Разработка технологии печатания текстильных материалов с поливинилхлоридным пленочным покрытием водными пигментными составами

В современных условиях невозможно существование человека без широкого использования в быту и технике разнообразных материалов и изделий из искусственных кож и пленочных покрытий. Освоение методов синтеза поливинилхлорида (ПВХ) привело к созданию на его основе широкого спектра искусственных кож и текстиля с пленочными покрытиями. К таким изделиям относится продукция, изготовленная на основе обувных, одежных, галантерейных, обивочных, декоративных и др. материалов. Область изделий, рассмотренных в настоящей работе, составляют мягкие искусственные кожи и пленочные покрытия, из которых изготавливаются чемоданы, портфели, сумки, ремни, скатерти, занавеси и т. д. В частности, основное внимание уделено ассортименту столовых клеенок с печатными рисунками, предназначенных для широкого бытового использования. Такие изделия с ПВХ — пленочным покрытием должны иметь невысокую поверхностную плотность, обладать необходимой механической прочностью, эластичностью, хорошей драпи-руемостью, сопротивлением истиранию, изгибам, водонепроницаемостью и устойчивостью к старению. Столовая клеенка не должна обладать липкостью и должна иметь высокие показатели устойчивости окраски рисунка к трению и другим физико-механическим воздействиям.

Колорирование материалов с ПВХ — пленочным покрытием встречает серьезные затруднения в связи с химической инертностью субстрата, его низкой влагопоглощающей способностью, сложностью формирования четкого контура рисунка. Существующие способы создания рисунков на рассматриваемых материалах базируются на использовании составов, содержащих 80−90% органического растворителя (циклогексанон, изопропило-вый спирт и др.). Только при этом условии специальные красящие вещества (микролиты) способны образовать прочные окраски на поверхности пленочного покрытия. Однако применение токсичных, взрывои пожароопасных органических растворителей (ОР) в высоких концентрациях негативно отражается на условиях работы обслуживающего персонала, требует значительных затрат на мероприятия по обеспечению безопасности труда, ухудшает качество готовых изделий (несоответствие международным экологическим стандартам). Изделия с пленочными покрытиями в этом случае имеют устойчивый неприятный запах, повышенную липкость, пониженные показатели механической прочности. Помимо этого специальные красители минерального состава — микролиты являются дорогими и дефицитными продуктами, что является препятствием для ритмичной работы предприятий.

Ряд исследований, проведенных с целью уменьшения концентрации ОР в красящих составах или их полного исключения, не дали существенных результатов, вследствие получения окрасок с низкими колористическими и прочностными показателями.

Данная диссертационная работа проводится в соответствии с основным научным направлением кафедры ХТВМ СПГУТД по созданию и освоению экологически адаптированных технологий отделки текстильных материалов совместно с ОАО «Икофлок» (Санкт-Петербург), заинтересованным в совершенствовании и снижении экологической опасности процесса колорирования материалов с ПВХ — пленочным покрытием.

ЦЕЛЬ диссертационной работы состоит в теоретическом обосновании и разработке оптимизированной технологии печатания материалов с ПВХ — пленочным покрытием, основанной на использовании водных пигментных составов с минимальной концентрацией органического растворителя.

Выбор текстильных пигментов для решения поставленной задачи обусловлен их доступностью, широкой цветовой гаммой, универсальностью закрепления на различных материалах и технологической простотой фиксации на полимерном субстрате (нанесение рисунка — сушка — термообработка).

Для достижения сформулированной цели диссертационная работа проводилась в следующих основных направлениях:

• Анализ процессов получения материалов с ПВХ — покрытиями и их колорирования с целью определения возможных путей перехода к водным технологиям узорчатой расцветки;

• Исследование особенностей воздействия ОР на ПВХ — пленки и покрытия с целью выбора оптимального растворителя для модификации ПВХ — субстрата.

• Выбор компонентов и оптимизация рецептуры водных пигментных составов с минимальным содержанием ОР;

• Оценка реологических и печатных свойств водных пигментных красок при формировании рисунка на ПВХ — пленочном покрытии;

• Поиск путей повышения прочности пигментных окрасок на ПВХ — субстрате с обоснованием механизма устойчивого адгезионного закрепления частиц пигмента;

• Оценка качества колористического оформления (на примере столовой клеенки с ПВХ — пленочным покрытием), технико-экономических и экологических характеристик разработанной технологии в сравнении с традиционным процессом, принятым на ОАО «Икофлок». Выдача рекомендаций по практической реализации разработанного способа водной пигментной печати.

Успешное решение задач диссертационного исследования позволит приблизить продукции) рассматриваемого ассортимента изделий к требованиям Международных экологических стандартов ИСО-14 000 и Экотекс-100 и тем самым, расширить возможности ее реализации на мировых рынках товаров текстильной и легкой промышленности. Известно, что количество вредных веществ, представляющих опасность для человека и окружающей среды очень велико: по данным агентства по профессиональной безопасности и здоровью (OSHA) США таких веществ (включая ОР) и материалов насчитывается более 1,5 млн. и их число неуклонно растет. В этой связи постоянно отмечается ужесточение требований к экологической чистоте производства и продукции, успешная реализация которой становится невозможной без наличия соответствующих сертификатов. В России обязательным требованием при реализации продукции является ее соответствие ГОСТ Р 121.052−97 «Единая система безопасности продукции. Паспорт безопасности вещества (материала). Общие требования». Подобное соответствие имеет не только экологические, но и социально-экономические преимущества (улучшение качества продукции и здоровья персонала, снижение штрафов, потерь сырья и материалов, рост числа инвестиций и др.).

Результаты диссертационной работы могут послужить основой для совершенствования технологии колорирования (создание экотехнологии) материалов с ПВХ-пленочными покрытиями в направлении улучшения условий проведения печатных процессов и выпуска продукции, соответствующей современным требованиям по уровню безопасности и качества.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов диссертационного исследования заключается:

• В разработке теоретических основ процессов колорирования текстильных материалов с ПВХ-пленочными покрытиями водными пигментными составами с минимальным содержанием полярных органических растворителей;

• В оценке изменений физико-химических и механических свойств ПВХ-пленок при их обработке водными растворами с различным содержанием ОР (алкилацетаты, изопропанол, циклогексанон);

• В выяснении особенностей реологического поведения и печатных свойств водных пигментных красок с различным содержанием ОР;

• В формулировке механизма упрочнения адгезионного закрепления частиц пигментов на ПВХ-субстрате, обуславливающего получение окрасок с высокой устойчивостью к физико-химическим воздействиям;

• В оптимизации параметров печатного процесса при использовании водных пигментных красок, обеспечивающих высокое качество рисунка, формируемого на субстрате с низкой влагопоглощающей способностью.

Новизна результатов диссертационного исследования подтверждена получением патента РФ N 2 086 719, опубл. 10.06.97, бюлл. 22.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов диссертационной работы состоит в совершенствовании технологии узорчатой расцветки материалов и изделий с ПВХ-пленочными покрытиями типа искусственных кож путем перехода от печатных красок с микролитами и высоким содержанием ОР к водным составам с текстильными пигментами и низкой концентрацией органического растворителя.

Практическая реализация разработанной технологии позволяет:

• Упростить технологию формирования и закрепления рисунков на материалах с ПВХ-пленочными покрытиями;

• Исключить неудобства, связанные с использованием высоких концентраций взрыво-, пожароопасных и токсичных ОР, облегчить процессы приготовления печатных красок и уменьшить выделение паров ОР при реализации печатного процесса;

• Обеспечить высокое качество художественно — колористического оформления изделий (на примере столовой клеенки с набивными рисунками) с обеспечением повышенной устойчивости окрасок и улучшенных показателей потребительских свойств (меньшая липкость, повышенный блеск, сохранение прочности и отсутствие запаха ОР);

• Снизить затраты на мероприятия по охране труда и пожарной безопасности, улучшить экологическую ситуацию в красильно-отделочном производстве, уменьшить выделение паров ОР в атмосферу производственных помещений.

Производственные испытания, проведенные на ОАО «Икофлок» (Санкт-Петербург) при печатании столовой клеенки на тканевой основе водными пигментными составами на агрегате «Colombo» (Италия) полностью подтвердили преимущества разработанной технологии. Она рекомендована к практическому использованию на предприятиях отрасли.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Результаты диссертационной работы были представлены и получили положительную оценку на III Конгрессе Российского союза химиков-текстильщиков и колористов (Москва, 2000 г.) — Международной конференции: «Достижения текстильной химии в производство» (Текстильная химия-2000) (Иваново, 2000 г) — межвузовской научно-технической конференции: «Новое в текстильной промышленности» (Наука-99) (Димит-ровград, 1999 г.) — Юбилейной конференции, посвященной 70-ти летию СПГУТД (Санкт-Петербург. 2000 г.) — научной конференции молодых ученых и студентов СПГУТД (День науки ХТФ) в 1999, 2000, 2001 г.

Результаты диссертационной работы докладывались и одобрены на расширенном заседании кафедры ХТВМ совместно с членами НТС ОАО «Икофлок» в 2002 г.

Основные результаты диссертационной работы отражены в печатных работах, которые отражают ее содержание.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. На основании анализа существующих технологий колорирования материалов с ПВХ-пленочнымн покрытиями установлено, что их реализация сопровождается серьезными затруднениями, связанными с необходимостью использования дорогих и дефицитных минеральных пигментов и высоких концентраций органических растворителей (ОР) (80−90%).

2. Разработана технология печатания ПВХ-пленочных материалов водными составами на основе органических пигментов (для текстильной промышленности) с минимальной концентрацией (10−15%) ОР.

3. Оценено влияние различных ОР на свойства ПВХ-пленок, установлена оптимальная концентрация растворителя в печатном составе (10−15%), показано, что максимальной эффективностью в рассматриваемом процессе обладает циклогексанон. Доказана возможность получения высокого качества узорчатой расцветки пленочных материалов при отсутствии деструкционных процессов в ПВХ-полимере. Отмечена низкая устойчивость полученных окрасок к трению.

4. Изучены реологические свойства предлагаемых печатных составов. Установлен псевдопластический характер их вязкого течения при высоких показателях структурированности и степени тиксотропного восстановления структуры при концентрации ОР не выше 30−40%. Экспериментально подтверждена возможность получения четких рисунков с необходимой интенсивностью окраски и степенью пропечатки субстрата. Установлено, что при высокой концентрации ОР в печатных красках при их хранении в течение нескольких суток наблюдается ухудшение основных реологических характеристик.

5. Оценена величина адгезии латексных пленок к ПВХ-покрытию, оптимизировано количественное соотношение между пленкообразующим и сшивающим компонентами в водных печатных составах. Осуществлен выбор наиболее эффективного по-тенциальнокислого катализатора (хлорид аммония) и оптимизирован режим тепловой фиксации (150 °С 3−5 мин) пигментов на ПВХ-пленочном покрытии.

6. С целью упрочнения окрасок рекомендовано введение в пигментную краску дивинилнитрильного латекса БНК 20/35 с повышенным содержанием карбоксильных групп. Показана возможность дополнительного загущения краски в щелочной среде (гидроксид аммония) за счет ионизации СООН-групп полимера латекса со снижением расхода загустителей в процессе печати. Оценена агрегативная устойчивость латексов в печатной краске с установлением оптимальной концентрации компонентов с электролитической активностью (хлорид и гидроксид аммония). Получено высокое качество узорчатой расцветки столовой клеенки с прочностью окрасок на уровне 4−5 баллов. Предложен механизм получения окрасок повышенной прочности.

7. На основании изучения влияния ОР на свойства вспененных водных пигментных красок (кратность, стабильность, вязкость, дисперсность) установлена невозможность их применения для печатания пленочных материалов, вследствие разрушения печатных пен в присутствии полярных органических растворителей.

8. Изучены потребительские свойства столовой клеенки с ПВХ-пленочным покрытием после печатания предложенными пигментными составами. Установлено улучшение показателей четкости контура рисунка, ровноты, интенсивности и прочности окрасок по сравнению с традиционной технологией. Отмечено полное сохранение прочностных характеристик изделия, снижение липкости ПВХ-покрытия при необходимом уровне его блеска.

9. Проведено технико-экономическое обоснование разработанной технологии печатания ПВХ пленочных материалов водными пигментными составами с низкой концентрацией циклогексанона. Показано, что ее реализация в условиях АО «Икоф-лок» (С.-Петербург), позволяет сократить затраты на красители и химматериалы, снизить объем использования ОР, улучшить условия и обеспечить безопасность работы обслуживающего персонала, на 25−30% уменьшить интегральный показатель тяжести труда, существенно улучшить токсиологическую и экологическую ситуацию на предприятии (снижение концентрации паров ОР в производственных помещениях). Разработанная технология рекомендована для применения на предприятиях отрасли.

ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

4.1. Характеристика объектов диссертационного исследования.

4.1.1. ПВХ-пленочный материал.

В качестве ПВХ-пленочного материала в работе в основном использовалась столовая клеенка с ПВХ-покрытием на тканевой и нетканой основе. Основные свойства материала указаны в табл.4.1.