ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРАШЕНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОДГОТОВЛЕННЫХ ПО НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ СПОСОБАМ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі досліджень, розкрито наукову новизну й практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об’єкт і методи досліджень.

У першому розділі наведено критичний аналіз літературних джерел за темою дисертації та обрано напрями теоретичних досліджень з обґрунтування інтенсифікації процесу фарбування бавовняних текстильних матеріалів.

На основі аналізу науково-технічної інформації з фарбування текстильних матеріалів встановлено, що хімічна інтенсифікація процесу фарбування тканин, підготовлених низькотемпературними способами, відноситься до одного з менш вивчених питань. Відмічається, що серед субстантивних барвників, найбільш широко застосовуються активні барвники для фарбування целюлозовмісних матеріалів, що обумовлено їх будовою та здатністю хімічно зв’язуватись з полімерним субстратом. Відзначається відсутність універсальних препаратів та хімічних сполук, цілеспрямовано розроблених для підвищення ковалентної фіксації активного барвника на волокні. Вказується, що вибір інтенсифікуючих агентів здійснюється довільно і ґрунтується, головним чином на емпіричних припущеннях.

Показано, що основна увага приділяється технологічним режимам з використанням класичних текстильно-допоміжних речовин (електроліту, змочувача, лужного агенту). Більшість наявних наукових публікацій в області інтенсифікації процесу фарбування субстантивними барвниками відносяться до 60-х – початку 90-х років, тобто майже 30-40 років у цьому напрямі не проводяться систематичні дослідження.

В роботі наведено аналітичний огляд виробництва і використання активних барвників в текстильній промисловості. Розглянуто хімічну будову та властивості активних барвників різних типів, принципи та технологічні режими їх застосування для фарбування текстильних матеріалів.

Охарактеризовано основні способи інтенсифікації процесу фарбування, а саме: хімічні, фізичні та біологічні. Вказано, що застосування хімічної інтенсифікації процесу не потребує додаткового обладнання і проведення додаткових операцій обробки тканини. Відзначено, що відомості щодо використання хімічних речовин та препаратів для інтенсифікації фарбування бавовняних тканин активними барвниками у періодичній технічній літературі практично відсутні. Наголошено, що для визначення теоретичних основ інтенсифікації процесу фарбування, характеру дії інтенсифікуючих агентів з метою створення фарбувальних складів, необхідні фізичні та фізико-хімічні методи досліджень їх впливу на стан барвника у розчині. Одержані дані розкривають сутність процесів, що відбуваються у багатокомпонентному фарбувальному розчині та дозволяють вивчати фізичні та хімічні зміни, що відбуваються з молекулою барвника при взаємодії з волокном.

Сучасні технології фарбування целюлозних матеріалів відносять до найбільш водовитратних, що обумовлює значне підвищення собівартості текстилю. Повернення відпрацьованих стічних вод після відповідної обробки забезпечує підвищення ефективності технологій фарбування. Показано, що впровадження оборотного і повторного водопостачання при фарбуванні текстильних матеріалів забезпечить значне ресурсозбереження.

Аналіз науково-технічної інформації стану очищення стічних вод текстильних підприємств показує, що технології з повторним використанням води в Україні практично не використовуються. Невизначеність даної проблеми призводить до неможливості вибору раціонального методу очищення стічних вод і оптимальних параметрів технологічного процесу. В даний час в Україні і за кордоном в галузі очищення стічних вод найбільш актуальні дослідження, спрямовані на створення систем повторного використання водних ресурсів.

На основі вищевикладеного в літературно-теоретичній частині дисертаційної роботи зроблено узагальнюючий висновок про необхідність створення наукових основ інтенсифікації фарбування бавовняних текстильних матеріалів, підготовлених «холодними» способами, які повинні базуватися на поглибленому вивченні стану волокна і барвника у фарбувальному розчині з урахуванням технологічних режимів процесу.

В другому розділі наведено характеристику хімічних речовин і текстильних матеріалів, що використані у роботі, описані основні методи дослідження і способи математичної обробки отриманих результатів.

Поверхневі властивості волокна досліджували за допомогою методів визначення критичної поверхневої енергії.

Об’ємні властивості волокна та характеристики капілярно-порової структури тканини вивчали на основі термогравікалориметричного методу.

Вміст воскоподібних речовин бавовняного волокна визначали на основі екстрагування органічними розчинниками за допомогою  гравіметричного методу аналізу.

Визначення коефіцієнтів дифузії барвників виконували методом дифузії крізь пористі скляні пластинки (метод Нортопа і Ансона). Радіус частинок барвників розраховували за допомогою рівняння Стокса-Ейнштейна. В’язкість розчинів барвників досліджували за методом Оствальда.

Кількісну оцінку барвника на волокні здійснювали на підставі спектрофотометричного аналізу фарбувальних розчинів.

Для якісного та кількісного визначення гідролізованої форми барвника використовували метод паперової висхідної хроматографії та потенціометричного титрування (для галогеновмісних барвників).

Термодинамічні показники активних барвників визначали розрахунковим шляхом на основі експериментально одержаних даних досліджень спорідненості до волокна.

З метою вивчення характеру взаємодії органічних інтенсифікаторів з макромолекулою целюлози проводили дослідження із застосуванням сучасного фізико-хімічного методу – ІЧ-спектроскопії, що дозволяє визначити механізм інтенсифікуючої дії досліджуваних сполук.

Вимірювання спектрів відбиття і розрахунок колірних характеристик забарвлень здійснювали, використовуючи автоматичну систему об’єктивного вимірювання кольору, до складу якої входять: спектрофотометр Macbeth, Division of Kollmorden Instruments Corporation, IBM-сумісний персональний комп’ютер та пакет прикладних програм для вирішення завдань виробничої колористики.

Стійкість забарвлень до фізико-механічних впливів оцінювали за методиками, що передбачені державними стандартами.

Для розробки ефективної ресурсозберігаючої технології фарбування досліджували склад стічних вод текстильних підприємств аналітичними методами.

Обробку отриманих експериментальних даних проводили шляхом використання методів математичної статистики, прикладних програм MS Office-2010 Excel, MS Office-2010 Word, Curve Expert 1.3.

У третьому розділі представлені результати експериментальних досліджень основних типів активних барвників, що використовуються в даний час для колорування бавовняних текстильних матеріалів. Відзначено, що для фарбування целюлозних волокон застосовуються моно-, бі- та поліструктури, причому все більш широке використання знаходять поліфункціональні активні барвники. Такі фарбуючі речовини характеризуються високою фарбувальною здатністю, що пояснюється наявністю двох і більше активних груп в молекулах барвників. Саме така будова молекули барвника обумовлює не тільки високу реакційну здатність барвників по відношенню до целюлозного субстрату, але й високу стійкість до гідролізу, що дещо суперечить теоретичним уявленням. У зв'язку з цим, експериментальні дослідження даного розділу побудовані в порівняльній формі для виявлення переваг і недоліків застосування бі- і поліфункціональних барвників у порівнянні з монофункціональними, що використовуються у процесах колорування целюлозних текстильних матеріалів.

В результаті досліджень моно-, бі- та поліфункціональних активних барвників встановлено, що в кожній з колірних тріад різних типів барвників найбільшу реакційну здатність мають сині і блакитні кольори. Найменш реакційно-здатними є жовті барвники, що відносяться до різних груп. Середня реакційна здатність притаманна червоним і коричневим кольорам. Визначено, що максимальним ступенем фіксації з усіх досліджуваних барвників характеризуються бі-та поліфункціональні барвники.

Вивчення спорідненості досліджуваних барвників дозволяє стверджувати, що даний показник залежить, значною мірою, від будови молекули, а потім від активного центру. Показники спорідненості поліфункціональних барвників досягають 6,31-8,31 кДж/моль, що відповідає середньому значенню і, відповідно, обумовлює універсальність їх застосування при різних способах фарбування текстильних матеріалів.

У четвертому розділі розглянуто фізико-хімічні основи інтенсифікації процесу фарбування бавовняних текстильних матеріалів, підготовлених низькотемпературними способами.

В даний час потреба у створенні конкурентоспроможної текстильної продукції в текстильній галузі обумовлює необхідність перегляду класичних підходів підготовки тканини під фарбування. Технології підготовки бавовняних тканин із застосуванням пари зазнали значної трансформації і практично витіснилися низькотемпературними способами, які називають «холодними», що пов’язано з необхідністю зниження собівартості обробки. Однак, при цьому суттєво змінюються характеристики підготовленої тканини. Здійснюється фарбування текстильного матеріалу з іншою хімічною активністю, структурою та іншими поверхневими і об'ємними властивостями волокна.

Склад бавовняного волокна, підготовленого за «холодними» способами, значно відрізняється від складу при підготовці тканини при температурах (близько 95°С) за класичними технологіями, які передбачали надання тканинам гідрофільних властивостей, а саме, капілярності і змочуваності, що в першу чергу забезпечувалося видаленням супутніх речовин, і насамперед воскоподібних