Химическая технология текстильных материалов
Министерство образования Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ивановская государственная текстильная академия»
Контрольная работа № 1 по дисциплине:
Химическая технология текстильных материалов»
Студент 3 курса ИГТА спец. 260901
Шифр 076400 Вариант №
Выполнила: студентка группы
Курс 3 з/отделения
Иваново
Вопрос № 1
Охарактеризовать особенности структуры и свойств полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокон). В сочетании с какими волокнами их используют и какие свойства они придают изделиям из натуральных волокон
По своему значению полиакрилонитрильные волокна занимают третье место среди синтетических волокон и нитей.
Полиакрилонитрильные текстильные материалы производят из полиакрилонитрила (ПАН), а также из различных сополимеров акрилонитрила с небольшим количеством (15%) других мономеров в виде штапельного волокна. Получаемое волокно называют нитроном. Его вырабатывают линейной плотности 0,5 и 0,67 текс и используют в смесях с шерстью, в небольшом количестве - для переработки в чистом виде в пряжу для фильтровальных материалов.
Они обладают рядом свойств, выделяющих их из среды других синтетических волокнообразующих полимеров: механическими, термостабильны (выдерживают длительный нагрев до температуры 1200С и выше с полным восстановлением свойств после охлаждения), но термопластичны и в нагретом состоянии показывают значительное увеличение деформации за счёт ее пластической части. По внешнему виду они напоминают шерсть, по разрывной нагрузке и стойкости к истиранию - близки к натуральным волокнам. ПАН-волокна обладают высокой устойчивостью к поражению молью, к действию света и атмосферных условий. Изделия из них быстро высыхают, требуют минимального ухода и хорошо сохраняют форму.
Для устранения этих недостатков ряд фирм выпускает модифицированные химическими и физическими методами ПАН-волокна с улучшенными свойствами.
В России выпускается сополимерное ПАН-волокно - нитрон-3.
CH3 COOH
… - CH2 - CH - CH2 - C ------- CH2 - CH - CH2 - C - …
Остаток акрилонитрилаОстаток метилметак-рилатаОстаток итаконовой кислоты
При нагревании выше165оС волокно желтеет, но не теряет механической прочности; при 235 - 250оС - размягчается, а при 250 - 300оС - происходит необратимое изменение его химической структуры.
Волокно устойчиво к действию кислот и менее стойки к щелочам, в особенности концентрированным. При нагревании в щелочах наблюдается пожелтение волокна по причине омыления нитрильных групп.
К недостаткам полиакрилонитрильных волокон следует отнести низкую гигроскопичность, повышенную электризуемость, пиллингуемость, загрязненность и сложность окрашивания.
В настоящее время ряд зарубежных фирм выпускает полиакрилонитрильные нити с улучшенными свойствами. Производство их из сополимеров позволяет увеличить сорбционную способность и накрашиваемость. К достоинствам этих волокон относятся высокая светостойкость и хорошая устойчивость к атомным излучениям.
Широкое использование полиакрилонитрильных волокон в смесях с шерстью объясняется тем, что благодаря термопластичности им легко придать извитость, подобную извитости тонкой шерсти, а также некоторым сходством их механических свойствами шерсти.
Вопрос № 2
С какой целью шерстяные ткани подвергают валке? Какие свойства шерстяного волокна обуславливают эту способность? Приведите технологию изготовления тканей суконной группы
Шерстяная промышленность вырабатывает ткани комвольные с отчётливо выраженным рисунком переплетения и суконные, более тяжелые, рыхлые, с войлокообразным застилом, частично или полностью закрывающим рисунок переплетения. Последние в зависимости от вида шерсти подразделяются на тонкосуконные и грубосуконные.
Большинство шерстяных тканей в настоящее время изготавливается из смеси с химическими волокнами, что необходимо учитывать при выборе технологии подготовки.
Основными подготовительными операциями при обработке шерстяных тканей являются: опаливание, промывка, карбонизация, заварка, валка, ворсование и беление.
Валка - это процесс изготовления тканей суконной группы, при котором происходит целенаправленное уплотнение ткани (уменьшение длины и ширины при увеличении толщины) с одновременным свойлачиванием волокна в поверхностном слое. В результате повышаются теплоизоляционные свойства ткани, увеличивается ее мягкость, упругость, эластичность.
На ткацкую фабрику пряжа с прядильных фабрик поступает в форме початков, реже - мотков, комплексные нити с заводов химических волокон - в бобинах или куличах. Для подготовки к ткачеству полученные паковки направляются в приготовительный отдел ткацкого производства.
Цель перематывания основных нитей - увеличение их длины.
Цель основания - получение основы.
Проборка или привязывания завершает операции подготовки основы к ткачеству.
Цель ткачества - образование ткани.
В шерстяном ткачестве большее распространение получили станки СТБ с малогабаритными прокладчиками - микрочелноками, в которых сохраняется принцип образования ткани на обычном челночном станке, но изменяется способ введения в зев уточной нити. Прокладчик, представляющий собой небольшую металлическую пластину, захватывает конец уточной нити с неподвижной конусной бобины и протягивает нить через открытый зев. Движется прокладчик, не соприкасаясь с нитями основы, по гребенчатым направляющим только с одной стороны станка из коробки боевого механизма в приемную. В обратном направлении прокладчик перемещается транспортной лентой, находящейся под основой. В момент прибивания уточной нити бердом гребенчатая направляющая опускается. Положенная в зев уточная нить обрезается, а конец этой нити закладывается в следующий зев кромкообразователем.
Валкоспособность является специфическим свойством шерсти, связанным с наличием наружного чешуйчатого слоя в волокне, его извитостью и упругостью, что обусловлено складчатой структурой макромолекул кератина. Благодаря этому в процессе валки происходит сцепление и перепутывание волокон, приводящее к образованию застила. Протеканию процесса способствуют механические нагрузки (трение, удары, давление), увлажнение и повышение температуры.
Валку проводят на сукновальных машинах, где пропитанную мыльно-содовым раствором ткань подвергают механическим воздействиям, создаваемым рабочими органами машины. Оптимальной температурой валки является 37-45оС, а длительность процесса определяется требованиями к степени уплотнения и свойлачивания.
Вопрос 3
Для крашения каких волокон синтезированы катионные красители? Приведите механизм фиксации на волокне и технологию крашения
Катионные красители были созданы специально для крашения ПАН-волокон. Дисперсные красители образуют на ПАН-волокнах малоинтересную в колористическом отношении окраску. В отличие от ранее рассмотренных анионных красителей, окрашенные частицы которых заряжены отрицательно, катионные красители в водных растворах диссоциируют с образованием катиона - положительно заряженной частицы:
≡ N+Cl- → R ≡ N+ + Cl-
В результате красители выбираются из раствора отрицательно заряженными карбоксильными группами ПАН-волокна за счет сил электростатического напряжения и фиксируются на материале с образованием ионной химической связи:
ПАН - COO-H+ + R ≡ N+Cl- → ПАН - COO-H+ ≡ R + HCl
Катионные красители ПАН-волокон образуют на них яркие окраски практически полной цветовой гаммы, устойчивые к физико-химическим воздействиям. Крашение материала приводят в присутствии кислоты и нейтрального электролита. Они необходимы для получения равномерных окрасок. Кислота подавляет диссоциацию карбоксильных групп волокна замедляя переход красителя из раствора. Чтобы не допустить полной нейтрализации отрицательных зарядов и прекращения за счет этого процесса крашения, часть кислоты заменяется нейтральным электролитом. Положительно заряженные ионы электролита конкурируют с катионами красителя за возможность взаимодействия с диссоциированными карбоксильными группами. Это замедляет процесс перехода красителя на волокно и делает окраски более равномерными. Ввиду того, что сродство катионных красителей к ПАН-волокнам очень велико, а скорость диффузии замедлена по причине высокой кристалличности и гидрофобности волокна, для получения равномерных окрасок необходимо:
Хорошо растворить краситель (этому способствует введение в раствор кислоты);
Создать условия, соизмеряющие скорость процессов сорбции и диффузии;
Выдержать оптимальный температурный режим крашения.
Крашению катионными красителями в основном подвергают волокно, из которого вырабатывают ткани, окрашенную пряжу или трикотажные волокна.
При крашении по периодическому способу в состав красильного раствора вводят краситель, уксусную кислоту до рН = 4,5 и электролит (Na2SO4). Крашение ведут по ступенчатой температурно-временной программе: начинают при 60оС и красят в течение 10 минут, затем в течение 20 минут раствор нагревают до 80оС. При этой температуре ПАН-волокно по причине термопластичности способно переходить в расстеклованное высокоэластичное состояние и поглощать красител. Далее раствор медленно (70-80 минут) нагревают до кипения и окрашивают материал еще 45-60 минут. После крашения раствор медленно охлаждают до 70оС с целью сохранения упругоэластичных свойств волокна и проводят промывку холодной водой.
Для повышения равномерности окраски помимо электролитов можно использовать специальные высокомолекулярные выравниватели катион- или анионактивного характера. Для интенсификации процессов крашения и печатания используют ускорители (резорцин, этиленкарбонат и др.),которые снижают температуру стеклования волокна.
Вопрос 4.
Приведите технологию получения грунтовых рисунков с помощью азоидных красителей
ткань волокно краситель пигмент
К красителям, образующимся на волокне, относятся нерастворимые оксиазокрасители (азоидные) и черный анилин. Их отличительной особенностью является то, что реакцию получения красителя осуществляют непосредственно на текстильном материале.
Образование на волокне азоидных пигментов.
В основе синтеза на волокне нерастворимых оксиазокрасителей лежит реакция азотосочетания азосоставляющих (азотолов) со стойкими активными солями диазония (диазолями), каждое из которых в отдельности красящей способностью не обладает. В процессе крашения ткань пропитывают щелочным ратвором азотола, а затем пропускают через раствор диазоля, где и происходиь реакция азотосочетания, приводящая к образованию нерастворимого азопигмента непосредственно на ткани. Благодаря этому получаемые окраски и расцветки отличаются высокой прочностью к мокрым обработкам.
Азотолы, используемые в качестве азотосоставляющих, нерастворимы в воде, могут растворяться в щелочах, поэтому их применяют в виде натриевых солей, называемых азотолятами, общую формулу которых можно записать как R - ONa. Азотоляты поглощаются целлюлозным волокном подобно прямым красителям и фиксируются на волокне за счет водородных связей.
Реакция азосочетания (образования красителя) протекает по схеме
R - ONa + [Ar - N ≡]+ Cl- → Ar - N = N - R - OH = NaCl.
Она протекает на холоде при рН = 6-11. Нижний предел рН обусловлен возможностью гидролиза азотолята до нерастворимого азотола, не вступающего в реакцию азотосочетания, верхний - переходом соли диазония в неактивную форму.
Технологический процесс получения белой вытравки состоит в следующем. На ткань наносят печатный состав, содержащий ронгалит, антрахинон в виде пасты с глицерином, поташ (К2СО3), загустку и воду. Напечатанную ткань высушивают, пропускают через паровой зрельник и промывают.
Для получения цветной вытравки используют кубовые красители, при этом в зрельнике они переходят в растворимую форму, а на стадии промывки их окисляют до нерастворимого пигмента.
Для того, чтобы получить белый узор резервным способом печати по фону из азоидных красителей, в печатный состав вводят восстановители или сернокислые соли цинка и алюминия. Восстановители превращают соли диазония в неактивные соединения, а соли нейтрализуют щелочь и переводят азотол в нерастворимую форму, не способную вступать в реакцию азотосочетания. Образующиеся при этом осадки гидроксидов металлов затрудняют проникновение в волокно диазорастворов.
Для получения цветных резервных расцветок на азотолированную ткань наносят загущенный раствор диазоля с целью полного связывания азотолята в местахнанесения рисунка. Последующее высушивание полностью разрушает избыток диазоля и при пропуске ткани через раствор диазоля другого цвета реакция азотосочетания протекает только в тех местах, где отсутствует рисунок.
Образование на волокне красителя черного анилина.
Этот пигмент черного цвета отличается непревзойденными колористическими показателями и насыщенностью цвета. Он обеспечивает получение очень прочных красок, стойких к свету, стиркам и трению.
Крашение черным анилином в настоящее время применяют редко, однако возможность получения черной окраски, недостигаемой никаким другим классом красителей, обеспечивает его применение в прямой печати, а также при получении белых и цветных узоров по черно-анилиновому фону.
Этот пигмент получают непосредственно на ткани окислением анильной соли (С6H5NH2∙HCl) в присутствии катализаторов. Реакция образования красителя идет при высокой температуре и влажности. В качестве окислителя обычно используют хлорат калия (KClO3), в качестве катализатора - железистосинеродистый калий K4[Fe(CN)6].
При прямой печати черным анилином в состав печатной краски вводят анилиновую соль, окислитель, катализатор, воду и загустку. После нанесения печатного состава ткань сушат и обрабатывают в запарном окислительном зрельнике в течение 1 минуты при температуре 98оС. Затем проводят обработку раствором K2Cr2O7 в присутствии соды или перекиси водорода в сочетании с уксусной кислотой для завершения процесса окисления, далее окончательно промывают.
Белые и цветныеузоры по черно-анилиновому фону окраска столь прочная, что не может быть разрушена путем вытравки. В качестве резервирующих веществ используют вещества щелочного характера и восстановители. Щелочь нейтрализует анилиновую соль, выделяя свободный анилин, который в нейтральной среде не окисляется. Восстановители погашают действие окислителей.
Резервирование проводят на ткани, пропитанной черно-анилиновым раствором, содержащим: анилиновую соль, KClO3, K4[Fe(CN)6] и воду. Материал высушивают при температуре 60-70 оС таким образом, чтобы предотвратить появление зеленоватого окрашивания. По сухой ткани печатают резервным составом, содержащим кальцинированную соду, окись цинка и загустку. Далее следует сушка, пропуск через окислительный зрельник и промывка. В местах нанесения резервного состава на черном фоне получают белый рисунок. Для получения цветных узоров по черно-анилиновому фону можно применять кубовые, активные красители и диазаминолы.
Крашение тканей азоидными красителями.
Крашение оксиазокрасителями осуществляют непрерывным способом. Ткань пропитывают щелочным раствором азотопа при температуре 70оС, подсушивают или усиленно отжимают и обрабатывают раствором диазоля, который предварительно нейтрализуют уксуснокислым натрием до необходимого значения рН. Крашение проводят на холоде (оптимальной считают температуру 5-10оС). Стадия запаривания из технологической цепочки исключается. Окрашенную ткань промывают водой, растворами моющих препаратов при повышенной температуре, снова водой и высушивают.
Вопрос 5.
Противоусадочная механическая отделка тканей. Естественная и принудительная усадка тканей
Придание тканям свойств малой усадочности является одной из самых основных задач заключительной отделки текстильных материалов. Склонность к изменению линейных размеров определяется рядом факторов и в первую очередь химической природой волокна, структурой пряжи и характером переплетения ткани. Гидрофильные целлюлозные волокна, благодаря наличию в макромолекулах огромного числа гидроксильных групп, сильно набухают в воде. Вследствие этого происходит утолщение и укорачивание волокна, что предопределяет склонность к усадке в процессах ее эксплуатации - это так называемая потенциальная усадка. При обработке тканей в отделочном производстве они подвергаются действию как растягивающих, так м сжимающих усилий, поэтому линейные размеры полотна многократно изменяются. Таким образом до этапа заключительной отделки ткань обладает нестабильными размерами, а изделия из нее способны изменять свою форму в процессе эксплуатации. Нормы допустимой бытовой усадки определены в ГОСТах для тканей различного назначения.
Существует механический и химический способы стабилизации размеров текстильных полотен.
Для придания тканям свойств малоусадочности применяют: карбамол, карбамол ЦЭМ, метазин, гликазин, этамон ДС и их смеси. Концентрация предконденсата и катализатора зависит от вида, назначения, толщины и запаса прочности обрабатываемого материала. Для улучшения грифа полотна и повышения устойчивости эффекта отделки рекомендуют вводить специальные добавки (эластомеры), главным компонентом которых являются акрилаты. Эти добавки проявляют высокую реакционную способность при взаимодействии с волокном и с предконденсатами смол, что обеспечивает достаточную стабильность волокна в целом. Ткань пропитывают указанным составом, сушат и подвергают легкой обработке при температуре 120-130оС. Стабилизированные химическим путем ткани выдерживают не менее 10 бытовых стирок.
Таким образом в процессах аппретирования материалам сообщаются различные потребительские свойства. В зависимости от состава аппрета им можно придать красивейший внешний вид, свойства малосминаемости, повысить износостойкость, стабилизировать линейные размеры полотна или получить ткани, из которых в швейном производстве изготавливают изделия с устойчивой формой.
Рассмотренные в данном вопросе механизмы и технологии положены в основу химизации многих технологических процессов швейного производства.
Используемая литература
1В.В. Васильев, Л.А.Гарцева, О.Г.Циркина Химическая технология тек стильных материалов Учебное пособие Иваново 2005
.Г.Н.Кукин, А.Н.Соловьев Текстильное материаловедение Москва Легпромбытиздат
. Бузов Б.А. и др. Материаловедение швейного производства М.:Легпромбытиздат,1986