автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка технологии печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами

005015486

Заводчикова Анна Алексеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕЧАТАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ УФ-КРАСКАМИ С НАНОПИГМЕНТАМИ

Специальности: 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МД? ¿012

005015486

На правах рукописи

Заводчикова Анна Алексеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕЧАТАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ УФ-КРАСКАМИ С НАНОПИГМЕНТАМИ

Специальности: 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина» и в лаборатории фотохимии полимеров Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химической физики им. Н.Н.Семенова Российской академии наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сафонов Валентин Владимирович Научный консультант: доктор химических наук, профессор

Иванов Виктор Борисович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Дружинина Тамара Викторовна

доктор технических наук, профессор Павутницкий Вячеслав Васильевич

Ведущая организация: ОАО «Научно - исследовательский институт

текстильных материалов»

Защита состоится «г. в /•;Г часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071, Москва, ул. Малая Калужская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Автореферат разослан «¿?/ \ 2 ]

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., проф.

Ю.С. Шустов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Новые экономические условия ужесточили требования не только к качеству текстильной продукции, но и к экономичности и экологичности самого процесса производства.

За последнее время в текстильной промышленности произошли существенные изменения как в структуре, так и в отношении объемов производства. Эти условия явились толчком к повышению интереса к вопросам пигментной печати, мировой уровень которой составляет, по различным оценкам, 70-80% от всего объема набивных тканей. Печатание пигментами имеет не только очевидные преимущества, но и определенные недостатки, включая низкую устойчивость окраски к некоторым видам физико-химического воздействия и высокое энергопотребление. Поэтому остаются актуальными задачи совершенствования печатных композиций на основе отечественных препаратов.

Фотополимеризующиеся композиции, фиксация которых на окрашиваемом материале осуществляется под действием ультрафиолетового света (УФ-краски), используются в различных отраслях промышленности. Важными преимуществами таких красок являются снижение энергопотребления, отсутствие сточных вод и выбросов в атмосферу. В ряде работ доказана целесообразность использования УФ-технологий в текстильной промышленности, в частности для печатания пигментами. Однако для их широкомасштабной промышленной реализации необходимо увеличить ассортимент пигментов, а также усовершенствовать производственный процесс и повысить качество готовой продукции. Одно из важных новых направлений в этой области может быть связано с применением нанотехнологических подходов и продуктов современных нанотехнологий, включающих разработку технологий с использованием нанопигментов.

Цель и задачи исследования. Целью работы является научное обоснование и разработка технологии печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

разработка методов нанесения красителей различных классов на наноструктурированные частицы;

исследование влияния внешних факторов (тип наноструктурированных частиц, структура красителя, условия получения нанопигмента) на содержание окрашивающего компонента в нанопигменте;

изучение зависимости светостойкости нанопигментов от типа и содержания красителя, а также природы связующих;

анализ взаимного влияния красителей на процессы получения нанопигментов и их устойчивость к физико-химическим и физико-механическим воздействиям;

разработка технологии печатания текстильных материалов УФ-красками на основе нанопигментов;

оценка устойчивости окраски текстильных материалов, колорируемых новыми УФ-красками.

Научная новизна. Впервые обоснована целесообразность использования наноструктурированных пигментов на основе красителей различных классов в

качестве окрашивающего компонента в фотополимеризующихся композициях для печатания текстильных материалов. Наиболее существенные результаты работы:

разработаны экологически чистые методы получения нанопигментов путем нанесения красителей различных классов, а также их смесей на природные, модифицированные природные и синтетические наноструктурированные частицы;

установлены зависимости содержания окрашивающего компонента в нанопигменте от типа наноструктурированных частиц, структуры красителя и условий получения нанопигмента для красителей различных классов;

обнаружено увеличение содержания окрашивающего компонента при получении нанопигментов с использованием смесей красителей;

обнаружены эффекты взаимного влияния красителей в нанопигментах на основе их смесей на устойчивость к действию света;

наноразмерная структура окрашенных композиций, определяющая качество готовой печатной продукции, доказана методами атомно-силовой микроскопии, термогравиметрии, спектрофотометрии и рентгеноструктурного анализа.

Практическая значимость. На основании полученных результатов разработана технология печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами, обеспечивающая снижение времени фиксации печатной композиции и увеличение устойчивости получающихся окрасок к внешним воздействиям. Новая технология позволяет существенно расширить цветовую гамму, повысить потребительские свойства печатной продукции и экономическую эффективность, а также обеспечить экологическую безопасность процессов печатания. Обоснована необходимость и целесообразность применения в качестве окрашивающего компонента нанопигментов.

На разработанную фотополимеризующуюся композицию для печати получен патент РФ № 2421559.

Положения, выносимые на защиту:

новые методы получения нанопигментов, включая нанесения смесей красителей на наноструктурированные частицы;

впервые установленные закономерности адсорбции красителей на модифицированном монтмориллоните, в том числе эффекты увеличения содержания окрашивающего компонента при адсорбции смесей красителей;

новые УФ-краски (фотополимеризующиеся композиции) на основе нанопигментов, обеспечивающие снижение времени УФ-фиксации и повышение устойчивости окрасок к внешним воздействиям, а также улучшение физико-механических характеристик окрашенного материала;

впервые полученные с использованием комплекса физико-химических методов характеристики напечатанных новыми нанопигментами текстильных материалов, свидетельствующие о наноразмерности частиц и влиянии нанопигментов на их колористические, физико-химические и физико-механические свойства.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Научной конференции «Динамика химических и биологических процессов», Москва, 3 марта 2010 г.; XXII Симпозиуме

«Современная химическая физика», Туапсе, 24 сентября - 5 октября 2010 г.; XVII Научной конференции Института химической физики им. Н.Н.Семенова, Москва, 3 марта 2011 г.; Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2011), Иваново, 26-28 апреля 2011 г.; IV Международной конференции- школы по химии и физикохимии олигомеров (ОЛИГОМЕРЫ -2011), Казань, 30 мая - 4 июня 2011г.; Всероссийской молодежной конференции «Успехи химической физики», Черноголовка, 21-23 июня 2011 г.; XXIII Симпозиуме «Современная химическая физика», Туапсе, 23 сентября - 4 октября 2011 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Спектроскопия и томография электронного парамагнитного резонанса в химии и биологии», Москва, 6-10 октября 2011 г.; Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ- 2011), Москва, 29-30 ноября 2011г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, 9 тезисов докладов, 1 патент.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы.

Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 37 рисунков. Список литературы включает 114 ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование выбора темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана актуальность, новизна и практическая значимость работы.

Глава 1 (Литературный обзор) представляет собой обзор литературных данных по современному состоянию пигментной печати. Рассмотрены основные импортные и отечественные компоненты пигментных композиций для печати. Обобщены сведения о применении фотополимеризующихся композиций, их преимуществах и недостатках.

Глава 2 (Методическая часть) содержит характеристики объектов исследования и методики, использованные при выполнении эксперимента.

Глава 3 (Экспериментальная часть) содержит основные результаты и обсуждение экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел 3.1 посвящен разработке методов получения нанопигментов и исследованию влияния основных факторов (тип наноструктурированных частиц, структура красителя, условия получения нанопигмента) на содержание окрашивающего компонента в нанопигменте.

Разработана оптимальная методика получения нанопигментов, включающая диспергирование природного, модифицированного природного или синтетического монтмориллонита (алюмосиликат, общая формула которого (Ыа, Са)(А1, М£, Ре)2.3 [(81, А1)4Ою] (0Н)2'пН20) в подходящем растворителе или смеси растворителей, обработку этой дисперсии раствором красителя в том же или ином растворителе (или смеси растворителей), выделение окрашенного продукта фильтрованием и сушку (табл. 1). Экологичность и экономичность

процесса обеспечивается как использованием доступных и сравнительно безопасных растворителей (в частности, воды, ацетона или этилового спирта), так и повторным использованием фильтрата в последующих процессах получения нанопигментов.

Таблица 1 - Условия получения, выходы и цветометрические характеристики окрашенных наноструктурированных частиц

Тип нанострукту-рированых частиц Краситель Растворитель Количество нанесенного красителя (мас.%) Цветометрические характеристики

L* » а Ь*

Cloisite 20А Катионный красный 5Ж Вода 2.04 41.03 63.00 14.47

Cloisite 20А Катионный красный 5Ж Вода 20.4 21.91 48.33 27.16

Cloisite 10А Дисперсный желтый 63 Ацетон, вода 20 83.67 -16.03 79.31

Cloisite 20A Дисперсный сине-зеленый Ацетон, вода 30 41.67 -25.34 -41.27

Pural MG61HT Кислотный фиолетовый С Этанол, вода 4.8 36.18 30.12 -68.01

Cloisite 25A Кислотный желтый пр Н2КМ Этанол, вода 26 32.96 38.73 52.49

Cloisite 10A Кислотный красный 4Ж Этанол, вода 27.8 63.96 37.18 2.13

Cloisite 10A Прямой фиолетовый С Этанол, вода 19.8 4.52 19.83 4.34

Cloisite 10A Активный красно-коричневый 2КТ Этанол, вода 29.7 31.01 37.55 0.89

'Монтмориллонит, модифицированный ПАВ формулы: Cloisite 10А- НТМ+(СНз)2СН2СбН5СГ; 20А- (НТЬЫ+ССНзЬСГ; 25А- НШ^СНзЬСНгСЩСг^ХСЩзСНз, где НТ - алкил С,8 (-65%), С,6 (-30%) и См (-5%); Pural MG61HT- (Al2O3)(Mg0)(C032')'nH20 Цветометрические характеристики ПММА пленок, окрашенных нанопигментами

Более детальные исследования показали, что в зависимости от типа поверхностно-активного вещества (ПАВ), которым модифицирован монтмориллонит, и от структуры красителя, обладающего определенными функциональными группами, количество нанесенного красителя может варьироваться в широких пределах. Масштабы эффектов показаны на рис.1 на примере модифицированного разными ПАВ монтмориллонита и красителей активного голубого (рисЛа) и дисперсного синего п/э (рис.1б). Видно, что содержание красителя в нанопигменте при идентичных условиях получения может изменяться в несколько раз, причем величина, и даже знак эффекта при варьировании структуры ПАВ, зависит от природы красителя.

Установлено, что цвет получающегося нанопигмента зависит не только от структуры красителя, но и его содержания.

Полученные данные свидетельствуют о том, что одним из наиболее оптимальных является продукт Cloisite 10А - природный монтмориллонит, модифицированный катионным ПАВ формулы НТО^СНз^СНгС^СГ, где НТ -алкил Cis (~65%), С|б (~30%) и С)4 (-5%), позволяющий получить пигменты с

большим (вплоть до 40 мас.%), поэтому наноструктурированные частицы этого типа и были преимущественно использованы в дальнейших исследованиях.

Константа А

С!ом)1е 15А С1о151(е ЗОВ С1оЫ1е 20А С1о№е 10А

<¡.3 —

же

тгг

ТСГ"

С1оЫ(е 10А

Константа А

СШаНе 20А

ЖЗ

19.4

17.5

15.4

8.7

3

0 5 10 15 20

0 5 ю 15 20 Количество нанесенного красителя, мас.%

Количество нанесенного красителя, мас.%

а) б)

Рисунок 1 - Влияние типа наноструктурированных частиц на количество нанесенного красителя: а) активный голубой; б) дисперсный синий п/э

В разделе 3.2 приведены результаты исследований устойчивости окраски к действию света. Этот анализ важен не только потому, что необходимо знать, различается ли светостойкость красителей в нанопигменте и на волокнах, но и потому что фиксация пигмента осуществляется под действием УФ-света.

На рис. 2 приведены характерные изменения спектров отражения окрашенных нанопигментом пленок полистирола (ПС), моделирующих стирольные связующие после облучения в аппарате искусственной светопогоды «ЗиЩеэ! ХЬ8+». Видно, что характер и масштабы изменений существенно зависят от природы красителя. Светостойкость красителей в нанопигменте в полярных связующих коррелирует с устойчивостью окраски на волокне (рис. 3).

Влияние природы связующего, используемого при печати пигментами, является весьма общим фактором и характерно для красителей различных классов (рис. 3). Как следует из данных рис. 3, для полиметилметакрилата (ПММА), моделирующего акрилатные связующие, устойчивость окраски для всех красителей на 1-3 балла выше, чем в ПС.

Из полученных данных следует два важных в практическом отношении вывода: для получения высокой устойчивости к действию света необходимо использовать нанопигменты с максимально высоким содержанием красителя, а также правильно выбирать связующее и, в частности, акрилатного типа.

Раздел 3.3 включает синтез нанопигментов на основе смесей красителей и анализ их взаимного влияния. Использование нанопигментов на основе смесей красителей позволяет в широких пределах варьировать цвет. При реализации этого подхода кроме ожидаемых были обнаружены и необычные эффекты, усиливающие перспективность этого направления.

Оказалось, в частности, что общее содержание наносимых красителей при использовании смесей существенно увеличивается при сопоставимых условиях получения по сравнению с индивидуальными компонентами (рис. 4). Масштабы эффектов весьма существенны и составляют десятки, а в ряде случаев и сотни процентов. Их величина, как следует из полученных данных, зависит от соотношения концентраций красителя (рис.4) и их природы. Возможное

объяснение механизма обнаруженных эффектов может быть связано с сорбцией низкомолекулярных веществ наночастицами, рассматриваемой в разделе 3.5. 100

80 60 40 20 0

400 450 500 550 600 650 Длина волны, нм

700

- апммл

- ■ Волокно

I_ ОПС

Рисунок 2 - Изменения спектров отражения пленок ПС, окрашенных нанопигментом на основе катионного желтого 63: 1- с 2% содержанием красителя после облучения 24ч; 2- с 2% - до облучения; 3- с 20.4% красителя после облучения 96ч; 4- с 20.4% - до облучения

Рисунок 3 - Влияние природы связующего на устойчивость к свету нанопигментов на основе: 1- катионного красного 5Ж; 2-кислотного желтого пр Н2КМ; 3-катионного желтого 63; 4- кислотного фиолетового С

2 з Нанопигмент

Рисунок 4- Влияние соотношения концентрации красителя на его содержание в нанопигменте: 1-активный голубой; 2- активный голубой: кислотный желтый пр Н2КМ (3:1); 3- активный голубой: кислотный желтый пр Н2КМ (1:1); 4- активный голубой: кислотный желтый пр Н2КМ (1:3); 5- кислотный желтый пр Н2КМ

Взаимное влияние

красителей наблюдается в ряде случаев и при анализе устойчивости окраски к действию света. В частности, для пигмента на основе смеси светостойкого красителя дисперсного желто-коричневого 2Ж п/э и менее светостойкого дисперсного сине-зеленого наблюдается значительное увеличение устойчивости менее стойкого компонента по сравнению с индивидуальным (рис. 5). Важно, что эффект для смешанного нанопигмента существенно выше, чем для смеси нанопигментов, полученных на основе индивидуальных красителей. Это свидетельствует об основном вкладе механизмов, связанных с физико-химическим взаимодействием красителей в нанопигменте. В отдельных, существенно более редких случаях, наблюдаются и обратные эффекты, заключающиеся в заметном увеличении скорости расходования более светостойкого красителя в присутствии неустойчивого.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности путем использования смесей не только в широких пределах варьировать цвет нанопигмента, но и увеличивать общее содержание окрашивающего компонента, то есть получать более темные тона. Оптимизация состава красителей позволяет получать окраску с более высокой по сравнению с индивидуальным компонентом устойчивостью к действию света.

Рисунок 5 - Кинетические кривые фотовыцветания красителей в нанопигменте: 1-дисперсный сине-зеленый + дисперсный желто-коричневый 2Ж п/э/ Cloisite 10А (1.2 %); 2-дисперсный сине-зеленый/ Cloisite 10А (1 %)

В разделе 3.4 приведены данные о физико-химических свойствах

нанопигментов и структуре композиций, окрашенных такими пигментами. Доказательства наличия наноразмерной структуры полимерных композиций, окрашенных нанопигментами, получены комплексом физико-химических методов: термогравиметрического анализа (ТГА), спектроскопии в ближней УФ-и видимой области, атомно-силовой микроскопии (АСМ) и рентгеноструктурного анализа.

Как следует из данных рис. 6, композиция, содержащая нанопигмент на основе дисперсного красителя, значительно более устойчива (температура максимальной скорости разложения 455°С), чем аналогичные композиции, окрашенные непосредственно тем же красителем (423°С) или обычным пигментом (419°С), поэтому такие краски могут быть использованы для крашения термостойких материалов. Существенно, что композиция с нанопигментом более устойчива и на начальной стадии деструкции, в области

температур 150-300°С. Рисунок 6 - Кривые ТГА пленок ПС, окрашенных: 1- нанопигментом дисперсный синий п/э/ Cloisite 20А (1.7%); 2- пигментом Irgalite Blue NGA (1.7%); 3- красителем дисперсным синим п/э (1.7%)

Принципиальным отличием композиций, окрашенных

нанопигментами, является

прозрачность вне области поглощения красителя (рис. 7), в то время как аналогичные композиции, содержащие обычный пигмент, например, Irgalite Blue NGA практически непрозрачны (оптическая плотность больше 3).

Рисунок 7 - Спектры поглощения пленок УФ-красок, содержащих ОУМА, ТАТМП и нанопигменты на основе: 1- кислотного желтого пр Н2КМ (9.3 мас.%); 2- активный голубой (5.2 мас.%)

Это свидетельствует о том, что характеристические размеры

нанопигмента в композиции не превышают в заметной мере длину волны падающего света (400-700 нм) или

90

г?

з 70

I 50 -к

g- 30

£ ю ч

-10

290 390 Температура,°С

590

450 550

Длина волны,нм

меньше этой величины.

Качественное подтверждение наноразмерной структуры пленки после фиксации УФ-краски, получено методом АСМ (рис. 8). Видно, что размеры неоднородностей не превышают 100-200 нм, что хорошо согласуется с данными о характерных размерах частиц монтмориллонита.

я, ^ШШШт^.

4

1 щшшт mW^m

Рисунок 8 - АСМ-изображение поверхности пленки УФ-краски, содержащей ОУМА, ТАТМП и нанопигмент на основе кислотного фиолетового С + дисперсного синего п/э/ С1сшйе 10А (7 мас.%)

Количественно характер распределения нанопигмента в композиции удалось оценить методом рентгеноструктурного анализа (рис. 9). Из полученных данных следует, что слоистая структура нанопигмента имеет определенный порядок.

Большой период составляет 3.5-3.8 нм, а размеры области упорядочения -30-32 нм, что соответствует аналогичным образцам, содержащим модифицированный монтмориллонит в отсутствии красителя (3.9 и 35 нм, соответственно). Эти результаты свидетельствуют об интеркаляции олигомер/мономерной композиции в нанопигмент и сохранении такой структуры в процессе фотополимеризации.

-1 Рисунок 9 - Кривые рентгеновского малоуглового

" з рассеяния образцами: 1- в отсутствии пигмента; 2- с

- 4 С1о1зие 10А; 3- с нанопигментом активный голубой/

Скляре 10А; 4- с нанопигментом активный голубой + кислотный желтый пр Н2КМ/ СЫэке 10А

few

— Cloisitel OA

ч

Ч

"Ч,

О.б

•V, А"'

Влияние дополнительной модификации путем нанесения красителя на способность модифицированного монтмориллонита физически взаимодействовать с различными веществами оценена адсорбционными методами, а молекулярная подвижность на поверхности нанопигмента и- методом ЭПР. Структура спектров ЭПР 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидил-1 -оксила (НР), количественно адсорбирующегося из раствора, для нанопигмента разрешена заметно лучше, чем для исходного образца (спектры 1 и Г рис. 10). Это различие сохраняется и для образцов нанопигмента, предварительно выдержанного в парах декана или толуола до достижения равновесного состояния (рис. 10, спектры 2, 3, 2'и 3').

Дополнительное модифицирование наночастиц красителем способствует уменьшению числа больших кластеров других полярных веществ на их поверхности, что также свидетельствует об усилении способности к взаимодействию со звеньями более полярных полимеров. Эти данные подтверждают правильность выбора полярных олигомеров в качестве основы для получения УФ-красок с разработанными нанопигментами и перспективность этого направления.

и

Рисунок 10 - Спектр ЭПР 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидил-1-оксила: 1(1')- СМэйе 20А (Скмвйе 20А/катионный розовый 2С)/НР; 2(2')- СЫзИе 20А (Скшйе 20А/катионный розовый 2С)/НР + декан; 3(3') - СЫв^е 20А (С1о15Ие 20А/катионный розовый 2С)/НР + толуол

В разделе 3.5 проанализировано влияние структуры основных компонентов

фотополимеризующейся системы на скорость процесса УФ-фиксации и устойчивость окраски к физико-химическим и физико-механическим воздействиям, изучены реологические свойства печатных красок.

Разработана технология печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами, включающая стадии: приготовление печатного состава совместным диспергированием всех компонентов диспергатором в течение 1-1.5 мин, нанесение краски на материал трафаретным способом с помощью сетчатых шаблонов, облучение полным светом ртутной лампы высокого давления при комнатной температуре до полной потери липкости образца. При печатании эмульсионными УФ-красками в технологию включаются дополнительные стадии: приготовление загустки и ее совместная обработка с печатным составом диспергатором в течение 2 мин.

Показано, что, как и при печати фотополимеризующимися композициями на основе обычных пигментов, 2,6-ди-трет-бутилантрахинон является более эффективным фотоинициатором, чем фенил-бис-(2,4,6-триметилбензол)-фосфиноксид. Исследование влияния состава и соотношения компонентов олигомер/мономерной композиции (табл. 2 и 5) свидетельствует о том, что оптимальными среди изученных систем, являются композиции состава:

УФ-краски (мас.%): Эмульсионные УФ-краски (мас.%):

Олигоуретанметакрилат 63-72 Олигоуретанметакрилат 20 Триакрилат Триакрилат

триметилолпропана 21-24 триметилолпропана 6.7

2,6-ди-трет-бутилантрахинон 2.6-3.0 2,6-ди-трет-бутилантрахинон 0.3

Нанопигмент 1.4-8 Нанопигмент 1.4-8

Полипропиленгликоль 0-7 Полипропиленгликоль 0-7

А1сорпп1 РТ-ХИ 1-4

Вода До 100

Данные композиции обеспечивают высокую скорость полимеризации, а, следовательно, небольшое время УФ-фиксации, и позволяют получить высокую устойчивость окраски (табл. 2).

Приведенные в табл. 2 результаты демонстрируют важное преимущество нанопигментов по сравнению с обычными: резкое снижение времени облучения, необходимое для прочной фиксации окраски.

Это явление носит общий характер (рис. 11), и характерно как для пигментов на основе индивидуальных красителей, так и их смесей.

Таблица 2 - Влияние^ состава олигомер/ мономерной композиции на время УФ-фиксации устойчивости окраски

Состав фотополимеризующейся композиции" Содержание компонентов (мас.%) Устойчивость к трению, балл Время облучения, мин

ОУМА/ Бис ФЭА 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Irgalite Blue NGA 47.5/47.5 3 2 3 10

Бис ФГА 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Irgalite Blue NGA 95 3 2 3 10

ОГМ/ ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Irgalite Blue NGA 71/24 3 2 - Нет фиксации

ОУМА/ ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Irgalite Blue NGA 71/24 3 2 4 10

ОУМА/ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Дисперсный синий п/э/ Cloisite 20А 67/ 22 3 8 4-5 2

ОУМ/ ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Прямой фиолетовый С+коасный 2С/ Cloisite 10А 67/22 3 8 5 2

ОУМА 2002Т/ ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Прямой фиолетовый С+красный 2С/ Cloisite 10А 67/ 22 3 8 5 3

ОУМА МТМ/ ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Прямой фиолетовый С+красный 2С/ Cloisite 10А 67/22 3 8 - Нет фиксации

-----„ --г - - uwijium^ liujiiimivj uBciuM piy iHuw лампы

высокого давления на расстоянии 20 см

Бис ФЭА-диакрилат этоксилированного диглицидилового эфира бисфенола А; Бис-ФГА-диакрилат глицеролата диглицидилового эфира бисфенола А; ОГМ-олигоглицерилметакрилат; ОУМА 2002Т- продукт взаимодействия 2,4-толуилендиизоционата с лапролом 2000 и гидроксипропилметакрилатом; ОУМА МТМ- продукт взаимодействия 2 4 толуилендиизоционата с гидроксипропилметакрилатом (раствор в гидроксипропилметакрилате)

Рисунок 11 - Влияние нанопигментов (1-4) и пигментов (5-7) на время УФ-фиксации: 1-кислотный фиолетовый С/ Pural MG61HT (4%); 2- дисперсный сине-зеленый/ Cloisite 10А (5%); 3- активный голубой/ Cloisite 20А (7%); 4- кислотный желтый пр Н2КМ/ Pural MG61HT (4%); 5- Irgalite Blue NGA (0.25%); 6- Irgalite Blue NGA (1%); 7- Irgalite Blue NGA (2%)

Второе важное преимущество УФ-красок на основе нанопигментов -высокая устойчивость окрасок к физико-химическим и физико-механическим воздействиям (табл. 3 и 4).

6 7

Тип окрашивающего компонента

Таблица 3 - Устойчивость окраски, полученной с использованием нанопигментов (1-6) и пигмента (7), к физико-химическим воздействиям

№ п/п Тип окрашивающего компонента и его количество (%) в печатной краске Физико-химическое воздействие Время облучения, мин.

трение диет, вода «пот» стирка

1 Дисперсный синий п/э/ Cloisite 20А (7) 5/5 5/5/5 5/5/5 5/5/5 2

2 Дисперсный оранжевый п/э/Cloisite 20А (7) 5/5 5/5/5 5/5/5 5/5/5 4

3 Дисперсный желтый 63/ Cloisite 10А (7) 5/5 5/5/5 5/5/5 5/5/5 2

4 Кислотный фиолетовый С/ Pural MG61HT (4) 4/4-5 5/5/5 5/5/5 5/5/5 2

5 Прямой голубой/ Cloisite 20А (7) 5/5 5/5/5 5/5/5 5/5/5 2

6 Кислотный желтый пр Н2КМ+ активный голубой (1:1)/ Cloisite 1 OA (4) 5/4 5/5/5 5/5/5 5/5/5 2

7 Пигмент Irgalite Blue NGA (2) 4/2-3 5/5/5 5/5/5 5/5/5 12

'Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 9733.4-83, 9733.5-83, 9733.6-83,9733.27-83

Таблица 4 - Физико-механические характеристики хлопчатобумажной ткани, окрашенной УФ-красками

Образец Разрывная нагрузка, Н Относительное удлинение, %

основа уток основа уток

Хлопчатобумажная ткань 387 277 7 15

Хлопчатобумажная ткань, окрашенная УФ-краской с пигментом 551 301 5 15

Хлопчатобумажная ткань, окрашенная УФ-краской с нанопигментом 647 314 6 15

Хлопчатобумажная ткань, окрашенная эмульсионной УФ-краской с пигментом 405 230 6 18

Хлопчатобумажная ткань, окрашенная эмульсионной УФ-краской с нанопигментом* 544 263 6 18

пигмент Irgalite Blue NGA

** нанопигмент дисперсный сине-зеленый/Cloisite 10А

С целью совмещения разработанной технологии с современными технологиями пигментной печати, использующими в качестве печатных составов водные дисперсии, разработаны эмульсионные УФ-краски на основе нанопигментов.

Эмульсионные краски получали путем диспергирования «обычных» красок в воде в присутствии поверхностно- активных веществ и загусток. Показано, что оптимальным является использование акрилатных загусток. Это дает возможность улучшить гриф, избежать стадии промывки и существенно повысить устойчивость окраски к физико-химическим и физико-механическим воздействиям по сравнению с загустками на основе поливинилового спирта, крахмала или поливинилпирролидона.

Установлено, что «обычные» УФ-краски на основе нанопигментов относятся к ньютоновским жидкостям, вязкость таких жидкостей не зависит от напряжения сдвига (рис. 12). Эмульсионные фотополимеризующиеся композиции являются аномально-вязкими (неньютоновскими) системами со свойствами псевдопластических жидкостей, для которых характерно снижение вязкости с ростом скорости напряжения сдвига (рис. 13). Отсутствие петель

гистерезиса свидетельствует о тиксотропности данных красок, восстановление структуры которых происходит мгновенно

1ёг 127

12 3 57

Рисунок 12 - Реологические кривые течения Рисунок 13 - Реологические кривые течения

фотополимеризующихся композиций: 1- в эмульсионной УФ-краски, содержащей

отсутствии окрашивающего компонента; 2-с нанопишент кислотный желтый пр

нанопигментом кислотный желтый пр Н2КМ/С1о1зке 10 Н2КМ/С1ош1е 10; 3- с нанопигментом прямой желтый св ЗХ+ прямой голубой/СМвке 10А

Как и «обычные», эмульсионные УФ-краски на основе нанопишентов характеризуются существенно более высокой устойчивостью окраски к трению по сравнению с красками на основе традиционных пишентов, и меньшим временем облучения для прочной фиксации (табл. 5).

эмульсиониых Уф-красок с обь~ ™ о

№ п/п Состав эмульсионной краски Содержание компонентов, % Физико-химическое воздействие Время облучения, мин

трение диет, вода «пот» стирка

1 ОУМА 2002Т/ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон 1г£а1ке В1ие ИвА А1сорпт РТ-ХК Вода 7.5/2.5 0.3 2 4 До 100 4/3-4 5/4-5/ 4-5 5/4-5/ 4-5 5/4/4 6

2 ОУМА 2002Т/ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Кислотный желтый пр Н2КМ+ активный голубой/СМвИе 10А А1сорпт РТ-Ш Вода 15/5 0.3 1 4 До 100 5/5 5/4-5/ 4-5 5/5/5 5/5/5 2

3 и УМА 2002Т/ТАТМП 2,6-ди-трет-бутилантрахинон Кислотный желтый пр Н2КМ+ активный голубой/СЫзПе 10А А1сорпт РТ-зад Вода 13.4/13.4 0.3 3 4 До 100 4/3-4 4/4 5/4-5/ 4-5 5/4/4 4/5/5 2 4

найденные в данной работе оптимальные составы эмульсионных УФ-красок, обеспечивающие получение интенсивной и прочной окраски Гн"енТтьГ ° ПерСПеК™ВН0СТИ "зования -ких красок, включающий

15

ВЫВОДЫ:

1. Разработаны экологически чистые методы получения нанопигментов путем нанесения красителей различных классов, а также их смесей, на природные, модифицированные природные и синтетические наноструктурированные частицы. Получены нанопигменты широкой цветовой гаммы с различным содержанием красителя и определены их цветометрические характеристики.

2. Установлено влияние структуры и содержания красителей, а также природы связующего на устойчивость окраски к действию света. Как правило, с ростом содержания красителя в нанопигменте устойчивость увеличивается.

3. Обнаружены эффекты, характерные для нанопигментов на основе смесей красителей: существенное возрастание общего содержания окрашивающего компонента и повышение светостойкости окрашенных композиций.

4. Разработана технология печатания текстильных материалов УФ-красками на основе нанопигментов, позволяющая снизить время фиксации, повысить устойчивость окраски к физико-химическим воздействиям и улучшить физико-механические и термические характеристики. Определены оптимальные составы таких красок.

5. Получены эмульсионные УФ-краски, облегчающие совмещение разработанной технологии с существующими технологиями пигментной печати. Такие окраски дают возможность лучше регулировать процесса печати, что приводит к улучшению грифа, при сохранении основных преимуществ новой технологии: снижении времени фиксации и увеличении устойчивости окраски, а также повышении физико-механических характеристик материала.

6. С использованием комплекса методов (термогравиметрического анализа, УФ-спектроскопии, атомно-силовой микроскопии и рентгеноструктурного анализа) установлена наноразмерная структура композиций, обеспечивающая основные преимущества разработанной технологии печати текстильных материалов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. Наноструктурированные пигменты для колорирования текстильных материалов: цветометрические характеристики в полимерных матрицах и устойчивость к действию света // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. - 2010. - №3. - С.46-49.

2. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. Печатные УФ- краски на основе нанопигментов // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. - 2011. - №2. - С.48-52.

3. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. Нанопигменты на основе смесей красителей // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. - 2011. - №4. - С.82-85.

4. Иванов В.Б., Хавина Е.Ю., Заводчикова A.A., Сафонов В.В. Наноструктурированные пигменты: свето- и термостойкость окрашенных полимерных материалов // Современная химическая физика: Сборник тезисов XXII Симпозиума. - Туапсе, 2010. - С.96.

5. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. Наноструктурированные

пигменты: цветометрические характеристики в полимерных матрицах и устойчивость к действию света // Динамика химических и биологических процессов: тезисы докладов научной конференции. - Москва, 2010. - С.49-50.

6. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. Окрашенные фотополимеризующиеся олигомерные композиции на основе нанопигментов // Олигомеры - 2011: сборник трудов IV Международной конференции- школы по химии и физикохимии олигомеров. - Казань, 2011. - Т.2. - С. 145.

7. Иванов В.Б., Заводчикова A.A., Солина Е.В. Особенности фотополимеризации окрашенных олигомер- мономерных композиций // Олигомеры - 2011: сборник трудов IV Международной конференции- школы по химии и физикохимии олигомеров. - Казань, 2011. - Т.2. - С. 174.

8. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. УФ - краски на основе нанопигментов, предназначенные для печати по текстильным материалам // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2011): сборник материалов межвузовской научно- технической конференции аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА, 2011. - 4.1. - С. 113-114.

9. Заводчикова A.A. Нанопигменты и полимерные композиции на их основе // Успехи химической физики: сборник тезисов докладов на Всероссийской молодежной конференции. - Черноголовка, 2011. - С.127.

10. Заводчикова A.A., Иванов В.Б., Сафонов В.В. Нанопигменты на основе смесей красителей: взаимное влияние компонентов // Современная химическая физика: Сборник тезисов XXIII Симпозиума. - Туапсе, 2011. - С.190-191.

11. Заводчикова A.A., Барашкова И.И., Иванов В.Б., Вассерман A.M., Сафонов В.В. Адсорбция и молекулярная динамика низкомолекулярных веществ на наночастицах модифицированного монтмориллонита // Спектроскопия и томография электронного парамагнитного резонанса в химии и биологии: Сборник тезисов Всероссийской конференции с международным участием. -Москва, 2011,-С.81.

12. Заводчикова A.A., Сафонов В.В., Иванов В.Б. УФ - краски на основе нанопигментов, предназначенные для печати по текстильным материалам // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ - 2011): тезисы докладов Международной научно-технической конференции. - М.: МГТУ им. А.НЛСосыгина, 2011. - С. 140.

13. Заводчикова A.A., Иванов В.Б., Репина Т.С., Сафонов В.В. Фотополимеризующаяся композиция для печати по текстильным материалам. Патент РФ № 2421559, приоритет от 28.12.2009, регистрация от 20.06.2011.

Подписано в печать 31.01.12 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 15 Тираж 80 ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

61 12-5/1724

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.Н. КОСЫГИНА»

На правах рукописи

ЗАВОДЧИКОВА АННА АЛЕКСЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕЧАТАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ УФ-КРАСКАМИ С НАНОПИГМЕНТАМИ

Специальность 05.19.02 -Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Специальность 02.00.06 -Высокомолекулярные соединения

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Сафонов Валентин Владимирович

Научный консультант:

доктор химических наук, профессор

Иванов Виктор Борисович

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................5

Глава 1. Литературный обзор..............................................................................9

1.1 Современное состояние пигментной печати........................................9

1.2 Ассортимент пигментов, рекомендуемых для печати........................12

1.3 Текстильно-вспомогательные вещества................................................13

1.3.1 Пеногасители............................................................................................13

1.3.2 Эмульгаторы..................................................................................13

1.3.3 Мягчители...........................................................13

1.3.4 Вещества для улучшения печатно-технических свойств..............14

1.3.5 Связующее................................................................................................15

1.3.6 Загустители..............................................................................................18

1.3.7 Сшивающие агенты................................................................................23

1.4 УФ-краски: преимущества и недостатки..............................................29

1.5 Состав УФ-красок........................................................31

1.5.1 Мономеры................................................................................................32

1.5.2 Олигомеры................................................................................................32

1.5.3 Фотоинициаторы....................................................35

1.6 Механизм действия УФ-красок..............................................................37

1.6.1 УФ-краски катионного отверждения....................................................37

1.6.2 УФ-краски радикального отверждения.............................39

1.7 Нанотехнологии и наноматериалы в текстильной промышленности....................................................................................41

1.7.1 Наночастицы и способы их получения..................................................43

1.7.2 Нанопигменты как новый класс окрашивающих компонентов 45 Глава 2. Методическая часть................. ............................................50

2.1 Используемые вещества и материалы........... ............................50

2.2 Методы исследования............................................................................57

2.2.1 Методика получения нанопигментов....................................................57

2.2.2 Методика получения окрашенных пленок.......................58

2.2.3 Методика облучения пленок........................................................58

2.2.4 Методы исследования окрашенных пленок..........................................58

2.3 Определение содержания окрашивающего компонента в нанопигменте................................................................................58

2.4 Печатание текстильных материалов......................................................59

2.5 Термогравиметрический анализ (ТГА)................................................61

2.6 Атомно-силовая микроскопия (АСМ)..................................................61

2.7 Определение структуры окрашенных пленок методом рентгеноструктурного анализа (РСА)........................................62

2.8 Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)....................................62

2.9 Методы испытания устойчивости окрасок к различным физико-химическим воздействиям..................................................................63

2.9.1 Определение устойчивости окрасок к действию света............ 63

2.9.2 Определение устойчивости окраски к стирке......................................63

2.9.3 Определение устойчивости окраски к дистиллированной воде________63

2.9.4 Определение устойчивости окраски к «поту»......................................63

2.9.5 Определение устойчивости окраски к сухому трению........................64

2.10 Методы оценки физико-механических показателей ткани........ 64

2.10.1 Определение разрывных характеристик ткани при растяжении____ 64

2.10.2 Определение стойкости ткани к истиранию........................64

2.11 Определение реологических свойств печатных УФ-красок........ 64

2.12 Математическая обработка результатов........................ 65

Глава 3. Экспериментальная часть................................... 68

3.1 Разработка методов получения нанопигментов.................. 68

3.1.1 Методы получения нанопигментов............................................68

3.1.2 Анализ факторов, влияющих на содержание окрашивающего компонента в нанопигменте............................................................71

3.2 Устойчивость окраски к свету..............................................................74

3.2.1 Влияние красителя и его содержания на светостойкость.......... 74

3.2.2 Влияние природы связующего.............................. 81

3.3 Нанопигменты на основе смесей красителей.................... 83

3.3.1 Исследование влияния смесей красителей на общее содержание окрашивающего компонента................................. 83

3.3.2 Исследование взаимного влияния красителей в нанопигменте на светостойкость................................................................................88

3.4 Исследование структуры нанопигментов и композиций на их основе..............................................................................................93

3.4.1 Исследование полимерных пленок, окрашенных нанопигментами, методом термогравиметрического анализа..................... 93

3.4.2 УФ- спектроскопия......................................... 95

3.4.3 Исследование поверхности окрашенных нанопигментами композиций методом атомно-силовой микроскопии............. 97

3.4.4 Рентгеноструктурный анализ пленок УФ-красок................ 102

3.4.5 Адсорбция низкомолекулярных веществ....................... 105

3.5 Разработка технологии печатания УФ-красками................ 110

3.5.1 Выбор связующего и фотоинициирующей системы.............. 1Ю

3.5.2 Особенности УФ-фиксации окраски в присутствии нанопигментов 113

3.5.3 Устойчивость окраски, полученной при печати с использованием разрабатываемой технологии.............................. 117

3.5.4 Физико-механические характеристики тканей, напечатанных УФ-красками........................................

3.5.5 Реологические характеристики УФ-красок на основе нанопигментов................................................................121

3.5.6 Эмульсионные УФ-краски............................................................123

ВЫВОДЫ............................................131

ЛИТЕРАТУРА.................................................. 132

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Новые экономические условия ужесточили требования не только к качеству текстильной продукции, но и к экономичности и экологичности самого процесса производства.

За последнее время в текстильной промышленности произошли существенные изменения как в структуре, так и в отношении объемов производства. Эти условия явились толчком к повышению интереса к вопросам пигментной печати, мировой уровень которой составляет, по различным оценкам, 70-80% от всего объема набивных тканей. Печатание пигментами имеет не только очевидные преимущества, но и определенные недостатки, включая низкую устойчивость окраски к некоторым видам физико-химического воздействия и высокое энергопотребление. Поэтому остаются актуальными задачи совершенствования печатных композиций на основе отечественных препаратов.

Фотополимеризующиеся композиции, фиксация которых на окрашиваемом материале осуществляется под действием ультрафиолетового света (УФ-краски), используются в различных отраслях промышленности. Важными преимуществами таких красок являются снижение энергопотребления, отсутствие сточных вод и выбросов в атмосферу. В ряде работ доказана целесообразность использования УФ-технологий в текстильной промышленности, в частности для печатания пигментами. Однако для их широкомасштабной промышленной реализации необходимо увеличить ассортимент пигментов, а также усовершенствовать производственный процесс и повысить качество готовой продукции. Одно из важных новых направлений в этой области может быть связано с применением нанотехнологических подходов и продуктов современных нанотехнологий, включающих разработку технологий с использованием нанопигментов.

Дель—И задачи исследования. Целью работы является научное обоснование и разработка технологии печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

разработка методов нанесения красителей различных классов на наноструктурированные частицы;

исследование влияния внешних факторов (тип наноструктурированных частиц, структура красителя, условия получения нанопигмента) на содержание окрашивающего компонента в нанопигменте;

изучение зависимости светостойкости нанопигментов от типа и содержания красителя, а также природы связующих;

анализ взаимного влияния красителей на процессы получения нанопигментов и их устойчивость к физико-химическим и физико-механическим воздействиям;

разработка технологии печатания текстильных материалов УФ-красками на основе нанопигментов;

оценка устойчивости окраски текстильных материалов, колорируемых новыми УФ-красками.

Научная новизна. Впервые обоснована целесообразность использования наноструктурированных пигментов на основе красителей различных классов в качестве окрашивающего компонента в фотополимеризующихся композициях для печатания текстильных материалов.

Наиболее существенные результаты работы:

разработаны экологически чистые методы получения нанопигментов путем нанесения красителей различных классов, а также их смесей на природные, модифицированные природные и синтетические наноструктурированные частицы;

установлены зависимости содержания окрашивающего компонента в нанопигменте от типа наноструктурированных частиц, структуры красителя и условий получения нанопигмента для красителей различных классов;

обнаружено увеличение содержания окрашивающего компонента при получении нанопигментов с использованием смесей красителей;

обнаружены эффекты взаимного влияния красителей в нанопигментах на основе их смесей на устойчивость к действию света;

наноразмерная структура окрашенных композиций, определяющая качество готовой печатной продукции, доказана методами атомно-силовой микроскопии, термогравиметрии, спектрофотометрии и рентгеноструктурного анализа.

Практическая значимость. На основании полученных результатов разработана технология печатания текстильных материалов УФ-красками с нанопигментами, обеспечивающая снижение времени фиксации печатной композиции и увеличение устойчивости получающихся окрасок к внешним воздействиям. Новая технология позволяет существенно расширить цветовую гамму, повысить потребительские свойства печатной продукции и экономическую эффективность, а также обеспечить экологическую безопасность процессов печатания. Обоснована необходимость и целесообразность применения в качестве окрашивающего компонента нанопигментов.

На разработанную фотополимеризующуюся композицию для печати получен патент РФ № 2421559.

Положения, выносимые на защиту:

новые методы получения нанопигментов, включая нанесения

смесей красителей на наноструктурированные частицы;

впервые установленные закономерности адсорбции красителей на модифицированном монтмориллоните, в том числе эффекты увеличения содержания окрашивающего компонента при адсорбции смесей красителей;

новые УФ-краски (фотополимеризующиеся композиции) на основе нанопигментов, обеспечивающие снижение времени УФ-фиксации и повышение устойчивости окрасок к внешним воздействиям, а также улучшение физико-механических характеристик окрашенного материала;

впервые полученные с использованием комплекса физико-химических методов характеристики окрашенных новыми нанопигментами

текстильных материалов, свидетельствующие о наноразмерности частиц и влиянии нанопигментов на их колористические, физико-химические и физико-механические свойства.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждены на Научной конференции «Динамика химических и биологических процессов», Москва, 3 марта 2010 г.; XXII Симпозиуме «Современная химическая физика», Туапсе, 24 сентября - 5 октября 2010 г.; XVII Научной конференции Института химической физики им. Н.Н.Семенова, Москва, 3 марта 2011 г.; Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК - 2011), Иваново, 26-28 апреля 2011 г.; IV Международной конференции - школы по химии и физикохимии олигомеров (ОЛИГОМЕРЫ - 2011), Казань, 30 мая - 4 июня 2011г.; Всероссийской молодежной конференции «Успехи химической физики», Черноголовка, 21-23 июня 2011 г.; XXIII Симпозиуме «Современная химическая физика», Туапсе, 23 сентября - 4 октября 2011 г.; Всероссийской конференции с международным участием «Спектроскопия и томография электронного парамагнитного резонанса в химии и биологии», Москва, 6-10 октября 2011 г.; Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ- 2011), Москва, 29-30 ноября 2011г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи в журналах, включенных в перечень ВАК, 9 тезисов докладов, 1 патент.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части и обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы.

Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 37 рисунков. Список литературы включает 114 ссылок.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Современное состояние пигментной печати

Пигментная печать в ряду других технологий в мировой текстильной промышленности с каждым годом наращивает свою приоритетную значимость, как наиболее современная в экологическом отношении и экономически выгодная. Эта технология, превышающая уже сегодня по объему выпуска более половины всех видов печати, имеет чрезвычайно высокие преимущества [1].

Расширение сырьевой базы текстильной промышленности, разнообразие ассортимента красителей и текстильно-вспомогательных веществ, создание нового и совершенствование проверенного временем печатного оборудования, стимулирует разработку и промышленное использование огромного количества самых разных технологий печатания текстильных материалов различного волокнистого состава с применением печатного и вспомогательного оборудования [2].

Анализ причин продвижения технологий пигментной печати позволяет выделить те первоначальные предпосылки, которые и стали наиболее значимыми.

Широкое использование пигментов обусловлено:

1. Удобством и простотой их применения.

Технология пигментной печати достаточно проста: печать, сушка, конденсация. Не требуя, в отличие от других способов печати, последующей промывки, пигментная печать является не только дешевым, но одним из самых экологически чистых способов текстильной печати за счет исключения сбросов в сточные воды красителей и токсичных загрязняющих веществ и сокращения выбросов в атмосферу.

2. Сравнительно невысокой себестоимостью отделки в результате сокращения длительности проведения энергоемкой операции фиксации и исключения операции промывки.

3. Практически 100%-ным использованием красителей при печати с достижением высокой яркости и светостойкости окрасок.

4. Более низким по сравнению с другими классами красителей расходом красителей (не менее чем на 15-20%), обусловленным

, специфическими особенностями фиксации пигментов на волокне механическим закреплением в тонком красочном слое пленки.

5. Применимостью на всех видах волокон.

Печать пигментами осуществляется по всем видам волокон. Это относится как к волокнам, которые вообще не могут быть окрашены красителями, имеющими сродство к волокну (например стекловолокно), так и к смесям волокон, а также к смешанным тканям.

6. Наличием широкой цветовой гаммы при высокой светостойкости.

7. Удобствами разработки и реализации колористических решений благодаря прямому соответствию колористического вида до и после фиксации [1].

8. Специальными технологиями печати.

Пигменты позволяют применить целый ряд специальных технологий печати, которые, как в случае с кроющей печатью, по окрашенным фонам, белой или цветной, бронзовой или перламутровой, не могут быть достигнуты красителями, имеющими сродство к волокну [3].

Известно, что получение устойчивых окрасок при печати пигментами во многом определяется не столько самими пигментами, сколько используемой пигментной композицией. Пигментная композиция должна образовывать на материале тонкую, эластичную прозрачную пленку, прочно связанную с волокном, хорошо структурированную поперечными сшивками. Компоненты пигментной композиции должны быть устойчивы к светопогоде, идеально совместимы друг с другом и применяемыми пигментами по ионогенности, рН и т.д. [4].

При печатании пигментами текстильно-вспомогательным веществам (ТВВ) отводится решающая роль в достижении высоких показателей качества напечатанных тканей. Дело в том, что при печатании этим способом тк�