Разработка технологии подготовки к крашению хлопко-шелковых текстильных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Президент Республики Узбекистан И.А. Каримов в работе «Мировой финансово-экономический кризис, пути и меры по его преодолению в условиях Узбекистана» отмечает необходимость дальнейшего ускорения проведения модернизации, технического и технологического перевооружения предприятий. Отмечено, что особое внимание должно быть обращено на дальнейшее развитие производств, прежде всего производств легкой и текстильной промышленности, более углубленной переработке хлопковолокна, организацию выпуска готовой качественной продукции, пользующейся устойчивым спросом.

Связи с этим, основной задачей текстильной промышленности Республики Узбекистан является расширение производства конкурентоспособной готовой продукции за счет сокращения экспорта хлопка и кокона, разработка и внедрении эффективных технологий отделки из этих волокон. В целях достижения более полной переработке сырья в готовую продукцию необходимо расширение ассортимента тканей и трикотажа, снижения их себестоимости, улучшение потребительских свойств не только путем создания новых структур изделий и технологии отделки, а также широким использованием в новых ассортименте смесей волокон. При использовании смесей волокон в ряде случаев достигается повышение качества изделий, их комфортности и удобства практического использования. Изделия приобретают ряд положительных свойств. Натуральные волокна (шерсть, шелк, хлопок, лён) создают наиболее комфортные и гигиеничные условия при носке благодаря гидрофильности, воздухопроницаемости и ряду других ценных свойств. В последние годы учёные Узбекистана создают новые ассортименты смесевых хлопко-шелковых изделий. Это связано с тем, что республика Узбекистан обладает огромным ресурсным потенциалом в сфере производства натуральных волокон как растительного, так и животного происхождения. Интересные сочетания в изделиях можно получить из натуральных волокон хлопка и шелка. Волокно белковой происхождения создает благоприятный микроклимат у поверхности тела человека, облагораживая смесовую трикотаж придает шелковую добротность, в свою очередь хлопковая часть текстильного материала способствует удешевлению ткани.

Необходимо отметить, что расширение ассортимента хлопко-шелковых тканей и трикотажа требует применения специальной технологии отделки изделий из этих волокон, учитывающий отношение отдельных компонентов смеси к красителями, химическим материалам и вспомогательным веществам, используемым в процессах подготовки, крашения, печатания и заключительной отделки.

Основные требования к технологии подготовки и крашения смесевых тканей следующее:

1. Качество получаемой белизны и получаемых окрасок по цветовому соотношению, равномерности и устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям и свету должно соответствовать требованиям, предъявляемым к данному ассортименту;

2. Технологии подготовки и крашения должны быть безотходными или малоотходными и обеспечивать сохранность физико-механических характеристик изделия.

Известно, что хлопковое волокно окрашивается прямыми, активными, кубовыми, сернистыми, нерастворимыми азокрасителями. Шелк красится прямыми, активными, основными, кислотными, хромовыми красителями, также имеются отличия в технологии подготовки к крашению этих волокон. Отсюда следует, что для подготовки хлопко-шелковых смесевых материалов небходимо применять такие химические вещества, которые не повредили бы каждую из составляющих компонентов. Для решения этих проблем необходимо исследовать влияние природы химических веществ и различных ТВВ (интенсификаторы, ПАВ, ферментов и др.), условий беления и крашения.

Для крашения хлопка-шелковой смесевой ткани наиболее важным является качественная подготовка к крашению. В этом случае необходимо решить следующие проблемы:

- получение одинаковой интенсивности подготовки цвета на обеих составляющих смесевой ткани или трикотажа;

- повышение степени использования дорогостоящего активного красителя.

В целях решения вышеуказанных проблем необходимо проводить поиски химических веществ для отбеливания и красителей, имеющих примерно одинаковое сродство к хлопку и шелку при однованном способе процессов отбелки или крашения, а также подбирать отбеливающие и красильные составы а также режимы, обеспечивающие одинаковую отбелку и ковалентную фиксацию на обеих компонентах смеси. Повышение степени использования активных красителей при крашении хлопко-шелковых изделий достигается при целенаправленном измени структуры волокна путем поиска интенсификаторов, способствующих разрыхлению структуры хлопка и шелка, а также катализаторов реакции между красителем и волокном, применением бифункциональных соединений способных вступать в химическую связь с гидролизованным активным красителем и волокном, в условиях крашения.

До настоящего времени в литературе не известны работы, по разработке технологии подготовки и крашения хлопка-шелковых смесевых материалов. В свете вышесказанного актуальным является исследование и разработка технологию подготовки хлопко-шелковых смесевых материалов, в частности трикотажа.

Целью данной магистерской работы является разработка технологии подготовки к крашению хлопка-шелкового смесевого трикотажа с различным соотношением составляющих компонентов.

Задачи исследования:

- проведения поисковых исследований по выбору условий подготовки, обеспечивающих максимальную и примерно одинаковую белизну и капиллярности смесевого трикотажа.

- изучение возможности интенсификации процесса подготовки применения ТВВ, действующих разрыхляющее действие на структуру волокон.

- исследование по апробацию подготовку смесевого трикотажа дальнейшим крашением с вспомогательными веществами.

Новизной научной работы - является то, что впервые показана целесообразность разработки технологии производства и отделки хлопко-шелкового смесевого трикотажа, в частности подготовки к крашению. Установлено улучшение качественных показателей полученных текстильных материалов и экономическая целесообразность.

Практическая значимость: Предлагаемая технология, режимы и рецепты подготовки хлопка-шелковой смесевой ткани в дальнейшем дает возможность качественной подготовки и однотонного прочного крашения при меньших расходах красителя, воды и химикатов, способствует снижения сбросов красителя в сточные воды.

Объект и предмет исследования: Объектом исследования является - хлопко-шелковый смесевой трикотаж на основе хлопка и натурального шелка в различном соотношении. Предметом исследования является - закономерности процессов подготовки к крашению исследуемого объекта, с целью получения однотонного крашения и экономии ресурсов.

Методы исследований: Исследования проведены с применением комплекса взаимодополняющих стандартных методов испытаний по определению физико-механических свойств исследуемых материалов, методов определения их капиллярных свойств и белизны. Также использованы методы сорбционного анализа.

1. Основная часть

1.1 Сведения о натуральных волокнах шелка и хлопка

шелк трикотаж волокно

Натуральный шелк относится к белковым волокнам животного происхождения (тутового шелкопряда) и отличается от хлопка отсутствием клеточного строения. Отделенная от тутового шелкопряда нить, состоит из двух нитей фиброина, покрытых снаружи и соединенных между собой шелковым клеем - серицином. Кроме фиброина и серицина веществ белковой природы - в состав коконной нити входит небольшое количество небелковых соединений, извлекаемых эфиром и этиловым спиртом. Так, в состав коконной нити может входить 7075 % фиброина, 2530 % серицина, 0,50,6 % веществ, извлекаемых эфиром, 1,52,5 % веществ, извлекаемых спиртом, и 11,7 % минеральных веществ [3].

Фиброин относится к фибриллярным белкам. Особенностью фиброина является высокое содержание главным образом глицина и аланина (77 %), а также серина и тирозина (11 %). Остальные 12 % представлены прочими 16 аминокислотами, среди которых диаминовые, дикарбоновые и другие кислоты, характеризующиеся развитыми боковыми радикалами, препятствующими правильной плотной укладке цепей и составляющие аморфную фазу волокна [4]. в-складчатая структура шелка характеризуется антипараллельным расположением цепей макромолекул. Они укладываются в виде триплета (3 цепи фиброина, извитые между собой), удерживающегося за счёт водородных связей, возникающих между пептидными группами. Возникновению межмолекулярных водородных связей способствует то, что пептидные группы (ЇNHЇCOЇ) аминокислот шелка имеют плоскостное строение.

Группы, расположенные в аморфных участках, более доступны действию химических реагентов. Важнейшим свойством фиброина является:

,

легкость изменений формы молекулы, связанная с особенностями его аминокислотного состава и отсутствием внутри частиц связей более стойких, чем водородные. Фиброин также как хлопок не растворим в органических растворителях. Практически нерастворим в воде, но набухает ограниченно. Набухание усиливается в растворах щелочей и кислот.

Хлопок образуется на поверхности семян хлопчатника и представляет собой одноклеточные образования в виде тонкостенных трубочек. Длина хлопковых волокон средневолокнистых сортов 26-35 мм, тонковолокнистых - 35-50 мм. Хлопковое волокно гигроскопично, в нормальных атмосферных условиях (при температуре 20С и относительной влажности воздуха 65 %) содержание влаги в волокне составляет 8,5 %. Около 95 % хлопкового волокна составляет целлюлоза и 5 % - сопутствующие вещества (примеси), количество которых зависит от ряда факторов.

Природная целлюлоза представляет собой линейный полимер, построенный из ангидридов d-глюкопиранозы, связанных в-глюкозидной связью. Ангидриды глюкозы в цепи расположены по винтовой линии, каждый из них повёрнут по отношению к соседнему на 180о.

Глюкозные остатки целлюлозы помимо концевых имеют 3 гидроксильные группы - первичную у шестого углеродного атома и две вторичные у второго и третьего углеродных атомов, которые образуют б-гликолевую группировку.

Общую формулу целлюлозы можно представить следующим образом:

По данным вискозиметрических исследований медно-аммиачных растворов целлюлозы хлопковых волокон степень полимеризации равна

n = 10000ч150000 , а молекулярная масса - М = 1,6ч2,4 млн.

Для природной целлюлозы (целлюлоза I) характерна фибриллярная структура, и элементом надмолекулярной структуры являются микрофибриллы (d=6-8 нм). Они содержат по несколько сот макромолекул. В микрофибриллах есть участки, в которых макромолекулы расположены более упорядоченно, ориентированно вдоль оси волокна (кристаллические), и менее упорядоченные (аморфные) участки. У целлюлозы хлопковых волокон степень кристалличности составляет 50-70 %. Взаимодействие между макромолекулами осуществляется за счёт межмолекулярных сил - водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Это определяет ряд свойств целлюлозных материалов: прочность, гигроскопичность, реакционную способность и др.

Целлюлоза не растворима в воде, но набухает с увеличением диаметра волокна на 40-50 %. Набухание целлюлозного волокна увеличивает его пористость, что весьма важно в процессе отделки целлюлозных материалов.

Она растворима в водных растворах комплексных соединений гидроокисей некоторых поливалентных металлов с аммиаком и аминами. Для анализов чаще используют медно-аммиачный раствор, т.к. в нём деструкция целлюлозы минимальна. В органических растворителях целлюлоза не растворяется.

При длительном нагревании целлюлозы даже при 100С наблюдаются необратимые структурные изменения, при температуре 160-180С начинается сравнительно быстрое разрушение молекул. При 400С происходит самовозгорание целлюлозы. При этом целлюлоза выдерживает весьма кратковременное нагревание до 200С.

Критическая температура устойчивости шелка 140С в течение 1 минуты, а температура разложения 180С. Температура стеклования фиброина Тс принимается равной 172С, а температура кристаллизации Тк - 202С.

Целлюлоза и фиброин относятся к реакционноспособным соединениям. Так, целлюлоза вступает в химические реакции по двум направлениям:

по ОН-группам (получение производных целлюлозы). Реакции, характерные для многоатомных спиртов. Причём в щелочной среде более реакционноспособными являются вторичные ОН-группы, находящиеся у второго углеродного атома глюкозного остатка (о-алкилирование); в кислой среде - первичные ОН-группы (этерификация). Как и обычные спирты, целлюлоза может образовывать алкоголяты, окисляться с переходом спиртовых групп в альдегидные, кетонные и карбоксильные.

Перспективным направлением является получение привитых сополимеров целлюлозы: к молекуле целлюлозы химически присоединяются молекулы другого полимера (например, путём цепной радикальной полимеризации). Это позволяет получить высокомолекулярные соединения, сочетающие в себе свойства природных и синтетических полимеров.

по углерод-углеродным (в элементарном звене) и углерод-кислородным (глюкозидным) связям. Это реакции превращения, связанные с укорочением цепи - деструкцией целлюлозы. Существует несколько видов деструкции целлюлозы:

а) гидролитическая деструкция - разрыв глюкозидных связей при действии на целлюлозу кислот и воды при высокой температуре;

б) окислительная деструкция - в результате превращений ОН-групп, конечными продуктами которой являются двуокись углерода и вода:

(C6H10O5)n >6nCO2 + 5nH2O

в) термическая деструкция - приводит к снижению степени полимеризации целлюлозы и ряду пиролитических (происходящих без доступа воздуха) процессов, протекающих по радикальному механизму;

г) механохимическая деструкция (размол, раздавливание) - разрыв физико-химических и химических связей, снижение степени полимеризации, образование макрорадикалов, повышение реакционной способности;

д) фотохимическая деструкция - связана с процессом фотоокисления, в результате которого могут разрываться углерод-углеродные связи и образовываться свободные радикалы;

е) радиационная деструкция - под действием ионизирующих излучений целлюлоза претерпевает глубокие структурные превращения: снижение степени полимеризации, образование карбонильных и карбоксильных групп, потеря прочности.

Кислоты катализируют гидролиз целлюлозы. Скорость гидролиза зависит от природы кислоты, её концентрации, температуры и времени обработки.

Схематически общее уравнение гидролиза можно представить:

(C6H10O5)n + nH2O>nC6Н12O6

Особенно сильно гидролизуют целлюлозу минеральные кислоты - соляная, азотная и серная. Щелочи катализируют окислительную деструкцию целлюлозы. При действии на хлопковое волокно концентрированных растворов NaOH (выше 100 г/л) уже на холоду наблюдаются изменения: волокно набухает, повышается накрашиваемость. Если обработка ведётся при натяжении, повышается прочность, ткань приобретает шелковистый блеск. Этот процесс называется мерсеризацией.

Фиброин шелка обладает амфотерными свойствами. Для него характерна изоэлектрическая точка, в которой он находится в недиссоциированной или биполярной форме:

H2NЇФиброинЇCOOHилиH3N +ЇФиброинЇCOO -

Она составляет рН=4,2.

В разбавленных растворах кислот (рН < 4,2) фиброин приобретает избыточный положительный заряд за счёт присоединения из раствора к аминогруппам протонов водорода. В разбавленных растворах щелочей (рН > 4,2) приобретает избыточный отрицательный заряд. Эти свойства фиброина используются при крашении.

При действии азотной кислоты на фиброин происходит нитрование ароматических ядер остатков фенилаланина и тирозина (ксантопротеиновая реакция на белки).

Являясь белковым веществом, фиброин обладает характерной способностью к гидролитическому распаду, который через ряд промежуточных продуктов (полипептидов) приводит к образованию аминокислот по схеме:

ЇСОЇNHЇЇCOOH + H2NЇ

Уже продолжительное кипячение в воде вызывает некоторый гидролиз, резко усиливающийся в присутствии кислот и щелочей.

Наибольшее деструктирующее действие на шёлк оказывают растворы едких щелочей.

К кислотам фиброин несколько более устойчив, чем к щелочам. Это свойство используют при крашении шелка. В высоких концентрациях и при высокой температуре кислоты разрушают фиброин. Кислотный гидролиз фиброина, как и щелочной, зависит от рН раствора и температуры обработки.

Восстановители не оказывают никакого влияния и на целлюлозу, и на фиброин. Так же, как целлюлоза, фиброин неустойчив к действию окислителей.

Соли хлорноватистой кислоты и хлор даже в растворах слабой концентрации повреждают фиброин. Более устойчив фиброин к действию перекисных соединений (H2O2, K2S2O8 и др.), под действием которых на фиброине образуются свободные макрорадикалы, последующая рекомбинация которых приводит к образованию сшивок с потерей растворимости. Это свойство, возможно использовать при ковалентной фиксации на шёлковом волокне некоторых красителей, которые без этого не фиксируются ковалентно.

Растворы кислых солей и солей сильных кислот действуют на целлюлозу аналогично кислотам, т.е. гидролизуют её, а их концентрированные растворы растворят целлюлозу. Растворы средних солей и солей сильных щелочей не действуют на целлюлозу. Некоторые средние соли (LiI, NaSCN) при нагревании растворяют целлюлозу.

В концентрированных растворах некоторых солей (хлоридов, бромидов, йодидов, нитратов, тиоцианатов кальция, стронция, бария и лития, хлористого цинка и др.) фиброин неограниченно набухает и образует вязкий раствор, из которого может быть регенерирован. Фиброин легко растворяется в медно-аммиачном растворе, щелочном медно-глицериновом растворе, этилендиаминовом растворе гидроокиси меди, аммиачно-никелевом растворе, в растворах крепких кислот фосфорной, серной, соляной, дихлоруксусной и муравьиной.

Одновременное действие кислорода, влаги и света ведёт к фотодеструкции целлюлозы и особенно фиброина. Она идёт в результате фотолиза, фотоокисления и фотогидролиза.

При содержании влаги в ткани более 9 % и относительной влажности воздуха более 75-85 % целлюлоза может подвергаться распаду под действием бактерий и плесневых грибков. Реакция идет по глюкозидным связям. Потери в массе ткани достигают 17,5 %.

Особенностью фиброина является его устойчивость к протеолитическим ферментам. Это обусловлено особенностями его физической волокнистой структуры. Поэтому фиброин устойчив к действию бактерий и к процессам гниения. Это свойство можно использовать при ферментативном способе освобождения фиброина от шёлкового клея - серицина, а также ферментативной активации его перед крашением.

1.2 Создание новых ассортиментов трикотажных полотен из натуральных волокон

В нашей республике наряду с дешевыми простыми тканями издавна производились изумительные по красоте высококачественные ткани - хлопчатобумажные, полушелковые, шелковые и шерстяные, славившиеся на всем Востоке [5]. В условиях перехода к рыночной экономике в республике принято направление более глубокой переработки сырья, снижение доли экспорта волокна за счет увеличения доли поставки пряжи в зарубежные страны [6,7]. Согласно этому наращивается хлопчатобумажное производство с привлечением зарубежных инвесторов, на малых и средних предприятиях увеличивается сеть мощностей по выпуску хлопчатобумажной пряжи, тканей, швейных и трикотажных изделий. Также неуклонно растет спрос на изделия из натурального шелка, который является одним из древнейших видов текстильного сырья.

Экономическая политика республики требует новые подходы к решению проблем улучшения качества продукции в шелковой отрасли за счет улучшения качества шелка-сырца.

Для решения этой проблемы требуется проведение комплекса работ по следующим направлениям:

1. Повышение качества исходного сырья.

2. Совершенствование техники и технологии производства сырья.

3. Расширение ассортимента изделий с учетом требований рынка.

По первому направлению Узбекистан проводит в последние годы закупку грены новых пород и гибридов зарубежных селекций и ведет работы по созданию собственного производства наиболее перспективных гибридов тутового шелкопряда и совершенствованию агротехники выкормки.

По второму направлению ведутся работы в специализированных научных и конструкторских организациях, в частности, в ЦНИППНШ (г.Маргелан), в объединении «Микотем» (Ташкент), в ТИТЛП и т.д.

Третьему направлению до последнего времени уделялось недостаточно внимания, поэтому следует считать его наименее проработанным и совершенным. Поэтому остановимся более подробно на вопросе расширения ассортимента изделий из натурального шелка с учетом требований рынка.

Изделия из натурального шелка незаменимы по своим гигиеническим свойствам и будут всегда пользоваться большим спросом. Несмотря на то, что натуральный шелк обладает красивым внешним видом, матовым блеском, высокой прочностью и упругостью, хорошей воздухопроницаемостью и способностью легко поглощать влагу, ассортимент его ограничен и используется в основном для производства тканей крепового и аврового типа, хотя за рубежом он имеет более широкий диапазон применения. Поэтому вопрос расширения диапазона использования натурального шелка, на базе существующего технологического оборудования, актуален для Узбекистана.

Для нашего региона с жарким климатом необходимо расширять ассортимент вырабатываемых трикотажных полотен новых структур в смеси нитями натурального шелка и хлопчатобумажной пряжи для детского, мужского и женского ассортимента, а так же для изделий бельевого и легкого верхнего трикотажа.

Исследования по расширению ассортимента изделий из натурального шелка можно условно сгруппировать в несколько направлений:

-теоретические и экспериментальные исследования свойств новых видов шелковых нитей бытового и технического назначения;

-работы по расширению ассортимента трикотажных полотен за счет использования существующих и разработки новых структур переплетений трикотажных полотен с использованием нити натурального шелка;

-частичное использование натурального шелка в структуре трикотажа, в традиционных трикотажных изделиях с более дешевыми натуральными волокнами.

В работе А. Исаева [8], посвященной разработке технологии получения высокообъёмной пряжи из смеси отходов натурального шелка и полиакрилонитрильных волокон. Одной из характерных особенностей шелко-нитроновой высокообъемной пряжи является повышенная объемность и рыхлость ее структуры.Это позволит получать из этой пряжи трикотажные изделия, характеризующиеся легкостью, прочностью, удовлетворительной гигроскопичностью и высокими теплозащитными свойствами.

Для изучения физико-механических и эксплуатационных свойств трикотажного полотна из высокообъемной шелко-нитроновой пряжи в производственных условиях были выработаны образцы полотен на плоскофанговой машине 10 класса. Выработка полотен всех вариантов производилась, при одинаковых заправочных данных, переплетением Л 1+1. Процесс вязания при этом проходил без затруднений. Выработанные образцы трикотажных полотен подвергали испытаниям по стандартным методикам согласно действующим ГОСТам. Кроме того, для выявления характеристики эксплуатационных свойств опытные образцы трикотажных полотен подвергали изучению на формоустойчивость по нестандартной методике. Для изучения влияния процентного соотношения компонентов смеси на физико-механические свойства трикотажных полотен были выработаны 10 вариантов полотен из шелка нитроновой высокообъемной пряжи, содержащей различное количество высокоусадочного волокна. Свойства разработанной образцов трикотажа были сравнены показателями шерстяного полотна и полотна из высокообъемной полиакрилонитрильной пряжи.

Анализ результатов испытаний трикотажных полотен позволяет установить некоторые закономерности, характеризующие изменения свойств полотна в зависимости от количественного содержания в смеси высокоусадочных компонентов. Из приведенных данных видно, что разрывная нагрузка полотна по длине и ширине с увеличением в смеси низко усадочного компонента (шелка) до 50% понижается, а с дальнейшим увеличением доли низко усадочного компонента разрывная нагрузка полотна увеличивается. Разрывное удлинение полотен исследуемых образцов изменяется незначительно. Аналогично изменяются толщина, и вес одного квадратного метра полотна при изменении количественного соотношения компонентов смеси, сравнительно с разрывной нагрузкой. Наибольшую толщину имеют полотна, выработанные из пряжи, содержащей 50-60% низкоусадочного волокна, то есть пряжа, характеризуемая наибольшими значениями объемности, следовательно, повышенная объемность пряжи сохраняется и после изготовления из неё трикотажных полотен и изделий. Полотно из шелко-нитроновой высокообъемной пряжи при оптимально выбранном соотношении компонентов, по сравнению с шерстяным полотном, имеет большую толщину при несколько меньшем весе одного квадратного метра полотна.

Физико-механические показатели трикотажных полотен из шелко-нитроновой высокообъемной пряжи, выработанной из смеси отечественного высокоусадочного и низкоусадочного (шелкового) волокна по новой системе шелкопрядения, превышают показатели полотен из высокообъемной полиакрилонитрильной пряжи.

Результаты изменения линейных размеров образцов после стирок для полотна, выработанного из оптимальной по содержанию компонентов смеси высокообъемной шелко-нитроновой пряжи Т=29,1 текс х 2 (34,4/2), при стирке получили на 57 % меньшую усадку, по сравнению с образцами из с чистошерстяной пряжи. Следовательно, эти образцы более формоустойчивы, по сравнению с образцами полотен из шерстяной пряжи.

Шелко-нитроновая высокообъемная пряжа, выработанная в производственных условиях, частично была переработана на трикотажном производстве.

Данные образцы были получены на котонных автоматах 10 класса переплетением полуфанга при заправочных данных, принятых на производстве для изготовления изделий из чисто шерстяной и полушерстяной пряжи.

Таким образом, автором установлено, что:

- оптимальным вариантом для выработки высокообъёмной шелко-нитроновой пряжи является смесь, состоящая из 50% высокоусадочного ПАН волокна и 50% прочеса отходов натурального шелка;

- шелко-нитроновая высокообъемная пряжа из разнородных разноусадочных волокон, таких как нитрон-17 и натуральный шелк, выработанная на новом оборудовании шелкопрядильного типа, приемлема для изготовления верхних трикотажных изделий и может быть рекомендована широкому производственному использованию на трикотажных предприятиях.

В работе [9] проведены исследований по возможности использования хлопко-шелковой пряжи в трикотажном производстве были получены образцы, полученные с круглотрикотажной машины КТ футерованного переплетения и кругловязальной машины Мультирипп ластичного переплетения. Причем, на машине Мультирипп помимо хлопко-шелковой пряжи была использована полиэфирная пряжа.

Для получения трикотажных изделий вместо хлопчатобумажной пряжи использовали хлопко-шелковую пряжу с линейной плотностью 18,5 текс. При этом хлопко-шелковую пряжу в одном случае использовали в качестве футерной нити, а в другом случае - основной нити.

При выработке опытных и контрольных вариантов придерживались одинаковых технологических режимов и заправочных параметров, согласно принятым в производстве технологическим картам.

Испытания всех вариантов трикотажных изделий из смешанной хлопко-шелковой пряжи сводились к определению соответствия физико-механических и эксплуатационных свойств полотна контрольному варианту.

Полотна опытной партии разрывные характеристики на 70% лучше, чем у трикотажного полотна контрольного варианта. Кроме того, использование тонких и мягких на ощупь шелковых волокон при смешивании с хлопком позволяет получить более мягкие и легкие трикотажные полотна с более высокой стойкостью к истиранию.Автор это объясняется тем, что при выработке смешанной пряжи из хлопка и ваты сдира количество волокон в поперечном сечении пряжи увеличилось, что помогло получить более плотную пряжу. В результате чего улучшались и эксплуатационные свойства трикотажных изделий [10].С применением хлопко-шелковой пряжи, во-первых, улучшается гигиеничность и внешний вид трикотажного полотна, во-вторых, уменьшается поверхностная плотность полотна при одновременном снижении его стоимости.

Результаты проведенных исследований доказывают целесообразность использования хлопко-шелковой пряжи для получения трикотажного изделия.

1.3 Современное состояние подготовки текстильных материалов на основе шелка- сырца и хлопкового волокна к отделке

Подготовка волокнистых материалов к крашению является сложным процессом, состоящим из множества операций. На всех стадиях обработки ткани должно выполняться основное требование - максимальное сохранение наиболее ценных свойств волокна, обеспечение должного внешнего вида и потребительских свойств.

Сущность химической подготовки шелка сводится к тому, чтобы придать ему способность быстро и равномерно смачиваться водой и придать устойчивую белизну. Для достижения этой цели из шелка нужно удалить серицин (25-28%), природные жиры, воскообразные вещества, минеральные вещества, пигменты, подцветочные красители, а так же жировые эмульсии и мыло, наносимые на шелковые нити при их замачивании перед кручением и ткачеством.

Классический цикл подготовки натурального шелка включает в себя следующие операции:

-отварку, при проведении которой в основном должны быть удалены все неволокнистые примеси; переварку, в результате которой происходит окончательная очистка фиброина волокон;

-2-3 раза промывки для удаления с волокон химических реагентов, применяемых при отварке и переварке;

-«оживка», которая проводится для придания тканям специфического грифа и повышения блеска.

Эффективная отварка зависит от температуры, рН среды и концентрации реагентов, выбор которых определяется химическими свойствами серицина. В раствор для отварки одновременно с серицином переходят природные красящие вещества, воскообразные вещества и другие примеси. Волокно в процессе отварки подготавливают к равномерному восприятию красителя, с минимальным повреждением структуры [11].

С применением ферментов обработка тканей из белковых волокон (шерсть, шелк) тоже перейдет на принципиально новый уровень. Ввиду чувствительности основного волокнообразующего компонента натурального шелка - фиброина к воздействию химических реагентов отделочные операции (в частности, обесклеивание, т. е. удаление из волокна природного клея - серицина) должны проводиться в щадящих условиях, обеспечивающих, тем не менее, максимальную очистку от сопутствующих веществ без нарушения целостности волокна. Поэтому ферменты, избирательно разрушающие серицин при температуре не выше 45°С и не затрагивающие структуру фиброина, будут здесь как нельзя более кстати. В настоящее время уже известны несколько ферментативных способов подготовки текстиля из натурального шелка, которые базируются на использовании протеолитических ферментов (протеаз). Стоит отметить, что ферментативная обработка не оказывает негативного влияния на уникальные потребительские свойства натурального шелка (шикарный внешний вид, гигроскопичность, воздухопроницаемость, отсутствие электризуемости).

Биохимики работают над особыми серицинолитическими ферментами, которые будут не только очищать, но и позволят выпускать новые виды шелков с модной выделкой [12]. Говоря о предварительной обработке, непосредственно затрагивается процесс беления текстильных материалов.

Белением называется процесс обработки тканей окислителями или восстановителями с целью разрушения окрашенных примесей и придания материалам устойчивой белизны [11]. Качественными показателями отбеленной ткани является устойчивая и равномерная белизна при полном сохранении физико-механических свойств ткани. Коэффициент яркости характеризует белизну ткани. В процессе беления тканей из шелка применяют перекись водорода. Белизна улучшается применением гидросульфита натрия. Для беления натурального шелка недоступно применение кислородных соединений хлора, так как они снижают его прочность и вызывают побурение волокна. Кроме того, помимо окислителей так же используют восстановители для беления изделий из шелка. Эту обработку совмещают с процессом обесклеивания, добавляя в переварочную ванну гидросульфит натрия (0,2-0,2 г/л).

В работе [13] исследована очистка от смолы шелка обработкой Н2О2 и мочевиной. Волокно, очищенное этим способом имеет линейную плотность 2-994 мм/мг, содержит 3,07% остаточно смолы и 1,33% остаточного лигнина. Удлинение этого волокна 10,8%. Это свойство можно использовать при ковалентной фиксации на шёлковом волокне некоторых красителей, которые без этого не фиксируются ковалентно.

Ученые изучили влияние условий отбеливания и крашения на сопротивление истиранию, раздиру и белизну шелковых тканей. В работе [14] показано, что при окислительном отбеливании шелковые ткани проявляют лучшие механические свойства по сравнению с тканями, подвергнутыми восстановительному отбеливанию Применение цитрата натрия в качестве сшивающего агента позволило повысить сопротивление тканей абразивному износу и раздиру без ухудшения качества белизны. Увеличение концентрации цитрата натрия приводило к улучшению механических свойств и белизны, но повышение приводило к противоположному результату. Оптимальная величина рН при крашении шелковых тканей составляла 5,5.

Фракционирование продуктов гидролиза фиброина шелка и защитное действие получаемых фракций к токсичному действию перекиси водорода является важной задачей, которая требует разрешения. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии проведено фракционирование по молекулярному весу продуктов гидролиза фиброина шелка. Наибольшее защитное действие фракции с молекулярным весом 1400 к токсичному действию перекиси водорода связывают с содержанием в ней ароматических аминокислот (тирозин и фенилаланин) [15].

Большой интерес вызывает обработка шелковых тканей газообразным и жидким аммиаком [16]. Методами рентгеноструктурного анализа, ДСК, ТГА исследовали свойства шелковых тканей, обработанных газовым NН3 при давлении 2, 4 и 6 атм. и жидким NН3 с температурой - 33°С. Показано, что обработка газовым NН3 менее эффективна, чем обработка жидким NН3.

Технологический процесс химической очистки волокнистых материалов определяется характером примесей и прочностью связи их волокном, химическим, физико-химическим строением волокна и его свойствами, а так же теми свойствами, которые хотелось бы придать.

В процессе подготовки тканей к крашению необходимо освободить поверхность и внутреннюю систему пор шелка для последующего взаимодействия с красителем и вспомогательными материалами, снять внутреннее напряжение, вызывающее не равномерность свойств, но при этом без ущерба для физико-механических и химических свойств волокна.

Российский патент [17] предлагает способ беления, обеспечивающая высокую степень белизны и сохранности белковых волокон. Способ предусматривает пропитку материала в кислой среде водным раствором белящего состава, содержащего Н2О2, неионогенного ПАВ и оптического отбеливателя. После выдерживания в герметическом объеме 18-26 часов промывают теплой и холодной водой.

Имеются научные разработки по исследованию действие О3 на свойства сырого шелка и шелка, отваренного мылом и Н2О2. Рассмотрено влияние обработки О3 на прочностные свойства тканей. Структуру волокна исследовали методами сканирующей электронной микроскопии и ИКС. Определяли содержание тирозина в волокне. Рассмотрено влияние рН, содержания воды и времени обработки. Проведено сравнение влияния обработки О3 и Н2О2 на свойства волокна [18]. Разработке рациональной технологии пероксидного беления посвящена работа повышающий смачиваемость и капиллярные свойства тканей [19].

Индийскими ученными исследовано возможность под действием УФ-излучением с длиной волны 172 нм. Изучением, методами сканирующей электронной микроскопии, структуру поверхности тканей из шелка тутового шелкопряда установлен пределы времени облучения на качество тканей [20]. Неоднократно делались попытки замены мыла различными щелочными агентами: едким натром, содой, силикатом и фосфатом натрия, а также бикарбонатно-карбонатными буферными смесями. Польскими учеными [21] было исследовано влияние состава обесклеивающей ванны, ее рН и длительности обработки на качество отваренной ткани. В качестве обесклеивающих агентов были использованы NаОН, Na2CO3 , Na2PO4, Na2SiO3, марсельское мыло. Установлено, что полное удаление серицина и загрязнений при высокой белизне происходит в растворе, содержащем 4 г/л марсельского мыла и Na2CO3 или Na2SiO3 (до рН-9,5) в течение 10-15 мин при 98 °С.

В последние годы в технологии отделки различных текстильных материалов ферменты занимают особое места и области их применения широкое [22-29]. С точки зрения сохранности шелка наибольший интерес представляют ферментативные способы, которые основаны на свойстве серицина разлагаться под действием протеолитических ферментов. Интерес к этим методам можно объяснить тем, что ферменты в процессе обесклеивания мягко действуют на фиброин и процесс идет при более низких температурах и рН отварочных растворов. Проводились исследования влияния различных факторов на эффективность (скорость) процесса ферментативного обесклеивания и изменение прочностных свойств натурального шелка. Для обесклеивания шелка могут быть применены следующие протеолитические ферменты: пепсин, трипсин, папаин, бромелин, протеаза и др. Ещё в начало 20 столетия Мошер изучил действие ряда ферментов на шелковое волокно, таких как пепсин, трипсин, папаин, бромелин. Им были установлены оптимальные условия продолжительности обработки, температуры, реакции, среды и концентрации ферментов. Эти же данные Мошера показывают, что ни при одном из исследованных условий ферментативной обработки не имело место полное обесклеивание волокна. Какая-то часть серицина обнаруживает устойчивость к действию ферментов и легко удаляется с волокна при последующей кратковременной обработке его в мыльной ванне.

Автором работ [29] исследовано действие протеазы на серициновые фракции А и В, полученные по методу Мошера. Установлено, что протеаза, как гидролизующий агент вдвое эффективнее пепсина и трипсина. Гидролиз в присутствии протеазы протекает при рН - 8 в течение 24 часов и температуре 50 °С или в течение 1 часа при 60°С.

Протеолитические ферментные препараты применяются также в провесе переработки отходов. Исследования в этой области показали, что использование ферментов, обеспечивающих равномерный гидролиз серецина шелковой нити, позволяет улучшить качество и увеличить выход шелкового волокна, уменьшить себестоимость шелка [30].

Обычные способы отделки хлопчатобумажных изделий могут быть применены с небольшими изменениями для отделки изделий из смесей хлопка с вискозными, полиамидными и полиэфирными волокнами. Для смесей, содержащих ацетатные волокна, эти способы непригодны из-за опасности омыления волокна и потери блеска. Полиакрилонитрильные и полиэфирные волокна не выдерживают отделку в горячих растворах щелочей. При каждом виде отделки необходимо учитывать свойства волокон, входящих в смесь.

Для хлопчатобумажной промышленности применяют главным образом смеси с волокнами, которые достаточно хорошо проходят процессы, применяемые при отделке хлопка (непрерывная промывка, беление и крашение). В значительном количестве перерабатывают смеси хлопка и вискозного волокна, а также смеси, содержащие полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные и некоторые модифицированные полиакрилонитрильные волокна; часть из этих смесей содержат хлопок.

Для целлюлозных волокон обычно предпочитают проводить промывку при высокой температуре, а крашение в щелочной среде. При этом основным условием является тщательный контроль процесса и создание оптимальных условий отделки как для хлопка, так и для другого входящего в смесь волокна.

Предложен новый метод обработки хлопковых тканей [31] , в которой предлагается использовать раствор Н2О2, , добавки NaOH и Na2SiC3 под действием УФ излучение. Определены оптимальные параметры процесса, которые обеспечивают высокую белизну ткани и дают возможность устранить пыление.

Исследование эффективности удавления примесей из волокон конопли под действием окислительно-восстановительных систем, целью выявления оптимальных условий химической модификации короткого волокна конопли проведен количественный анализ его основных примесей и исследованы, эффективность их удаления под действием щелочно-восстановительных и щелочно-окислительных систем. Показано, что щелочные обработки в отсутствие интенсификаторов способствуют удалению пектиновых веществ лишь на 24 ч.30%, лигнина на 17ч18%, гемицеллюлоз на 46. ч.50%. Введение в раствор композиции из восстановителя (ТЭА) и комплексона позволяет существенно повысить степень очистки волокна от примесей: растворимость пектинов повышается до 58ч.72%, лигнина до 34%, гемицеллюлоз до 80%. Установлена корреляция между эффективностью очистки волокна от примесей и степенью элементаризации лубяных пучков[32].

Предложен способ [33] включающий последовательную пропитки ткани раствором ферментного препарата Амилан СПР, лежку в лотковом компенсаторе, пропитку варочным раствором без удаления продуктов расщепления крахмальной шлихты, и далее запаривание, промывку, кисловку и традиционный цикл пероксидного беления. Качественная подготовка ткани обеспечивается при двукратном снижении концентрации едкого натра в варочном растворе и не требует введения бисульфита. При этом независимо от вида применяемого смачивателя и длительности контакта варочного раствора с атмосферой степень полимеризации целлюлозы снижается не более чем на б%, что в 4 раза меньше, чем при обработке по традиционной схеме. Падение показателя средней длины полимерной цепи целлюлозы в ср. снижено в 1,6ч 1,8 раза. Предупреждается глубокое окисление целлюлозы с образованием карбоксильных групп, что обеспечивает повышение накрашиваемости волокна и равномерности получаемых окрасок. Оценена эффективность комплексного ферментативного расщепления примесей крахмальной шлихты и присутствующих в волокне пектиновых веществ в цикле подготовки хлопчатобумажной ткани. Выявлено, что в условиях биоотварки генерация низкомолекулярных альдопиранозных соединений и термоинициируемые их превращения обеспечивают наряду с дезактивацией растворенного кислорода протекание восстановительной деструкции лигнина в присутствующих на текстильном материале вкраплениях растительных остатков, что облегчает отбеливание ткани пероксидом водорода и устранение дефектов "галочка" без проведения щелочной варки.

Проведен комплекс исследований по разработке рациональной технологии пероксидного беления натурального шелка с использованием силикатных и бессиликатных стабилизаторов нового поколения. Показаны преимущества природных и синтетических силикатов и алюмосиликатов в процессах пероксидного беления натурального шелка. Применение этих препаратов обеспечивает лучшие результаты беления по показателям белизны, капиллярности, мягкости текстильного полотна, меньшей степени деструкции фиброина. Показано, что использование синтетического алюмосиликата (препарата САС) и некоторых комплексонов (например, ОЭДФК), внедренных в структуру волокна на стадии подготовки, позволяет получить качественно новые технологические эффекты при последующем крашении натурального шелка хромовыми красителями. Препарат САС может с успехом заменять бихроматы калия и натрия в качестве “протравы” при крашении хромовыми красителями и обеспечить при этом значительно лучший колористический результат по чистоте, яркости и прочности окрасок, не оказав при этом деструктивного влияния на фиброин шелка при предварительной и последующей обработках волокна в процессе крашения хромовыми красителями. Экологическая нагрузка на промышленные стоки при этом существенно снижается [34].

В результате анализа литературных данных можно сделать следующие выводы:

1. Рассмотренные волокнистые компоненты являются гидрофильными, обладают развитой внешней и внутренней поверхностью, что обусловливает хорошую их набухаемость в водных растворах. Это даёт возможность использовать для их отделки различные процессы мокрой обработки;

2. Натуральный шёлк сохраняет свои свойства в кислой среде, хлопковое волокно обладает устойчивостью в щелочных средах. Эти особенности следует учесть при выборе и разработке технологических режимов отделки смесевых хлопко-шёлковых изделий;

3. Натуральный шёлк имеет высокую степень устойчивости к действию микроорганизмов. Это даёт дополнительное преимущество смесевым изделиям указанного ассортимента и улучшает их потребительские свойства;

4. Хлопок более дешевое волокно, чем шелк, это способствует удешевлению смесового трикотажа.

5. Разработки по созданию хлопко-шелковых материалов, показываеть возможность расширения ассортиментов текстильных изделий, улучшения физико-механических, эксплуатационных свойств и снижения себестоимости продукции;

6. Необходимо проведение комплексных исследований по разработке теоретических и технологических основ производства хлопко-шелковых текстильных материалов, определению влияния соотношения волокнистых компонентов на текстильно-технологические показатели изделий и на процесс химической отделки.

7. В литературе отсутствуют сведений о химической отделки хлопко-шелковых текстильных материалов, в частности трикотажных. Проведенные исследования в области расширения ассортимента из нитей натурального шелка носит экспериментально-исследовательский характер, то есть отсутствуют обоснованные теоретическими и экспериментальными исследованиями работы в этом направлении.

8. Необходимо ставить задачу разработки технологии выработки и отделки трикотажных смесевых ассортиментов из нитей натурального шелка. Разработать режимов подготовки смесевых изделий к крашению и печатанию при максимальном сохранении их физико-механических свойств и сообщающие им новых потребительских качеств.

2. Объекты и методы исследования

В главе описаны методы проведения экспериментальных исследований, приводятся качественные показатели хлопко-шелковых трикотажных материалов разного состава и структуры, а также методики проведения испытаний текстильных материалов.

Оценка контроля качества шелка-сырца, текстильной нити и образцов, полученных в результате предложенной технологии, осуществлялась в аккредитованном «Учебно-сертификационном центре», действующем в Ташкентском институте текстильной и легкой промышленности.

2.1 Объекты исследований

При разработке химической отделки смесевых текстильных трикотажных материалов на основе хлопка и шелка Объектом исследования были:

Трикотажное полотно разного состава и переплетения, в следующих соотношениях составляющих компонентов:

Шелк : х/б = 22,4:77,6; 32,3:67,6; 61,4:38,6; 72,5:27,4;

Характеристика использованных реактивов.

В работе были использованы химические вещества, характеристики которых представлены в табл. 2.1

Таблица 2.1. Характеристика химических реактивов

№	Наименование вещества	Формула	Внешний вид	Мол. масса
1	Карбонат натрия ГОСТ 83-79	Na2CO3	Кристаллический белый порошок	106,9
2	Олеиновое мыло ГОСТ 7696-55	RСОО Na	Моющий раствор
3	Натрий гидроксидГОСТ 4328-77	NaОН	Кристаллический белый порошок	40,0
4	Перекись водорода	Н2О2	Бесцветная жидкость	34,02
5	ПАВ ОП-10 ГОСТ 8433-91	R C6H5O(CH2CH2O)9CH-H2OH R2	Вязкий раствор
6	Силикат натрия	Na2SiO3	Жидкое стекло	122,1
7	Фермент -энзим расшлихтующий (Bezema)	Beizol DO	Вязкий раствор	активность по шлихту 3,21 ед/г
8	ПАВ Смачиватель	Lavstaib	Вязкий раствор
9	ПАВ Смачиватель, Модифицированный алкалон неионогенный (Bezema)	Felоsan APF	Эмульсия
10	ПАВ (Bezema)	Kollazol SD	Удалитель воздуха
	Стабилизатор перикиси (Bezema)	Contavan TIG

2.2 Методы исследований

Определение влажности волокнистого сырья.

Влажность проб смесевых текстильных материалов и сырья определялись по ГОСТу 6611.4.

Методы исследования структурно-механических свойств трикотажа.

Определение физико-механических характеристик образцов смесевых материалов проводили на стандартных приборах, по установленным ГОСТом условиям.

Определение разрывной нагрузки и удлинения при разрыве.

Прочностные характеристики нитей, пряжи и ткани определялись по ГОСТу 6611.2-73 на разрывной машине «Statimat C» , «AUTOGRAPH AGS-H». «Statimat C» предназначен для измерения разрывных характеристик нитей, пряжи и.т.д. Прибор является автоматической разрывной машиной, которая работает по принципу постоянной скорости деформации согласно стандартам DIN 51 221, DIN 53 834, ISO 2062. Нагрузка: 0,1 ~ 100 Н; Удлинение: 0,1-800 %. Точность измерений:

-разрывной нагрузки: 0,1 % от мощности измерительной головки.

-удлинения: 0,1 % от заданного значения.

Разрывная машина «AUTOGRAPH AGS-H» предназначена для измерения разрывных характеристик нитей, пряжи из различных волокон. Разрывная машина «AGS-H» работает с помощью специальной компьютерной программы На них отображается следующая информация: разрывная нагрузка, Н; разрывное удлинение, %; Коэффициент вариации.

Диапазон измерений прибора -- 0,1 Нч 20 Н.

Расстояние между зажимами -- 5ч 50 см

Точность измерений: ±0,1 Н.

Испытания волокон на двойной изгиб.

Испытания волокон на двойной - изгиб проводились на венгерском приборе "Sinus" при одинаковом напряжении, равном 50 Н/мм [35]. Величину предварительной нагрузки подсчитывали по формуле :

где: G -- заданное напряжение, Н/ мм; Т -- линейная плотность, текс; J-- удельная масса волокна, Н/ см3; Р-- продольная нагрузка на одну элементарную нить, Н. Длина образца -- 15 мм.

Угол поворота изгибающей головки + 90 °.

Число циклов в минуту -- 120.

Испытания проводили с радиусом кривизны пластины, равным 0,2 мм.

Объемная плотность.

Показателем облегченности структуры трикотажа можно использовать объемную плотность:

Где: - объемная плотность трикотажа, мг / см3;

мs- поверхностная плотность трикотажа, г / м2;

Т- толщина трикотажа, мм.

Поскольку трикотаж является трехмерной структурой, характеризующаяся длиной, шириной и толщиной, расположенной в пространстве, то и облегченность этой структуры следует определять не двухмерным критерием (поверхностной плотностью), а трехмерным (объемной плотностью).

Показатель "объемная плотность" отражает разряженность трикотажа в пространстве. Объемная плотность трикотажа показывает содержание текстильных нитей в единице объема. При использовании объемной плотности в качестве критерия облегченности структуры трикотажа понятие "облегченность" расширяется. При этом в разряд полотен с пониженной материалоемкостью включаются полотна с рыхлой структурой, имеющей значительную толщину по сравнению с базовыми. Отсюда полотнами пониженной материалоемкости называются полотна, объемная плотность которых ниже, чем у базового, связанного с оптимальным модулем петли из идентичной пряжи [36].

Прочность на истирание.

Определение прочности окрасок к трению проводили в соответствии с ГОСТ 9733.27-83 на приборе «AR-2».