© 1998 Институт химии растворов РАН
Получено 27.01.97 г.
Выполнена комплексная оценка влияния различных ПАВ на структурно-механические, адгезионные и когезионные свойства шлихты, а также на физико-механические свойства ошлихтованной пряжи. Проведены кинетические исследования кислотного гидролиза крахмальных пленок, содержащих различные ПАВ. Из числа анализируемых ПАВ составлена композиция "Шлихтол МГ".
Шлихтование - сложный процесс взаимодействия пряжи и шлихты, результаты которого при неизменных температурно-временных параметрах определяются качеством шлихты и поверхностными свойствами пряжи.
К материалам, применяемым в качестве клеящих ингредиентов шлихты, предъявляется сложный комплекс требований, и ни один из многочисленных природных и синтетических полимеров всесторонне ему не удовлетворяет [1]. В связи с этим определенный интерес представляют многокомпонентные шлихтующие композиции, в которых рациональное сочетание природных и синтетических компонентов и, в частности, крахмалопродуктов и поверхностно-активных веществ, позволяет изменять в нужном направлении физико-химические свойства шлихты и тем самым снивелировать недостатки отдельных компонентов.
В настоящее время в качестве природного
клеящего компонента шлихты наиболее часто
используют крахмал и крахмалопродукты в
сочетании с хлорамином, едким натром, хлопковым
маслом. В крахмальных студнях упругие свойства
(так называемые быстрые эластические деформации)
обусловлены главным образом наличием амилозной
фракции, а высокоэластические свойства
(медленные эластические деформации) - фракцией
амилопектина [2].
Необходимо отметить, что не только природный
крахмал, но и его компоненты в отдельности -
амилоза и амилопектин - образуют упругие
эластические системы и для придания им
пластичности нуждаются в специальных
обработках. Как показали проведенные
исследования, добавление в крахмальную шлихту,
традиционно используемую в производстве,
поверхностно-активных веществ (ПАВ) в заметной
степени изменяет прочностные и эластические
свойства крахмальных студней (табл. 1). Так, в присутствии ионогенных
ПАВ в концентрации до 1 % происходит снижение
динамического предела прочности и равновесного
модуля эластичности, наблюдается повышение
текучести клейстера. Указанные изменения,
вероятно, являются следствием "плавления"
межмолекулярных связей, конформационных
превращений макромолекул, а именно, уменьшения
когезионного взаимодействия. С дальнейшим
ростом концентрации ионогенных ПАВ
увеличивается структурированность системы,
однако прочность студня не возрастает. Введение
неионогенных ПАВ вызывает повышение текучести,
пластичности студня, а значительному разжижению
системы.
Изменение структурно-механических свойств традиционной шлихты в присутствии 1 % ПАВ, а именно: снижение равновесного модуля эластичности, динамического предела прочности, повышение текучести шлихтующей композиции - приводит к качественным изменениям характера и свойств пленок, образующихся при высыхании на поверхности пряжи. Наблюдения под микроскопом показали, что в случае использования традиционной шлихты на поверхности пряжи образуется система жестких чешуек, склеек, тогда как высыхание пластифицированной шлихты приводит к образованию на поверхности пряжи сплошной тонкой высокоэластичной пленки, растяжимость которой близка к растяжимости пряжи. Некоторые исследователи [3, 4] считают, что присутствие в крахмальной шлихте различных добавок (стеарина, восков, глицерина, олеата натрия) ухудшает качество ошлихтованной пряжи - уменьшается прочность пленок шлихты, увеличивается ее осыпаемость. Поэтому при выборе эффективного синтетического компонента для шлихтующих составов необходимо детально изучить комплекс свойств, характеризующих взаимодействие шлихты с пряжей.
В основе всех способов образования полимерного покрытия на поверхности волокон лежат физико-химические процессы смачивания шлихтующей композицией и адгезии к пряже. Взаимодействие шлихтующих композиций с волокном определяется не только структурными особенностями волокон, но и поверхностной активностью шлихты. Так, более гидрофильное, лучше смачиваемое волокно обладает лучшими адгезионными свойствами. В свою очередь, добавление ПАВ изменяет поверхностную активность крахмальной шлихты и открывает возможности для регулирования силы адгезии к пряже. При оценке адгезионного взаимодействия в работе использовались следующие показатели: истинный приклей, скорость смачивания, работа адгезии традиционной шлихты с добавлением различных ПАВ в концентрации 1 %.
Как видно из представленных в табл. 2 результатов, различные ПАВ
изменяют физико-механические свойства шлихты
по-разному. Присутствие в составе шлихты
анионактивных ПАВ увеличивает скорость
смачивания хлопчатобумажной пряжи данной
шлихтой. При этом возрастает сила взаимодействия
шлихтующей композиции с волокном - увеличиваются
сила адгезии, приклей. Напротив, неионогенные ПАВ
практически не изменяют скорость смачивания
пряжи. Кроме того, они несколько снижают силу
взаимодействия шлихты с волокном, уменьшают
работу адгезии, приклей.
Все исследуемые в работе неионогенные ПАВ отличаются невысокими значениями гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) - до 25-30 единиц. Неионогенные ПАВ, имеющие в своем составе этилоксидные группировки (со значением ГЛБ до 20 единиц), очевидно, способны образовывать с амилозой крахмала комплексное соединение, которое более гидрофобно, чем исходная амилоза. Присутствие неионогенных ПАВ в шлихтующей композиции снижает ее сродство к гидрофильным волокнистым материалам, выполняя тем самым роль выравнивающего агента. Анионоактивные ПАВ, отличающиеся высоким значением ГЛБ - более 30 единиц, увеличивают сродство шлихтующей композиции к хлопчатобумажной пряже, повышая работу адгезии.
Комплексная оценка влияния различных ПАВ на
структурно-механические, адгезионно-когезионные
свойства шлихты позволила теоретически
обосновать целесообразность создания
шлихтующих композиций с уменьшенным содержанием
крахмала. Эффективность новых составов
подтверждается физико-механическими
показателями ошлихтованных нитей,
представленными в табл.
3. Так, при
шлихтовании хлопчатобумажных основ
традиционным составом разрывная нагрузка пряжи
увеличивается на 13 %, жесткость - в 1,5 раза,
разрывное удлинение снижается на 28 %.
Коэффициенты вариации по разрывной нагрузке,
разрывному удлинению, жесткости составляют,
соответственно, 13,0; 17,1; 12,7 %.
Шлихтование традиционным составом, но с уменьшенным содержанием клеящих веществ, не обеспечивает хорошего качества ошлихтованных основ: разрывная нагрузка практически не изменяется, жесткость увеличивается в 1,5 раза по сравнению с мягкой пряжей, разрывное удлинение уменьшается на 17 %. Коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, разрывному удлинению, жесткости составляют, соответственно, 8, 20, 12 %. Введение анионоактивных и неионогенных ПАВ в концентрации 1 % в состав для шлихтования с уменьшенным содержанием клеящих веществ позволяет значительно улучшить технологические показатели ошлихтованных основ.
Сравнительный анализ данных табл. 3 показывает, что наиболее эффективными модификаторами из числа исследованных являются анионактивные ПАВ (препараты НТС, НМС, ЛСТ, Карбозолин КЖ) и неионогенные ПАВ (препараты ОС-20, Неонол), которые обеспечивают высокое качество ошлихтованных основ: увеличение прочности на 15-20 %, жесткости - в 1,3 раза, снижение потерь эластичности (разрывное удлинение уменьшается лишь на 10-12 %). Кроме того, пряжа становится более равномерной - коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, разрывному удлинению и жесткости составляют, соответственно, 8-10, 12-15 и 6-10 %.
При оценке пригодности и эффективности
шлихтующих составов большое значение имеет не
только улучшение характеристик ошлихтованных
основ, но и удаляемость шлихты с ткани при
расшлихтовке в отделочном производстве. На рис. 1 представлено влияние химической
природы ПАВ, присутствующих в составах для
шлихтования, на скорость удаления шлихты в
варочном растворе. Проведенные кинетические
исследования показали, что присутствие
анионактивных ПАВ (кривая 1) замедляет скорость
расшлихтовки на 20 %, тогда как неионогенные
препараты (кривая 3) интенсифицируют процесс
расшлихтовки. Для более детального исследования
влияния различных ПАВ на удаляемость шлихты с
ткани были проведены кинетические исследования
кислотного гидролиза пленок традиционной
крахмальной шлихты и шлихты, содержащей 1%
различных ПАВ.
Кислотный гидролиз крахмальных пленок контролировался с помощью иодометрического метода, который позволяет точно определить количество образующихся альдегидных групп, независимо от того, являются ли последние частью короткой или относительно длинной цепи. Применив уравнение мономолекулярной реакции к полученным результатам, обнаружили, что константа скорости реакции (К) снижается по мере течения реакции. Пэтому для сравнения определялось среднее значение К на ранней стадии реакции.
Данные, приведенные в табл. 4,
свидетельствуют о преимущественном влиянии
температурного фактора на скорость гидролиза.
Присутствие ПАВ различной природы практически
не изменияет значение константы скорости
гидролиза крахмальных пленок. Таким образом,
можно утверждать, что влияние природы ПАВ,
присутствующих в составах для шлихтования, на
скорость расшлихтовки связано с силой
взаимодействия пленки шлихты с волокном.
Из числа анализируемых ПАВ была составлена композиция модификатора, которая получила название "Шлихтол МГ", и определено оптимальное количество ее в шлихтующем составе. Производственные испытания, проведенные на Кохомском ХБК, подтвердили целесообразность и эффективность использования модификатора шлихты, который вводился за 10 мин до окончания варки. Оценивались физико-химические показатели качества шлихты и физико-механические свойства пряжи, а также контролировались обрывность пряжи в ткацком цехе и технологические параметры ткани в отделочном производстве.
Как видно из данных табл. 5,
технологические показатели качества шлихты в
присутствии "Шлихтола МГ" такие же, как и у
шлихты, приготовленной по регламентированному
на комбинате режиму. Вместе с тем
модифицированная шлихта обладает высокой
кинетической устойчивостью, а также
устойчивостью к механическим воздействиям.
Введение "Шлихтола МГ" позволяет улучшить
качество основной пряжи: повышается прочность
основ, уменьшается падение эластичности. Пряжа
становится более равномерной по своим
физико-механическим свойствам. Благодаря
образованию на поверхности пряжи тонкой
высокоэластичной пленки, основы становятся
более устойчивыми к многократным деформациям,
что приводит к снижению обрывности на ткацких
станках в 2 раза. Введение в состав шлихты
синтетического компонента не оказывает
отрицательного влияния на последующие процессы
подготовки и отделки хлопчатобумажной ткани.
Таким образом, полученные в результате исследований и производственной проверки данные позволяют сделать заключение о высокой эффективности использования в качестве одного из ингредиентов шлихты нового композиционного препарата "Шлихтол МГ". Введение в состав шлихты "Шлихтола МГ" позволяет в 1,4 раза уменьшить расход природного клеящего вещества, повысить качество ошлихтованной пряжи и улучшить ее перерабатываемость в ткацком производстве.