красителя уменьшается почти в 3,0-3,5 раза. Например, при концентрации 5%-ного крахмального клейстера без модификатора степень связывания красителя составляет 37%, а в присутствии модификатора Na-КМЦ и серицина степень связывания красителя последнего уменьшается до 11%. 

Данные табл. 2 дают основание заключить, что введение Na-КМЦ и серицина как модификатора крахмала позволяет придать коллоидным частицам загустки отрицательный потенциал и тем самым снизить его способность связывать активный краситель. Это можно объяснить тем, что отрицательный заряд на поверхности крахмальных зерен нейтрализуется присутствием положительно заряженного катиона Na⁺, который способен координационно связываться с функциональными группами, который представляет Na-КМЦ и серицин.

Как нами установлено, минимальная величина степени связывания активного красителя модифицированной загусткой достигается при степени расщепления 74-79%. В связи с этим необходимо было выяснить, будет ли модифицированная крахмальная загустка с такой степенью расщепления удовлетворять требованиям по реологии и устойчивости во времени (табл. 3).

Появление устойчивой мутности указывает на то, что водная среда обработанных суспензий содержит коллоидные частицы, не осаждаемые при длительном хранении, т. е. достигается термодинамически устойчивая система по отношению к крахмальной загустке. В результате химической модификации наблюдаются изменения и в реологическом поведении клейстеров, заваренных из обработанных суспензий крахмала модифицированным Na-КМЦ и серицином.

Агрегативная устойчивость модифицированной крахмально-КМЦ-серициновой загустки становится больше (4 дня) по сравнению с чисто крахмальной (1,5 дня).

Влияние концентрации модификаторов на реакционную способность крахмала исследовали на примере реакции гетерогенной модификации крахмала модификатором. Если сравнить концентрации модификаторов, достигаемые за одно и то же время для двух случаев, то получим, что, например, за 30 мин реакции расход модификатора Na-КМЦ составил 9,3% для 5%-ной крахмальной суспензии без серицина, а с серицином – 11,7%. Как видно, скорость реакции для модификации крахмальной суспензии Na-КМЦ и серицином выше, чем для крахмала, модифицированного Na-КМЦ. Это связано с тем, что различие в процессе модификации протекает до тех пор, пока происходят поверхностные процессы, т. е. до наступления стадии модификации в объеме зерна, лимитируемой диффузией.

Таблица 2.

Влияние природы и концентрации модификатора на степень связывания красителя активного красного 6 С крахмальной загустки модифицированным Na-КМЦ и серицином

Реологическое поведение гелеобразной системы хорошо характеризуется ходом кривых текучести, представляющих собой зависимости lgh=f(lgt). При концентрации модификатора Na-КМЦ 3,0% от веса крахмала наблюдается резкое увеличение угла наклона кривых текучести, которые принимают вид, характерный для студнеобразных систем с резким возрастанием вязкости в области малых концентраций и отсутствием участка с постоянным максимальным значением вязкости. Такую же картину наблюдали для всех концентраций крахмала свыше 4% масс (рис.). Этот факт объясняется тем, что характер реологических кривых для водных растворов крахмала определяется соотношением в растворе молекулярно растворенной части полимера и количества коллоидно-дисперсной фазы. Можно предположить, что действие сдвиговых усилий вызывает разрушение молекулярной сетки зацеплений, ориентацию освобожденных макромолекул и возникновение новых надмолекулярных образований.

Таблица 3.

Изучение влияния различных факторов на процессы модификации крахмальной суспензии

* концентрация крахмала в композиции 5,0% масс.

Рисунок 1. Кривые текучести 5%-ных водных растворов крахмала: 1 – исходного, 2 – в присутствии модификатора серицина, 3 – в присутствии модификатора Na-КМЦ и 4 – в присутствии модификаторов Na-КМЦ и серицина

Таким образом, установлено, что в результате модификации крахмала Na-КМЦ и серицином его физико-химические и реологические свойства по отношению к чистому крахмалу становятся высокими по отношению к вязкости и степени тиксотропного восстановлении и значительно уменьшаются по отношению к пределу текучести загустки.

Список литературы:
1. Амонов М.Р. Оптимизация состава композиции для загустки ткани // Пластические массы. – 2002. – № 9. – С. 44-45.
2. Амонов М.Р., Яриев О.М., Ибрагимова Ф.Б. Изучение реакционной способности полифосфорной кислоты с дигалоидгидрином глицерина // Проблемы биологии и медицины. – 2001. – № 3. – С. 31-35.
3. Ибрагимова Ф.Б., Амонов М.Р., Ихтиярова Г.А. Оценка влияния состава композиции загустки на предел текучести и фиксации печатной краски // Пластические массы. – 2002. – № 10. – С. 42.
4. Ибрагимова Ф.Б., Амонов М.Р., Содикова С.Ш. Полимерная композиция на основе взаимодействия α, γ -дихлоргидринглицерина с полифосфорной кислотой и ее применение // Пластические массы. – 2001. – № 4. – С. 42-44.