Химическая технология текстильных материалов

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ивановская государственная текстильная академия»

Контрольная работа № 1 по дисциплине:

Химическая технология текстильных материалов"

Студент 3 курса ИГТА спец. 260 901

Шифр 76 400 Вариант №

Выполнила: студентка группы Курс 3 з/отделения Иваново

Вопрос № 1

Охарактеризовать особенности структуры и свойств полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокон). В сочетании с какими волокнами их используют и какие свойства они придают изделиям из натуральных волокон По своему значению полиакрилонитрильные волокна занимают третье место среди синтетических волокон и нитей.

Полиакрилонитрильные текстильные материалы производят из полиакрилонитрила (ПАН), а также из различных сополимеров акрилонитрила с небольшим количеством (15%) других мономеров в виде штапельного волокна. Получаемое волокно называют нитроном. Его вырабатывают линейной плотности 0,5 и 0,67 текс и используют в смесях с шерстью, в небольшом количестве — для переработки в чистом виде в пряжу для фильтровальных материалов.

Они обладают рядом свойств, выделяющих их из среды других синтетических волокнообразующих полимеров: механическими, термостабильны (выдерживают длительный нагрев до температуры 1200С и выше с полным восстановлением свойств после охлаждения), но термопластичны и в нагретом состоянии показывают значительное увеличение деформации за счёт ее пластической части. По внешнему виду они напоминают шерсть, по разрывной нагрузке и стойкости к истиранию — близки к натуральным волокнам. ПАН-волокна обладают высокой устойчивостью к поражению молью, к действию света и атмосферных условий. Изделия из них быстро высыхают, требуют минимального ухода и хорошо сохраняют форму.

Для устранения этих недостатков ряд фирм выпускает модифицированные химическими и физическими методами ПАН-волокна с улучшенными свойствами.

В России выпускается сополимерное ПАН-волокно — нитрон-3.

CH₃ COOH

… — CH₂ — CH — CH₂ — C ———- CH₂ — CH — CH₂ — C — …

CN COOH₃ CN CH₂COOH

При нагревании выше165оС волокно желтеет, но не теряет механической прочности; при 235 — 250оС — размягчается, а при 250 — 300оС — происходит необратимое изменение его химической структуры.

Волокно устойчиво к действию кислот и менее стойки к щелочам, в особенности концентрированным. При нагревании в щелочах наблюдается пожелтение волокна по причине омыления нитрильных групп.

К недостаткам полиакрилонитрильных волокон следует отнести низкую гигроскопичность, повышенную электризуемость, пиллингуемость, загрязненность и сложность окрашивания.

В настоящее время ряд зарубежных фирм выпускает полиакрилонитрильные нити с улучшенными свойствами. Производство их из сополимеров позволяет увеличить сорбционную способность и накрашиваемость. К достоинствам этих волокон относятся высокая светостойкость и хорошая устойчивость к атомным излучениям.

Широкое использование полиакрилонитрильных волокон в смесях с шерстью объясняется тем, что благодаря термопластичности им легко придать извитость, подобную извитости тонкой шерсти, а также некоторым сходством их механических свойствами шерсти.

Вопрос № 2

С какой целью шерстяные ткани подвергают валке? Какие свойства шерстяного волокна обуславливают эту способность? Приведите технологию изготовления тканей суконной группы Шерстяная промышленность вырабатывает ткани комвольные с отчётливо выраженным рисунком переплетения и суконные, более тяжелые, рыхлые, с войлокообразным застилом, частично или полностью закрывающим рисунок переплетения. Последние в зависимости от вида шерсти подразделяются на тонкосуконные и грубосуконные.

Большинство шерстяных тканей в настоящее время изготавливается из смеси с химическими волокнами, что необходимо учитывать при выборе технологии подготовки.

Основными подготовительными операциями при обработке шерстяных тканей являются: опаливание, промывка, карбонизация, заварка, валка, ворсование и беление.

Валка — это процесс изготовления тканей суконной группы, при котором происходит целенаправленное уплотнение ткани (уменьшение длины и ширины при увеличении толщины) с одновременным свойлачиванием волокна в поверхностном слое. В результате повышаются теплоизоляционные свойства ткани, увеличивается ее мягкость, упругость, эластичность.

На ткацкую фабрику пряжа с прядильных фабрик поступает в форме початков, реже — мотков, комплексные нити с заводов химических волокон — в бобинах или куличах. Для подготовки к ткачеству полученные паковки направляются в приготовительный отдел ткацкого производства.

Цель перематывания основных нитей — увеличение их длины.

Цель основания — получение основы.

Проборка или привязывания завершает операции подготовки основы к ткачеству.

Цель ткачества — образование ткани.

В шерстяном ткачестве большее распространение получили станки СТБ с малогабаритными прокладчиками — микрочелноками, в которых сохраняется принцип образования ткани на обычном челночном станке, но изменяется способ введения в зев уточной нити. Прокладчик, представляющий собой небольшую металлическую пластину, захватывает конец уточной нити с неподвижной конусной бобины и протягивает нить через открытый зев. Движется прокладчик, не соприкасаясь с нитями основы, по гребенчатым направляющим только с одной стороны станка из коробки боевого механизма в приемную. В обратном направлении прокладчик перемещается транспортной лентой, находящейся под основой. В момент прибивания уточной нити бердом гребенчатая направляющая опускается. Положенная в зев уточная нить обрезается, а конец этой нити закладывается в следующий зев кромкообразователем.

Валкоспособность является специфическим свойством шерсти, связанным с наличием наружного чешуйчатого слоя в волокне, его извитостью и упругостью, что обусловлено складчатой структурой макромолекул кератина. Благодаря этому в процессе валки происходит сцепление и перепутывание волокон, приводящее к образованию застила. Протеканию процесса способствуют механические нагрузки (трение, удары, давление), увлажнение и повышение температуры.

Валку проводят на сукновальных машинах, где пропитанную мыльно-содовым раствором ткань подвергают механическим воздействиям, создаваемым рабочими органами машины. Оптимальной температурой валки является 37−45оС, а длительность процесса определяется требованиями к степени уплотнения и свойлачивания.

В зависимости от способа производства и волокнистого состава по прейскуранту № 41−03 ткани подразделяются на шесть групп: из них тонкосуконные — группы 3 и 4, грубосуконные — группы 5 и 6.

Вопрос 3

Для крашения каких волокон синтезированы катионные красители? Приведите механизм фиксации на волокне и технологию крашения Катионные красители были созданы специально для крашения ПАН-волокон. Дисперсные красители образуют на ПАН-волокнах малоинтересную в колористическом отношении окраску. В отличие от ранее рассмотренных анионных красителей, окрашенные частицы которых заряжены отрицательно, катионные красители в водных растворах диссоциируют с образованием катиона — положительно заряженной частицы:

R? N+Cl- > R? N+ + Cl;

В результате красители выбираются из раствора отрицательно заряженными карбоксильными группами ПАН-волокна за счет сил электростатического напряжения и фиксируются на материале с образованием ионной химической связи:

ПАН — COO-H+ + R? N+Cl- > ПАН — COO-H+? R + HCl

Катионные красители ПАН-волокон образуют на них яркие окраски практически полной цветовой гаммы, устойчивые к физико-химическим воздействиям. Крашение материала приводят в присутствии кислоты и нейтрального электролита. Они необходимы для получения равномерных окрасок. Кислота подавляет диссоциацию карбоксильных групп волокна замедляя переход красителя из раствора. Чтобы не допустить полной нейтрализации отрицательных зарядов и прекращения за счет этого процесса крашения, часть кислоты заменяется нейтральным электролитом. Положительно заряженные ионы электролита конкурируют с катионами красителя за возможность взаимодействия с диссоциированными карбоксильными группами. Это замедляет процесс перехода красителя на волокно и делает окраски более равномерными. Ввиду того, что сродство катионных красителей к ПАН-волокнам очень велико, а скорость диффузии замедлена по причине высокой кристалличности и гидрофобности волокна, для получения равномерных окрасок необходимо:

Хорошо растворить краситель (этому способствует введение в раствор кислоты);

Создать условия, соизмеряющие скорость процессов сорбции и диффузии;

Выдержать оптимальный температурный режим крашения.

Крашению катионными красителями в основном подвергают волокно, из которого вырабатывают ткани, окрашенную пряжу или трикотажные волокна.

При крашении по периодическому способу в состав красильного раствора вводят краситель, уксусную кислоту до рН = 4,5 и электролит (Na2SO4). Крашение ведут по ступенчатой температурно-временной программе: начинают при 60оС и красят в течение 10 минут, затем в течение 20 минут раствор нагревают до 80оС. При этой температуре ПАН-волокно по причине термопластичности способно переходить в расстеклованное высокоэластичное состояние и поглощать красител. Далее раствор медленно (70−80 минут) нагревают до кипения и окрашивают материал еще 45−60 минут. После крашения раствор медленно охлаждают до 70оС с целью сохранения упругоэластичных свойств волокна и проводят промывку холодной водой.

Для повышения равномерности окраски помимо электролитов можно использовать специальные высокомолекулярные выравниватели катионили анионактивного характера. Для интенсификации процессов крашения и печатания используют ускорители (резорцин, этиленкарбонат и др.), которые снижают температуру стеклования волокна.

Вопрос 4.

Приведите технологию получения грунтовых рисунков с помощью азоидных красителей ткань волокно краситель пигмент К красителям, образующимся на волокне, относятся нерастворимые оксиазокрасители (азоидные) и черный анилин. Их отличительной особенностью является то, что реакцию получения красителя осуществляют непосредственно на текстильном материале.

Образование на волокне азоидных пигментов.

В основе синтеза на волокне нерастворимых оксиазокрасителей лежит реакция азотосочетания азосоставляющих (азотолов) со стойкими активными солями диазония (диазолями), каждое из которых в отдельности красящей способностью не обладает. В процессе крашения ткань пропитывают щелочным ратвором азотола, а затем пропускают через раствор диазоля, где и происходиь реакция азотосочетания, приводящая к образованию нерастворимого азопигмента непосредственно на ткани. Благодаря этому получаемые окраски и расцветки отличаются высокой прочностью к мокрым обработкам.

Азотолы, используемые в качестве азотосоставляющих, нерастворимы в воде, могут растворяться в щелочах, поэтому их применяют в виде натриевых солей, называемых азотолятами, общую формулу которых можно записать как R — ONa. Азотоляты поглощаются целлюлозным волокном подобно прямым красителям и фиксируются на волокне за счет водородных связей.

Диазоли представляют собой устойчивые формы диазосоединений, получаемые диазотированием первичных ароматических аминов в кислой среде. В общем виде их формулу можно представить как [Ar — N? _ N]+Cl-.

Реакция азосочетания (образования красителя) протекает по схеме

R — ONa + [Ar — N ?]+ Cl- > Ar — N = N — R — OH = NaCl.

Она протекает на холоде при рН = 6−11. Нижний предел рН обусловлен возможностью гидролиза азотолята до нерастворимого азотола, не вступающего в реакцию азотосочетания, верхний — переходом соли диазония в неактивную форму.

Технологический процесс получения белой вытравки состоит в следующем. На ткань наносят печатный состав, содержащий ронгалит, антрахинон в виде пасты с глицерином, поташ (К2СО3), загустку и воду. Напечатанную ткань высушивают, пропускают через паровой зрельник и промывают.

Для получения цветной вытравки используют кубовые красители, при этом в зрельнике они переходят в растворимую форму, а на стадии промывки их окисляют до нерастворимого пигмента.

Для того, чтобы получить белый узор резервным способом печати по фону из азоидных красителей, в печатный состав вводят восстановители или сернокислые соли цинка и алюминия. Восстановители превращают соли диазония в неактивные соединения, а соли нейтрализуют щелочь и переводят азотол в нерастворимую форму, не способную вступать в реакцию азотосочетания. Образующиеся при этом осадки гидроксидов металлов затрудняют проникновение в волокно диазорастворов.

Для получения цветных резервных расцветок на азотолированную ткань наносят загущенный раствор диазоля с целью полного связывания азотолята в местахнанесения рисунка. Последующее высушивание полностью разрушает избыток диазоля и при пропуске ткани через раствор диазоля другого цвета реакция азотосочетания протекает только в тех местах, где отсутствует рисунок.

Образование на волокне красителя черного анилина.

Этот пигмент черного цвета отличается непревзойденными колористическими показателями и насыщенностью цвета. Он обеспечивает получение очень прочных красок, стойких к свету, стиркам и трению.

Крашение черным анилином в настоящее время применяют редко, однако возможность получения черной окраски, недостигаемой никаким другим классом красителей, обеспечивает его применение в прямой печати, а также при получении белых и цветных узоров по черно-анилиновому фону.

Этот пигмент получают непосредственно на ткани окислением анильной соли (С6H5NH2•HCl) в присутствии катализаторов. Реакция образования красителя идет при высокой температуре и влажности. В качестве окислителя обычно используют хлорат калия (KClO3), в качестве катализатора — железистосинеродистый калий K4[Fe (CN)6].

При прямой печати черным анилином в состав печатной краски вводят анилиновую соль, окислитель, катализатор, воду и загустку. После нанесения печатного состава ткань сушат и обрабатывают в запарном окислительном зрельнике в течение 1 минуты при температуре 98оС. Затем проводят обработку раствором K2Cr2O7 в присутствии соды или перекиси водорода в сочетании с уксусной кислотой для завершения процесса окисления, далее окончательно промывают.

Белые и цветныеузоры по черно-анилиновому фону окраска столь прочная, что не может быть разрушена путем вытравки. В качестве резервирующих веществ используют вещества щелочного характера и восстановители. Щелочь нейтрализует анилиновую соль, выделяя свободный анилин, который в нейтральной среде не окисляется. Восстановители погашают действие окислителей.

Резервирование проводят на ткани, пропитанной черно-анилиновым раствором, содержащим: анилиновую соль, KClO3, K4[Fe (CN)6] и воду. Материал высушивают при температуре 60−70 оС таким образом, чтобы предотвратить появление зеленоватого окрашивания. По сухой ткани печатают резервным составом, содержащим кальцинированную соду, окись цинка и загустку. Далее следует сушка, пропуск через окислительный зрельник и промывка. В местах нанесения резервного состава на черном фоне получают белый рисунок. Для получения цветных узоров по черно-анилиновому фону можно применять кубовые, активные красители и диазаминолы.

Крашение тканей азоидными красителями.

Крашение оксиазокрасителями осуществляют непрерывным способом. Ткань пропитывают щелочным раствором азотопа при температуре 70оС, подсушивают или усиленно отжимают и обрабатывают раствором диазоля, который предварительно нейтрализуют уксуснокислым натрием до необходимого значения рН. Крашение проводят на холоде (оптимальной считают температуру 5−10оС). Стадия запаривания из технологической цепочки исключается. Окрашенную ткань промывают водой, растворами моющих препаратов при повышенной температуре, снова водой и высушивают.

Вопрос 5.

Противоусадочная механическая отделка тканей. Естественная и принудительная усадка тканей Придание тканям свойств малой усадочности является одной из самых основных задач заключительной отделки текстильных материалов. Склонность к изменению линейных размеров определяется рядом факторов и в первую очередь химической природой волокна, структурой пряжи и характером переплетения ткани. Гидрофильные целлюлозные волокна, благодаря наличию в макромолекулах огромного числа гидроксильных групп, сильно набухают в воде. Вследствие этого происходит утолщение и укорачивание волокна, что предопределяет склонность к усадке в процессах ее эксплуатации — это так называемая потенциальная усадка. При обработке тканей в отделочном производстве они подвергаются действию как растягивающих, так м сжимающих усилий, поэтому линейные размеры полотна многократно изменяются. Таким образом до этапа заключительной отделки ткань обладает нестабильными размерами, а изделия из нее способны изменять свою форму в процессе эксплуатации. Нормы допустимой бытовой усадки определены в ГОСТах для тканей различного назначения.

Существует механический и химический способы стабилизации размеров текстильных полотен.

.Часть тканей из целлюлозных волокон по своей структуре и назначению не требует придания им свойств малой сминаемости, но они обязательно должны быть безусадочными. Для подобного ассортимента разработана специальная технология противоусадочной химической отделки (ПУХО). В отличие от несминаемой отделки все процессы стабилизации линейных размеров основаны на использовании предконденсатов смол в меньших концентрациях и при более мягких условиях обработки. Технологический процесс строится таким образом, чтобы не наблюдалось больших потерь механической прочности материала и была обеспечена высокая стабильность поперечных связей.

Для придания тканям свойств малоусадочности применяют: карбамол, карбамол ЦЭМ, метазин, гликазин, этамон ДС и их смеси. Концентрация предконденсата и катализатора зависит от вида, назначения, толщины и запаса прочности обрабатываемого материала. Для улучшения грифа полотна и повышения устойчивости эффекта отделки рекомендуют вводить специальные добавки (эластомеры), главным компонентом которых являются акрилаты. Эти добавки проявляют высокую реакционную способность при взаимодействии с волокном и с предконденсатами смол, что обеспечивает достаточную стабильность волокна в целом. Ткань пропитывают указанным составом, сушат и подвергают легкой обработке при температуре 120−130оС. Стабилизированные химическим путем ткани выдерживают не менее 10 бытовых стирок.

Таким образом в процессах аппретирования материалам сообщаются различные потребительские свойства. В зависимости от состава аппрета им можно придать красивейший внешний вид, свойства малосминаемости, повысить износостойкость, стабилизировать линейные размеры полотна или получить ткани, из которых в швейном производстве изготавливают изделия с устойчивой формой.

Рассмотренные в данном вопросе механизмы и технологии положены в основу химизации многих технологических процессов швейного производства.

Используемая литература

1 В. В. Васильев, Л. А. Гарцева, О. Г. Циркина Химическая технология тек стильных материалов Учебное пособие Иваново 2005

2.Г. Н. Кукин, А. Н. Соловьев Текстильное материаловедение Москва Легпромбытиздат

3. Бузов Б. А. и др. Материаловедение швейного производства М.:Легпромбытиздат, 1986