У першому розділі здійснено огляд досліджень, пов'язаних з застосуванням пігментної технології для кольорування текстильних матеріалів. Викладені переваги пігментних барвників, основні вимоги, що пред'являються до них. Розкрито проблему зв'язуючих, що використовуються для фіксації пігментів і проаналізовано шляхи вирішення проблем, пов'язаних з фіксацією пігменту і зберіганням м'якого грифа тканини. Описано новий тип зв'язуючих - ПУ іономерів і їх переваги, і прогнозована доцільність використання поліуретанових іономерів при фарбуванні пігментами целюлозно-поліефірної тканини. При цьому відзначено відсутність даних про застосування ПУ іономерів у фарбуванні пігментами і заключній обробці тканин.

Вивчені проблеми заключної обробки тканин, зокрема, малозминальної. Особлива увага приділена екологічним проблемам, пов'язаним з використовуванням у фарбуванні пігментами і при малозминальній обробці сечовиноформальдегідних препаратів, які є джерелом вільного формальдегіду на тканині. Критично проаналізовано шляхи, спрямовані на зниження його концентрації на тканині.

Зроблено припущення про можливість створення на основі ПУ іономерів малоформальдегідної малозминальної обробки, що одночасно може забезпечити високий ступінь фіксації пігменту на тканині та одержання стійких забарвлень.

Наприкінці розділу зроблено вибір напрямків досліджень.

У другому розділі викладена загальна методика і основні методи дослідження.

З урахуванням специфічного засобу фіксації пігментів, а саме за рахунок полімерної плівки зв'язуючого, при якому визначальну роль відіграють процеси на поверхні розділу плівка зв'язуючого - текстильний матеріал, керувалися колоїдно-хімічним підходом для вирішення проблеми підвищення міцності забарвлень. Цей підхід ґрунтується на концепції необхідності ущільнення і збільшення когезії граничного шару, зокрема, шляхом зшивання полімеру зв'язуючого або синтезу плівок композиційного типу.

Основними об'єктами досліджень були ПУ іономери і ПТРС. Полімерні плівки оцінювали за адгезійною і когезійною міцністю.

Спектрофотометричні дослідження плівок проводили на спектрофотометрі UR-20 (фірма "Карл Цейс", Німеччина).

Інтенсивність забарвлення опоряджених тканин оцінювали по функції Гуревича-Кубелки-Мунка. Коефіцієнти відбиття зразків тканин вимірювали на спектрофотометрі Texflash (Німеччина). Кольористичні характеристики забарвлення визначали за допомогою автоматичної системи об'єктивного виміру кольору, до складу якої входить спектрофотометр Texflash (Datacolor 3880), IBM - сумісний комп'ютер, пакет фірмових програм для вирішення задач колористики.

Оцінку спорідненості модельних пігментних барвників до поліуретану здійснювали методом рівноважної термодинаміки.

При вивчені взаємозв'язку між міцністю забарвлень і хімічною будовою пігментів використовували модель дисперсно-наповненого полімеру, запропоновану Ю.С. Ліпатовим із співробітниками.

Фізико-механічні властивості тканини оцінювали відповідно до чинних Держстандартів.

Використовували також аналітичні методи при оцінці вмісту вільного формальдегіду на тканині.

Результати експериментів оброблені відповідно до методів сучасної математичної статистики з використанням IBM - сумісного персонального комп'ютера і Статистичної Системи "Стадія" Версія 4.10.

У третьому розділі, що складається з 5-ти підрозділів, подана експериментальна частина роботи.

У підрозділі 3.1 досліджено вплив когезії та адгезії ПУ іономерів до текстильних матеріалів на міцність забарвлень, отриманих за допомогою пігментів.

При розробці технологій фарбування субстантивними барвниками найважливішою характеристикою є спорідненість барвника до волокна, оскільки від цієї характеристики багато в чому залежить стійкість забарвлень до фізико-механічних впливів.

При фарбуванні ж пігментами, що не володіють спорідненістю до волокна, домінуючу роль відіграє явище адгезії полімерної плівки зв'язуючого до текстильного матеріалу, за рахунок чого пігмент фіксується на волокні, а також її когезія. З урахуванням відзначеного при оцінці придатності полімеру в якості зв'язуючого пігментних фарбувальних складів найбільше важливим варто вважати величини когезії і адгезії полімеру, а також вплив на адгезію різноманітних факторів процесу фарбування. Ці дані вносять основний вклад у визначення оптимальних технологічних умов фарбування пігментами.

Відповідно до вищевідзначеного поліуретанові іономери оцінювали за показниками міцності при розриві й еластичності в порівнянні з іншими типами зв'язуючих.

Показано, що плівки з ПУ у формі іономерів, також як і плівки з ПУ, характеризуються найбільш високим значенням адгезійної міцності і розривного навантаження в порівнянні з плівками інших типів зв'язуючих.

В зв'язку з цим можна було очікувати, що поліуретанові плівки, які мають більше значення адгезійної міцності, забезпечать одержання забарвлень із підвищеною стійкістю до фізико-механічних впливів. Проте оцінка стійкості забарвлень, отриманих при фарбуванні пігментними складами на основі різноманітних типів ПУ іономерів, показала, що ПУ іономери як катіонактивні, так і аніонактивні, незважаючи на високу адгезійну міцність, самостійно не забезпечують відповідну до Держстандартів стійкість забарвлень (табл.1). Як видно з таблиці, ПУ також сприяють незначному підвищенню незминальності текстильних матеріалів.

Таблиця 1. Показники якості фарбування і заключної обробки тканини при фарбуванні пігментними складами на основі ПУ іономерів

Примітка: у необробленої тканини сума кутів відновлення дорівнює 165-170 град.

Невисока стійкість пігментних забарвлень, зафіксованих за допомогою ПУ зв'язуючих, що мають високу адгезію до текстильного матеріалу у вільному від пігменту стані, пояснюється впливом пігментного барвника на перерозподіл зв'язків між твердими поверхнями при введенні пігменту. Очевидно, що ПУ зв'язуюче, маючи велику кількість активних до взаємодії з твердою поверхнею груп, в більшій мірі, чим інші типи зв'язуючих, взаємодіє з пігментним барвником, внаслідок чого відбувається ослаблення адгезійної міцності поліуретанової плівки при введенні пігментного барвника в більшому ступені.

У табл. 2 наведені значення адгезійної міцності поліуретанових плівок і плівок із полівінілацетатної дисперсії (ПВА-Д) в присутності пігменту.

Таблиця 2. Вплив пігменту на адгезійну міцність полімерних плівок зв'язуючих до поверхні текстильного матеріалу

Аналіз даних табл. 2 показує, що наявність пігментного барвника в полімерній плівці зв'язуючого на основі ПУ іономерів знижує адгезійну міцність на текстильних матеріалах як із бавовни, так і суміші бавовни та лавсану. Причому, на бавовнянолавсановій тканині адгезійна міцність знижується в більшому ступені. При використанні в якості зв'язуючого ПВА-Д адгезія на бавовнянолавсановій тканині в присутності пігменту, навпаки, підвищується. Очевидно, зниження адгезійної міцності поліуретанової плівки пов'язано з більш високою активністю поліуретанів по відношенню до пігментного барвника.

Таким чином, показано, що пігмент, не маючи спорідненості до текстильних матеріалів, проте, впливає на стійкість забарвлень шляхом його взаємодії із зв'язуючим. При цьому, очевидно, що чим сильніша ця взаємодія, тим нижча стійкість забарвлень.

У підрозділі 3.2 вивчено вплив хімічної будови пігментів на адгезійну міцність поліуретанових іономерів і на якість одержаних забарвлень.

Досліджено адгезію і міцність ряду поліуретанових плівок, наповнених пігментними барвниками. Барвники при цьому обрані таким чином, щоб вони відрізнялися по хімічній активності по відношенню до ПУ. Показано, що в присутності пігменту адгезія поліуретану до текстильного матеріалу знижується тим у більшому ступені, чим більшу схильність до взаємодії з поліуретаном має пігмент. При цьому встановлено, що стійкість забарвлення до фізико-механічних впливів знижується тим у більшому ступені, чим більш високу спорідненість до ПУ має пігмент.

Відповідно до цього наявність замісників у молекулі пігменту, активних до взаємодії з ПУ, значно впливає на якість забарвлення, а саме сприяє зниженню показників стійкості забарвлення.

Таким чином, показано, що, незважаючи на той факт, що пігментні барвники не мають спорідненості до текстильних матеріалів, хімічна будова пігменту впливає на стійкість забарвлень через зв'язуюче. Отримані дані дозволили зробити практичні рекомендації щодо вибору пігментів для фарбування з урахуванням типу зв'язуючого і можливої взаємодії між зв'язуючим і пігментом. Встановлено також, що при застосуванні ПУ іономерів у якості зв'язуючого пігментних складів необхідні додаткові методи підвищення адгезійної міцності, незважаючи на їх високу адгезію до поверхні текстильного матеріалу.

У підрозділі 3.3 викладаються результати досліджень по підвищенню адгезійної міцності поліуретанових іономерів шляхом модифікації плівок предконденсатами термореактивних смол і зроблено вибір оптимального співвідношення полімерів у пігментних фарбувальних складах.

При виборі типу добавок, що підвищують адгезійну міцність і відповідно стійкість забарвлень, виходили з даних про спроможність ПУ до поперечного зшивання і їх спроможності утворювати сітчасті структури, внаслідок чого ці полімери використовують для синтезу взаємопроникаючих полімерних сіток (ВПС). Синтез ВПС - це новий засіб одержання полімерного матеріалу з підвищеними механічними характеристиками, який ґрунтується на одержанні другого полімеру в присутності готового полімеру.

Меламіно- та сечовиноформальдегідні смоли, які використовують у вигляді предконденсатів, при тепловій обробці пофарбованої тканини можуть забезпечити синтез полімеру лінійної або сітчастої структури, що створює передумови для утворення полімерної плівки композиційного типу методом синтезу ВПС. поліуретановий іономер фарбування тканина

Для підтвердження підвищення адгезійної міцності поліуретанових іономерів шляхом модифікації плівок предконденсатом термореактивної смоли визначали адгезію поліуретану в присутності ПТРС. Експериментальні дані наведені в табл. 3.

Таблиця 3. Вплив предконденсату термореактивної смоли на адгезійну міцність полімеру зв'язуючого до поверхні текстильного матеріалу

Таким чином, одержані дані підтвердили можливість використання предконденсату термореактивної смоли для підвищення адгезійної міцності поліуретанових іономерів в присутності пігменту.

У табл. 4 наведені дані про вплив добавок ПТРС і їх сумішей, взятих у співвідношенні 1:1 з поліуретаном, на якість фарбування. Оскільки необхідною умовою для "роботи" ПТРС є наявність каталізаторів, було досліджено також вплив різноманітних каталізаторів на якість фарбування і заключної обробки.

Таблиця 4. Вплив суміші поліуретан - предконденсат термореактивної смоли на показники якості забарвлення і заключної обробки тканини

З табл. 4 видно, що при використанні поліуретану разом з предконденсатами термореактивних смол, концентрація останніх у ванні для просочування може бути зменшена в 2,5-3 рази в порівнянні з типовими рецептами. При наявності ПУ, при загальному невисокому вмісті смол (50 г/л) можуть бути отримані високий ефект незминальності: сума кутів відновлення - 246 градусів та стійке до фізико-механічних впливів забарвлення - 4-5 балів. Такий показник якості незминальності при відсутності ПУ досягається при вмісті ПТРС 180-200 г/л. Зниження концентрації меламіно- та сечовиноформальдегідних ПТРС в присутності ПУ є передумовою створення малоформальдегідної малозминальної обробки.

Незалежно від напрямку реакції - зшивання ПУ за допомогою ПТРС або смолоутворення із синтезом ВПС - при визначеному співвідношенні полімерів та в присутності каталізатора утворюється адгезив із підвищеними характеристиками і відбувається збільшення адгезійної міцності.

Проведені дослідження, які ґрунтуються на аналізі адгезійної міцності адгезійних з'єднань текстильний матеріал - модифікована плівка зв'язуючого, дозволили вибрати ефективні ПТРС, їх концентрації і тип каталізатора, а також встановити їх співвідношення.

На основі одержаних даних запропоновано склад просочувального розчину для сумісного фарбування пігментами і малозминальної обробки бавовнянолавсанової тканини, який забезпечує високу якість готової тканини.

Рекомендований склад компонентів, г/л:

1. Мищенко А.В., Погорелая Е.В., Сарибекова Д.Г. Художественно-колористическое оформление текстильных материалов с помощью полиуретанов // Актуальные проблемы техники и технологии текстильной промышленности. - Херсон, ХИИ. - 1997.

2. Сарибекова Д.Г., Мищенко А.В. Ресурсосберегающая и экологически "мягкая" технология крашения хлопколавсановых тканей // Вестник ХГТУ. - 1997. - №2. - С. 247-251.

3. Мищенко А.В., Погорелая Е.В., Сарибекова Д.Г. Модификация полимерных пленок из анионактивных водных полиуретановых дисперсий предконденсатами термореактивных смол // Вестник ХГТУ. - 1997. - №2. - С. 240-246.

4. Сарибекова Д.Г., Мищенко А.В. Исследование влияния химического строения пигмента на прочность окрасок // Вестник ХГТУ. - 1998. - №1(3). - С. 309-315.

5. Сарибекова Д.Г., Мищенко А.В. Исследование механизма взаимодействия полиуретана и диметилолэтиленмочевины методом ИК-спектроскопии // Проблемы легкой и текстильной промышленности. - Херсон. - 1998. - С. 80-82.

6. Міщенко Г.В., Погоріла О.В., Сарібекова Д.Г. Впровадження ресурсозберігаючих технологій як шлях до рішення проблеми удосконалення управління ресурсами та затратами // Зб. матеріалів Всеукраїнської конференції "Розвиток економічної науки в Україні". - Херсон. - 1996.

7. Сарібекова Д.Г., Міщенко Г.В. Застосування еластомерів нового типу для обробки текстильних матеріалів // Зб. матеріалів міжвузівської конференції молодих вчених. - Київ: ДАЛПУ. - 1996.

АНОТАЦІЇ

Сарібєкова Д.Г. Розробка технології фарбування тканин із суміші целюлозних та поліефірних волокон пігментами, поєднаної з заключною обробкою. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 - технологія текстильних матеріалів. - Державна академія легкої промисловості України, 1999.

У дисертації наводяться результати комплексних теоретичних і експериментальних досліджень, пов'язаних з використанням поліуретанових іономерів у якості зв'язуючих при сумісному фарбуванні пігментами і малозминальній обробці. Запропоновано механізм підвищення адгезійної міцності поліуретану, заснований на утворенні другого полімеру з предконденсату термореактивної смоли в присутності полімеру зв'язуючого. Здійснено вибір каталітичних систем, що забезпечують зниження вільного формальдегіду на тканині в 3-7 разів.

Розроблено технологію фарбування пігментами бавовнополіефірних тканин, поєднану з заключною обробкою, яка відрізняється раціональним і ефективним використанням усіх видів матеріальних ресурсів та забезпечує випуск екологічно чистих текстильних матеріалів з необхідними споживчими властивостями.

Ключові слова: фарбування пігментами, зв'язуюче, поліуретановий іономер, предконденсат термореактивної смоли, адгезія.

Сарибекова Д.Г. Разработка технологии крашения целлюлознополиэфирных тканей пигментами, совмещенной с заключительной отделкой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов. - Государственная академия легкой промышленности Украины, 1999.

Диссертация посвящена вопросам создания ресурсосберегающих технологий отделочного производства.

В работе приводятся результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований, связанных с использованием полиуретановых (ПУ) иономеров в качестве связующих при совмещенном крашении пигментами и малосминаемой отделки.

Исследовано влияние когезии и адгезии ПУ иономеров к текстильным материалам на прочность окрасок, полученных с помощью пигментов. Полиуретановые иономеры оценивали по показателям прочности при разрыве и эластичности в сравнении с другими типами связующих. Показано, что пленки из ПУ в форме иономеров, также, как и пленки из ПУ, характеризуются наиболее высоким значением адгезионной прочности и разрывной нагрузки в сравнении с пленками других типов связующих.

Однако оценка устойчивости окрасок, полученных при крашении пигментными составами на основе различных типов ПУ иономеров, показала, что ПУ иономеры как катионактивные, так и анионактивные, несмотря на высокую адгезионную прочность, самостоятельно не обеспечивают соответствующей ГОСТам устойчивости окраски. ПУ также способствуют незначительному повышению несминаемости текстильных материалов.

Невысокую устойчивость пигментных окрасок, зафиксированных с помощью ПУ связующих, обладающих высокой адгезией в свободном от пигмента состоянии, объяснили влиянием пигментного красителя на перераспределение связей между твердыми поверхностями при введении пигмента. Очевидно, что ПУ связующее, обладая большим количеством активных к взаимодействию с твердой поверхностью групп, в большей мере, чем другие типы связующих, взаимодействует с пигментным красителем, вследствие чего происходит ослабление адгезионной прочности полиуретановой пленки при введении пигментного красителя. При этом установлено, что адгезия снижается тем в большей степени, чем большую склонность к взаимодействию с полиуретаном обнаруживает пигмент.

Таким образом, показано, что, несмотря на тот факт, что пигментные красители не обладают сродством к текстильным материалам, химическое строение пигмента оказывает влияние на устойчивость окрасок через связующее. Полученные данные позволили сделать практические рекомендации относительно выбора пигментов для крашения с учетом типа связующего и возможного взаимодействия между связующим и пигментом. Установлено также, что при применении ПУ иономеров в качестве связующих пигментных составов необходимы дополнительные методы повышения адгезионной прочности, несмотря на их высокую адгезионную прочность.

Предложен механизм повышения адгезионной прочности полиуретановых пленок в присутствии предконденсатов термореактивных смол, который отличается от общепринятых представлений о взаимодействии связующего и предконденсата термореактивной смолы и основывается на образовании второго полимера из предконденсата термореактивной смолы в присутствии полимера связующего, т.е. на возможности синтеза взаимопроникающих полимерных сеток и пленки композиционного типа.

Установлено оптимальное соотношение полиуретана и предконденсата термореактивной смолы и осуществлен выбор каталитических систем, обеспечивающих образование наиболее прочной композиционной пленки с наиболее высокой адгезией к текстильному материалу.

Показано, что полиуретан, несмотря на его способность сшивать формальдегид, в указанных условиях незначительно влияет на содержание свободного формальдегида на ткани. Однако в присутствии полиуретана значительно уменьшаются рабочие концентрации формальдегидсодержащих препаратов. Использование полиуретана и эффективная каталитическая система обеспечили создание малоформальдегидной отделки.

Разработана рецептура красильных ванн, которая отличается тем, что в составах уменьшена против общепринятых концентрация предконденсата термореактивной смолы (в 3-4 раза), при этом обеспечивается: получение интенсивных окрасок при их высокой устойчивости, мягкий гриф ткани, высокий эффект несминаемости (246 град.), снижение свободного формальдегида на ткани в 3-7 раз и повышение степени экологической чистоты текстильной продукции, повышение механической прочности текстильного материала.

Произведен расчет экономической эффективности. Показано, что ожидаемый экономический эффект может составить 166 грн/1000 м пог. Производственные испытания на ОАО "Херсонский ХБК" проведены с положительным результатом.

Таким образом, проведенные исследования позволили на основе использования специфичных свойств полиуретанов и их одновременного применения с предконденсатами термореактивных смол совместить два технологических процесса: крашение и малосминаемую отделку, и исключить недостатки, сопровождающие эти процессы при применении типовых связующих и получить текстильную продукцию, соответствующую ГОСТам.

Разработанная технология крашения пигментами хлопколавсановых тканей, совмещенная с заключительной отделкой, отличается рациональным и эффективным использованием всех видов материальных ресурсов и обеспечивает выпуск экологически чистых текстильных материалов с необходимыми потребительскими свойствами.

Ключевые слова: крашение пигментами, связующее, полиуретановый иономер, предконденсат термореактивной смолы, адгезия.

Saribekova D.G. Development of pigment dyeing technology combined with the finishing of cotton-polyephir fabrics. - Manuscript.

Dissertation for Candidate's degree in specialty 05.19.03 - technology of textile materials. - State Academy of Light Industry of Ukraine, 1999.

The thesis covers the results of complex theoretical and experimental investigations connected with usage of polyurethane ionomers as binders during pigment dyeing combined with the finishing. Mechanism of increasing of adhesive strength of polyurethane based on the second polymer formation from precondensator of thermoactive risen with availability of binding polymer is proposed. The choice of catalytic systems ensuring decrease of free formaldehyde in fabric up in 3-7 times is done.

Pigment dyeing technology combined with the finishing of cotton-polyephir fabrics is developed. The technology is distinguished by rational and effective utilization of all kinds of material resources and ensures production of ecologically pure textile material with necessary consumer characteristics.

Key words: pigment dyeing, binder, polyurethane ionomer, precondensator of thermoactive risen, adhesion.

Размещено на Allbest.ru