Дипломная (вкр): Гідрофобна обробка текстильних матеріалів

Тривала дія фізико-хімічних факторів зношування призводить до помітного погіршення фізико-механічних властивостей матеріалів, яке називають старінням, що пов'язане з хімічними перетвореннями молекулярних ланцюгів, і перш за все з деструкцією і змиванням макромолекул.

Деструкція полімерів волокон представляє собою руйнування макромолекул і міжмолекулярних зв'язків під дією різних зовнішніх факторів.

Процес старіння під впливом фізико-хімічних факторів проходить переважно на поверхні волокон. В результаті деструкції зменшується орієнтація молекул, на поверхні волокон утворюються розриви, тріщини, які полегшують доступ вологи і кисню в глибину волокон, в проміжки між фібрилами. Зміна молекулярної структури волокон призводить до зменшення їхньої міцності і збільшення жорсткості при згині [1, 32].

Біологічний фактор зношування матеріалу в одязі проходить в результаті руйнування матеріалу різними мікроорганізмами (грибками, бактеріями, актиноміцетами, мікрофлорою самого матеріалу і повітря) або псування комахами, для яких речовини, що складають волокна (целюлоза, кератин та інші), є середовищем живлення.

Для продовження терміну служби виробів, які особливо піддаються тривалому впливу тепла і вологи, їх обробляють антисептиками

(протигнильна обробка). Найбільш поширений спосіб протигнильного просочення полягає в закріпленні на тканинах дубильних екстрактів солями міді та хрому. Існують й інші методи захисту волокон від дії мікроорганізмів, зокрема вельми ефективними протигнильними препаратами є саліциланілід (шерлан), диоксидихлордифенілметан (превентоль) і ін. [5].

Для захисту, вовняних тканин від молі їх обробляють розчинами фтористих солей, а також різними органічними препаратами, що містять одночасно атоми хлору, гідроксильні та сульфогрупи (Ейла), а також сульфамідні групи і атоми хлору.

При комплексному зношуванні в значній мірі спостерігається вплив не тільки окремих факторів, а й ефект їхньої взаємодії.

Руйнування матеріалів від погоди є результатом прояву перш за все трьох взаємозв'язаних реакцій: фотолізу, фотоокислення і фотогідролізу. Підвищення температури прискорює процес фотодеструкції текстильних волокон. Суттєвий вплив, у даному випадку, мають оздоблювальні операції, частина яких підвищує зносостійкість, інша, навпаки, знижує.

В результаті прання зношування матеріалів проходить під дією комплексу фізико-механічних і механічних факторів: дія миючого засобу, температури і вологи, мокре стирання матеріалу, багатократні деформації розтягу, згину, стискання і кручення. Критерії оцінки стійкості матеріалів до дії світлопогоди: зміна розривного навантаження, стійкість до стирання, в'язкість розчину полімеру волокон, жорсткості при згині та інше.

Більшості текстильних матеріалів, використовуваних в побуті і особливо в техніці, надається зносостійкість до певних видів руйнуючої дії.

При пожежах люди гинуть як від дії на тіло тепла і полум'я, так і від отруйних газів (чадний газ, галогеноводень, ціаністий водень, вуглекислий газ та ін.), які виділяються при термічному розпаді різних волокон [5]. А тому у розвинутих країнах велика увага приділяється наданню волокнам і текстильним матеріалам із них вогнезахисних властивостей.

Такі матеріали не повинні горіти в полум'ї, повинні виявляти схильність до самозатухання після вилучення джерела займання і при деструкції виділяти мінімальну кількість горючих і отруйних речовин.

Вогнезахисні властивості повинні мати декоративно-оздоблювальні текстильні матеріали, які використовуються для інтер'єрів внутрішніх приміщень побутового, колективного і культурного призначення (театри, кінотеатри, поліклініки, магазини, вокзали, лікарні, клуби), а також матеріали для оздоблення автобусів, автомобілів, залізничних вагонів, літаків, кораблів і космічних апаратів. Особлива увага приділяється наданню вогнезахисних властивостей меблево-декоративним текстильним матеріалам, килимам, тканинам, ковдрам та ін. [33].

Рис.1.1. Схема взаємозв’язку факторів зношування, показників та критеріїв оцінки зносостійкості текстильних матеріалів.

Для додання тканинам негорючості їх піддають вогнезахисними просоченнями. Раніше тканину обробляли розчинами фосфорних солей, сумішшю бури та борної кислоти та ін. Однак після промивки вогнестійкість повністю втрачається. Більш ефективне нанесення на тканину солей сурми, титану, олова з подальшим переведенням їх у нерозчинні сполуки, а також хлорованих вуглеводнів, наприклад хлорнафталіну. Одним з нових ефективних способів вогнезахисної обробки тканини є утворення ефірів целюлози при впливі на неї фосфорної кислоти в присутності диціандиаміду, а також препаратом ТНРС.

Для надання вогнезахисних властивостей горючим натуральним (бавовна, льон) і хімічним волокнам (віскозне, поліакрилонітририльне та ін.) їх обробляють різними хімічними препаратами (антипіренами). Це в основному солі і оксиди ряду металів, галогено- і фосфоровмісні органічні сполуки.

Перспективним є напрямок одержання вогнестійких хімічних волокон в процесі їх виробництва:

• введення антипіренів у розплав волокноутворюючих полімерів перед формуванням волокон;

• синтез волокон із спеціальних термостійких полімерів.

До робочого, спортивного та технічного текстилю в даний час ставляться високі вимоги, одним з яких є їх гідрофобність, водонепроникність та низька забруднюваність. Серед засобів захисту тканин найбільш ефективною є їх обробка розчинами, дисперсіями та емульсіями ВМС. Такий спосіб обробки надійно захищає від намокання тканини з волокон як природних так і синтетичних, зберігаючи їх паро - та повітропроникність. Ефект гідрофобності на волокнистому матеріалі досягається за рахунок зниження поверхневого натягу не межі розподілу фаз волокно-вода. Зовнішній вигляд тканин поліпшується, вони набувають м'якості, приємності на дотик та менше забруднюються [27].

Серед засобів захисту тканин від промокання найбільш ефективною є обробка високомолекулярними кремнійорганічними сполуками (полісилозанами та полісилоксанами). Однак останнім часом набуває поширення гідрофобна обробка тканин дисперсіями та емульсіями поліакрилатів та поліакрилонітрилів. Така обробка найбільш придатна для обробки тканин з штучних волокон. Пояснюється це тим, що внаслідок обробки дисперсіями чи емульсіями поліакрилатів на поверхні текстилю утворюється тонка плівка. Така плівка матиме найбільшу адгезію до штучних волокон - поліакрилонітрилу та поліакрилату, віскози - внаслідок утворення зв'язків плівка-основа різної природи. При покритті тканин природного походження (зокрема, бавовни) високої адгезії можливо досягти лише за умови попередньої обробки тканини - лужна відварка, відбілювання.

Важливим завданням при виробленні деяких тканин, наприклад плащових, є додання їм водовідштовхувальних властивостей. Для цього поверхню тканини піддають гідрофобізації. Спочатку вона здійснювалася за допомогою парафіново-стеаринових емульсій із закріпленням їх на тканині оцтовокислим алюмінієм. Однак гідрофобні властивості тканин при носінні поступово втрачаються. Більш досконалі способи, засновані на застосуванні нових синтетичних матеріалів: хромолану, вела, препарату 246, силіконів і ін. Багато які з цих препаратів міцно хімічно зв'язуються з волокном, завдяки чому ефект водовідштовхування стає стійким до різних факторів впливу в процесі експлуатації виробів [8].

.3 Характеристика матеріалів, що використовуються для покривного оздоблення текстильних матеріалів

текстильний тканина поліакрилат гідрофобний

Крім загальної вимоги до текстильних матеріалів - зносостійкості, до них пред'являються додатково спеціальні вимоги, що враховують конкретне призначення матеріалу: для одягу - формостійкість; для постільної білизни - гідрофільність; для плащових матеріалів - водовідштовхування; для спецодягу - масловідштовхування, знижена горючість; для наметових тканин - гідро- і біостійкість. Всі ці та інші властивості текстильних матеріалів додаються за допомогою спеціальних препаратів - апретів. Присутність апретуючого препарату на текстильному матеріалі в кількості від 1 до 5% від маси матеріалу надає йому цілком специфічні властивості: гідрофільні препарати забезпечують гідрофільність, гідрофобні та олеофобні препарати - гідрофобність та олеофобність, біоцидні препарати - біологічну стійкість і біоактивність (аж до лікувальних властивостей), антипірени - вогнезахисної і т.д. Іншими словами, апрет, що знаходиться на текстильному матеріалі у відносно невеликій кількості, переносить свої властивості на всю масу, на весь обсяг, на всю поверхню матеріалу [8].

Обов'язковими операціями технологічного процесу апретування є просочування тканини відповідним складом і наступна її сушка. Для деяких видів оздоблень необхідна додаткова термічна обробка. Вид обробки і її якість залежать від призначення тканини, ступеня закріплення апрету на волокні, стійкості до прання, хімічного чищення та інших впливів.

Для апретування бавовняних і лляних тканин найбільш широко використовуються крохмальні апрети. Це підвищує зносостійкість, покращує зовнішній вигляд тканини, її наповненість, полегшує розкрій при пошитті виробів. До складу крохмальних апретів, окрім крохмалю і продукту його гідролізу (декстрину), входять пом'якшувальні речовини (жири, масла, мила), гігроскопічні речовини (гліцерин, кухонна сіль), речовини, що надають тканинам блиск (віск, парафін і т.д.), антисептики (формалін, саліцилова кислота, солі міді) та ін. Однак крохмаль і інші склеювальні речовини змиваються при першому ж пранні, одночасно з цим зникає і доданий ефект - наповненість, жорсткість, гладкість.

У зв'язку з цим, більш ефективними є малозмиваємі апрети, які, виконуючи функції крохмалю, досить міцно утримуються на волокні при пранні. Вони також поліпшують зовнішній вигляд тканин, надають їм необхідну пружність, шовковистість, значно підвищують стійкість матеріалу до стирання, створюють умови для зручності розкрою полотна і пошиття виробу. Як апрети, що мало змиваються використовують:

·  Термопластичні полімери (обробка МАПС - малозмиваємий апрет із застосуванням пластичних смол);

·        Термореактивні полімери (обробка МАРС - малозмиваємий апрет із реактивними смолами);

·        Акриламід (CH₂=CH-CO-NH₂), який, володіючи ненасиченим подвійним зв'язком, здатний легко полімеризуватися і реагувати з рухливими атомами водню гідроксильних груп целюлози.

Для додання бавовняним, лляним і віскозно-штапельним тканинам незминання використовують продукти початкової конденсації ряду синтетичних смол. Користуючись синтетичними смолами, можна отримати на тканинах ефекти тиснення, які роблять їх схожими на тканині жакардового переплетення, а також лощіння, муаровий ефект і ін. [32].

Розділ 2. Об’єкт і предмет дослідження

.1 Текстильні матеріали на основі поліакрилатів

Об’єктом дослідження обрано текстильний матеріал на основі поліакрилонітрильного волокна.

Поліакрилонітрильні волокна отримують з полімеру - нітрилу акрилової кислоти званого також вінілціанідом, і з його сополімерів.

Промислове волокно з чистого поліакрилонітрилу майже не виробляється зважаючи на його низьку еластичність, погану забарвлюваність і недостатню стійкість до прання.[32]

При синтезі волокноутворюючого полімеру або сополімеру акрилонітрилу поки використовується тільки метод радикальної ланцюгової полімеризації. Найбільше застосування при отриманні волокноутворюючого полімеру поліакрилонітрилу знайшли наступні розчинники: диметилформамід, диметилсульфоксид і етиленкарбонат, а також концентровані водні розчини деяких неорганічних солей, наприклад, роданіду натрію і хлориду цинку.

Залежно від складу сополімери акрилонітрилу можуть бути умовно розділені на дві групи: з низьким і високим вмістом другого мономера. Кількість другого мономера, що входить до складу сополімерів першої групи, складає 5-15%, а другої групи - до 40-60%. Мономери, використовувані як невеликі добавки при синтезі волокноутворюючих сополімерів акрилонітрилу, сприяють підвищенню реакційної здатності волокна. Введення груп основного характеру (2-метил-5-вінілпирідин, акриламід) дозволяє забарвлювати полімер у відповідних умовах кислотними фарбниками. Мономери з функціональними групами кислотного характеру (акрилова і метакрилова кислоти, ітаконова кислота) додають волокну здатність забарвлюватися катіонними фарбниками.

До першої групи волокон відносяться: орлон-42 (США), дралон (ФРН), куртель (Англія) і ін. До другої групи відносяться волокна типу креслан (США), леакрил (Італія) і др.

У нашій країні волокно з сополімерів акрилонітрилу під назвою "нейтрон" випускається з 1963 р. Це волокно має наступний склад: 92,5% акрилонітрилу, 6% метилакрилату і 1,5% ітаконової кислоти. Будова його макромолекули може бути представлене наступною схемою:

Наявність в макромолекулі сополімера ланок акрилонітрилу, метилакрилату і ітаконової кислоти, тобто трьох типів функціональних груп (- CN; -СООСН₃; - СООН), визначає хімічну активність полімеру [37].

Відомо, що надмолекулярна структура полімера зумовлює поведінку отриманого волокна в процесі підготовки, фарбування і завершальної обробки волокна і виробів з нього. Молекулярна маса вітчизняного волокна нейтрон складає 40000 - 45000, а ступінь полімеризації коливається в межах 800 - 1250.

Поліакрилонітрил, як і більшість інших карболанцюгових полімерів, не плавлячись розкладається при 350°. Тому формувати нитки можна тільки з його розчину. У 1942 р. Рейн (Німеччина) і Хоутц (США) встановили, що поліакрилонітрил добре розчиняється в органічному розчині диметилформаміду, що легко змішується з водою. Згодом були знайдені і інші розчинники, але перше промислове отримання поліакрилонітрильних волокон грунтувалося на диметилформаміді. Волокна з поліакрилонітрилу - нейтрон - отримують мокрим методом, використовуючи розчини полімеру в роданіді і диметилформаміді. Волокна виготовляються з полімеру, а також з сополімерів акрилонітрилу з іншими вініловими мономерами - метилметакрилатом, метакрилатом, вінілацетатом і ін. Введення сомономерів знижує жорсткість макромолекул, полегшує їх орієнтацію, що помітно впливає на властивості волокон: вони краще забарвлюються, набувають так зване зсідання; останнє грає важливу роль при отриманні з нітрону штучного хутра. Кількість сомономерів, що додаються, зазвичай невелика, від 1-2 до 5-15%.

При виробленні нітронового штапеля - штучної шерсті - прядильні розчини поліакрилонітрилу в диметилформаміді (концентрація полімеру 15-20%) фільтрують, видаляють бульбашки повітря і зубчатими дозуючими насосами подають на фільєри, що мають багато отворів малого діаметру (70-80 μ). Розчин видавлюється в зсідальну ванну-40-70%-ий водний розчин диметилформаміду при 10-15° С. Волокно, що утворюється у ванні, - крихкі прозорі нитки - збирають разом з декількох фільєр і зміцнюють двоступінчатою витяжкою на 400-1000% у воді при 90-95°С. Зміцнене волокно промивають в теплій воді від залишків розчинника, обробляють у ванні розчином замаслювача (що знімає з волокна заряди статичної електрики), гофрують для додання звитості і ріжуть на штапельки, відповідні по довжині волокнам натуральної шерсті [33].

З поліакрилонітрилу виготовляється також філаментарний шовк, головним чином для технічних цілей. В цьому випадку волокно після прядіння витягають на нагрітій (до 150-160°С) металевій поверхні, приймають на бобіни і промивають. Потім волокно піддають суканню і тепловій обробці (щоб зняти внутрішню напругу і зменшити усадку), перемотують на пакування і у такому вигляді відправляють споживачеві.

Волокно нейтрон відрізняється багатьма цінними якостями: максимальною (серед решти волокон) світлостійкістю, стійкістю до дії тепла, атмосферних умов, хімічних реагентів, мікроорганізмів. Питома вага волокна відносно мала-1,17 г/см³. Його міцність на розрив може бути доведена до 70 кг/мм², причому вона практично однакова в сухому і мокрому стані; це пояснюється малою гігроскопічністю нітрону: при відносній вологості 65% - всього 0,8%. Останнє є недоліком волокна при його використанні для тканин побутового призначення, так само як і жорсткість; міцність з вузлом складає для нітрону 35-80%. Третій недолік - погана забарвлюваність полімеру, з'ясована його хімічною інертністю. Проте всі ці недоліки значною мірою усуваються шляхом сополімеризації акрилонітрилу з іншими мономерами.