Разработка технологии колорирования тканей из природных волокон водорастворимыми красителями с применением хитозана

Актуальность темы

.

В настоящее время текстильная промышленность характеризуется высокой степенью морального и физического износа основных фондов, слабой инвестиционной активностью, использованием порой устаревших, неэффективных технологий. Отсюда высокая ресурсоемкость производства и продукции, конкурентоспособность которой не всегда соответствует современным требованиям по параметрам «качество — цена», что сдерживает развитие рынка отечественных товаров.

Конкурентоспособность не может быть создана на технологии и ассортименте зарубежных предприятий. Нужна своя технология и ассортимент, привлекающий покупателей, как по комфортности, по физико-механическим свойствам, так и по внешнему виду. Это обуславливает необходимость создания современных технологий, позволяющих получать качественную конкурентоспособную продукцию из отечественного сырья.

В последние годы заметно увеличился интерес к полисахаридам, обладающим рядом ценных свойств, таких как биоразрушаемость, низкая токсичность, пленкообразующая и загущающая способность, в частности к хи-тозану. С другой стороны, при отделке текстильных материалов использование активных красителей имеет ряд преимуществ по сравнению с применением красителей других классов: получение разнообразных цветов различной насыщенности от ярко-желтого до глубокого черного цветов, высокая степень фиксации и достаточная стабильность печатных красок. Применение активных красителей не вызывает особых затруднений ни при печатании на машинах с гравированными валами, ни при печатании с помощью сетчатых шаблонов.

Несмотря на широкое использование хитозана в различных областях, внедрение его в процессы крашения и печати текстильных материалов сдерживается из-за нехватки технологий.

Цель работы состояла в теоретическом обосновании и разработке технологии колорирования целлюлозных и шерстяных тканей водорастворимыми красителями с применением хитозана, позволяющей получить высококачественные текстильные изделия.

Указанная цель предопределила следующие задачи исследования:

— изучение взаимодействия хитозана с природными волокнами и водорастворимыми красителями в процессах печатания и крашения;

— изучение структуры полимерных пленок хитозана;

— изучение влияния обработки хитозаном на свойства тканей из природных волокон;

— изучение реологических свойств растворов хитозана различной концентрации;

— исследование влияния значения рН среды на процесс колорирования активными красителями с применением хитозана;

— выбор оптимальных концентраций хитозана для аппретирования и печатания текстильных материалов;

— исследование влияния различных физико-химических и физико-механических воздействий на свойства напечатанных тканей;

— разработка новых технологий печатания целлюлозных тканей и крашения и печатания шерстяных тканей водорастворимыми красителями.

Общая характеристика объектов исследования.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на подготовленной хлопчатобумажной бязи арт. 120, выработанной на ОАО «Трехгорная мануфактура», г. Москвальняной ткани арт. 4C22JIP, выработанной на ОАО «Красавинский льнокомбинат имени В. Грибанова" — шерстяной ткани арт. 59−97, выработанной на ЗАО «Ростокинская камволь-но-отд ел очная фабрика», г. Москвасмесовой ткани шерсть/ПАН арт. Зс25р, выработанной на Московском производственном камвольном объединении. В работе использовали крабовый хитозан, предоставленный фирмой «Сонат», 3 активных красителя для хлопка (ярко-красный 6С, ярко-голубой К, алый 4Ж), 2 активных красителя для шерсти (арко-красшый 2СШ, ярко-голубой 53Ш) и 3 кислотных красителя (алый, ярко-синий антрахиноновый, арко-красный Н8С антрахиноновый).

Исследования проводили с помощью современных методов физико-химического анализа: ИК-спектроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии и др. Колористические показатели оценивали на приборе спектрофотометре 3600d фирмы «Минолта» (Япония) с программным обеспечением ф. «Orintex» (Италия). Остальные экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методик и в соответствии с требованиями ГОСТ. Все расчеты в работе проведены с использованием ЭВМ.

Научная новизна.

Впервые изучено влияние обработки природным полимером хитоза-ном на капиллярные, поверхностные и сорбционные свойства целлюлозных и шерстяных тканей. Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения хитозана в качестве пленкообразующего вещества, способствующего повышению накрашиваемости в процессах печатания и крашения водорастворимыми красителями с одновременным улучшением физико-механических и гигиенических свойств целлюлозных, шерстяных и смесовых шерсть/ПАН тканей с целью получения качественной и конкурентоспособной готовой продукции с высокими потребительскими свойствами.

Наиболее существенные результаты в работе:

— установлены основные закономерности влияния хитозана на изменение накрашиваемости тканей из целлюлозных и шерстяных волокон при печатании и крашении кислотными и активными красителями. Найдены оптимальные концентрации хитозана для каждого процесса;

— подробно изучены капиллярные, поверхностные и сорбционные свойства целлюлозных и шерстяных тканей, обработанных хитозаном;

— современными физико-химическими методами изучена структура пленок хитозана и их изменение в процессах колорирования;

— изучен механизм взаимодействия хитозана с тканями из природных волокон и водорастворимыми красителями;

— разработаны экологичные технологии печатания и крашения хлопчатобумажных, льняных, шерстяных и смесовых шерсть/ПАН тканей активными и кислотными красителями с применением хитозана, подобраны оптимальные условия проведения процессов колорирования, при которых достигаются наилучшие колористические и эксплуатационные показатели готовых тканей;

— показано улучшение физико-механических и гигиенических показателей хлопчатобумажных, льняных, шерстяных и смесовых тканей, напечатанных и окрашенных по разработанным технологиям.

Практическая значимость.

На основании полученных экспериментальных данных разработаны технологии печатания и крашения тканей из целлюлозных и шерстяных волокон активными и кислотными красителями с применением хитозана в качестве пленкообразующего вещества, реагирующего как с волокном, так и с красителем, обеспечивающего улучшение колористических показателей, физико-механических свойств готовых текстильных изделий, экологичность процессов печатания и крашения, экономию энергоресурсов и химических реагентов.

Автор защищает:

— теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования хитозана в качестве пленкообразующего вещества, способствующего повышению накрашиваемости в процессах печатания и крашения тканей из природных волокон (хлопчатобумажных, льняных, шерстяных, смесовых шерсть/ПАН) водорастворимыми красителями различных классов (активными, кислотными) с одновременным улучшением физико-механических и гигиенических свойств;

— закономерности поведения хитозана в условиях печатания и крашения водорастворимыми красителями тканей из природных волокон;

— обоснование изменения капиллярных, поверхностных и сорбционных свойств целлюлозных и шерстяных тканей после обработки хитозаном.

— физико-химический механизм взаимодействия хитозана с природными волокнами в процессе аппретирования и водорастворимыми красителями (активными и кислотными) в процессах печатания и крашения тканей из природных волокон;

— разработанные технологии печатания и крашения тканей из природных волокон водорастворимыми красителями.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2003), МГТУ им. А. Н. Косыгина, Москва, 26 — 27 ноября 2003 г.- на научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС.

2004), Иваново, 25 — 28 мая 2004 г.- на научно-технической конференции «Достижения текстильной химии — в производство» (ТЕКСТИЛЬНАЯ ХИМИЯ-2004), РАН и ИХТУ, Иваново, 7−9 сентября 2004 г.- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2004), МГТУ им. А. Н. Косыгина, Москва, 24 ноября 2004 г.- на научно-практической конференции «Инновации в производстве товаров нового поколения» (Лен-2005), Вологда, 28 февраля 2005гна научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству», Кострома, 20 — 22 апреля 2005 г.- на конференции «Технология котонизации и отделки тканей из льняных волокон» (БК-308) Москва, 7 июня 2005 г.- на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ.

2005), Димитровград, 19−20 октября 2005 г.- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование теки стильной промышленности» (Текстиль-2005), МГТУ им. А. Н. Косыгина, Москва, 22 — 23 ноября 2005 г.- на IX Всероссийском симпозиуме «Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ», Клязьма, РАН и ИФХ, 19−23 апреля 2004 г.- на X Всероссийском симпозиуме «Актуальные проблемы адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», Москва — Клязьма, РАН и ИФХ, 18−22 апреля 2005 г.- на Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» РАН и ИФХ, Москва — Клязьма, 24 — 28 апреля 2006 г.- на X Всероссийском семинаре «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции» РАН, Плес, 10−15 июня 2006 г.

ВЫВОДЫ.

1. В ходе изучения механизма взаимодействия хитозара с макромолекулами целлюлозного волокна и молекулами активных и кислотных красителей методом ИК-спектроскопии установлено, что на поверхности волокна хитозан фиксируется при помощи сил адгезии и межмолекулярного взаимодействия, с активными красителями образует ковалентные, водородные и ионные связи, с кислотными — водородные и ионные. Показана высокая устойчивость окрасок на целлюлозных и шерстяных тканях, обработанных хитозаном, к мокрым обработкам и трению. Изученная адгезионная прочность пленок хитозана к волокнам показала, что термообработку нужно исключить после аппретирования тканей хитозаном.

2. Методом рентгеноструктурного анализа было установлено, что пленки хитозана в С-форме аморфны, термообработка и перевод в О-форму немного повышают степень кристалличности полимера, тогда как введение красителя приводит к образованию псевдокристаллической структуры. Для аппретирования тканей рекомендовано использовать С-форму хитозана без термообработки, как имеющую более аморфную структуру, чем О-форма и С-форма термомодифицированная, что является лучшим условием для проведения последующих процессов колорирования.

3. Изучены поверхностные, капиллярные и сорбционные свойства целлюлозных и шерстяных тканей, обработанных растворами хитозана. Установлено, что обработка хитозаном меняет поверхностный заряд целлюлозных тканей с отрицательного на положительный и увеличивает положительный поверхностный заряд шерстяных тканейулучшает капиллярные свойства и сорбционные свойства целлюлозных и шерстяных тканей.

4. Анализ свойств напечатанных и окрашенных тканей показал, что обработка растворами хитозана улучшает физико-механические и гигиенические свойства тканей пропорционально росту содержания хитозана на тканях.

5. Разработаны оптимальные составы для аппретирования тканей растворами хитозана, позволяющие получить качественную продукцию с хорошими колористическими характеристиками и эксплуатационными свойствами. В состав хитозанового аппрета входят: хитозан 5−15 г/л, СН3СООН — 20 мл/л, вода до 1000.

6. Проведено исследование реологических свойств растворов хитозана. Установлено, что растворы хитозана (1 — 3%) относятся к структурированным системам и обладают аномально-вязкими тиксотропными свойствами. Высокие печатно-технические показатели позволяют использовать загустки на основе хитозана в концентрациях меньших (1,5 — 2,0%), чем используют в традиционной печати зарубежными аналогами для активных красителей (2,5 -8%).

7. Разработаны технология печатания целлюлозных тканей активными красителями с использованием хитозана, технологии крашения и печатания шерстяной и смесовой шерсть/ПАН тканей активными и кислотными красителями с использованием хитозана. Разработанные технологии позволят при высоком качестве печати и крашения обеспечить экологичность готовой текстильной продукции, экологичность процессов печатания и крашения, сокращение затрат на энергоресурсы и химические материалы.