автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Поиск новых интенсификаторов щелочного гидролиза тканей из полиэфирных волокон с целью оптимизации этой технологии

МО?ШСКАЯ ГОСУДАРСТБЕННАЯ ТЕКСШЬНЙЯ АКАДЕМИЯ .'ОЛ ИМЕНИ А.II.КОСЫГИНА

; л ■■■■■ Чу

На правах рцкопнеи

КОНОВАЛОВА Карина Владимировна

!Щ 57?.494:974.027:523.53

ПОИСК НОШ ШЕНСИФИКАТОРОВ ЩЕЛОЧНОГО ГИДРОЛИЗА ТКАНЕЙ ИЗ ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ЭТОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Специальность 05.19.03. Технология-текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа'' выполнена /в Косковской Государственной текстильной

академии им, А .И.Косыгина.

Научный руководитель: ■ ■

кандидат технических наук,

доцент Ковтун Л,Г.

Официальные оппоненты; Доктор химических наук,

профессор Волков В,А.

Кандидат технических наук : • Вслхонская Н.С,

Ведущая организация: Российский концерн "Панинтер"

Зашита состоитсв "¿?31394 г, з /(2. часов на заседании .спеаиалиэированиоги совета К 053.25,05 в Московской государственной текстильной академии ин.А.Н.Косыгина по адреса:' 117318, г.Йссква, Малая Калуяская ул., доы 1.

С диссертацией'можно ознакомиться в библиотеке акадэмпи.,

Автореферат разослан ____ 1994 г.

Ь'чен^й секретарь спйцкализйровайкогс совета кандидат тсхы'лесга::; гаук, доцент

Еолаипеа Т.Д.

' V -з - ■. ■■" ОБВДЯ ХАРАКТЯРКСТШ 'лвотв / .

Актуальность работа. Иелочнач обработка полн'.^кртех текстильных материалов, .обеспечизавцая'певввеииа их качества, зтносктся ?: числу процессзв, хзрактеркззяцихся достаточна больвоЛ лродолзитэль-костьо; для ев дскезнзго проведения необходима знсокаа С1-2коль/д • концентрация целоти и те'ипвратура около 100СС, Такие дслозия ие ип~ гут не нанести определенный »дорб оборудованию, при этом производительность труда остается кепнеоиой, Следует добавить, что технология целочной обработки полизфкрннх материалов без интенспфикаторор трейдет весьма еесокого расхода трудовик, иатеригльнвх и технологических реецреоз, а большой избитой гидрпкеидл натрия, попадая б сточяыз воды, сильно их загрязняет..

Для уменьиения до киянациа.этих отрицательно* явленна иеосхп-д«к такой способ интенсификации процесса, котоокй пои'гио ?«8»йя чисто технологических задач (сокракекия длительности обработки к обеспечения более мягких условий ее проведения) способен хоть частично ;члтралиэсвать.исгативяяе экологические последстзит деятельности отделечявх цехов предприятий яелковой прокдолениостн.

¡3 качестве такого способа интенсификации предлагается испяль-зозаниз четвертичних аммониевих соединений (ЧАС), что обуслочлЕно простотей и относительной.десввизноЯ их применения. Однако'оптнил-зап.иа иатеясифицированкой технологии щелочной обработки полигфирних тэкстильннх катсриалов требует ясного представления'■ о механизме ускорялщего действия данных препаратоз,

Цель работы и загачн исследования. Целью диссертационной рабо-ти являлось изучение влияния ЧАС на процесс щелочной обработки полиэфирных текстил^нах материалов и некоторне свойства модифицированного таким способом волокна; установление связи кеядц химическим строением различных ЧАС, их свойствами и иитенсифхцнрцкгсей способностью; описание на этой основе .возможного ц.еханизнэ ускорявшего действия данных препаратов; вндача рекомендаций и совершенствование технологии-интенсифицированной щелочной обработки текстильных материалов из полиэфирнях волокон.

Для достижения поставленной цвли в работе реиены следующие задачи:

исследована кинетика цепочного гидролиза пояиэфирннх текстильных материалов и иодельинх.соединений в присутствии ряда Ш;

проверена цстойчгаостъ интенейфикаторов в условиях делочной обработки поли.эфирны'.', текстильны:; материалов;

исследована растворимость димзтилтерефтглата в присутствии 4(5С:

-■.'■ - 4

разработана иодель щелочного' гидролиза полиэфирного волокна в присдтстсии интенсификаторов;

цсоаеркенствована технология интенсифицированной целоОДой обработки полиэфирных текстильних материалов, Нацчнлз ковизча

Рассчитаны кинетические характеристики и значения энергии активации процесса щелочного гидролиза полиэтилентерефталата (ПЭТ®) в присцтггвии ряда ЧАС в вирокоы интервале их концентраций,

Установлено влияние ЧАС на кинетику щелочного гидролиза диме-тилтерефтаяата при протекании этой реакции о гомогенных и гетерогенных условиях.

& результате исследования устойчивости интенсификаторов в условиях щелочной обработки полиэфирных текстильных материалов получены кинетические характеристики разложения Катамина ¡15 и пириди-иаевой соли, идентифицированы образувщиеся продукты. .

Показано, что в случае необратимой иммобилизации Натамина ЙБ на поверхности полиэфирного волокна этот препарат не оказывает ' ин-тенсифкцкруяцего действия на щелочиой гидролиз последнего, .

На основе комплексных исследований кинетики щелочного гидролиза и физико-механических свойств текстильных материалов из полиэфирных волокон разработана математическая модель, описывавшая процесс щелочной обработки в присутствии интенсификаторов.

Предложено объяснение причин ускоряющего действия ЧАС при щелочном гидролизе ПЗТФ, .

Практическая значимость. Предложена технология интенсифицированной щелочной обработки полиэфирных текстильных материалов периодическим способом. Данная технология позволяет существенно повысить потребительский качества. обработанного материала и увеличить его накрааивачность дисперсными красителями,давая при этом возыонность снизить в 5 раз концентрацию щелочного агента при одновременном сокращении длительности процесса на 50 у. (по сравнения с технологиями щелочной обработки полиэфирных тканей периодическим способом без ингенсификаторог). Следствием этого монет стать снияение расхода' гидроксида натрия, пара, 'води'и энергозатрат, & также повышение производительности труда в цехе, Проведенные производственные испытания подтвердили практическую значимость предлагаемой интенсифицированной технологии щелочной обработки.

■йпззСацм ргбзтн и пмб.чикации. Основные оезчльтаты проведенных исследований докладывалась -и. обсув'далксь на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Нсвне нити, •'.".•'1 кани и технологии их производства"

(Киев, 1932 г.), на сессии Научногй совета по коллоидной химии и физико-хииической нвхаккке Р(Ш (Иосква, 1395 г.), .из' кзучмкмгвкни-ческсй коьчрерзнции стран СНГ. "Качество и кснкурвнттлюсобность товаров зкрокого потребления" СХмельницкий,'-1333 г.), а текла на про-фсссорсчо-прэподасательских конфвренцяах ЙГТА и засздакчях методических сеиинаров кафэдры ХТВМ ИГТА, По материала« диссертации'имеется 6 публикаций. Результаты исследования аспэяьзовани в научно-исследовательской работе г/б И 31—838—44Р1 "Теоретическое обоснование и разработка технологий зпсокоэффективных процессов ко-лорированкя и отделки текстильных материалов".

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, 'зкс.тэринентзль-ной части, чиводов, списка литератур!! из 113 наименований, 2 прнло-зеяий. Оскознся часть диссертации содержит 149 страниц кавикописна-го текста, 19 рисунков, !3 таблиц.

3 литературном обзоре отмечены особенности строения и свойств полиэфириах волокон, показаны пути их кодификации, опксзкн способы интенсификации процесса их целочноД обработки. Проведен анализ литературных даиних по предполокениям о цехзнизме ускорявшего действия ЧАС. На основе литературного обзора сформулирована цель к задачи исследования,

Оснавнне результаты изловены б экспериментальной части в разделах 3.1-3.10.

ОБЩАЯ ХЯРЙНТЕРЙСТИКЙ. РАБОТЫ

3.1. Поиск общих закономерностей влияния ЧАС на процесс сделочного гидролиза ПЗТО

С цельи зшьленйя общих связей между природой ЧАС и иг действием на щелочной гидролиз ПЗТФ проверялось влияние . на этот процесс больоого числа препаратов различного хинического строения, Было1показано, что ЧАЕ с'короткими углеводородными цепями на оказывают интенсифицирующего действия на процесс щелочного' гидролиза ПЭТФ, ускорителями могут быть лиеь ЧАС с наличием хотя бы одной длинной углеводородной цепи. Однако и среди длинноцепочэчних ЧАС ускорявшее действие проявляют далеко не все препараты.

3.2. Исследование кинетики щелочного гидролиза ПЗТО

Кинетика целочного гидролиза ПЗТФ исследовалась в условиях периодического способа обработки. В качестве янтексификаторов б склочную ванну вводились Катании АБ, Алкамон ОС—2 или нонил-Я-меииши-ридикий кетилсульфат (НМП) в количестве 0.5 г/л. 8 .иссладдбяах условиях наиболее эффективным ускорителем является й.зтакин АО

■' - -

(константа скорости гидролиза увеличивается с 4С раз), слияние Ал-ке*ана' ОС—2 к НЙ1 виравена гораздо слабее (константа скорости возрастает ливь з, 8 раз). ..."

Для установления возмоаного соответствия кинетики щелочного гидролиза полиэфирного волокна в присутствии ЧЙС модели ии-иеллярного катализа Яцимирского были получены зависимости констант скорости от концентрации ускорителей. Модель Яцимирского представ-лязт иицеллн ПАВ как отдельную пс&вдофазу, где происходит концентрирование реагентов. Наблидавиая константа скорости реакции в значительной степени зависит от концентрации ПАВ, при этом на кривой имеется ваксиыуы, после которого константа спорости начинает несколько снижаться. , '

При рассиотрении полученных нами кривых зависимости кокстант скорости щелочного гидролиза ПЭТФ от концентрации ЧАС наб/лдается определенное сходство с кинетической моделью мицеллярного катализа: первоначальное резкое возрастание констант скорости сменилось пологих участком кривой. Однако наличия иаксимуаа на полученных кривых не обнаруяивается.;

3.3. Исследование злияния ЧАС на щелочной гидролиз

модельнкх соединений Изучение процесса щелочного гидролиза ПЗТФ ослонняет его гетерогенность, которая вносит свои особенности в протекание реэ«цяи; причем.роль этого фактора в ускорении гидролиза четвертичными аммониевыми соединениями пека не исследованз. Поэтому представлялось необходимым проследить влияние ЧАС на цеЛочноП гидролиз 'некоторых модельных соединений, Б качестве таких соединений были выбраны этил-ацетат, хорово растворимый в воде (гоаогеннал система), амилацетат (гетерогенная скстена) и диаетилтерефтакат (ДМТ), язлящийся проке-куточнкм продуктом в производстве ПЗТО и частично растворимой в оо-де. . ДТ подвергался гидролизу,в ьидо взвеси (гетерогенная среда) в водной растворе КаОН, а также при добавлении в реакционную скесъ ацетона для увеличения растворимости сложного эфира. Реагенты брались в стехиометрйческих количествах. Кинетические характеристики «елочного гидролиза .модельных соединений рассчитывались с помощью метода Вилькинсона (по зависимости от времени относительной глубины превращения), ■ позволяащег.о одновременно.определять константу скорости и порядок реакции, :: . /: ,

Показано,' что при гидролизе этклацетата и амилацетата введение в"реакцноннув'"смесь-ЧАС ипиридиниевой соли практически не изменяет ни значений конста.чт скорости, ни порядок реакции (второй в случае

этилацетате и первый для ааилацетата), .. V '

Особый интерес представляло • изучение- ципптшш цвлсчного гидролиза ДУТ, поскольку данное соединение! яо хиютскоку сг^пск^ж тк-болзе .близко к фрагкенту злевеитарного-звена маврпкояекйлн П370.

Кинетнчегкив характеристики целочнаго гидролиза •ДЙТ в средо зо-да/ацетон С10г 1) мп концянтрацйй- ЧЙС к Н!1П 0,3 г/л дава о табл.1.

, . Таблица 1

Кинетически характеристики' целечного гидролиза ДЙТ в среде вода/ацетон ■ ,

Название и Темпе- Константа Порядок kVk

концентр. ратура скорости реакц.чн ' t

препарата °С л/ноль.с п Ii. 1

Без ускори- 25 Ö.C54 ; 0.009 г.яз 1 1 .0 ;

теля 44 0,403 + 0.042 1.33 " 1 .0 1

61 3.250 ± 0.244 1.97 1 .0 i

Катации ЙБ 25' 0.053 £,0.007 1.0S 0 se !

0,5 г/л 43 0.4S9 * 0,051 1,93 i .13!

81 3,519 ± 0,213 2.00 j x 70 !

ТБйй 27- 5,054 ¿Ю.ООЭ 1.73 1 о ■!

0.5 г/л 43 0.413 £ 0,041 i.Si 1 02 j

31 3.671 t 0.1G3 1.98 1 13 !

НЙП ' 24 0.058 £ 0.005 1'.82 1 03

0.3 г/л 43 • 0.480 £ 5.026 1,91 t 20

61 4,336 £ 0,301 1.30 i 35

Йлкамон ОС-2 30 0.058 £ 0,000 1.87 f 07

0.5 г/л ' 4о 0.45В £ 0.021 1,87 1 13

so 2,830 ± 0,235 1.33 0 aasr-.si 57

Как и в сличав гидролиза этклацетата, рзакция целочнаго гидролиза ДЙТ в смешанной растворителз (вода/а^етон) ннэег ьторой порядок независимо от присутствия'в савса 'ИС и ШШ, В дачках условиях эти препарата не проявляет такяе и ускорявшей активности.

Значения констант скорости щелочного гидролиза ДЯТ з среде вода/ацетон позволяет предположить, что реакции появергезтся растворившаяся часть сломнсго эфира, при этой доля гидролизувкзгося твердофазного ДЙТ мала. Этой ко причиной ногат сбъзскгться ¡1 очень высокие значения энергии активации. С ростр?/ температура помимо по-зывения констант скорости, резко увеличивается, растворимость ДИТ и.

■■'"■-8 -

следовательно, ииототель С , входяцяй в уравнение скорости гомогенных реакций (/ = к-С-ГШ.

В табл.2 представлена примеры значений конг.тант скорости и порядков реакции гидролиза ДМТ в водном растворе НаОН.

ТаОлица 2

Кинетические характеристики щелочного гидролиза ДМГ в водном растворе

I Название и Темпе- Константа Порядок к'/к

концентр. ратура скорости реакции

препарата •с п

Без ускори- 30 ( 1,05+0.08)10"* 1.21 1.0

теля 45 (3.53+0.13)10 0.95 1.0

60 (7.96+0,09)10"'' 0.82 1.0

Котаыин ЙБ 30 (2.47+0.06 НО"3 1.57 23.5

0.5 г/л 45 (9.29±0.08)10"3 1.47 26.3

60 (3.16+0.14)10"2 1.53 39.?

ТЕ НИ 30 iO.95tO.OniO"4 .1.25 0.9

0.5 г/л . 45 (3.33+0.03)10"* 1.06 0,9

60 (8,87+0.06)10"4 0.87 1.1

йлкамон ОС-2 30 С 2.00+0.03 ИО"3 1.41 19.0

0.5 г/л 45 (B,94t0.09)i0"3 1,53 25,3

60 (2.88+0,07 )10"2 1.48 36.2

НМП , 30 (3,51+0.04)10"3 1,86 33.4

0.5 г/л 45 (1.17+0.1D10"2 1.65 33.1

60 (2.72±0.08)10*2 1.4 34! 2

НМП 2.0 г/л 80 1.109 ± 0.098 1,86 1393

Константы скорости в отсутствие ЧАС в водной среде значительно ниве, чем в cueca вода/ацетон, и сравнимы с константаки скоростей щелочного гидролиза амилацетата в двухфазной системе. При этом наб-лшдается первой порядок данной реакции/ что• косвенным образом может указывать на доминирование гетерогенного гидролиза ДМТ.

Введение Катанина ЯБ и йлкаиона ОС-2 более чвч на порядок С в 20-30 раз увеличивает скорость щелочного гидролиза ДМТ в водной среде. Было показано, что повнизние концентрации ЧАС до 2.0 г/л не вызывает'- дальнейших изиенвний константы скорости процесса, НМП в количества 0.5 г/л приводит к почти такому не Св 33 раза) возрастаний скорости гидролиза, но наиболее сильно (почти в тысячу раз) зф-

фект ускорения реакции виранен в присутствии.2,0 г/л НМП, Возрастание скорости гидролиза сопровондаетса изменением порядка этой реакции от 1 до 1.5 (з присутствии ЧАС) и даяв дс 2 (при наличии 2.0 г/л НМП). 8 то не время не отмечено практически никакого влияния, которое оказывал бы тетрабутиламмоний иодистнй (ТВОИ).

Предполагается, что обладая поверхностно-активными свойствами, Катамин АБ, Алкаыон ОС-2 и НШ способствуют растворению ДМТ. Тогда помимо невфазного маршрута гидролиз будет протекать и в гомогенных условиях, а наблядаеная скорость процесса будет складываться из двух составляющих 0 -к Г0Н1 + к С [ОН], 3 этой случае, по аналогии с реакциями, протекашщими по двуы параллельным направлениям, в зависимости от концентрации растворившейся части эфира порядок реакции будет меняться от 1 до 2,

Отмечено, что при гидролизе ДМТ "в гетерогенных условиях и при щелочной обработке ПЭТФ соотношение ускоряющих способностей Катаки-на йБ, Алкамона ОС-2 и ННП различно. Это монет быть связано с тек, что условия проведения реакций целочного гидролиза ДМТ и ПЭТФ сильно отличаются как по концентрации гидроксида натрич, так и по температуре, Кроме того, модельные соединения (в том числе и ДМТ) отличаются от ПЭТФ по химическому строении и ряду свойств. -

3.4. Исследование .смачивающей способности растворов ЧАС

При различных видах стделки текстильных материалов, происходящих в растворах, скорость процессов во многом определяется площадью поверхности контакта водной фазы и волокна. Введением . в состав раствора смачивателей мояко значительно интенсифицировать протекающие процессы. Для проверки версии об улучвании смачивания полиэфирного- материала как о Причине ускорения;его целочного гидролиза в присутствии ЧАС бшш измерзни краевые углы смачивания пленки ПЭТФ в щелочных растворах ЧАС, Полученные результаты дзет возионнссть за-клпчить, что какая-либо строгая корреляция мемду величинами краевого угла и ускоряющей способности исследованных ЧАС отсутствует.

3.5. Щелочная обработка ПЭТФ в присутстпии иниобйлизлвгн-ноге Катаняна йБ . ...

Исследована скорость: целочного гидролиза ПЭТФ в присугствми Катамина АБ, необратимо закрепленного на поверхности полиэфирного . волокна путем пропитки образцов вэднны раствором данного препарата и последуяцей обработки их при высокой <около 200°С,) температура.

Показано, что значительное ускорения процесса щелочного гидролиза ЛЗРР достигается линь з присутствии Катамина АБ в ребоч'м растворе,: тогда • как при иммобилизации: его на поверхности волокна

- io - ' 1

потери массы образцов сравнимы с величинами, полученными при щелочной обработке без ускорителя. Данные результаты ставят под сомнение гипотезу о перезарядке волокна как основной причине ускорявшего влияния ЧАС,

'3.6.Изучение срлябилизирувцей способности ЧАС з условиях щелочной обработки полиэфирных текстильных материалов Обкарувены значительные различия в реологическом поведении водных и целочных (0,25 моль/л NaüH) Катенина АБ и Алкамоыа ОС-2: вязкость растворов Катамина АБ после достинения критической концентрации мицеллообраэования CKKMJ сначала остается практически постоянной (около 1.00), а затем (при концентрациях ЧАС вызв 4'10~s ыоль/л) незначительно увеличивается. При этом относительные вязкости водных и щелочных растворов Катаыина АБ практически одинаковы. В случае Алкамона ОС-2 с увеличением его концентрации вязкость резко возрастает.' в интервале концентрации 0-0,01 коль/л эта величина меняется от 1,00 до 1,575 в; в одних'- и 1.385 в целочных растворах. Это явление нонет быть обусловлено как укрупнением мицелл при росте общего количество препарата в растворе, таи и их значительной гидратацией.

ß качестве соединения, имитирующего продукты щелочного гидролиза ПЗТФ, применяли ЛИТ. Присутствие ДМТ в водных и щелочных растворах Катаыина Ab не-влияет на их вязкость, но снижает вязкость водных растворов Алкамона ОС-2, причем с возрастанием концентрации Алкаиона ОС-2 это становится заметнее, В случае целочных растворов эффект уменьшения вязкости ослабевагт. ,

Содеркание ДМТ в водных растворах обоих препаратов ниже, чем в чистой воде. Растворимость ДМТ в ^ояпчннх растворах Катамина АБ различной концентрации представляет собой слокнуи зависимость: после первоначального возрастания по сравнении с растворимостью в 0.25 коль/л NaOK содеркание ДКТ проходит через область постоянных значений, а затем снова плавно увеличивается. Зависимость для растворимости ДМТ в щелочных растворах Алкамона ОС-2 имеет вид кривой с выходом на равновесие, причем максимальная концентрация ДМТ в раст-аорзх Алкамона 0С-2 намного ниве, чем в растворах Катамина АБ. Полученные закономерности могут служить подтверждением важной роли солЕбиливации продуктов реакции в ускорении щелочного гидролиза полиэфирных материалов в присутствии ЧАС.

3.?. Исследование устойчивости НМП и ЧАС в условиях

елочной обработки ПЗТФ Г. понопзю тонкослойной хроматографии было показано, что пйри-

диниевая соль разлагается з условиях щелочной обработки. Для идентификации продукта разлоаения был использован метод МК-спектроско-пии. Появляюциеса на спектре продукта пики при 1705 и 1672 оЗр.сч били отнесена к колебаниям групп }С=0 lOC^ соответственно; отмечалось тате практически полное исчезновение пика при 117G обо.см. отвечающего колебаниям группы-$=0, принадлеяачей аниону, Пнл сделан вывод, что в исследованных условиях НМЛ взаимодействует со щелочью с образованием следившего продукта:

о

Исследование кинетики взаимодействия НМП с ИаОН осуществлялось методом Нф-спектрофотометрии. Было показано, что реакция не протекает до конца, достигается лшвь 50Х преврацение исходного соединения, Константа скорости прямой реакции и константа равновесия рар.ци соответственно 0.00279 л/моль-с и 0.975. Продукт р.реврацзниа НМП не оказывает влияния на скорость цепочного гидролиза ПЭТФ, следовательно ускорении» действием обладает сама г.иридиниевая соль.

Проверка устойчивости в условиях целочной обработки Катамино ■ ЕШ и Алкамона СС-2 показала, что концентрация йлкамака не менялась на протяаении 70 нин, тогда как концентрация'Катаминэ в процессе кипячения в щелочном растаоро снизалась, Константа скорости разложения Катаминз 05 составляет 0,000224 л/моль-с, .

Таким образом, при щелочкой обработке полиэфирного иатврпала в присутствии НМД и Катамина Р.Б имешт кесто 2 реакции: щзлочной гидролиз ПЗТО и взаимодействие ускорителя с гидроксид-ионани. Протекание второй реакции оказывает влияние на скорость первой.

Разложение ЧйС в условиях щелочной обработки является возможней причиной наблюдаемого иногда отрицательного воздействий этих препаратов на волокно: пожелтение материала.миазт. бить следствием осагдения i.a его поверхности продуктов разлогения ЧЙС, а потеря прочности - вазнваться частичным амниолизои ПЗТФ продуктами разложения ЧАС - третичными аминаки.

3,8, Математическое ошгеаниэ.процесса щелочкой обработки полиэфирных материалов в присутствии ускорителей

Щелочная обработка полизфирннх тексти.пьнмх материалов о присутствии ускорителей является чрезвычайно сложным процессом. Наличие ускорителей в рабочем растворе приводит к увеличении скорости щелочного гидролиза ПЗТО, степень которого зависит .от.природ» использурмого препарата и его количеств.?., Концентрация ЧЙС в ход?

щелочной обработки иодет «ткаться е результате их разделения, при-

-л

..'"■■ - 12 -

чек устойчивость различных препаратов такке не одинакова, ¡¡¡елочная обработка полиэфирных текстильных материалов в присутствии некоторых ЧАС может вызывать уменьшение удельной разрывной прочности волокна. Поэтому необходимо в каядом конкретном случае определять оптимальный решим обработки, что.требует выполнения тщательных и трудоемких экспериментов/

Основой для разработки математического описания процесса щелочной обработки послуаило уравнение (1). Это уравнение легко моано трансформировать для величины потери массы материала (2). На основании формы кривых зависимости константы скорости щелочного гидролиза ПЭТФ от концентрации ускорителя в ванне для описания экспериментальных кривых было выбрано уравнение (3), Значения постоянных а и 5, определенные методом последовательных итераций с помощью программы для микрокалькулятора "Электроника МК-61", показаны в табл.3. Разрывную прочность волокна в любой момент, щелочной обработки мояно выразить уравнением С4). При этом следует помнить, что присутствие В ванне ускорителя часто приводит к сшшенив разрывной прочности, неадекватному изменении диаметра волокна. Это, в сущности, означает уменьшение удельной разрывной прочности , Чтобы установить закономерность, изменения этого параметра, бнли проведены испытания механических свойств большого числа образцов полиэфирного материала, обработанных в присутствии ускорителей и без них. Изменение удельной разрывной прочности вполне удовлетворительно монет быть описано уравнением' (5;, Во всех случаях при расчетах используется фактическая концентрация ускорителя, которая вычисляется при известных начальной концентрации к константе скорости разложения ЧАС по формуле (6).

: [ОН] = [0КЗо(1-Ш СП. ПИ = 3.6-к-ЫМЖ]0 (2)

к'= аСЬ+ к (3) Р = З.М'б-г*СГ- 0.01-ПМ) (4) 6 =б0- йС (5) Со'СГОН]. - Сп )• е'" , :

[0Н]о - С0.е-Х х = СС0НЭо - Св)-к"Ч (6)

где [0В1ои Г ОНI - начальная и текущая концентрации НаОН; к' и к -констант скорости сделочного гидролиза ПЭТФ в присутствии ускорителя и без него; к" - константа скорости разложения ускорителя; Ь -продолжительность реакции; С0 и С - начальная и текущая концентрация ускорителя; Р - разрывная нагрузка, гв- начальный радиус волокна, б„ и б - начальная и текучая удельная разрывная нагрузка; М -модуль ванну; ПИ - потеря иасси; а, Б и сЗ - постоянные эмпирических уравнений.

Таблица 3

Значения постоянных в эмпирических уравнениях (3) и (б)

Ускоритель Постоянние

а 3 й

Катанин ЙБ Алкамон ОС-2 НЙП 0.000789 0.000117 0.000108 0.370 0.345 0,340 11389 421 87

Данные уравнения отличаются от известных ранее описаний мелочного гидролиза полиэфирного волокна тем, что в них учитывается влияние ускорителей. Правомерность предложенной модели подтверидается близостьи результатов экспериментальных исследований и расчетных даккнх, Иравиения (2Мб> бнли исполъзозанн при написании программы для персональных компьютеров' на языке "Турбо-5ейсик"..

3.9, Обдие представления о механизме ускорявцзго действия ЧАС при щелочном гидролизе ПЗТФ 1

Несмотря на большой объем проведенных экспериментальных исследований в настоящий момент представляется весьма затруднительна* дать подробное и точное описание.механизма ускорения щелочного гидролиза ПЭТФ в присутствии.ЧАС, 'Однако'общая схема . этого процесса достаточно ясно вырисовывается,'. .Часть введенного з щелочнуа ванну ЧАС сорбируется полиз'Фирним валенном; при этом некоторое количество гидроневд-ионов переносится катионными мицеллами к поверхности последнего. Однако основной вклад в, ускорение щелочного гидролиза обеспечивает, по нагмзау мнении, соллбилизация трудно.растворимых продуктов реакции. В случаг целочного гидролиза ПЗТФ'беэ-интенсифи-катора потеря масса волокна-обусловлеиа переходом н раствор эти-ленгликоля, соли Т5К и элементарных звеньев. Наличие в.рабочей ванне ЧАС с поверхностно-актиянакц свойствами способствует растворении более крупных фрагментов-макромолекулы ПЭТ®,. Таким образом, для разрушения определенной доли полиэфирного волокна до растворимого состояния требуется значительно иеньвее число атак гидроксид-конов. В такой ситуации скорость потери массы резко'возрастает.

3.10. Производственные испытания:интгнсифииирРзэкной технологии палочной обработки-полиэфирных материалов

Уср^ьрвенствсваннзя на сснозе-лабораторных исследований технология интенсифицированной целочноА.обработки полиэфирных магериялое

провла производственную проверку в условиях отделочного цеха концерна "Панинтер". При этом рекоыендуеинй рекии был скорректирован с учетом конкретного оборудования и представлял собой следующуш последовательность операций. В аппарат для кратекия заливался раствор КаОК (10 г/л), вводилось необходимое количество интенсификатора (0.5 г/л), ванна нагревалась до 30после чего в аппарат загрузилось трикотакное полотно, и раствор бистро нагревался до 100°С, Обработку полотна при 100"С осуществляли в течение 20 шнут, затек щелочной раствор сливали и трикотажное полотно тщательно промывали при 40"С, после чего окрашивали диспе-рсиыки красителями.

Производственные испытания подтвердили целесообразность проведения интенсифицированной щелочной обработки с целью улучшения качества и повнаения накраииваемости полиэфирного материала, В И В ОД Н .

1. В результате проверки влияния на целочной гидролиз ПЭТФ большого числа различных ЧАС установлено, что необходимым условием проявления интенсифицируицей способности является наличие в молекуле ЧАС хотя бы одной длинной .углеводородной цепочки,

2. Определены кинетические характеристики и значения энергии активации щелочного гидролиза ПЗТФ в широком диапазоне концентраций-Катамина АС, Длкакона 0С-2 и пиридиниевой соли. Показаны обзше черты к различия модели мицеллярного катализа и полученных зависимостей констант скорости щелочного гидролиза ПЗТФ от концентрации ускорителей в ванне.

3. При изучении щелочного гидролиза ряда низкомолекулярних сложных эфиров: зтилацетата (гомогенная система), амилацетата (гетерогенная система) и ДМТ в водной и водно-ацетоновой среде показано, что ЧАС увеличивают скорость палочного гидролиза лимь в случае гетерогенной системы ДМТ-водный раствор щелочи. В качестве причины ускоряющего действия ЧАС в этом случае предлагается по-вишение растворимости ДМТ В присутствии данных препаратов,

4. Полученные при исследовании изменения смачиваемости пленки ПЗТФ щелочными растворами различных ЧАС результаты, дали возможность заключить, что корреляция между величинами краевого угла смачивания и ускоряющей способностью исследованных ЧАС отсутствует.

5.. Установлено, что значительное ускорение процесса щелочного гидролиза полиэфирного материала достигается лииь в присутствии Ка-. танина АБ & рабочем растворе, тогда как при необратимой фиксации его на Пйг-ерхности волокна, потеря массы материала сравнима с величина«»!. пелученнкми при щелочной обработке без ускорителя.

6. Показами различая относительной вязкости растворов и солюбилизи-рущей способности Катамина ЙБ и Йлкамойа ОС-2, в различной степени ускоряпцих целочной.гидролиз полиэфирных волокон. Выявлено существование корреляция меадд солвйилизацией продукта гидролиза

Р ПЭТФ и (константами скорости целочного гидролиза полиэфирного волокна а присутствии этих препаратов,

7, 3 результате изучения устойчивости ускорителей щелочного гидролиза ЛЭТ5> показано, что Катамин (5Б и пиридиниевая соль разлагаются при кипячении в 0.25 й растворе гидроксида натрия. Определена кинетичзские характеристики этих реакций, идентифицирован продукт разложения пиридиниевой соли. Отмечено, что разложение ускориталэй является возногной причиной их отрицательного воздействия на прочность и белизну полиэфирного волокна.

б. Предложено объяснение причин ускоряющего действия ЧЙС на процесс щелочного гидролиза полиэфирных текстильных материалов с учетом переноса гидрсксид-конов к поверхности волокна катиенными мицеллами. В качестве главного фактора ускорения изучаемого процесса рассматривается возможность перехода'а раствор, содеркамй по-верхмостно-активные ЧЙС, более крупных Фрагментов макромолзкул, чем при ¡¡елочной обработке ЛЗТО бзз ускорителей.

9. На основе ионплекеннх исследований кинетики гидролиза и физи-ка-мгхакических свойств полиэфирных материалов разработано математическое описание щелочного гидролиза ПЗТФ.в присутствии ускорителей, .Написана программа для персонального кокпьитера.

Ю.Предлвзенная из основа лабораторных исследований технология щелочной обработка полиэфирных текстильных материалов дспёвяо прошла проверку в условиях отделочного производства, При этом рекомендуемый режим был скорректирован с учетом конкретного установленного оборудования. Испытания подтвердили целесообразность прозодения щелочной обработки с цельй улучшения качества и

. поЕыиеняя наираииваомости' полиэфирного материала, . Основное содерааниэ диссертации чэлогзно в работах: . 1.Коновалова'И,В,, Свенсвая С.Ё., Коптун .'[.Г. 0 челочкой обработка полиэфирных токстильннх материалов з присутствии а'лкклпириданиэ-вой соли,//Изв,ОУЗов.Технология текст,прон-ти,-193?.-Я 2.- С.54-'■ ' 50.. ■■■■"''.-

2.Коновалова М.В., Кэзтун Л.Г. О щелочном гидролиза полиэтиленгг,ре~ фталата в присутствии иммобилизованного Катамина йР,//Кзг..З!15ов. Технология текст.про.и-ти.-1993;-К 3.-С,53-5?. .

3.Коновалова Н.В., Коатуи И. Г. Вплив четвертинких амсн!евкх спел'де

- ю -

на лукний г1дрол!з пол1етилёнгерефтзлату 1дояпих кодельиих спо-лук,// Легка промисяов1сть.- 1992.-К 2*- С.36.

4.Булгакова О.И,, Тршзанова Г.Л., Коновалова М.В., Ковтун Л.Г. Исследование влияния катализаторов на скорость гидролиза пояиэти-лентерефталата в процессе целочной обработки текстильны:: материалов из полиэфирных волокош//Не1вуз,сб,кадч.тр.молодик исследователей "Актуальные проблемы техники и технологии в текстильной и легкой проииенкости, совершенствование планирования и управления в отрасли",- М.: РИЗ ПТИ, 1991,- С,69-71.

5.Ковтун Л,Г., Ионозалова Н.В., Кричевский Г.Е, Изучение влияния четвертичных аммониевых соединений различного строения на скорость гидролиза при щелрчной обработке полиэфирняхтка,чей.// Меквуз.сб. науч.трудов "Модифицированные волокна и волокнистые материалы со специальными свойствами",- й.: РИО НТИ, 1952.- С.9-13,

6.Коновалова Ы.В., Ковтун Я.Г, Совервекствование процесса щелочной обработки полиэфирных текстильнпх материалов.// Сб.кауч,трудов участников науч.техн.конф.стран СНГ "Качество и конкурентноспособность товаров широкого потребления",- Хмельиициий, изд-во ХТИ, 1993,- С,198-200.

ЯР а 020753 от 04.03.93

Подписано в печать 16.05.94 Сдано в производство 18.05.94 Формат бумаги. 60 х 04/16 Бумага множ,

Усл.печ.л. 1.0 . 9ч.-изд.л. 1,0

Заказ 318 Тираж 85

Ротапринт МГТЙ, 117419, Москва. Донская, 26