ПРИМЕНЕНИЕ  НОВЫХ  СШИВАЮЩИХ  АГЕНТОВ  В  МАЛОСМИНАЕМОЙ  ОТДЕЛКЕ  ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ  ТКАНЕЙ

Шубина  Валентина  Викторовна

канд.  техн.  наук,  доцент  Димитровградского  инженерно-технологического  института  —  филиала  НИЯУ  МИФИ,  г.  Димитровград

E-mail:  shubv3@mail.ru

Курныкина  Елена  Юрьевна

канд.  техн.  наук,  доцент  Димитровградского  инженерно-технологического  института  —  филиала  НИЯУ  МИФИ,  г.  Димитровград

E-mail: 

APPLICATION  OF  NEW  CROSSLINKING  AGENTS  IN  CREASE  RESISTANCE  FINISHINGOF  COTTON  FABRICS

ShubinaValentinaViktorovna

candidate  of  Engineering  Sciences,  assistant  professorofDimitrovgrad  engineering-technological  Institute  —  branchof  NRNU  MEPHI,  Dimitrovgrad

KurnykinaElena  Yurievna

candidate  of  Engineering  Sciences,  assistant  professorof  Dimitrovgrad  engineering-technological  Institute  —  branch  ofNRNU  MEPHI,Dimitrovgrad

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрено  применение  многоосновных  карбоновых  кислот  в  качестве  поперечно  сшивающих  агентов  в  процессах  малосминаемой  отделки  хлопчатобумажных  тканей  с  целью  повышения  экологичности  отделочного  производства.  В  результате  проведенных  исследований  методом  инфракрасной  спектроскопии  выявлены  закономерности  взаимодействия  смеси  лимонной  и  малеиновой  кислот  с  целлюлозными  волокнамис  образованием  сложных  эфиров  целлюлозы.

ABSTRACT

The  article  describes  of  the  application  of  polycarboxilic  acids  as  a  crosslinking  agents  in  the  processes  of  crease  resistance  finishing  of  cotton  fabricswith  a  view  to  improve  the  environmental  performance  of  finishing  production.  As  a  result  of  studies  the  methodof  infrared  spectroscopy  revealed  regularities  of  interaction  of  a  mixture  of  lemonacidand  maleic  acid  with  the  cellulose  fibers  with  the  formation  of  cellulose  esters.

Ключевые  слова:  хлопчатобумажная  ткань;  малосминаемая  отделка;  многоосновные  карбоновые  кислоты;  формальдегид;  смолообразующее  вещество;  отделочные  препараты;  гипофосфит  натрия;  сложноэфирные  связи;  реакция  этерификации;  инфракрасная  спектроскопия.

Keywords:  cotton  fabric;  crease  resistance  finishing;  polycarboxilic  acids;formaldehide;  gum  former;  finishing  preparations;  sodiumhypophosphite;  ester  crosslinkages;  etherification;  infrared  spectroscopy.

К  основной  проблеме  отделочного  производства,  над  которыми  постоянно  работают  научные  и  производственные  работники,  можно  отнести  использование  при  производстве  продукции,  небезопасных  веществ,  которые  ухудшают  санитарно-гигиенические  условия  труда  на  предприятиях  и  не  позволяют  получать  безопасную  продукцию  высокого  качества.  Нерешенность  этой  проблемы  порождает  более  глобальную  —  низкую  экологичность  отделочного  производства.

Наиболее  ярко  данная  проблематика  прослеживается  при  анализе  существующих  и  вновь  разрабатываемых  процессов  малосминаемой  отделки  хлопчатобумажных  тканей,  которые  так  или  иначе  связаны  с  использованием  формальдегидсодержащих  препаратов.

Применение  в  качестве  активных  препаратов  для  малосминаемой  отделки  хлопчатобумажных  тканей  многоосновных  карбоновых  кислот,  позволяет,  в  определенной  мере,  решить  проблему  безопасности  технологии  малосминаемой  отделки,  как  на  этапе  производства  продукции,  так  и  на  стадии  потребления  ее  человеком.

Малосминаемые  свойства  текстильных  материалов  в  первую  очередь  зависят  от  эластических  свойств  волокон,  определяемых  их  химическим  строением  и  внутренней  структурой  и,  кроме  того,  от  структурно-механических  свойств,  как  пряжи,  так  и  выработанных  из  нее  тканей  или  трикотажных  полотен.  Малосминаемой  отделке  в  основном  подвергаются  ткани,  выработанные  из  целлюлозных  волокон.  Для  повышения  упругости  и  эластичности  таких  волокон  с  рыхлой  надмолекулярной  структурой,  характеризующихся  большим  числом  аморфных  областей  обычно  используют  смолообразующие  вещества,  обработка  которыми  позволяет  снизить  подвижность  макромолекул  и  кристаллитов  за  счет  заполнения  аморфных  областей  и  образования  химических  связей  с  макромолекулами  целлюлозы.

Для  придания  малосминаемости  текстильным  материалам  на  уровне  волокон  используются  следующие  основные  способы:

·подбор  волокон  с  необходимыми  деформационными  свойствами  для  изготовления  определенного  изделия;

·образования  межмолекулярных  связей  (сшивок)  между  макромолекулами  данного  волокна  с  помощью  би-  или  полифункциональных  соединений  с  учетом  структурного  состояния  волокна  в  сухом  или  влажном  состоянии;

·образования  синтетической  смолы  в  аморфных  субмикроскопических  пространствах  волокон.

До  настоящего  времени  для  малосминаемой  отделки  повсеместно  применяются  гидроксиметильные  производные  мочевины,  меламина,  циклических  этилен  —  и  пропиленмочевины,  дигидроксиэтиленмочевины,  триазона,  урона,  алкилкарбаматов  и  других  веществ.  На  их  основе  разработаны  многочисленные  рецепты  отделочных  составов  и  применительно  к  ним  технологические  процессы  придания  текстильным  материалам  малосминаемых,  малоусадочных  и  формоустойчивых  свойств.

К  основным  недостаткам  таких  препаратов  можно  отнести:  высокую  вероятность  выделения  формальдегида  и  большую  потерю  прочности  ткани  при  жестких  условиях  проведения  ее  термообработки.

Основной  задачей  новых  исследований  является  снижение  количества  свободного  формальдегида,  выделяющегося  при  термообработке  или  полное  устранение  его  из  технологического  процесса.  В  этой  связи  можно  выделить  два  направления  в  соответствии,  с  которыми  проводятся  исследования:

·разработка  отделочных  препаратов  с  минимальным  содержанием  формальдегида  или  создание  активных  веществ,  не  выделяющих  последний  в  процессе  взаимодействия  с  функциональными  группами  волокон;

·введение  в  обрабатывающую  композицию  акцепторов  формальдегида,  поглощающих  его  в  процессе  выделения  или  вступающих  с  ним  в  реакцию.

Применение  многоосновных  карбоновых  кислот  в  качестве  поперечно  сшивающих  агентов,  в  процессах  малосминаемой  отделки  хлопчатобумажных  тканей,  основано  на  способности  карбоксильных  групп  вступать  в  реакцию  этерификации  с  гидроксильными  группами  целлюлозных  волокон.

В  настоящее  время  к  числу  кислот,  которые  могут  быть  использованы  для  придания  тканям  из  целлюлозных  волокон  малой  сминаемости,  исследователи  относят:  1,2,3,4-бутантетракарбоновую,  лимонную,  малеиновую  и  итаконовую  кислоты.

Проведенные  исследования,  в  основном  зарубежными  учеными,  позволили  выявить  ряд  общих  закономерностей,  характеризующих  физико-химические  процессы,  протекающие  между  многоосновными  карбоновыми  кислотами  и  целлюлозными  волокнами,  и  выявить  условия,  при  которых  данные  вещества  могут  быть  использованы  в  качестве  сшивающих  агентов  при  малосминаемой  отделке  хлопчатобумажных  тканей.  Здесь  следует  отметить  следующие  основные  положения,  установленные  в  результате  проведенных  исследований:

·образование  сложноэфирных  связей  между  карбоксильными  группами  кислоты  и  гидроксильными  группами  целлюлозы  осуществляется  через  промежуточную  стадию:  кислота  →  ангидрид  кислоты  →  взаимодействие  с  целлюлозой;

·в  качестве  катализаторов,  ускоряющих  такой  переход,  наибольшее  распространение  получили  фосфорсодержащие  неорганические  соединения.  К  ним,  в  первую  очередь,  относятся:  гипофосфит  NaH₂PO₂  ∙H₂O  и  фосфаты  натрия  NaH₂PO₄  ∙2H₂O,  Na₂HPO₄  ∙2H₂O,  Na₃PO₄  ∙12H₂O,  а  также  пирофосфат  натрия  -  Na₄P₂O₇  ∙10H₂O.  При  этом  более  высокие  пока­затели  малосминаемой  отделки  тканей  достигаются  при  использовании  гипофосфита  натрия; 

·при  использовании  ряда  кислот,  например  лимонной,  малеиновой  и  некоторых  других,  в  процессе  термообработки  происходит  пожелтение  ткани,  которое  может  быть  устранено  добавлением  в  обрабатывающий  раствор  борной  кислоты,  аминоспиртов,  в  частности,  триэтаноламина  и  полиэтиленгликолей; 

·применение  смеси  многоосновных  карбоновых  кислот  в  качестве  активных  агентов  может  быть  оправдано  в  том  случае,  если  их  совместное  воздействие  на  целлюлозные  волокна  превышает  положительный  эффект,  достигаемый  при  их  раздельном  использовании.

Применение  многоосновных  карбоновых  кислот  и,  в  частности,  малеиновой  кислоты,  как  самостоятельно,  так  и  в  сочетании  с  лимонной,  характеризуется  рядом  особенностей.  Так,  гидроксильные  группы  лимонной  кислоты  препятствуют  поперечной  сшивке  малеиновой  кислоты  с  целлюлозными  волокнами.  Однако  при  определенных  условиях  термообработки  хлопчатобумажных  тканей  эти  кислоты  могут  быть  использованы  для  малосминаемой  отделки.  При  этом  было  высказано  предположение,  что  лимонная  кислота  превращается  из  трех-  в  четырехфункциональную  с  формированием  связей  с  малеиновой  кислотой  [1,  с.  32].

В  этой  связи  были  проведены  исследования  по  выявлению  закономерностей  взаимодействия  смеси  лимонной  и  малеиновой  кислот  с  целлюлозными  волокнами,  в  условиях  пропитывания  хлопчатобумажных  тканей  их  водными  растворами,  с  последующей  термообработкой. 

Для  характеристической  оценки  взаимодействия  малеиновой  и  лимонной  кислот,  а  также  их  смеси  с  целлюлозными  волокнами,  с  образованием  сложных  эфиров  был  использован  метод  инфракрасной  спектроскопии  в  диапазоне  волновых  частот  400—4000  см^-1.

Для  исследования  были  использованы  образцы  хлопчатобумажной  ткани,  подвергшиеся  пропитке  водными  растворами  малеиновой  и  лимонной  кислотами,  а  также  их  смесью,  в  присутствии  катализатора  и  без  него.  Концентрация  однокомпонентных  растворов  кислот  во  всех  случаях  составляла  90  г/л,  в  смесовом  растворе  по  45  г/л  каждая. 

После  пропитывания,  ткань  отжимали  до  100%  влажного  привеса,  высушивали  при  температуре  70^оС,  до  постоянной  массы,  и  подвергали  термообработке  при  температуре  185^оС  в  течение  2  минут.  После  термообработки  и  нейтрализации  в  0,1  М  растворе  едкого  натра  (NaOH),  образцы  ткани  в  течение  5  минут  промывали  теплой  (50^оС)  дистиллированной  водой  и  в  течение  3  минут  дистиллированной  водой  при  температуре  20^оС.  Промытые  образцы  ткани  подвергали  окончательной  сушке  в  ИК  влагомере  при  температуре  80^оС  до  постоянной  массы  [2,  с.  74].

Для  снятия  ИК  спектров,  образцы  целлюлозных  волокон,  подвергшихся  обработке  многоосновными  карбоновыми  кислотами,  таблетировали  с  KBr.  Спектры  снимали  с  помощью  Фурье  спектрометра  ФСМ  1201  в  диапазоне  волновых  частот  4000—400  см^-1. 

ИК  спектры  исследуемых  образцов  приведены  на  рисунке  1.  Для  сравнения  на  рисунке  приведен  также  спектр  целлюлозы  необработанной  ткани  (кривая  1).

Рисунок  1.  ИК  спектры  целлюлозы,  обработанной  смесью  малеиновой  и  лимонной  кислотами:  1  —  исходная  целлюлоза;  2  —  целлюлоза,  обработанная  смесью  без  гипофосфита  натрия;  3  —  целлюлоза,  обработанная  смесью  с  гипофосфитом  натрия

При  анализе  спектров,  представленных  на  рисунках,  можно  заметить,  что  спектры  целлюлозы,  обработанной  кислотами,  по  сравнению  с  исходной  целлюлозой,  претерпели  значительные  изменения.  И  это  касается,  в  первую  очередь,  появления  в  диапазоне  волновых  чисел  1730—1570  см^-1  двух  новых  характеристических  полос  поглощения.  Однако,  появление  двух  полос  поглощения  с  максимумами  при  1729  см^-1  и  1580  см^-1),  свидетельствует  о  неполным  превращением  двух-  и  трехосновной  кислот  при  реакции  с  целлюлозой  в  сложный  эфир,  поскольку  полосы  в  диапазоне  1750—1710  см^-1  связаны  с  эфирной  группой,  а  в  диапазоне  1610—1550  см^-1  с  ионизованной  СОО¯  группой.  Это  свидетельствует  о  том,  что  не  все  карбоксильные  группы  вступают  в  реакцию  этерификации  и,  соответственно,  не  все  молекулы  малеиновой  и  лимонной  кислот  образуют  поперечные  «сшивки»  целлюлозы.  В  спектре  целлюлозы,  обработанной  смесью  малеиновой  и  лимонной  кислот,  (рис.  1,  кривая  2)  максимумы  полос  поглощения  в  диапазоне  волновых  чисел  1730—1717  см^-1  практически  совпадают  с  максимумами  полос  поглощения  в  спектре  целлюлозы,  обработанной  малеиновой  кислотой.  Это  позволяет  сделать  вывод  о  том,  что  в  отсутствии  катализатора,  целлюлоза  взаимодействует,  в  основном,  с  молекулами  малеиновой  кислоты,  как  более  реакционно-способным  веществом  в  данной  смеси.

Наличие  катализатора  (NaH₂PO₂  ∙H₂O)  в  обрабатывающих  растворах,  повышает  реакционную  способность  как  малеиновой,  так  и  лимонной  кислот,  что  хорошо  прослеживается  при  исследовании  спектров  (рис.  1,  кривая  3).  Во  всех  случаях,  интенсивность  полос  поглощения  увеличивается,  подтверждая  тем  самым,  что  количество  карбоксильных  групп,  вступивших  в  реакцию  с  целлюлозой,  повышается.

Таким  образом,  с  учетом  проведенных  исследований,  можно  сделать  вывод,  что  при  обработке  целлюлозы  смесью  малеиновой  и  лимонной  кислот,  последние  вступают  в  реакцию  этерификации,  с  образованием  сложных  эфиров  целлюлозы.  При  этом  если  у  малеиновой  кислоты  в  реакцию  этерификации,  в  основном,  вступает  одна  карбоксильная  группа,  то  у  лимонной,  как  минимум  две,  с  образованием  поперечных  мостиков  между  макромолекулами  целлюлозы.  Введение  в  обрабатывающий  раствор  гипофосфита  натрия  (катализатора)  повышает  реакционную  способность  как  малеиновой,  так  и  лимонной  кислот.

Список  литературы:

1. Шубина  В.В.,  Павутницкий  В.В.  Применение  пены  при  малосминаемой  отделке  тканей  многоосновными  карбоновыми  кислотами  //  Текстильная  промышленность.  Научный  альманах.  —  2007.  —  №  8.  C.  30—34.

2.Шубина  В.В.  Исследование  и  разработка  технологии  малосминаемой  отделки  хлопчатобумажных  тканей  многоосновными  карбоновыми  кислотами  в  пенной  среде:  дис.  канд.  техн.  Наук  —  СПб.,  2008.  —  112  с.