Разработка технологии колорирования текстильных материалов с камуфлирующей окраской в соответствии со специальными требованиями силовых структур

Во введении представлены основные аспекты работы, позволяющие определить актуальность решаемой проблемы, цели и задачи, объекты и методы исследования, научную новизну, практическую значимость и реализацию результатов.

Аналитический обзор литературных источников содержит анализ публикаций в области разработки красителей и технологий для производства камуфлированных текстильных материалов со специальными требованиями. В обзоре рассмотрены комплексные требования, предъявляемые к специальным текстильным материалам с камуфлирующей окраской, с точки Щ', зрения как устойчивостей окраски и колористических показателей, так и специальных требований по недешифруемости в приборах ночного видения. В обзоре также проанализированы способы выполнения данных требований. В обзоре источников представлены также разработки по созданию красителей и технологий, обеспечивающих получение недешифруемой окраски.

Методическая часть посвящена описанию объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования выступают ткани различного волокнистого состава саржевого переплетения для производства камуфляжа специального назначения. Также объектом исследования являются красители, пигменты и ТВВ для текстильной печати.

Рассмотрены методики определения показателей устойчивостей окраски камуфлированных текстильных материалов к мокрым обработкам, сухому и мокрому трению, поту. Также рассмотрены методики измерения показателей ремиссии (отражения) в ИК-области спектра и визуальной оценки недешифруемости камуфлированного объекта в приборах ночного видения.

В экспериментальной части сделан анализ комплексных требований к текстильным материалам с камуфлирующей окраской и способов их выполнения. Разработан рациональный способ крашения фона камуфляжной ткани с ремиссионными требованиями с применением восстановленных жидких форм сернистых красителей. Исследованы и выбраны пигменты, пригодные для колорирования материалов с камуфлирующей окраской. Созданы базы данных пигментов по их колористическим и ремиссионным показателям. Изучен способ коррекции показателя отражения в ИК-области. Разработан состав композиции для печатания тканей с камуфлирующей окраской пигментами. С применением методов математического моделирования создан алгоритм решения задачи колорирования недешифруемого камуфляжного текстильного материала и цветовоспроизведения камуфлирующих окрасок тканей. Рассмотрены экономические и экологические аспекты технологии. В заключении изложены основные выводы, касающиеся решения научно-практической проблемы разработки химической технологии рационального колорирования текстильных материалов с камуфлирующей окраской в соответствии с требованиями силовых структур.

Диссертационная работа состоит из 225 страниц, включает 15 таблиц, 29 рисунков, 17 приложений. Список использованной литературы содержит 94 наименования.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

.

Рубеж XX и XXI веков ознаменовался резким обострением политического и вооруженного противостояния, причем не в одном регионе и даже не на одном континенте, а в мире в целом, с многочисленными очагами локальных конфликтов. Потому актуальность темы, к сожалению, продиктована самой жизнью и ситуацией в мире. Глобализация сейчас затрагивает не только экономику и политику, но и оборонные усилия государств, борющихся с агрессией, также глобальной.

В связи с этим перед нами, химиками-текстильщиками разных стран, особенно остро встала достаточно новая задача — разработка эффективных технологий производства защитной одежды — камуфляжа. На протяжение тысячелетий одежда давала человеку тепло, удобство и эстетическое удовольствие, сейчас одежда призвана еще и защищать (маскировать) своего владельца.

Камуфляж — в переводе с французского — означает маскировка. Таким образом, назначение специальной ткани с камуфлирующей окраскойзамаскировать, скрыть объект как в видимой, так и в ИК-области путем разбивки его силуэта на пятна различной формы и окраски (в ИК-областиразличной интенсивности), выглядящие естественно для данной местности и, таким образом, сливающиеся с окружающей средой.

Поэтому первоочередной задачей является определение характеристик местности, для которой предназначается камуфляж, с целью создания: адекватного маскирующего рисунка как в видимой области, так и в ближнем ИК-диапазоне спектра (ок. 900−1100 наннометров — зоне действия современных приборов ночного видения).

Для определения характеристик местности проводится фотографическая съемка местности в различных масштабах, а также аэрофотосъемка местности, причем в двух диапазонах: видимом и инфракрасном (ИК). Потом результаты этих съемок должны быть переработаны в рисунки, а затем в текстильные кроки с соответствующими раппортами для печатных валов или шаблонов (кроки, как правило, патентуются разработчиками). Камуфляжный рисунок состоит из пятен определенных форм, размер и цветов, а в качестве приложения к рисунку содержатся показатели ремиссии (с допусками 10%) по каждому пятну, в виде кривых с длинами волн или цифр (в % отражения, как правило, в диапазоне от 900 до 1100 нм).

Камуфляж подразделяется на множество видов, в зависимости от:

1. Назначения,.

2. Сырьевого состава ткани или трикотажа,.

3. Региона (географии) применения.

Более детально подразделение по видам выглядит следующим образом:

1. По назначению камуфлирующие материалы делятся на следующие группы:

— ткани для верхней одежды (полевых костюмов — летних и зимних),.

— трикотаж для нижнего белья, а также верхний летний трикотаж,.

— палаточные и тентовые ткани,.

— маскировочные ткани и сетки, в том числе для техники и маскхалатов,.

— материалы медицинского назначения (бинты, повязки).

2. По сырьевому составу камуфляжные материалы могут состоять из следующих волокон и их смесей:

— 100% хлопок или 80/20% хлопок/ПЭФ (ткани для летних полевых костюмов, нижнее трикотажное белье, подкладка для зимних костюмов, бинты),.

— 50/50% ПЭФ/хлопок или вискоза (для верха зимних полевых костюмов),.

— 100% ПАМ (для верха костюмов летчиков и танкистов),.

— 100% ПЭФ (для верха костюмов, маскировочных материалов, палаток и тентов),.

— материалы из модифицированных полимеров и сополимеров различной природы специального назначения (термостойкие, пуленепробиваемые, негорючие), а также микроволокон.

3. По регионам применения (в зависимости от географического положения и вида местности):

— «лес» (для России — соответствует средней полосе европейской части, типа «флора») — трех-четырехцветный, с насыщенными зелеными и коричневыми пятнами,.

— «горный», черно-белый, с пятнами различных оттенков серого,.

— «скалистый», черно-зеленый,.

— «буря в пустыне», светло-бежевые и песочные оттенки,.

— «болото», размытых зеленых и черно-коричневых оттенков,.

— «город», из набора серых, коричневато-кирпичных и черных полос и пятен,.

— «вода-воздух», с серои сине-жемчужными пятнами,.

— «степной», с мелким «каменистым» рисунком пыльных коричневых и полынных цветов,.

Здесь приведены только основные разновидности камуфляжных рисунков с общеупотребительными названиями, которых, разумеется, в десятки раз больше. Разумеется также, что требования по ремиссии будут очень сильно различаться между собой для различных видов камуфляжа.

Единственно общее, что объединяет все виды камуфляжа специального назначения (!) — его пятна должны обеспечивать маскировку, «разбивку фигуры» как в дневное, так и в ночное время.

Задача колорирования материалов с камуфлирующей окраской является составляющей задачи производства камуфляжа, включающей, в том числе, такие этапы, как подготовка и заключительная отделка. Эти два этапа рассматриваются в работе кратко, вне рамок основного эксперимента. Так же отдельно в работе рассматриваются требования к композициям для печати. Это вызвано необходимостью схематизировать задачу колорирования и оптимизировать процесс, для этого оставив в рамках эксперимента максимально значимые параметры. К тому же, в зависимости от сырьевого состава и назначения камуфляжа, для химика-технолога не составляет большого труда классифицировать и распределить выпускаемую продукцию по необходимым видам подготовки и заключительной отделки. Как относительно легкие в разработке, гладкокрашенные маскирующие ткани остались за рамками данной работы.

Что касается решения задачи крашения с последующей печатью с целью придания камуфлирующей окраски в ИКи видимой областях — здесь решение очень сложное и трудоемкое, требующее большого опыта. Для предприятия, начинающего выпускать камуфляжные материалы, без посторонней помощи, такая задача вообще непосильна. Потому актуальность данной работы состоит в необходимости создания «инструмента», позволяющего максимально упростить и ускорить процесс разработки типовых проводок и рецептур крашения и печатания материалов с камуфлирующей окраской, с безусловным соблюдением всех специальных требований, предъявляемых к камуфляжу для силовых структур.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОТЫ.

Задача по колорированию камуфлированных тканей должна выполняться в соответствии с тремя, определяемыми заказчиками (силовыми структурами), требованиями:

— колористика (цвет и рисунок пятен),.

— устойчивости окраски,.

— ремиссия (показатели отражения в ИК-области).

Цель данной работы — разработка методологии (алгоритма) решения задачи крашения и последующего печатания тканей, обладающих маскирующими свойствами в дневное и ночное время, а также имеющих необходимый уровень устойчивостей окраски.

До сих пор преобладает эмпирический способ решения задачи колорирования камуфляжа, то есть создание новых камуфляжных рисунков (частично или полностью с другими требованиями) на основе предшествующих наработок по другим видам. Задача данной работы состоит в разработке принципиально другого, системного подхода к проблеме и созданию четкого, последовательного алгоритма решения задачи колорирования камуфляжа со специальными требованиями силовых структур.

Поставленную триединую задачу колорирования предлагается решать «методом треугольника» (МТ), в вершинах которого находятся требования, а путь достижения их строго определен и последователен. Для того, чтобы пользоваться МТ, необходимо иметь в распоряжении (либо специально создать) базу данных по ассортименту из отобранных классов красителей для крашения фона и печати пятен рисунка со следующими характеристиками:

— колористическими,.

— прочностными,.

— данными по ремиссии.

Решение задачи колорирования армейского камуфляжа МТ для каждого цвета рисунка состоит из следующих этапов:

— выбор из базы данных триады красителей, обеспечивающих необходимый цветовой охват для получения заданного цвета, а также с близкими к требуемым показателям по устойчивостям окраски и ремиссии (и те, и другие зависят от концентрации каждого красителя в триаде),.

— расчет рецептуры и лабораторное крашение под цветовой эталон с необходимыми допусками («вилку»). На данном этапе не имеет смысла делать точную подгонку цвета,.

— проверка устойчивостей окраски образца выбранными красителями в расчетных концентрациях. Если все в порядке — следующий этап,.

— измерение показателей ремиссии и сравнение с заданными параметрами. Коррекция рецептуры (путем изменения соотношения красителей в триаде, замены одного из элементов триады и/или введением вспомогательного «ремиссионного» красителя) с целью приблизиться к заданным значениям ремиссии,.

— измерение цветовых характеристик образца с полученными показателями ремиссии. Коррекция цвета под эталон.

Далее — повтор алгоритма строго в заданной последовательности, начиная со второго этапа, до тех пор, пока в результате не будут получены все показатели, удовлетворяющие требованиям «треугольника» .

Задача состоит в разработке рациональной технологии колорирования, в том числе создании математической модели, выявляющей взаимосвязь между требованиями и способами их выполнения, и разработки на основе данной модели программы по расчету рецептур колорирования камуфляжных рисунков с учетом ремиссионных требований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Впервые задача колорирования текстильных материалов с камуфлирующей окраской в соответствии с требованиями силовых структур решается не эмпирическим путем, а на основе системного подхода с созданием четкого алгоритма.

1. Выбраны параметры, определяющие качество текстильного материала с камуфлирующей окраской, общие для всех видов камуфляжа: цвет, устойчивости окраски и ремиссия в ИК-области. Между данными параметрами выявлена взаимосвязь и сформулирована на количественном уровне для создания математической модели.

2. Разработана концепция рационального колорирования камуфлированных тканей с учетом предъявляемых к текстильным материалам с камуфлирующей окраской специальных требований силовых структур. На основе концепции разработана химическая технология колорирования камуфлированных тканей, состоящая из крашения фона водорастворимыми восстановленными сернистыми красителями и последующего печатания пигментами.

3. Разработан способ решения триединой задачи «цвет — устойчивости окраски — ремиссия», основанный на «методе треугольника» — «МТ», заключающемся в последовательном выполнении стоящих в вершинах треугольника требований, с последующей поэтапной коррекцией «от вершины к вершине», вплоть до достижения необходимых результатов.

4. Впервые с применением методов математического моделирования создан алгоритм решения задачи колорирования тканей с камуфлирующей окраской и создана программа расчета рецептур крашения и печати с учетом комплекса требований по цветовым, прочностным характеристикам и ремиссионным показателям.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

1. Разработаны теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные рекомендации для предприятий по крашению и печатанию тканей с камуфлирующей окраской в соответствии с требованиями силовых структур.

2. Разработанная технология рационального колорирования тканей с камуфлирующей окраской внедрена и применяется в России с 1996 года. По данной технологии в России и СНГ выпускается в настоящее время от 20 до 30 млн. кв. метров камуфлированных тканей в год.

Практическое внедрение в конкретных производственных условиях предприятий России осуществлено на таких ведущих предприятиях, как: ОАО Шуйские Ситцы (Иван, обл.), ЗАО Орентекс (Оренбург), АО Родники-Текстиль (Иван, обл.), Кохма-Текстиль (Иван, обл.), 1-я Московская Ситценабивная фабрика, Славия (Щелково Моск. обл.), Красный Октябрь (Каменка Иван. обл.).

3. Результаты, полученные в ходе исследования, вошли в каталоги, проспекты и техническую информацию фирмы Клариант, а также в технологические регламенты вышеперечисленных текстильных предприятий.

4. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к камуфлированным текстильным материалам в России, выпускаются три готовые смесовые марки красителей: жидкий сернистый краситель Дирезул оливково-зеленый RDT-3YS для крашения камуфляжного фона (выпуск — от 500 до 550 тонн/год) и две марки текстильных пигментов для печати пятен рисунка: Принтофикс зеленый Н-СА (15 т/г) и коричневый Н-СА — (12 т/г).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные результаты работы доложены на:

— III Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов в Москве, 2000;

— II Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов в Иваново, 1996;

— Семинаре WIFI в Австрии, Вене, 1997;

— Симпозиуме «Текстильная печать сегодня с точки зрения практика», 1-я Московская Ситценабивная фабрика, 1996;

— Симпозиумах фирмы Клариант в Москве, 1998, в Иваново, 1999, Санкт-Петербурге, 2000, в Сочи, 2001, в Ялте, 2002, в Алматы, 2003.

По теме исследований опубликовано 8 научных работ (см. приложение 1).

4. ВЫВОДЫ.

Итогом работы является теоретическое обоснование и решение научно-практической проблемы разработки химической технологии колорирования текстильных материалов с камуфлирующей окраской в соответствии с требованиями силовых структур.

1. На основе анализа литературных источников определены комплексные требования, предъявляемые к специальным текстильным материалам с камуфлирующей окраской, с точки зрения как устойчивостей окраски и колористических показателей, так и специальных требований по недешифруемости в приборах ночного видения. Также проанализированы способы выполнения данных требований.

2. Анализ литературных источников показал, что не класс в целом, а только специально отобранные марки кубовых красителей отвечают специальным требованиям по поглощению в ИК-области.

3. Анализ литературных источников показал, а практика текстильных предприятий подтвердила возможность использования отдельных марок современных сернистых красителей нового поколения (в жидкой восстановленной форме) для достижения необходимых требований по устойчивостям окраски для гладкокрашенного камуфляжа.

4. Выбраны три параметра, определяющие качество текстильного материала с камуфлирующей окраской, общие для всех видов камуфляжа: цвет, устойчивости окраски и ремиссия в ИК-области. Между данными параметрами выявлена взаимосвязь и сформулирована на количественном уровне для создания математической модели.

5. Разработана концепция рационального колорирования текстильных материалов с камуфлирующей окраской, которая обеспечивает выполнение всех предъявляемых силовыми структурами требований и не нуждается в дополнительном аппаратурном оформлении.

6. Разработанный способ выполнения триады требований «цветустойчивости окраски — ремиссия» основан на «методе треугольника», заключающемся в последовательном выполнении стоящих в вершине треугольника требований, с последующей поэтапной коррекцией «от вершины к вершине», вплоть до достижения необходимых результатов.

7. С применением методов математического моделирования создан алгоритм решения задачи колорирования тканей с камуфлирующей окраской и создана программа расчета рецептур крашения и печати с учетом комплекса требований по цветовым, прочностным характеристикам и ремиссионным показателям.

8. Разработанный алгоритм решения задачи колорирования тканей с камуфлирующей окраской в соответствии со специальными требованиями силовых структур позволяет быстро и надежно проводить расчет рецептур крашения и печати с учетом комплекса требований по цветовым и прочностным характеристикам и ремиссионным показателям.

9. Предложена рациональная технология колорировании 100% хлопчатобумажных текстильных материалов (а также материалов с вложением ПЭФ не более 20%), состоящая из крашения фона камуфляжа жидкими сернистыми красителями в восстановленной форме марки Дирезул с последующим печатанием текстильными пигментами на основе композиции из акрилатных сополимеров марки Принтофикс.

10. При колорировании смешанных тканей из целлюлозно-полиэфирных волокон с долей ПЭФ, составляющей более 20%, крашение фона может проводиться специально подобранными дисперсными и активными красителями либо, что более экономично — пигментами, с последующим печатанием пигментами.

11. Показано, что наиболее удобными и надежными в работе являются готовые смесовые выпускные формы красителей как для крашения фона, так и для печатания рисунка.