Курсовая работа: Полимерные составы в обработке текстильных материалов
В случае нетермопластичных гидрофильных волокон (целлюлозные, белковые) с развитой структурой микропор диффузия красителя осуществляется через жидкость (вода), заполняющую микропоры этих волокон – «поровый» механизм – с одновременной физической или химической сорбцией ионов красителей на активных центрах (ионогенные группы) волокна.
Соотношение диффузионных и сорбционных свойств системы волокно-краситель определяет скорость и эффективность формирования окраски. Между скоростью диффузии и сродством красителя к волокну имеется сложная зависимость, как между кинетическими и термодинамическими параметрами системы. В упрощенном виде феномен окрашивания текстильного материала можно определить как реализацию этих параметров в двуединстве; без проявления их в совокупности окраска сформироваться не может. Краситель должен иметь сродство к волокну, что определяется комплиментарностью химического строения красителя и полимера волокна, а также должны быть выполнены условия для диффузии, т.е. наличие концентрации и диффузионной проницаемости волокна.
Чем выше сродство красителя к волокну, тем более интенсивно он взаимодействует с волокном и тем медленнее диффундирует. В то же время, чем выше сродство тем эффективнее и полнее краситель переходит из внешней фазы в волокно, образуя более устойчивую окраску. Такая зависимость между кинетикой и термодинамикой процесса определяет основной принцип практики колорирования: нахождение оптимального с точки зрения химика-технолога соотношения между диффузией и сорбцией («золотое сечение»).
В случае термопластичных волокон, а это большинство синтетических волокон, механизм диффузии красителей в волокне принципиально иной. Диффузия в эти волокна, существующие при комнатной температуре в застеклованном состоянии, невозможна, поскольку их структура «монолитна», не содержат пор, соизмеримых с размерами молекул (ионов) красителей и поэтому недоступна для диффузии. При повышении температуры до превышения температуры стеклования волокна оно переходит в высокоэластичное состояние с достаточным свободным объемом динамических пор, возникающих за счет сегментарной подвижности макромолекул в аморфной области волокна.
Как и в случае нетермопластичных волокон, для термопластичных материалов также существует аналогичная зависимость между диффузией и сорбцией. Однако роль влияния температуры для термопластичных волокон проявляется сильнее. До температуры стеклования диффузия практически не идет, а в условиях превышения температуры скорость диффузии D является функцией разности температур D= f(DT). Эта зависимость для формирования окраски требует высоких температур; ограничением является температура плавления волокна.
Все вышеописанные механизмы диффузии и сорбции характерны для всех классов красителей и видов волокон, за исключением пигментов, принцип фиксации которых совершенно иной. Они фиксируются – приклеиваются на текстильном материале с помощью специально подобранных полимерных клеев – связующих (адгезивов), химическая и физическая природа которых определяет эффективность крашения и печатания и качество окраски. Такими связующими служат специально синтезированные акрилаты, обеспечивающие устойчивость окраски за счет своей эластичности, свето- и погодостойкости, устойчивости к истиранию и т.д.
Таким образом, эта технология колорирования базируется не на диффузионно-сорбционных процессах, а на процессах физики и химии полимеров, на явлениях адгезии и физикомеханике полимеров.
Как было сказано ранее, все классы красителей, кроме пигментов, объединенные общим диффузионно-сорбционным механизмом колорирования, проявляют специфику в химическом взаимодействии с волокном. В этом отношении их можно подразделить на следующие группы в зависимости от характера сорбции красителя волокном:
- физическая обратимая сорбция: прямые красители на целлюлозных волокнах, дисперсные красители на синтетических волокнах;
- химическая сорбция с образованием обратимой ионной связи: кислотные красители на белковых волокнах, катионные красители на полиакриловых волокнах;
- химическая сорбция с образованием необратимой ковалентной связи: активные красители на целлюлозных, белковых, полиамидных волокнах;
- образование нерастворимых пигментов во внутренней структуре волокон: кубовые, сернистые, нерастворимые азокрасители на целлюлозных волокнах.
С точки зрения химических превращений интересны кубовые и сернистые красители. Эти красители имеют свои технологические особенности, связанные с тем, что они изначально являются не красителями, а пигментами и их необходимо перевести в водорастворимую форму, создать условия для диффузии их в этой форме в волокно и сорбции в его структуре, а затем вернуть им первоначальную форму пигмента (в кристаллическом состоянии) и тем самым обеспечить высокую устойчивость окраски. Кубовые и сернистые красители являются по своему строению и химическим свойствам окислительно-восстановительными системами. Их восстановленная форма растворима в сильнощелочных растворах, а при окислении они теряют растворимость. На этих окислительно-восстановительных процессах, дополняющих диффузионно-сорбционные явления, основана технология колорирования кубовыми и сернистыми красителями.
1.3 Заключительная отделка текстильных материалов
Как новый дом без внутренней отделки и инженерных коммуникаций не пригоден для жилья, так и суровый текстильный материал только после отделки на химической стадии технологии и ее последней стадии – аппретировании становится готовым текстильным материалом с комплексом потребительских свойств. Большинству текстильных материалов, используемых в быту и особенно в технике, придается износостойкость к определенным видам разрушающего воздействия (механо-, термо-, хемо-, фото-, биодеструкция). Чаще всего материал в изделии испытывает одновременно несколько разрушающих воздействий. Поэтому очень важно выделить доминирующий вид разрушения и соответственно обеспечить защиту текстильного материала и изделия от этого вида разрушения. При общей радикальной природе процессов разрушения от всех факторов воздействия (отдельно стоит биодеструкция) каждый из этих факторов имеет свой специфический механизм действия и требует соответствующих специальных средств защиты. Эта технология имеет много общего с проблемой деструкции (старения) и стабилизации полимеров, глубоко проработанной в рамках химической физики, а механизм светостарения окрашенных текстильных материалов и их светостабилизации смыкается с проблемами фотохимии окрашенных веществ.
Помимо общего требования к текстильным материалам – износостойкости, к ним предъявляются дополнительно специальные требования, учитывающие конкретное назначение материала: для одежды – формоустойчивость; для постельного белья – гидрофильность; для плащевых материалов – водоотталкивание; для спецодежды – маслоотталкивание, пониженная горючесть; для палаточных тканей – гидро- и биостойкость.
Все эти и другие свойства текстильным материалам придаются с помощью специальных препаратов – аппретов. Присутствие аппретирующего препарата на текстильном материале в количестве от 1 до 5 % от массы материала придает ему целиком специфические свойства: гидрофильные препараты обеспечивают гидрофильность, гидрофобные и олеофобные препараты – гидрофобность и олеофобность, биоцидные препараты – биологическую стойкость и биоактивность (вплоть до лечебных свойств), антипирены – огнезащищенность и т.д. Другими словами, аппрет, находящийся на текстильном материале в относительно небольшом количестве, переносит свои свойства на всю массу, на весь объем, на всю поверхность материала.
1.3.1 Аппретирование тканей
Аппретирование (от франц. apprkter - окончательно отделывать) в текстильной промышленности одна из основных операций заключительной отделки материалов (тканей, трикотажа), в результате которой они приобретают ряд ценных свойств: повышенную износоустойчивость, безусадочность, несминаемость, гидрофобность, противогнилостность, негорючесть и др. В отдельных случаях аппретируют пряжу, когда она выпускается в виде товарной продукции (ниточные изделия).
Обязательными операциями технологического процесса аппретирования являются пропитка ткани соответствующим составом и последующая еёсушка. Для некоторых видов отделок необходима дополнительнаятермическая обработка. Вид отделки и её качество зависят от назначения ткани, сообщаемых эффектов, степени закрепления аппрета на волокне, устойчивости к стиркам, химической чистке и другим воздействиям.
Для аппретирования хлопчатобумажных и льняных тканей наиболее широко используются крахмальные аппреты. Это повышает износоустойчивость, улучшает внешний вид ткани, её наполненность, облегчает раскрой при пошиве изделий. В состав крахмальных аппретов, кроме крахмала и продукта его гидролиза (декстрина), входят смягчающие вещества (жиры, масла, мыла), гигроскопические вещества (глицерин, поваренная соль), вещества, сообщающие тканям блеск (воск, парафин и т.д.), антисептики (формалин, салициловая кислота, соли меди) и др. Однако крахмал и другие клеящие вещества удерживаются на ткани очень непрочно и смываются при первой же стирке, одновременно с этим исчезает и приданный эффект – наполненность, жёсткость, гладкость.
В связи с этим, более эффективными являются малосмываемые аппреты, которые, выполняя функции крахмала, достаточно прочно удерживаются на волокне при стирках. Они также улучшают внешний вид тканей, придают им необходимую упругость, шелковистость, значительно повышают стойкость материала к истиранию, создают условия для удобства раскроя полотна и пошива изделия. В качестве малосмываемых аппретов используют:
- термопластичные полимеры (отделка МАПС – малосмываемый аппрет с применением пластичных смол);
- термореактивные полимеры (отделка МАРС – малосмываемый аппрет реактивными смолами);
- акриламиды (CH2 = CH – CO – NH2 ), которые, обладая ненасыщенной двойной связью, способны легко полимеризоваться и реагировать с подвижными атомами водорода гидроксильных групп целлюлозы.
Для придания хлопчатобумажным, льняным и вискозно-штапельным тканям несминаемости применяют продукты начальной конденсации ряда синтетических смол. Пользуясь синтетическими смолами и специальными каландрами, можно получить на тканях эффекты тиснения, которые делают их похожими на ткани жаккардового переплетения, а также лощения, муаровый эффект и др.
Важной задачей при выработке некоторых тканей, например плащевых, является придание им водоотталкивающих свойств. Для этого поверхность ткани подвергают гидрофобизации. Первоначально она осуществлялась с помощью парафиново-стеариновых эмульсий с закреплением их на ткани уксуснокислым алюминием. Однако гидрофобные свойства тканей при носке постепенно утрачиваются. Более совершенны способы, основанные на применении новых синтетических материалов: хромолана, велана, препарата 246, силиконов и др. Многие из этих препаратов прочно химически связываются с волокном, благодаря чему эффект водоотталкивания становится устойчивым к различным факторам воздействия в процессе эксплуатации изделий.
Большинство текстильных материалов, прежде всего целлюлозные волокна, подвержено разрушению микроорганизмами - бактериями и плесневыми грибками. Для продления срока службы изделий, особенно подвергающихся длительному воздействию тепла и влаги, их обрабатывают антисептиками (противогнилостная обработка). Наиболее распространённый способ противогнилостной пропитки заключается в закреплении на тканях дубильных экстрактов солями меди и хрома. Существуют и другие методы защиты волокон от действия микроорганизмов, в частности весьма эффективными противогнилостными препаратами являются салициланилид (шерлан), диоксидихлордифенилметан (превентоль) и др.
Для придания тканям негорючести их подвергают огнезащитным пропиткам. Раньше ткань обрабатывали растворами фосфорных солей, смесью буры и борной кислоты и др. Однако после промывки огнестойкость полностью теряется. Более эффективно нанесение на ткань солей сурьмы, титана, олова с последующим переведением их в нерастворимые соединения, а также хлорированных углеводородов, например хлорнафталина. Одним из новых эффективных способов огнезащитной обработки ткани является образование эфиров целлюлозы при воздействии на неё фосфорной кислоты в присутствии дициандиамида, а также препаратом ТНРС.