автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка технологии комплексной отделки арамидных волокнистых материалов

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ME- 6 ГОДЫ КРАШЕНИЯ ТЕРМОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОЛИГЕТЕ-РОАРИЛЕНОВ

1.1. Получение термостойких полимеров и волокон

1.2. Свойства высокомодульных арамидных волокон

1.3. Области применения термостойких арамидных материалов

1.4. Способы крашения материалов на основе ароматических и гетероцик- 22 лических полиамидов

1.5. Гидрофобизация текстильных материалов. Препараты и технологиче- 27 ские режимы гидрофобной отделки

В настоящее время развитие ряда отраслей промышленности (авиационной, химической, машиностроительной, военной, железнодорожной, судостроительной, медицинской и других) требует применения материалов, обладающих комплексом уникальных особых свойств: термостойкостью, огнезащитными свойствами, износоустойчивостью, стойкостью к удару и другими. Такими свойствами обладают термостойкие волокна на основе полигетероа-риленов. Эти волокна специалисты оценивают как потенциально перспективный класс текстильного сырья.

Анализ научно-технической литературы показывает, что проблемам синтеза, переработки и отделки волокнообразующих термостойких полимеров и материалов на их основе уделяется неослабевающее внимание во всех промышленно развитых странах мира, в том числе и в России. Большинство патентов выдано фирмами США, Японии, Франции. Ведущими фирмами в этой области являются Du Pont de Nemours (США), Rhone - Pulenk (Франция), Teijin, Akzo (Япония), Hoechst (Германия-Голландия).

Производимые отечественной промышленностью волокна на основе ПГА - СВМ, тотален, выпускаемые АО НИИ "Химволокно" (г. Санкг - Петербург) по своим свойствам не уступают зарубежным аналогам, но из-за малотоннажности производства не удовлетворяют потребности на внутреннем рынке. Волокнистые материалы из ПГА способны конкурировать по ряду свойств, прежде всего термостойкости, с традиционными видами волокон на основе алифатических полимеров, с асбестовыми, стеклянными, металлическими волокнами.

Из-за растущей потребности в термостойких ПГА для производства текстильных нитей, тканей ведутся постоянные разработки, нацеленные на улучшение эксплуатационных характеристик. Расширение области применения термостойких волокон в сфере производства товаров широкого применения ставит в разряд актуальных задачу высококачественной колористической отделки соответствующих текстильных материалов.

При отделке ПГА нитей, как известно, возникают трудности, связанные с естественной окраской волокон, компактностью надмолекулярной структуры, высокой плотностью. Известные способы отделки практически непригодны для использования на отечественных предприятиях из-за малотоннажности производства и отсутствия специального красильного оборудования.

Целью настоящей работы является разработка удобной, рациональной, экологически безопасной технологии крашения и печатания материалов на основе ПГА с целью получения ярких расцветок и сохранения эксплуатационных характеристик, в совмещенных и сопряженных процессах отделки, направленной на придание специфических свойств (гидрофобносги, огнезащитносги).

ИТОГИ РАБОТЫ Исследованы физико-химические свойства ПАБИ нитей с использованием методов элементного микроанализа, потенциометрического и кондуктометрическо-ш титрования, ДТА, тензометрии и термомеханического анализа. Рекомендованы режимы предварительной обработки перед крашением и печатанием арамидных материалов с целью повышения сорбционных свойств, а также условия промывки и термообработки, способствующие повышению физико-механических характеристик материала при освобождении его от структурно-связанных примесей.

2. Расчет сродства алкилфосфатов, алкилсульфатов и алкилсульфонатов натрия к арамидным, в т.ч. гетероциклическим волокнам, на основании данных элементного микроанализа, ДТА, применения метода Джильберта и Риделла показал, что взаимодействия ионной природы характеризуются понижением парциальной мольной энергии Гиббса на 42 кДж/моль.

3. Исследована кинетика сорбции красителей в присутствии алкилфосфатов натрия (С«. - С| |.). Показано, что дисперсные и катионные красители имеют близкие значения кажущихся коэффициентов диффузии от 0,9 до 5,8* 10"".

4. Предложена технология комплексной отделки, включающая крашение катионным красителем в присутствии интенсификатора - антипирена, обеспечивающая достижение равномерных прочных окрасок с одновременным повышением эксплуатационных свойст в волокна: физико-механических характеристик и термостойкости.

5. Изучен механизм фиксации катионных красителей на ароматических гетероциклических волокнах и их структурных аналогах. Результаты спектрофотометри-ческих исследований, ЯМР, ДТА подтверждают взаимодействие ионной природы между катионным красителем и ПАВ, а также образование водородных и вандерваальсо-вых связей по типу полимер - ПАВ - полимер или полимер - краситель - полимер. Такая модель объясняет наблюдаемое равномерное окрашивание арамидных нитей образованием лабильных комплексов алкилфосфат - гетероцикл полимера и упрочнение мононитей при пластифицирующей обработке в условиях воздействия на филамент растягивающей осевой нагрузки.

6. Установлено, что придание гидрофобных свойств в индивидуальных процессах и в совмещенных с колористической отделкой в определенных условиях может приводить к модификации волокна, сопровождающейся интенсивным взаимодействием, приводящим к повышению жесткости ароматических гетероциклических волокон, что в свою очередь обусловливает повышение пределов термостабильности, механической прочности полимера.

7. Разработаны технологические регламенты процессов подготовки, крашения, печатания и заключительной отделки арамидных и комбинированных тканей на оборудовании периодического и непрерывного действия, которые апробированы на опытно-промышленных и промышленных партиях в производственных условиях предприятий. Установлено, что комплексная отделка ткани под натяжением способствует повышению прочности материала. Разрывная нагрузка ткани после отделки возрастает по основе и утку по сравнению с исходным образцом. Технико-экономический эффект от внедрения новых технологий связан с экономией затрат на химматериалы, электроэнергию, очистку промышленных стоков и повышением потребительских характеристик ткани.

1. Мачалаба Н.Н. Современные параарамидные волокна Роль акционерного общества «Тверьхимволокно» в создании производства волокон армос. // Химические волокна. 1999. № 3. С. 3-10.

2. Волохина А.В., Щетинин А.М Памяти академика Г.И. Кудрявцева. // Химические волокна. 1998. № 2. С. 3-7.

3. Вольф А.А., Меос АА Волокна специального назначения. -М: Химия, 1971. -224 с.

4. Котон М.М. Синтез, структура и свойства полимеров / ИБС АН СССР. Л.: Наука, 1989. 220 с.

5. Гойхман М.А., Светличный В.М., Котон М.М. и др. Новые возможности синтеза ароматических полиимидов. // Всес. конф. «Полимер 90». Ленинград, 27 - 30 но-яб.: Тез. докл. Л., 1990. С. 20.

6. Зарин А.В., Андреев А.С., Перепелкин К.Е. Высокопрочные арамидные волокна. Обзорн. инф. В1ТИИВПРОЕКТ. Пром. хим. волокон. М.: НИИТЭХИМ, 1983. 52 с.

7. Кудрявцев Г.И., Шейн Т.И. Получение термостойких волокон. /Обзор/, М., 1973. 54 с.

8. Preston J., Robinson F. New High temperature aromatic polyamides // Journ. Polymer Sci. 1964. pt. B-2, N 12. P. 1168-1171.

9. Патент 3287324 (США) Poly-meta-phenylene isophtalamides / Wilfred Sweeny, Wilmington. 1966.

10. Перепелкин К.Е. Основные структурные факторы, определяющие получение высокопрочных волокон. // В сб. : Теория формования химических волокон / Под ред. А.Т. Серова. М.: Химия, 1975. 280 с.

11. Термо-, жаростойкие и негорючие волокна / Под ред. Конкина А.А. М.,1978.

12. Патент РФ 2045568 Анизотропный раствор для формования нити и нить, полученная из этого раствора. / Су гак В.Н., Теренин ВИ., Тихонов И.В. и др. БИ № 28, 1995.

13. Носова Г.Н, Котон VI.М., Лаврентьев В.К. Синтез и свойства полиимидов на основе аминоарилфталевых кислот. ВМС. 1992. Т. 34, № 2. С. 7 13.

14. Фрейзер А.Г. Высокотермостойкие полимеры. М.: Химия, 1971. 296 с.

15. Plummer L., Marvel С. Polyphenylenebensimidasoles // Joun. Polymer Sci. 1964. pt. A-2, V. 7. N 3. P. 2605.

16. Ivakura J., Uno K., Jmai J. Polyphenylenebensimsdasoles // Joun. Polymer Sci. 1961. pt. A, V. 2. P. 2605-2615.

17. Naujan H.Y. Synthesis, characterization and fiber studies of certain aromatic poly-amides. //J. Appl Polym. Sci. 1982. V. 27, N 5. P. 1423 1432.

18. Сугак В Н., Кия-Оглу В.Н., Голобурдина Л.Л. Получение нитей из сернокислотных растворов сополиамидов, содержащих звенья полиамидбензнимидазолов и их термическая обработка. //Химические волокна. 1999. № 1. С. 8-11.

19. Поздняков В.М., Перепелкин К.Е., Баранова С.А. и др. Новое термостойкое трудногорючее волокно тогилен с высокой гигроскопичностью и окрашиваемостью. // Текстильная химия. 1992. № 1. С. 20 24.

20. Огнестойкое гигиеническое волокно «тулен»: Информлисток. Л.: ЛЦНТИ, 1981.3 с.

21. Кия-Оглу В.Н., Волохина А.В. Некоторые параметры формования через воздушную прослойку нитей на основе полипарафенилентерефталамида. // Химические волокна. 1998. № 2. С. 12-15.

22. Кия-Оглу В.Н., Рождественская Т А., Серова Л.Д., Спицын А Н. Границы устойчивости формования через воздушную прослойку нитей на основе полипарафениле-ентерефталамида. // Химические волокна. 1999. № 1. С. 12-16.

23. Кудрявцев Г.И., Панкратов 10.Л., Щетинин A.M. Основы технологии производства ароматических полиамидов и волокна на их основе// Обзорная информация. -М : НИИТЭХИМ, 1976. 82 с.

24. Патен т S71581 (Великобритания) Polyamide structures and process for their production / We E.L., DuPont. 1961.

25. Патен т 877885 (Великобритания). Improvements to the treatment of aromatic polyamide structures / We E.L., DuPont. 1961.

26. Курземниекс A.X., Олдырев П.П., Тамуж В.П. Влияние структуры ПГА волокон на свойства органопластика // Механика композитных материалов. 1981. № 5. С. 918-921.

27. Краснов Е.П., Аксенова В.П., Харьков (II Зависимость термостойкости от химического строения и структуры полигетероариленов // Высокомолекулярные соединения. 1973 Т. А, № 15. С. 2090 2093.

28. Матвеев B.C., Будницкий Г.Л. Материалы для защиты от баллистического поражения // Химические волокна. 1995. № 3. С. 15-17.

29. Калитин В.А., Диброва А.К. Исследование процесса получения нейтрализованной синтетической нити для шинного корда СВМ : В сб. науч. тр. / Под ред. Г.И. Кудрявцева. Мы тищи: ВНИИВПРОЕКТ, 1976. С. 94 98.

30. Sheng L.L., Ailand L.E. On the morphology of aromatic polyamide fiber // J. Mac-romol. Sci., phyes. 1983. V. B-22, N 2. P. 269 290.

31. Бласку Басили. Оценка морфологической структуры химических волокон методом оптического двойного лучепреломления /У Доклады междунар. конф. по химическим волокнам «Химволокна 2000» 16 - 19 мая 2000 г. Тверь. 2000.

32. Tzong-Ming Wu , John Blackwell. Comparison of the axial correlation length and paracrystallme distortion for Technora and Kevlar aromatic polyamide fibers.- MAC-ROMOLECULES- 1996, Vol.29, p. 5621 - 5627

33. Connor C., Chadwick M M.- Characterisation of absorbed water in aramid fibre by nuclear magnetic resonance.- JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 1996. Vol.31, p.3871 - 3877

34. Френкель Е.Г., Калашник А.Т. О зависимости молекулярной подвижности в волокнообразующем жесткоцепном полимере от условий его получения // Доклады междунар. конф. по химическим волокнам «Химволокна 2000» 16 - 19 мая 2000 г. Тверь, 2000.

35. Калашник А.Т., Папков С П., Кудрявцев Е.И. //Высокомолек.соед. Сер.А. 1980. Т.22.9. С.2000

36. Кудрявцева С.Е., Лурье Е.Г., Коврига В.В Влияние жидкокристаллической природы на механические свойства полиарамида при кратковременном и долговременном воздействии // Пластические массы. 1993. J\f« 2. С. 32 35.

37. Coffin D.R., Serad G.A.- Properties and applications of Celanese PBI fiber.- TEXTILE RESEARCH JOURNAL.- 1982.-lss.7, p.466-472>

38. Springer H., Abu Obaid A.- Influence of hydrolytic and chemical treatment on the mechanical properties of aramid and copolyaramid fibers.- TEXTILE RESEARCH JOURNAL .- 1998, Vol. 68, lss.8, p. 588 594.

39. Цобкалло E.C., Кварацхелия В.А. Остаточные деформации у нитей амидного ряда // Доклады междунар. конф. по химическим волокнам «Химволокна 2000» 16 -19 мая 2000 г. Тверь, 2000.

40. Mathur A., Netravali A.M.- Mechanical property modification of aramid fibers by polymer infiltration.- TEXTILE RESEARCH JOURNAL.- 1996, Vol. 66, lss. 4, p. 201 -208.

41. Ravicliandran V., Obendorf S.K. Pretreatments for improving the dyeability of p-aramid fibers.- TEXTILE RESEARCH JOURNAL, 1994, Vol. 64 , lss.7, p. 423 - 426

42. Holms Y. Five Retardant goods // Text. Horisonts. 1983. V. 3, N 5. P. 30 32.

43. Озерова M. Борцы с огнем должны быть во всеоружии // Рабочая одежда и средства индивидуальной защиты. № 1. Март, 2000. С. 28

44. А.С. 1 175 199 Способ крашения волокон на основе полиамидогетероарилена/ Хаецкая Т. 10., Козлова И.В. и др. БИ. № 31, 1985.

45. Патент 5437690 (US) Method for dyeing fibrous materials and dye assistant relating to the same. Melvin A., John R. 1995.5И Патент 542689 (US) Method for dyeing fibrous materials / John R., Smith Jr.1995.

46. Патент 5306312 (US) Dye diffusion promoting agents for aramid / Phillip H., John H.1994.5П Патент 5207803 (США). Method for dyeing aromatic polyamide fibrous materials: N,N-(nj-iiyl(jneta-toluamide) dye carrier/ JohnR., NigelF. 1995.

47. Разуваем С.В., Шустов Ю.С Анализ рынка спасателей МЧС. Доклад на все-росс.на)1, -техн. конф. «Текстпль-98». М:МГТА им А.Н. Косыгина, 1998, С.82-83.i

48. ППА1 ЮПАПЛТПП) >1 rr TV илппт л t jT.m /1 iryyt lODV^U I DJtii ЮШ/Ч l lV'i ibl i Л.1 it xn

49. Результаты испытаний обработанной ткани приведены в таблице .

50. Показатели качества отделки ткани

51. Наименование показателя Значение Примечание1 2 31, Ширина ткани , см 105

52. Технология обработки экологически безопасна, не требует промывки ; экономически выгодна, т.к. совмещает несколько технологических операций крашения, отделки и сушки в одном процессе и может быть рекомендована для внедрения в больших объемах.

53. Рекомендации. Во избежание образования заломов из-за стянутой кромки ткани рекомендуется обработку ткани проводить на сушильно-ширильной линии «Кранц». .

54. Для обеспечения надежной работы накатной машины рекомендуется формировать партии готового товара в виде кусков длиной не более 50 м.доц. Дянкова Т.Ю.аспирантихайловская А. П.аспирант Дащенко Н.В.

55. От АО "НЕВСКАЯ МАНУФАКТУРА

56. Нач. химлаборатории оAU>uuuxuJ{ Могильная Л.Н.1. Директор1. Зам. главного инженера1. Музжавлев Е.С.

57. УТВЕРЖДАВ Директор ОООлШ НКОМ»1. ЕЗДРЕЕВ А.С.2001 г.1. АКТ Т ———производственных испытаний

58. Оценку разрывной нагрузки и относительного удлинения при разрыве производили по диаграммам растяжения образцов ткани (полосок по основе и утку 250 х 50 мм.). При зажимной длине образца 100 мм.

59. Полученные данные приведены в таблице.

60. От СПГУТД от ООО «ТЕХИНКОМ»

61. Лянкова Т.Ю. Осипенко С.Б.1. Лащенко Н.В. Тюгаев А.В.1. УТВЕРЖДАЮ

62. РЕКТОР ООО «института ИЧЕСКИХ СУКОН»-А.В. ГУСАКОВ оября 2000 г.1. АКТ

63. ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИИ

64. Образцы отбирали от одного и того же куска в пределах уточных нитей одной партии.

65. Относительное удлинение тканей (основа/уток), % Исходной 19/191. Окрашенной 18/121. Готовой 17/121. От СПбГУТДдоцентаспирант аспирант

66. Дянкова Т.Ю. Дащенко Н.В. Михайловская А.П.

67. Оценку разрывной нагрузки и относительного удлинения при разрыве производили по диаграммам растяжения образцов ткани (полосок по основе и утку 200 х 50 мм.). При зажимной длине образца 100 мм.

68. Полученные данные приведены в таблице.

69. Наименование образца Разрывная нагрузка, кН Удлинение при разрыве, %до обработки после обработки до обработки после обработки1. Основа 7,5 - - 7,0 - 7,6 11,51. Ср. 7,4 Ср. - 11,51. Уток 5,5 6,0 6,1 8,05,7 6,0 5,9 7,55,5 • 7,7

70. Ср. -5,6 Ср 5,9 Ср.-6,0 Ср. - 7,7

71. Гл. мнжен ер U ДЕмич£(3 А. б6 1.11Р<ЛиЬОД<ЛЪеШ1ЫА ИС11Ы1'е1Н11И lCXHUJJL4 ir!ilkomiujskuioh отделки komiюзидиоиной ткани Русар идвух арТИКУЛОВ тканисаржево! v и IIOJJKJIHHHOIXJI icpea и клешни

72. Обоаботке полвеогали ткань Pvcao аот. 5356-97 с повеохностх • • х -» х х х

73. Ткяни тто лтчепгяпи последтовятелыно слелл/югпим технологическим оттепя1 1 ' ' ' v ' xям- кпяптению пемятянито тетшчеекпй «Ъиксяпии и гилпгхЪгКгёпятшиx ■> I 1 1 ' * x 1

74. СХ>рэботэнньн? пенни проверяли на з^стойчивосгь окраски к мьшъно-оодовому АТВОРУ Р"й 4-5 оС К CVK5M1' TTVHHE^ К сбжМНЦЙУ К свет17 И

75. С1шуа1ащ40нные своииша арамидных тканей1. Наименование покнз этеля,ттсгцхттут-т ИЗМ€!рСКИЯ- j —г1. Г'ИМ* -э1ЧП гЬкЛевм,9АП1. ТУОНМ nocrre обработки

76. PamLiDUOff ноггота wrvnmrnH пганиж -- --fj^".основа'Уток), кН1. PcnriLiDTmCT иаггятагаж --—--- *rwmtahrmv} irT-Г

77. ПтиЛГТГРАТТЧТЛА Л /II 111ШЯША ГШИ ГИОПЧОАллл.и> И 2. ^ W I I Д. 1U V ^ ^/^XUIWIXLV Л^/ЛА I >11 IVнг^лпстлм т1т»этш лголвоЛтмг в/,

78. ХХЧ М Illy UWtLWUUI J AW^ / W

79. ГУГШУЧГТАПЧГЛА 1ЩТПШАШТА ТПЛИ noWtTOA

80. V' АА^^ЖД^Х^Ц 11 M ^^«ишмим/ j/UUipl III rwлйг»оЛптош1лй твчмш /vurtooAninv

81. UUJ/UVU 1ULU1W» ------ uwiiuxiur j жим, / v

82. VfrrrinjITO/VvrL mnwn/w V »П.ТТП.Ш\^>ЛШМ>Л»П7-------.----"111 UX«J/UW1UX АЪ iUXWUJUU Wfi^UUViU^twvmArwг тттт лГ4 Лот1. J^UVXlA/^/j -.