автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Фиксация активных красителей на хлопчатобумажных тканях в поле токов высокой частоты

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ЦИРКИНА Ольга Германовна

ФИКСАЦИЯ АКТИВНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ НА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЯХ В ПОЛЕ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Специальность 05.19.03 Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ГБ Ой

На правах рукописи

Иваново 1994

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Ивановской государственной химико-технологической академии.

Научный руководитель'—

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Б. Н. Мельников.

Научный консультант—

кандидат технических наук, профессор И. Б. Бликичева.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. В. Веселов, кандидат технических наук, вед. н. с. А. Ю. Жбгкоо.

Ведущая организация —

Институт химии неводных растворов РАН.

Защита состоится « » 1994 г.

в ^^ часов на заседании диссертационного совета К 063.11.02 при Ивановской государственной химико-технологической академии по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7. Т7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТА. Автореферат разослан » ^(А'Г'Г-'1.' '/^-А 994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, —-

профессор И. Б. БЛИНИЧЕВА

ОВДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТВН. Бурное внедрение рыночшх отношений со dco сферы хозяйствования вынуждает производственников проводить реiим строжайшей экономии материальных, сырьевых я энергетических ресурсов и внедрять малозатратные технологии порой в ущерб ка- ■ честву шпускосшх текстильных изделий. Разумное хозяйствование, рассчитанное на долгосрочную перспективу, нешслимо без разработки и проявленного освоения принципиальна новых технологий и оборудования нового поколения. Эти технологии доляни быть экологически чистыми и нацеленными. главным образом, на увеличение производительности труда и оборудования, сокращение энергетических и материальных затрат, достижение принципиально нового уровня качественных показателей выпускаемой продукции.

К числу технологий, обеспечивавших выполнение названных Требований, могут быть отнесены технологии с использованием ЙК-, высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотиого (СВЧ) излучений. Эти новые для текстильной промжлешюсти эшргетические източнкки позволяют в значительной мере интенсифицировать процессы обработки волокнистых материалов в наиболее энергоемких технологиях отделочного производства, в которых практически на всех технологических переходах требуются сушка, сухой прогрев или высокотемпературное пропаривание текстильных материалов.

Традиционно используемое для крашения текстильных материалов оборудование является громоздким и зачастую малопроизводительным, что обусловлено значительной продолжительностью и инерционностью процессов обработки окрашиваешх тканей. Использование te сверхвысоких температур для интенсификации процессов крашения неизбежно приводит к резкому увеличению выделений продуктов распада химических реагентов в окружающую среду и снижению коэффициента га полезного использования.

Внедрение ВЧ технологий в текстильное отделочное производство позволит:

- снизить энергозатраты на сушку и термообработку за счет повышения интенсивности натрева при одновремэнном улучшении качества готовой продукции за счет более высокой равномерности тепловой обработки;

- сократить растод химматериялов и красителей; (

- повысить ЮШ оборудования;

- сократить тех пологи1 (ос кий цикл обработки текстильных материалов за счет совмещения ряда операций.

Ввиду актуальности применения высокочастотных технологий в текстильном отделочном производстве, .данная тематика находит отражений в ряде научно-технических программ, разрабатываемых ведущими ВУЗами и НИИ текстильной отрасли.

Настоящая диссертационная работа является частью этих исследований, прово дишх по программам НИР ИГХТА и Общегосударственной научно-технической програшю "Высокоэффективные технологии развития социальной сферы".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании механизма ВЧ-фиксации актиющх красителей на хлопчатобумажных ткапях, разработке технологии высокочастотного крашения текстильных материалов, а также в выявлении специфики протекания технологических процессов под воздействием поля ТВЧ.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В качестве объектов исследования были использованы суровые и отбеленные хлопчатобумажные ткани различной толщины, поверхностной плотности и структуры переплетения нитей, а также полимерная пленка на основе гвдратцел-люлозы. Для проведения исследований применяли технические и очищенные активные красители.

Экспериментальные исследования выполнены с помощью современных методов физико-химического анализа (спектрофотометрический -на приборе "Бресо1 - 11"; фотоколоршетрический - на приборе КФК-2ИП; диффузионный; калориметрический) и с использованием стандартных методик оценки качества текстильных' материалов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Втрвые выявлена специфика пластификацион-ньд и диффузионных процессов, протекавших в целлюлозном материале под воздействием поля ТВЧ: установлено влияние размерных и структурных характеристик текстильных материалов, а также состава пропиточного раствора на эффективность ВЧ-фиксации активных красителей при крашении хлопчатобумажных тканей.

Наиболее существенные результаты, полученные в работе:

- установлена взаимосвязь между сегментальной подвижностью в макромолекулах целлюлозы и скоростью диффузии активных красителей в полимерный материал в процессах ВЧ-фиксации и экспериментально обоснована эффективность воздействия поля ТВЧ на текстильный материал в процессе крашения;

- шявлеш закономерности влияния диэлектрических характеристик материалов на конечные результаты крашения тканей активными красителями;

- впервые определены оптимальные параметры проведения процесса ВЧ -фиксации активных красителей на хлопчатобумажных тканях: час-

тота внешнего электромагнитного поля, платность текстильпнх материалов, соствв пропиточной ванны, размерные параметры обрабатываем« тканей;

~ оптимизирован состав пропиточной ванны (с точки зрения целесообразности введения в пего мочевины и определе1ШЯ оптимальной концентрации нейтрального электролита) при ВЧ-кракении с учетом, двух факторов - эффективности преобразования энергии ВЧ-поля в тепловую энергию и достижения максимальной диффузии и фиксации красителя на целлюлозном волокне;

- проведен расчет и оптимизация параметров работы ВЧ-оборудова-пия: генератора и аппликатора;

- на основе выявленных закономерностей разработана интенсифицированная технология крашения текстильных материалов в поле ТВЧ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Выданы рекомендации по использованию энергии ВЧ-поля в процессах крошения хлопчатобумажных тканей активными красителями.

Разработай интенсифицированный способ ВЧ-краяения хлопчатобумажных тканей, позволяющий исключить стадию предварительной сушки текстильного материала перед термообработкой, а также совместить данные процессы.

Разработана оригинальная методика неразрушаицего контроля за ходом процесса ВЧ-пагрева и качеством выпускаемых тканей, что подтверждено решением о выдаче патента по заявке М 5019427/12.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

- выявленные закономерности массопереноса и взаимодействия активных красителей с целлюлозой под действием поля ТВЧ;

- выявленные закономерности влияния физической природы, структурных характеристик обрабатываемого материала и состава красильной ванны на диэлектрические характеристики системы ткань - пропиточный раствор;

- принцип прогнозирования по диэлектрическим показателям уровня эффективности фиксации активных красителей цэллюлозпым волокном;

- оптимальные параметры обработки текстильных материалов п методику расчета оборудования для ведения высокочастотной обработки тканей;

- разработанный интенсифицированный способ кравения хлопчатобумажных ткалей активными красителями в поле ТВЧ с совмвпением предварительной сушки материалов и фиксации красителей в одну операцию.

АЛГОПАШ'-Ч РАБОТЫ. Основные материалы доложены, обсуждались н

подучили положительную оценку:

- на Меадународаой научно-технической конференции-школе "Физика и механика композиционных материалов на основе полимеров", 1991, 1993 гг. (г. Гомель);

- на Меадународаой научно-технической котференции "Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства", 1992, 1994 гг. (г. Иваново);

- на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ИХТИ, ИГХТА. 1992, 1993, 1994 гг.

Содержание представленных докладов отражено в тезисах указанных конференций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССКРТАЩОННОИ РАБОТЫ. Работа содержит аннотацию, введение, литературный обзор. глазу с постановкой задач исследования, методическую часть, экспериментальную часть с оОсужденной результатов, выводы, список использованной литературы (125 наименований) и приложение. Основная часть изложена на 150 страницах машинописного текста, включает 34 рисунка и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Дается обоснование актуальности работы, сформулированы цели и задачи исследования, описаны элементы научной новизны и практической значимости работы.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Содержит восемь разделов. В первых из них приведены современные данные о строении и свойствах целлюлозы. Далее описаны физико-химические основы взаимодействия активных красителей с цел1 лшозными волокнистыми материалами и способы крашения хлопчатобумажных тканей. В последующих разделах даны теоретические основы высокочастотного нагана текстильных материалов, описана специфика использования анергии ТВЧ в крашении, приведен обзор разработанного за рубеаом высокочастотного оборудования, применяемого дяя нужд текстшгьной прошшленности.

В заключении дано обоснование целесообразности приведения работы, определены цель и задачи исследования.

г. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Содержит характеристику объектов исследования, в том числе: целлюлозных материалов, красителей, а также краткое описание использованных в работе методик. Экспериментальная пасть работы выполнена с использованием материалов, являющихся представителями-различных типов хлопчатобумажных тканей бытового и специального назначения. При изучении диффузионных характеристик активных красителей в целлюлозном полимере применяли очищенную от замаслива-теля целлофановую пленку толщиной 25-Ю-6 м.

Основной объем исследований выполнен с техническими активными монохлортриазиновыми красителями (активный фиолетовый 4К, активный оранжевый 5К, процион зеленый Н5-СЮ, винилсульфоновыми (активный фиолетовый 2КТ, активный бордо 4СТ), дихлортриазиновыми (активный ярко-красный 5СХ, активный ярко-оранжевый КХ) и очищенными красителями (активный фиолетовый 4К, активный оранжевый 5К).

Описаны использованные в работе методики определения тепловых эффектов взаимодействия тканых материалов с водой, водоудер-хивавдей способности тканей (ВУС), сорбционных измерений, определения коэффициентов диффузии активных красителей при воздействии поля ТВЧ, а также методики и оборудование для определения диэлектрических характеристик материала и крашения хлопчатобумажных тканей с из пользованием энергии ТВЧ.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование интенсифицированного высокочастотного крашения хлопчатобумажных тканей 3.1.1. Изучение особенностей изменения физического состояния и диффузионной проницаемости целлюлозы при воздействии поля ТВЧ

Произведено определение темпсрятурно-временяых параметров обработки целлюлозных материалов, обеспечивающих переход волокно-образующего полимера в высоко эластическое состоят», в котором значительно ускоряются процессы диффузии красителя в полимер.

В качестве характеристики пластифицирующего действия среда при различных видах тепловлпжностных воздействий на текстильный материал (запарипвпии, обработка в поле ТВЧ) использовали значения температуры стеклования целлюлозы, определенные расчетным путем.

«a lio ' isa ' ела Время обработки, с

Рис.1. Кривые изменения тешюра- Риз.2.

туры стеклования целлюлозы при ратури

обработка хлопчатобумажных тка- (1) и

ней в насыпанном водяном паре мажшх

(100°С): 1 - миткаль; 2 -саржа; в поле

3"- авизент. . саржа;

4 I ' 10

Вреия обработки, с

Кривые изменения темпе-стеклования целлюлозы тeмпepaтypJ 1лопчатобу-тканей (2) при обработке ТВЧ. • - миткаль; о -л - авизент.

На рисунке 1 представлены кривые изменения температуры стеклования при обработке тканей в насыщенном водяном паре. Поскольку при запаривании темгаратура обрабатываемого материала не превышает 100°С, то из подученных данных можно сделать вывод о том, что при данном варианте обработки не достигается расетекло-вывания целлюлозы, а происходит- лишь вскрытие субмикроскопических пор волокна, в результате чего диффузия реагентов в ней протекает с относительно невысокими скоростями.

На рисунке 2 приведены кривые изменения температуры стеклования целлюлозы <1) и температуры хлопчатобумажных тканей (2) при обработке в поле ТВЧ. Время нахождения волокнообразувдего полимера в вьюокоэластическом состоянии (определенное по положению точки пересечения кривой 1 с кривой 2) составляет 3,8-4,5 с.Наибольший уровень сегментальной подвижности в целлюлозных волокнах достигается при двухсекундной обработке., когда. температура ткани пошиэется до. температуры кипения вода. В то время,, как вдапэсодержание остается выше значения, характерного для предельно пластифицированного состояния. При этом разность То6р-Тс имеет' максимальное значение (+12СРС),

В данной разделе проведена также количественная оценка изменения сорбцнонной емкости целлюлозных материалов в ходе тепло-

влажностшх обработок по показателю водоудерживавщей способности (ВУС), которой косвенно характеризует структурные изменения, происходящие в полимерах. Этот интегральный показатель сорбционпой емкости полимера характеризует количество жидкости, поглощаемой целлюлозным' волокном за счет растворения в аморфных областях и заполнения капиллярно-пористой системы. Ход кинетических кривых (рис.3) свидетельствует о том, что процесс структурных перестроек в целлюлозе при диэлектрическом нагреве происходит более глубоко и с большей скоростью, чем три запаривании. Время достижения одного и того же уровня структурных изменений при ВЧ-способе обработки на два порядка ниже, чем в запарном. Калориметрические измерения и полученные деформационные характеристики тканей (разрывная нагрузка и относительное удлинение) свидетельствуют об увеличении сегментальной подвижности макромолекул целлюлозы под действием поля ТВЧ, следствием чего является упорядочение ее структуры, а также изменение в поведении полимерного материала по отношению к красителям.

Изучен процесс диЭДузии активных красителей в целлофановую пленку под действием поля ТВЧ. Показано, что при ВЧ-обработке коэффициент диффузии красителя (В) в полимерном материале на два порядка выше, нежели при традиционных способах Фиксации.

В приведенном раздело анализируется также влияние различных компонентов красильного раствора (электролита и мочевины) на скорость диффузии активного красителя в целлюлозный материал при ВЧ-обработке. Показано, что содержание мочевины не влияет на величину коэффициента диффузии, а оптимальной концентрациэй нейт-

о

Рис.3. Кинетика снижения водоудерхивающей способности (ВУС) отбеленной ткани миткаль в процессах тешговлажностных обработок: 1 - в поле ТВЧ; 2 -в насыщенном иодяном пере.

В 8м"

"о...

рального электролита для ВЧ-процесса является концентрация 30 г/л.

Полученные данные коррелируют с результатами по увеличению сегментальной подвижности макромолекул полимера и в полной мере объясняют интенсифицирующее воздействие поля ТВЧ на процесс кра-аения хлопчатобумажных тканей активными красителями.

3.1.Е. Экспериментальное определение диэлектрических характеристик хлопчатобумажных тканей и ш зависимости от внешних факторов

Проведена комплексная оценка диэлектрических характеристик и £и) суровых и подготовленных к крашению хлопчатобумажных тканей, пропитанных водой, а также растворами активных красителей.

Получены зависимости диэлектрических показателей от влажности тканей, частоты внешнего электромагнитного поля, структурных характеристик обрабатываемых материалов и состава пропиточного раствора. Выбор оптимальных параметров обработки в ВЧ-поле произведен, исходя из максимальной величины

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что зависимость от влажности обрабатываемого материала носит экстремальный характер; максимальная величина Х^р соответствует 30-35 % влажности ткани. Представленный диапазон оптимальной влажности является единым для всех хлопчатобумажных тканей, независимо от их физических и структурных характеристик.

Экспериментальные данные (рис.4) позволяют выбрать оптимальную промышленно разрешенную частоту, а также охарактеризовать вз-пользуеше хлопчатобумажные ткани с точки зрения их пригодности

Рис. 4. Значение для хлопчатобумажных тканей, пропитанных раствором активного оранжевого 5К для влажности 30 У.: 1 -миткаль; 2 - молескин; 3 - саржа; 4 - авизент.

м

8 «

101 210 Ш

Поверхностная плотность тхйни

*.«( «¿а

Толщина ткаям. им

*)йг , г/мг

0.76

для ВЧ-обработки. Оптимальной частотой ВЧ-поля следует считать частоту 40 МГц, а наиболее приемлемыми объектами для ВЧ-техноло-гии - хлопчатобумажные ткани, имеющие поверхностную плотность более 200 гЛР. Для тканей с малой поверхностной плотностью процесс ВЧ-обработки будет также эффективен, но менее энергетически выгоден.

Кроме того, эффективность ВЧ-воздействия зависит не только от электрофизических характеристик текстильных материалов, по и от состава пропиточного раствора и концентрации в нем ряда компонентов.

Полученные экспериментальные данные по зависимости от концентрации щелочного агента свидетельствуют о том, что его содержанке целесообразно поддерживать на уровне, изпользуемом в традиционных способах крашения - 15 г/л. Выявлено положительное влияние нейтрального электролита (N801) на проведение процесса высокочастотной обработки текстильных материалов. В качестве оптимального содержания N801 в пропиточной ванне рекомендована концентрация 30 г/л, независимо от структурных характеристик хлопчатобумажных тканей. Показано также, что эффективность нагрева в ВЧ-поле в значительной степени зависит от концентрации мочевины в прогшточиой ввппе. С увеличением ее концентрации с 20 до 100 г/л величина уменьшается в два раза. Принимая во внимание негативное влияние мочевины, введенной в красильный раствор, на. эффективность ВЧ-прогрева текстильных материалов, выбор ее оптимальной концентрации следует осуществлять как с учетом энергетических факторов, так и с учетом эффективности фиксации активного красителя на целлюлозе (см. разд. 3.2).

3.1.3. Расчет параметров работы ВЧ-оборудовашя и их оптимизация

Оптимизация режимов обработки и параметров ВЧ-оборудрвания проведена на базе банка денных по оценке диэлектрических характеристик обрабатываемых материалов.

Выбраны те оптимальные параметры, которые гарантируют наибольшую скорость и эффективность процесса ВЧ-обработки текстильного материала на ВЧ-оборудовании с использованием лабораторного высокочастотного генератора (см. разд. 3.1.2).

Основная задача оптимизации состояла в определении оптимальных размеров ВЧ-апилккатора. Наиболее простой конструкцией аппликатора для ВЧ-фиксации красителей па текстильных материалах является плоский конденсатор. Для 100 $-ной передачи мощности от ге-

паратора к нагрузке должно соблюдаться условие: КСВ=1. При этом

KCB = WXc' <1>

V <г>

При определении оптимальных геометрических размеров электродов необходимо иметь Формулу, связывающую размеры и параметры генератора и аппликатора:

нв = хс =-•--—. (3)

вг" с 2л 1 seS

о м

Отсвда найдена оптимальная площадь меньшего из электродов S.

По результатам произведенного расчета была сконструирована лабораторная установка непрерывного действия для фиксации активных красителей на хлопчатобумажных тканях.

3.2. Разработка технологии непрерывного процесса крашения хлопчатобумажных тканей активными красителями с использованием поля токов высокой частоты 3.2.1. Исследование влияния условий тешовлажностных обработок на процесс фиксации активных красителей па хлопчатобумажных тканях

В разделе 3.1.1 была показана взаимосвязь скорости и глубины релаксационных процессов в целлюлозных волокнах при проведении тешовлажностных обработок с характеристикой уровня сегментальной подвижности, определено?, как разность температуры обработки и температуры стеклования материала. В данном разделе эта величина используется для анализа закономерностей фиксации активных красителей на хлопчатобумажных тканях разной структуры и степени предварительной подготовки в условиях запаривания и диэлектрического вагрева в поле ТВЧ.

На рисунке 5а,б приведены кинетические кривые фиксации красителя активного бордо 4СТ не исследованных тканях в запарном и ВЧ-способах соответственно.

По полученным кинетическим кривым с помощью ЭВМ рассчитаны константы скоростей реакции (к) активного красителя с целлюлозным волокном. Величины значений к (к «0,027 (Г1 - для запарного crio-собе и к^-0,602 с - для ВЧ-способа обработки) свидетельствуют о значительном увеличении скорости химической реакции красителя с активными центрами целлюлозы в случае высокочастотного нагрева.

Более высокий выход красителя на всех видах исследованных хлопчатобумажных тканей при ВЧ-фиксации связан не только с увеличением скорости диффузии и «мической реакции красителя с толокном, что является следствием повышения уровня cej ментальной

Рис. 5. Кинетические кривые фиксации красителя активного бордо 4СТ на хлопчатобумажных тканях: а) при обработке в насыщенном водяном паре; 6} при обработке в поле ТВЧ. 1 - миткаль; 2 - саржа; 3 - авизент.

подвижности макромолекул в аморфных областях целлюлозы и возрастанием кинетической подвижности частиц красителя, но также и с тем, что при малой продолжительности диэлектрического нагрева не успевает произойти гидролиз красителя и повышается степень его полезного использования.

Таким образом, процесс фиксации проходит более эффективно в ходе диэлектрического нагрева текстильных материалов, что позволяет увеличить полезный выход красителя на 15-25 У. и сократить время фиксирующей обработки со 180 с до 4-12 с.

В. условиях запарного варианта фиксирующей обработки различив в ходе кинетических кривых для различных тканей определяется при прочих равных условиях в основном отличиями в уровне пластификации аморфных областей целлюлозы. В соответствии с этим скорость фиксации красителя наиболее высока на тканях из отбеленного хлопка (см.рис. 1) - кривая 1 (То6р < Тс ~ на 22 °С); меньше на суровых тканях "саржа" и "авизент" - кривые 2 и 3 (Т^ < Тс ~ на 3438 °С). Степень фиксации красителя на исследованных ткапях при запаривании отличается незначительно, и разница в суммарном выходе красителя определяется-в основном отличием в количестве ¡занесенного при плюсовании красильного раствора.

В случае же диэлектрического нагрева влажных хлопчатобумажных тканей в поле ТВЧ первые 3,8-4,5 с целлюлоза находится в вы-сокоеластическом состоянии (см.рис.2). Скорость диффузии низксмо-

лекулярных веществ в полимере возрастает по сравнению со стеклообразным на несколько десятичных порядков. Высокая скорость диффузии активных красителей в аморфные области целлюлозы, находящейся в высокоэластическом состоянии, приводит к быстрому снижению его концентрации во внутриволоконных порах. В этом случае плохая смачиваемость нативного хлопка затрудняет процесс массо-переноса красителя из межволоконных промежутков и капилляров к поверхности элементов структуры волокон. Поэтому при ВЧ-фиксации немаловажную роль играют процессы капиллярного транспорта красильного раствора к поверхности элементов структуры волокон.

Оптимальными условиями для крашения является такие, когда на поверхности элементов полимерной матрицы создана высокая концентрация красителя с одновременным обеспечением высокой скорости молекулярной диффузии его вглубь этих элементов за счет перевода аморфных областей в высоко эластическое состояние.

Проанализировав различные способы крашения (запарной, периодический и высокочастотный), можно сказать, что способ ТВЧ-фикса-ции удачно сочетает в себе преимущества запарного и периодического вариантов крашения. Температура стеклования влажного целлюлозного материала уже в начале процесса ВЧ-обработки минимальна <-20°С). Быстрое повышение температуры ткани до 100°С резко увеличивает диффузионную проницаемость аморфных областей до уровня, достигаемого в периодическом способе. Одновременно с этим, благодаря испарению воды, увеличивается концентрация красителя в растворе, заполняющем систему пор текстильного материала. В ходе этого процесса равновесие смещается в сторону увеличения площади, занимаемой красителем на поверхности надмолекулярных образований, что увеличивает его массоперенос вглубь полимера.

3.2.2. Исследование процесса ВЧ-фиксации активных красителей на хлопчатобумажных тканях

Для выявления технологических преимуществ ВЧ-фиксации активных красителей проведена серия экспериментов окрашивания хлопчатобумажных тканей по типовым технологиям и с включением стадии ВЧ-прогрева текстильного материала.

В сравнении с типовыми режима»« крашения (термофикоационным и запарным способами) предлагаемая технология отличается меньшей олерационностью, так как отпадает необходимость высушивания материала перед операцией фиксации красителя.

Подученные данные говорят о том, что ВЧ-обработка является

шиболее эффектив!шм способом для фиксации дихлортриазиновых и нтилсульфоновых красителей, хотя также успешно может применяться да интенсификации крашения молнохлортриазгаювыми красителя}®.

В результате проведенных исследований установлено, что при использовании наиболее реакционнсюпособных красителей п условиях збработки в поле ТВЧ с частотой 40 КГц за 4-12 с (в зависимости эт артикула ткани) фиксируется равноценное с традиционными споео-Зами фиксации количество красителя. Аналогичные результаты полусны и при крашении тканей красителями с умзреннсй реакционной зпособностыо. Все окраски, подученные в этих условиях фиксации этличавтся хорошими колористическими и прочностными показателями.

Определено влияние влажности материала, поступаюаэго в ВЧ-аппликатор, на интенсивность окраски образцов. Установлено, что уменьшение влагосодержания ткали со 110-90 % до 40-45 % не оказывает залетного влияния на полезный выход красителя, однако сказывается на равномерности его распределения по поверхности ткани. С уменьшением влажности материала равномерность получаемой окраски заметно улучшается.

Исследовано влияние мочевины и нейтрального электролита на конечный результат крашения. Установлепо, что с ростом концентрации мочевины в пропиточной панне интенсивность окраски образцов снижается, а оптимальным содержанием электролита является концентрация 30 г/л, как и было отмечено при анализе диэлектрических показателей тканей.

Подобранный на основе диэлектрических характеристик и полученных выкрасок оптимальный состав пропиточного раствора содержит следующие компоненты:

вктивиый краситель - 10-40 г/л,

хлорид натрия . - 30 г/л,

бикарбонат натрия - 15 г/л,

смачиватель ОП-Ю - 1 г/л.

Разработанная высочастотная технология крашения прошла полупромышленные испытания на лабораторной линии термозолыюго крашения производства япошкой фирмы "Вакаяма", находящейся на экспериментальной базе Ив!ИТЛ. Были получепы результаты, аналогичные вышеописанным. Отмечено, что интенсивность и устойчивость окрасок к физико-химическим воздействиям для режимов с использование!! ВЧ-нагрева соответствует группам ОПК (особо прочпое крашение) и ПК (прочное крашение).

Проведены эксперименты по фиксирующей обработке ткани миткаль с ¡малой поверхлоствой плотность» при ее прохождении через

ВЧ-установку в три полотна вваклад. Показано, что при таком способе обработки в течение 8 с достигаются окраски, равноценные по своим качественным показателям традиционным способам крашения.

ВЫВОДЫ

1. и помощью сорбциоиного, калориметрического и диффузионного методов исследования оценено влияние шля ТВЧ на степень пластификации, вцутриволоконные перестройки и физическое состояние полимера в ходе ВЧ-обработки. Рассчитана средняя температура стеклования целлюлозы для случая высокочастотного нагрева, значение которой при высокой исходной влажности материала свидетельствует о пребывании полимера в высокоэластическом состоянии на начальной стадии обработки (4-4,5 с).

2. Показана взаимосвязь скорости и глубины процессов, связанных со снятием внутренних напряжений и протекающих в целлюлозе при диэлектрическом нагреве, с уровнем сегментальной подвижности макромолекул полимера. Установлено, что при обработке в поле ТВЧ влажных целлюлозных материалов в них протекают релаксационные процессы, приводящие структуру целлюлозы к более равновесному состоянию, причем продолжительность структурных перестроек сокращается на два десятичных порядка в сравнении с запариванием. Подтверждением данного факта является изменение деформационных характеристик тканей и данные калориметрических измерений теплот набухания хлопка.

3. Исследован процесс диффузии активных красителей в целлюлозный материал под действием поля ТВЧ. Рассчитаны коэффициенты диффузии (Бэ-10~9 см2/с - для запаривания и Ввч • 10~7 см3/с - для ВЧ-обработки), значения которых свидетельствуют о том, что одним из основных факторов, обусловливающих высокую эффективность процесса ВЧ-крашения, является резкое увеличение скорости диффузии молекул красящего вещества в волокнистый материал за счет возрастания кинетической подвижности частиц красителя и пребывания целлюлозы в расстеклованном состоянии в полз ТВЧ.

4. Выявлены основные закономерности влияния физико-химической природа, размерных и структурных характеристик обрабатываемых материалов на их диэлектрические показатели. Установлено, что наиболее эффективным является процесс ВЧ-обработки хлопчатобумажных тканей с повышенной поверхностной плотностью (более 200 г/»/3).

5. На основе полученных диэлектрических характеристик подобран состав красильного раствора и определены оптимальные концентрации

-го отдельньп компонентов. Выявлено положительное вдияниэ нейтрального электролита и негативное влияние мочевины на эффективность высокочастотной обработки текстильных материалов. 5. Разработан принцип прогнозирования эффективности процесса ВЧ-£иксации активных красителей целлюлозным волокном по характеру изменения значений диэлектрических показателей в зависимости от различных факторов. Установлена четкая корреляция мезду полученными данными по диэлектрическим, релаксационным и диффузионным характеристикам изучаемой систем) красильный раствор - целлюлозный материал, а также конечными результата).«! крадюния.

7. На основе диэлектрических характеристик материалов разработана оригинальная методика неразрушающего контроля за ходом процесса ВЧ-нагрева и качеством выпускаемых тканей, что подтверждено решением о выдаче патента по заявке II 5019427/12.

8. Исходя из выявленных зависимостей значения тангенса угла диэлектрических потерь от различных факторов, определены оптимальные параметры проведет« процесса высокочастотной обработки: частота внешнего электромагнитного поля - 40 МГц; влажность обрабатываемого материала - 30 - 35 5.

9. С использованием оригинальной методики и на основании созданного банка данных по диэлектрическим свойствам хлопчатобумажных тканей произведен расчет и оптимизация параметров работы лабораторного высокочастотного оборудования: генератора и аппликатора.

10. На основе выявленных закономерностей разработан новый интенсифицированный непрерывный способ крашения хлопчатобумажных тканей активными краектеля.м с использованием поля токов высокой частоты, позволяющей сократить технологическую цепочку за счет совмещения операций предварительной сушки и фиксации красителя, а также за счет сокращения времени высокотемпературной обработки материала со 180 с до 4-12 с.

Основные обозначения, принятия в тексте: tg5 -- тангенс угла диэлектрических потерь; КСВ - коэффициент стоячей волны;

Rotjx - выходное сопротивление генератора, в соответствии с ГОСТом

должно равняться.50 или 75 Ом; Хс - емкостное сопротивление аппликатора. Ом; d - толщина материала, м;

{ - диэлектрическая проницаемость целлюлозного материала; ( - диэлектрическая постоянная; f - частота внешнего электромагнитного поля, Гц; S - площадь поверхности электроде, и2.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующие публикациях:

1. Циркина О.Г., Никифоров А.Л., Блиничева И.Б., Мельников Б.Н. Влияние структурных характеристик хлопчатобумажных тканей на эффективность фиксации активных красителей в поле ТВЧ. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.- 1993,й 6,с. 47-51.

2. Циркина О.Г., Блиничева И.Б., Мельников Б.Н., Ниюфоров A.JI. Исследование процесса диффузии активных красителей в целлюлозны? материал при воздействии поля ТВЧ // Изв. вузов. Технологи? текстильной промышленности, 1994, » 5.

3. Кутякова 0.Г.(Циркина О.Г.), Никифоров A.JI., Блиничева И.Б. Оптимизация процесса высокочастотной фиксации красителей на хлопчатобумажных тканях // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1993, M 1, с. 49-52.

4. Использование токов высокой частоты в совмещенных процессах сушки и фиксации красителей на хлопчатобумажных тканях / Кутякова О.Г.(Циркина О.Г.), Никифоров A.JI. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции "Прогресс-92". Иваново, 1992, с. 177-1Т8.

5. Обработка тканых полимерных материалов в поле токов высоко? частоты / Кутякова О.Г.(Циркина О.Г.), Никифоров А.Л., Румянцева К.Е. // Тезисы докладов XX Юбилейной научно-техническоГ коференции - школы. Гомель, 1991, с. 46-47.

6. Проектирование и расчет ВЧ-установок для непрерывной обработку листовых полимерных материалов / Никифоров А.Л., Мельников Б.Н., Циркина О.Г. // Тезисы докладов XXI научно-технической конференции - школы. Гомель, 1993.

7. Циркина О.Г., Шарнина Л.В., Никифоров А.Л. Малозатратные технологии подготовки и крашения хлопчатобумажных тканей с повышенной поверхностной плотность». ЦНТИ, 1994, Ипф. листок M 62-94.

8. Интенсификация диффузии и процесса взаимодействия активных красителей с целлюлозным материалом токами высокой частоты / Циркина О.Г., Блиничева И.Б., Никифоров А.Л. // Тезисы докло- дог Международной научно-технической конференции "Прогресс - 94". Иваново, 1994.

9. Решение о выдаче патента по заявке № 5UI9427/I2 от Uj.07.9j /Никифоров A.J1., Кутякова О.Г. ( Циркиип О.г), '/.ольншсон Б.il., Блиничева И.Б.,' Румянцева К.В./ Способ определения степени пш'Г" кденип хлопковых волокон.