Контрольная работа: Химическая технология швейного производства
Полимеры используют в виде растворов, паст, пленок, сеток и т.д. Их применение в технологическом процессе обработки швейных изделий обеспечивает устойчивую фиксацию приданной формы деталей в процессе эксплуатации. Так, например, широкую известность получила технология «Форниз» (формование несминаемых изделий), в которой химические препараты, нанесенные при заключительной отделке ткани в условиях текстильно-отделочного производства, на всех технологических операциях швейного производства вплоть до этапа термостабилизации, находятся в потенциально-активном состоянии. В отечественной практике было также несколько попыток обработки изнаночной стороны деталей изделия полимерными покрытиями. Но несмотря на широкие эксперименты, которые были проведены для разработки технологии формоустойчивой отделки деталей швейных изделий химическими препаратами и которые дали в ряде случаев положительные результаты, лишь малая их часть нашла практическое применение. Это объясняется тем, что не все применяемые химические препараты экономически выгодны (требуют длительного времени сушки и фиксации), некоторые из них токсичны и малопригодны для использования в производственных условиях.
Однако перспективность химической технологии не вызывает сомнений. Использование химических препаратов позволит, во-первых, повысить удовлетворенность потребителей за счет устойчивого сохранения формы готового изделия при эксплуатации. Во-вторых, снизит затраты на производство за счет замены многослойного пакета клеевых прокладок в мужских пиджаках и пальто обработкой химическими композициями. При этом применение препаратов не должно сопровождаться перестройкой производственного цикла изготовления изделий или покупкой и установкой дорогостоящего оборудования. В технологическом процессе этап обработки деталей изделия ТВВ должен заменить этап дублирования клеевыми прокладками при сохранении продолжительности обработки и с использованием стандартного оборудования (например, пресса проходного типа). Химические препараты можно наносить как на изнаночную сторону основного материала, так и на клеевую прокладку. Кроме того, можно гибко варьировать уровень формоустойчивости на различных участках деталей изделия (полочке, спинке, рукаве) посредством применения композиций с разной концентрацией компонентов, нанесением их в несколько слоев и различной топографией.
В настоящее время появилась возможность реализовать химическую технологию придания формоустойчивости изделию с применением новых отделочных препаратов и с учетом положительных результатов ранее проведенных исследований. Однако рекомендации по выбору препаратов и режимам обработки имеются у фирм-производителей текстильно-вспомогательных веществ (ТВВ) только для отделки текстильных материалов, тогда как для обработки деталей изделий в условиях швейного производства такая информация отсутствует.
Авторами проведен анализ ТВВ, использующихся в текстильно-отделочном производстве, с целью определения возможности их применения для закрепления требуемой формы деталей в условиях швейного производства. Рассмотрены препараты для заключительной отделки текстильных материалов, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами. Принцип придания формоустойчивости с их использованием заключается в следующем: при обработке материала препарат обволакивает волокно ткани, и оно приобретает повышенную жесткость и упругость. Существуют природные и искусственные препараты для придания формоустойчивости, однако природные не обеспечивают устойчивого эффекта, который исчезает после первой стирки. Наибольшее распространение получили термоотверждаемые химические вещества искусственного происхождения, которые делятся на две большие группы: термореактивные и термопластические.
Термореактивные препараты после обработки ими материала переходят в твердое состояние, их невозможно снова размягчить, поскольку после нагревания и охлаждения происходит необратимая химическая реакция сшивки цепей, благодаря чему устойчиво фиксируется приданная форма деталей изделия. Особенностью термопластических препаратов является то, что после первой обработки они сохраняют способность к повторной обработке. При использовании термореактивных препаратов необходимо строго соблюдать режимы тепловой обработки для того, чтобы не зафиксировать препарат до придания объемной формы изделию. Наиболее предпочтительным является использование термопластичных ТВВ, поскольку они не накладывают ограничения на традиционный процесс обработки деталей и сборки изделия.
Среди термореактивных препаратов наибольшее практическое применение для придания формоустойчивой отделки нашли формальдегидные производные меламина и мочевины. Однако все возрастающие требования к текстильным материалам и швейным изделиям по токсикологическим характеристикам и жесткие требования по содержанию формальдегида в отделочных препаратах и обработанных изделиях в рабочей зоне ставят задачу по снижению содержания формальдегида в препаратах до норм, разработанных международными и национальными организациями по стандартизации. Данная задача решается путем использования препаратов малоформальдегидных (составы на основе имидазолина и синтетических полимеров) и совсем не содержащих формальдегида. К ним относятся полиуретаны (ПУ), полиакрилаты (ПА), поливинилацетаты (ПВА).
Химические препараты можно наносить на обрабатываемые текстильные материалы (детали изделия) в виде водной дисперсии (латекса) термопластического полимера или водорастворимого полимера (раствора, эмульсии). Необходимым является наличие растворителя, поскольку это дает возможность изменять параметры формоустойчивости путем регулирования концентрации препаратов, способов нанесения (сетка, шаблон, кисть, пульверизатор) и участков обработки.
Формоустойчивость готового изделия зависит от природы используемого полимера и волокнистого состава обрабатываемых материалов. В настоящее время на швейных предприятиях перерабатываются в основном смесовые ткани. Целесообразно для них выбирать ТВВ, подходящие для обработки различных по природе волокон (натуральные, искусственные, синтетические). К таким препаратам относятся полиуретаны, полиакрилаты и поливинилацетаты. Также необходимо учитывать устойчивость препаратов к действию бытовых стирок, химических чисток и т.д. Например, готовое изделие, обработанное препаратами на основе ПВА, не устойчиво к химической чистке и бытовой стирке.
В результате проведенного анализа составлена табл. 1, представляющая краткую характеристику препаратов, которые могут быть использованы для придания деталям швейных изделий формоустойчивости.
| Табл. 1. Характеристика химических препаратов для формоустойчивой отделки деталей швейных изделий. Вид текстильно-вспомогательного вещества | |||||
| Вид текстильно-вспомогательного вещества | Продукты образования мочевино- и меламиноформальдегидных смол | Составы на основе синтетических полимеров | Полиуретаны | Полиакрилаты | Поливинилацетаты |
| Торговое название препарата | «Стабитекс», «Реактант», «Отексид», «Гликазин» | «Анзал П», «Вискозил ПСН», «Претавил ФАФ» | «Акратам ПУ», «Аквапол-10», «Аквапол-11» | «Биндер», «Акратам AS 02», «Акратам AS 03» | Дисперсии ПВА пластифицированные и непластифицированные |
| Обрабатываемые волокна | целлюлозные и синтетические | все | все | все | все |
| Рекомендуемая концентрация | 100–150 г./л | 15–50% хим. препарата | 30–60% хим. препарата | 30–70% | минимал. 5% хим. препарата |
| Температура сушки, 0 С | 70–90 | 90–110 | 60–100 | 60–80 | 40–60 |
| Температура фиксации, 0 С | 120–175 | 130–160 | 100–125 | 90–130 | 70–100 |
| Устойчивость к стирке | хор. | хор. | отл. | отл. | плохо |
| Устойчивость к хим. чистке | хор. | хор. | отл. | отл. | плохо |
| рН | 4–9 | Около 6 | 6,5–8,5 | 6,0–6,5 | 4,0–6,0 |
| Содержание формальдегида | Малоформальдегидные | Бесформальдегидные | Бесформальдегидные | Бесформальдегидные | Бесформальдегидные |
| Катализатор | да | нет | нет | нет | нет |
| Дополнительный эффект | Несминаемость в сухом и мокром состоянии | Несминаемость, малоусадочность | Повышение прочности | Эластичность, драпируемость, несминаемость | Повышение жесткости |
В наши дни многие предприятия обладают опытом разработки и создания уникального оборудования для плазмохимической обработки любых текстильных материалов, а также полимерных пленок с целью улучшения смачивания и адгезионных свойств. На предприятиях создан экспериментальный участок металлизации текстильных материалов и пленок. Созданные на заводе экспериментальные промышленные установки магнетронного напыления УМН-180 позволяет металлизировать текстильные материалы и пленки шириной до 170 см. В зависимости от состава напыленного слоя, металлизированные текстильные материалы обладают прекрасными декоративными, антистатическими, бактерицидными, свето- и теплоотражающими, экранирующими и радиомаскирующими свойствами. Спектр использования таких тканей весьма широк: это и использование в чисто декоративных целях для украшения интерьера, использование для пошива верхней одежды, постельного белья. Возможно использование таких тканей для экранирования электромагнитных излучений от различных источников от компьютеров и сотовых телефонов до мощных антенно-фидерных устройств. Металлизированные ткани и пленки находят применение также при производстве специальных комплектов для маскировки различных объектов от средств радиолокационной разведки. Ткани или нетканые материалы, покрытые серебром, обладают прекрасными бактерицидными свойствами и могут применяться, например, для очистки воды или в медицине. Напылять тонкие пленки алюминия, титана, нержавеющей стали, меди, серебра, бронзы, нитрида титана, двуокиси титана и др. на ткани, нетканые материалы преимущественно из синтетических волокон, а также на стеклоткани.
К широкому ряду изделий из текстильных материалов часто предъявляются ряд специфических требований. В частности, возникают задачи придания специфических свойств только тонкому поверхностному слою материала, сохраняя при этом его объемные свойства. Среди различных методов изменения поверхностных свойств, таких, например, как электрохимическое осаждение и вакуум-термическое напыление, особое место занимает метод магнетронного распыления.
Метод магнетронного распыления, как один из приемов плазмохимической обработки, достаточно давно применяется в микроэлектронике, а также для декоративно-защитных покрытий металлов, пластиков и пленок, но до сих пор он не находил широкого применения в технологии изготовления текстильных материалов.
Магнетронное распыление
В основе работы магнетронного распылительного устройства лежат свойства катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод распыляется под действием ионной бомбардировки. Приложение к катодной области магнитного поля перпендикулярно электрическому позволяет снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспорта распыляемого вещества к подложке (текстильному материалу) за счет уменьшения рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой возникает зона плазмы с температурой, мало отличающейся от комнатной. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя на текстильном материале, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.
При использовании разряда постоянного тока можно распылять диамагнитные металлы и их сплавы (алюминий, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и т.п.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон), соответствующие реактивные газы (кислород, азот и т.д.). Так, если в систему, содержащую титановую мишень, во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана, что подтверждается нашими исследованиями с использованием ЭСХА-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. Данные сканирующей электронной микроскопии (SEM) и атомно-силовой микроскопии (AFM), также полученные нами в экспериментальных исследованиях, показывают, что толщины пленок можно варьировать в широких пределах, а структура поверхности получается зернистой со средним размером зерен до 20–30 нм и c развитой поверхностью со средним размером шероховатости до нескольких нанометров.
Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины, химического и фазового состава. Так для нитрида титана можно получить металлический желтый цвет, напоминающий цвет золота, что может быть использовано для защитно – декоративных покрытий синтетических тканей.
Пленка двуокиси титана также декорирует ткань, позволяя получать интерференционные цвета от голубого до перламутрового. Кроме того, как известно, TiO2 в присутствии УФ-излучения обладает фотокаталитическим эффектом. Таким образом, можно ожидать, что наружное применение тканей покрытых пленкой TiO2 будет обладать эффектом самоочистки (self-cleaning effect). Характерные толщины напыляемых слоев, в зависимости от параметров обработки и вида покрытия, составляют от единиц до нескольких сотен нанометров в минуту. Это дает основания причислить указанную технологию к нанотехнологиям.
Адгезия к подложке (текстильному материалу) металлических слоев, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же покрытий, полученных вакуум-термическим напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с более высокой энергией частиц, конденсирующихся при распылении (несколько электрон-вольт), в то время, как при испарении энергия осаждаемых частиц составляет доли электрон-вольт. Кроме того, в случае магнетронного распыления, поверхность текстильного материала дополнительно активируется воздействием плазмы.
Наноэкраны
Напыление слоя металла может приводить к появлению у ткани электрической проводимости. В отличие от других способов металлизации способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости приводит к тому, что синтетические ткани или нетканые материалы приобретают антистатические свойства. Это весьма важно, например, для создания искробезопасных фильтров для использования на взрывоопасных производствах (угледобывающая, деревообрабатывающая, пищевая промышленность).
Появление проводимости дает возможность получать материалы, экранирующие электромагнитные излучения, а также радиопоглощающие материалы. Это может быть использовано при создании на текстильной основе легких, прочных, долговечных и декоративно привлекательных радиоэкранирующих материалов, а также радиопоглощающих материалов (в том числе композитов), обладающих маскирующими свойствами в ВЧ- и СВЧ-диапазонах частот (радиотехнические измерения выполнены в ООО НПП «Радиострим» г. Москва).
Магнетронный способ напыления является весьма экономичным. При определенных параметрах обработки возможно нанесение сверхмалых количеств металлов. Это полезно при напылении дорогостоящих металлов и сплавов, например, серебра, небольшое количество которого, как известно, может придавать материалам бактерицидные свойства.
Установка магнетронного напыления УМН-180
Лабораторией ионно-плазменных процессов разработана и изготовлена экспериментальная промышленная установка магнетронного напыления УМН-180, позволяющая металлизировать текстильные материалы шириной до 170 см. Накапливаемый в настоящее время опыт промышленной эксплуатации установки показывает, что существуют следующие области применения данного способа создание текстильных материалов с прекрасными декоративными свойствами, используемых, например, для пошива верхней одежды, штор, портьер; создание материалов, защищающих человека и технику от электромагнитных излучений; создание маскирующих материалов, снижающих заметность различных объектов в ВЧ- и СВЧ-диапазонах частот; создание теплоизолирующих и теплосберегающих материалов; создание новых фильтрующих материалов в т.ч. искробезопасных фильтров; создание текстильных материалов, обладающих антимикробной активностью, что позволяет их использовать для лечения инфицированных ран и др.
Учитывая экологическую безопасность и экономичность, способ металлизации текстильных материалов магнетронным распылением имеет хорошие перспективы для широкого внедрения в текстильной отрасли как для производства тканей бытового назначения, так и, в особенности, тканей для медицины и технических тканей.
3. Теоретические основы загрязнения материалов для одежды. Факторы, влияющие на адгезию загрязнения
Материалы в процессе носки изделий способны пропускать в пододежный слой или удерживать в своей структуре частицы пыли. Это приводит к загрязнению как самих материалов, так и слоев одежды, располагаемых под ними. Частицы пыли проникают сквозь материал в основном тем же путем, что и воздух: через сквозные поры материала. Удерживаются частицы пыли в структуре материала вследствие механического сцепления их с неровностями поверхности волокон и масляной смазки. Кроме того, процессу захвата материалом частиц пыли способствует их электризуемость при трении. Мельчайшие частицы пыли (менее 50 мкм) не имеют зарядов, однако способны при трении друг о друга или о ткань приобретать заряд короткой продолжительности. При наличии на поверхности материала слоя статического электричества заряженные частицы пыли притягиваются к поверхности волокон, где они впоследствии удерживаются благодаря механическому сцеплению или масляной смазке. Поэтому чем выше электризуемость материала, тем в большей степени он загрязняется. Рыхлая пористая структура материала из волокон с неровной поверхностью обладает способностью захватывать большее количество пыли и удерживать ее более длительное время, чем плотная структура материала, имеющего гладкие ровные волокна. Так, было установлено, что наибольшей пылеемкостью обладают шерстяные и хлопчатобумажные ткани, а добавление в них лавсановых волокон уменьшает пылеемкость.
Различают пылеемкость и пылепроницаемость. Пылепроницаемость – способность материалов пропускать частицы пыли. Она может характеризоваться коэффициентом пылепроницаемости Пп , г/(см2 *с).
