автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Теоретическое обоснование и разработка технологии гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием кремнийорганических соединений на основе олиго(этокси)силоксана

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1. Понятие о кремнийорганических соединениях (КОС) и способы их 8 получения.

1.2. Гидрофобная отделка текстильных материалов с использованием 20 кремнийорганических соединений.>.

2. Методическая часть.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

2.3. Технология обработки текстильных материалов.

2.4. Определение физико-химических и физико-механических свойств 56 аппретированных текстильных материалов.

2.5. Оптимизация технологических процессов обработки текстильных 58 материалов.

3. Экспериментальная часть.

3.1. Синтез и исследование физико-химических свойств КОС на основе олиго(этокси)силоксана.

3.1.1 .Синтез КОС на основе олиго(этокси)силоксана (ЭТС - 40).

3.1.2. Установление химического строения синтезированных КОС.

3.2. Исследование гидрофобизирующих свойств синтезированных 79 КОС.

3.3. Исследование эмульсий синтезированных КОС.

3.4. Разработка технологии процесса гидрофобной отделки текстиль- 95 ных материалов с использованием синтезированных КОС.

3.5. Влияние синтезированных КОС на свойства окрасок текстильных 105 материалов при последовательном и совмещенном процессах крашения и гидрофобной отделки.

3.6. Разработка технологии совмещенного процесса крашения смесью 111 активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием синтезированных КОС.

Выводы.

Общая характеристика работы. В работе представлены результаты теоретических, экспериментальных и практических исследований, на основе которых разработаны технологии процесса гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием синтезированных кремнийорганических соединений (КОС) и совмещенного процесса крашения смесью активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки текстильных материалов синтезированными КОС.

Актуальность темы. Постоянное повышение требований к качеству и товарному виду продукции обуславливает необходимость внедрения новых высокоэффективных химических препаратов, обеспечивающих придание текстильным материалам комплекса положительных свойств. Придание гидрофобных свойств является одним из важных, широко используемых методов специальной заключительной отделки текстильных материалов. Наиболее эффективными препаратами для такого вида отделки являются кремний-органические соединения. В настоящее время высокая стоимость большинства этих соединений требует синтеза новых более дешевых КОС и разработки технологии их применения.

Целью работы является теоретическое обоснование и разработка технологии гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием кремнийорганических соединений на основе олиго(этокси)силоксана.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Синтезированы КОС на основе олиго(этокси)силоксана (ЭТС - 40) и высших жирных спиртов, кислот и их производных, отличающиеся простотой получения и низкой стоимостью.

2. Установлены фракционные составы исходного олиго(этокси)силок-сана и синтезированных КОС, построены интегральные и дифференциальные кривые их распределения по молекулярным массам.

3. Определены основные физико-химические константы исходного и синтезированных КОС.

4. Исследованы гидрофобизирующие свойства синтезированных КОС при использовании их в среде органического растворителя.

5. Установлена зависимость физико-химических и физико-механических свойств аппретированных текстильных материалов от химического строения и физико-химических свойств синтезированных КОС.

6. Разработан метод получения водо-разбавляемых 50%-ных эмульсий синтезированных КОС и обоснован выбор необходимого эмульгатора.

7. Разработана технология процесса гидрофобной отделки целлюлозных, целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов с использованием синтезированных КОС и составы соответствующих растворов.

8. Определены колористические, физико-химические и физико-механические характеристики окрасок, полученных при последовательном и совмещенном процессах крашения смесью активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки синтезированными КОС целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов.

9. Разработана технология совмещенного процесса крашения смесью активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки синтезированными КОС целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов.

Научная новизна.

- Установлена зависимость физико-химических и физико-механических свойств аппретированных текстильных материалов от химического строения и физико-химических свойств синтезированных КОС, применяемых для гидрофобной отделки.

- Установлены фракционные составы и основные физико-химические характеристики синтезированных реакционно-способных КОС на основе олиго(этокси)силоксана и высших жирных спиртов, кислот и их производных.

Практическая значимость.

- Разработан способ получения недорогих КОС, придающих текстильным материалам из различных волокон высокий и устойчивый к многократным стиркам гидрофобный эффект.

- Разработан метод получения водо-разбавляемых 50%-ных эмульсий новых КОС и обоснован выбор необходимого эмульгатора.

- Разработана технология гидрофобной отделки целлюлозных и целлю-лозно-полиэфирных текстильных материалов с использованием синтезированных КОС.

- Разработана технология совмещенного процесса крашения смесью активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки синтезированными КОС целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, базируется на применении фундаментальных физико-химических законов, корректных теоретических и экспериментальных исследованиях, использовании современных средств и методов измерения.

Методы исследования. Синтез КОС осуществлен методом конденсации исходного олигомера с различными полупродуктами. Фракционный состав синтезированных КОС установлен с использованием метода газожидкостной хроматографии. Химический состав КОС подтвержден методом ИК-спектроскопии. Разработка технологии процесса гидрофобной отделки, совмещенного процесса крашения и гидрофобной отделки текстильных материалов проведена с использованием нелинейной модели второго порядка пятифакторного эксперимента на ЭВМ. Колористические характеристики окрашенных текстильных материалов оценивали на приборе «Texflash» фирмы Datacolor, а расчеты проведены на ЭВМ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку:

- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 98), 24 - 25 ноября 1998 г., МГТА им. А.Н. Косыгина, г. Москва;

- на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 99), 23 - 24 ноября 1999 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина, г. Москва;

- на внутривузовской научной конференции, 30 ноября 2001 г., МГТУ им. А.Н. Косыгина, г. Москва;

- на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2001), 21 -24 мая 2001 г., ИГТА, г. Иваново.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 17 рисунков, 120 наименований библиографических ссылок и приложение на 59 страницах.

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения.

ВЫВОДЫ:

1. Осуществлен синтез КОС на основе олиго(этокси)силоксана и высших жирных спиртов, кислот и их производных, отличающихся простотой получения и низкой стоимостью.

2. Проведено фракционирование исходного олиго(этокси)силоксана. Выявлено, что олиго(этокси)силоксан представляет собой смесь олигомерго-мологов с содержанием атомов кремния в молекулах олигомеров от 1 до 10 (линейных олигомеров - 87,8%, а циклических - 12,2%).

3. Рассчитаны фракционные составы синтезированных КОС. Построены интегральные и дифференциальные кривые их распределения по молекулярным массам.

4. Определены физико-химические константы исходного и синтезированных КОС расчетным и экспериментальным методами.

5. Установлены структуры синтезированных КОС на основании данных ИК-спектроскопии.

6. Разработан метод получения водо-разбавляемых 50%-ных эмульсий на основе синтезированных КОС.

7. На основании анализа гидрофобизирующих свойств обоснован выбор синтезированных препаратов, обеспечивающих получение высокого гидрофобного эффекта на текстильных материалах, обладающего устойчивостью к многократным стиркам и не изменяющих их физико-механических свойств.

8. Разработана технология процесса гидрофобной отделки целлюлозных и целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов с использованием синтезированных КОС.

Состав раствора, г/л: эмульсия препарата АГМ-9

40 1,0-1,3

Режим процесса гидрофобной отделки: двукратное плюсование (отжим 90%) сушка (100°С) -> термообработка (150 - 170°С) в течение 5-7 мин.

9. Изучено влияние синтезированных КОС на свойства окрасок, полученных при крашении целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов смесью активных и дисперсных красителей с последующей и одновременной гидрофобной отделкой синтезированными КОС. Установлено, что существенного изменения цветовых характеристик полученной окраски не наблюдается в обоих случаях, но проведение совмещенного процесса крашения и гидрофобной отделки целлюлозно-полиэфирной ткани способствует достижению более высоких показателей основных потребительских свойств: водоупорности, устойчивости к стиркам, трению и загрязнению.

10. Разработана технология совмещенного процесса крашения смесью активных и дисперсных красителей и гидрофобной отделки синтезированными КОС целлюлозно-полиэфирных текстильных материалов.

Состав раствора, г/л: дисперсный краситель 30 активный краситель 30 диспергатор НФ 2 мочевина 150 альгинат натрия 10 эмульсия препарата 60

АГМ-9 1,5

Режим совмещенного процесса крашения и гидрофобной отделки: двукратное плюсование (отжим 90%) —» сушка (60 - 70°С) —» термообработка (210°С; 3 мин) —> промывка раствором ПАВ 2 г/л (100°С; 1-2 мин) —» окончательная промывка водой.

1. Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения. М.: ГХИ, 1955.

2. Бажант В., Хваловски В., Ратоуски И. Силиконы. М.: ГХИ, 1960.

3. Миле P.H., Льюис Ф.М. Силиконы. М.: «Химия», 1964.

4. Орлов Н.Ф., Андросова М.В., Введенский H.B. Кремнийорганические соединения в текстильной и легкой промышленности. М.: «Легкая индустрия», 1966.

5. Андрианов К.А. Методы элементоорганической химии. Кремний. М.,1968.

6. Петров А.Д. и др. Синтез кремнийорганических мономеров. М.,1961.

7. Борисов С.Н., Воронков М.Г., Лукевиц Э.Я. Кремнеэлементооргани-ческие соединения. Производные неорганогенов. Л., 1966.

8. Рохов Ю., Херд Д., Льюис Р. Химия металлоорганических соединений. М.: Изд-во ИЛ, 1963.

9. Андрианов К.А. Полимеры с неорганическими главными цепями молекул. М., 1962.

10. П.Гриневич К.П., Нессонова Г.Д., Гончарова И.П., Калимова Т.А. Применение силиконов в текстильной и легкой промышленности. М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1970, с. 99 104.

11. Куркина Л.Н., Сильвестрова З.Н., Розова Т.Н. Текстильная промышленность, 1971, №6, с. 45.

12. Нессонова Г.Д., Гриневич К.П. Применение кремнийорганических препаратов в текстильной промышленности. М.: «Легкая индустрия», 1972, 51с.

13. Волкова JI.M. Применение силиконов в текстильной и легкой промышленности. М.: ЦНИИТЭИ, 1970, с. 47 51.

14. Журавлева Н.В., Корзинкина Т.Ф., Маркова Г.Б., Нессонова Г.Л. Тематический сборник научных трудов. МТИ, вып.1, 1973, с. 49 56.

15. Андрианов К.А., Измайлов Б.А., Нессонова Г.Д., Хрисоекуни Н.А. Применение силиконов в текстильной промышленности. М.: ЦНИИТЭИлег-пром, 1971, с. 35-42.

16. Иванов П.В., Голубых Д.Н. и др. // ЖРХО им. Д.И. Менделеева, 1998, № 6, с. 87.

17. Иванов П.В., Маслова В.Н. и др. // Изв. АН, 1997, № 12, с. 2256.

18. Голубых Д.Н., Маслова В.Н., Иванов П.В. Факторы химической сборки олигосилоксанов. Тез. докл. Всерос. конф. «Кремнийорганические соединения: синтез, свойства, применение». М., 2000, с. 46

19. Михайлов В.А. // Дисс на соиск. уч. степ, к.т.н., Данков, 1967, 101 с.

20. Гуреев А.О. Синтез и исследование олигоэтилалкилсилоксанов. Тез. докл. Всерос. конф. «Кремнийорганические соединения: синтез, свойства, применение». М., 2000, с. 173.

21. Измайлов Б.А., Калинин В.Н., Мякушев В.Д.// Докл. АН СССР, 1985, с. 114.

22. Измайлов Б.А., Калинин В.Н., Жданов А.А., Захаркин Л.И. // ВМС, 1983, с. 1253.

23. Калинин В.Н., Измайлов Б.А., Петрушкина Е.А., Мякушев В.Д., Жданов А.А., Захаркин Л.И. // Изв. АН СССР, сер. хим., 1980, № Ю, с.2406.

24. Фрунзе Т.М., Сахарова А.А., Мельник О.А., Измайлов Б.А., Калинин В.Н. // ВМС, 1981, с. 2077.

25. Андрианов К.А., Румба Г.Я. ДПИ, 145, 5, 1049, 1962.

26. Андрианов К.А., Морозов Н.Г., Измайлов Б.А., Хрисоекуни Н.А., Нессонова Г.В. Авт. свид. 221295, заявл. 03.03.1967. Опубл. 01.12.1966.32. Патент РФ PU 2034867 С1.33. Патент РФ PU 2036974 С1.

27. Музовская О.А., Якушева Т.М., Попелева Г.С., Зубова М.М. КО препараты, выпускаемые в СССР. Каталог-справочник Под ред. П.Н. Горбунова. М.: Мин. хим. пром. СССР Изд-во «Москва», 1975.

28. Твердохлебова И.И., Ларина Т.А. Влияние условий синтеза на структуру макромолекул полифенилсилсесквиоксана «Успехи химии» № 2, 1975, с. 367-375.

29. Пащенко А.А., Воронков М.Г., Михайленко Л.А., Круглицкая В .Я., Ласская Е.А. Гидрофобизация. Изд. «Наукова думка», Киев, 1973.

30. Садова С.Ф., Журавлева Н.В. Современные методы заключительной отделки тканей. Учебное пособие. М.: МТИ, 1982, 54 с.

31. Соболевский М.В., Музовская О.А., Попелева Г.С. Гидрофобная отделка. В кн.: Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М., Химия, 1975, с. 210 - 225.

32. Воронков М.Г., Макарская В.М. Аппретирование текстильных материалов кремнийорганическими мономерами и олигомерами. Обзорн. инф. / Иркутский институт органической химии. Новосибирск, Наука, 1978, с. 30 -37, 42 50.

33. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д. Современные способы заключительной отделки тканей из целлюлозных волокон. М.: Легкая индустрия, 1975.

34. Смеречинська Н.Р. Обробка тканин вгтчизняними текстильнодопом1жними речовинами // Легка промышленность 1999, № 4, с. 60. - Укр.

35. Журавлева Н.В. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. М., 1974, 207 с.

36. Пащенко А.А. Кремнийорганические покрытия холодного отверждения. Изд. «Вища Школа», Киев, 1972.

37. Нессонова Г.Д., Гриневич К.П., Журавлева Н.В., Белякова З.В. Применение силиконов в текстильной и легкой промышленности, ЦНИИТЭИ, 104,1970.

38. Ranney M.W. Waterproofing textiles. 62, 1970.

39. Макарская В.М., Покровский Е.И., Макарский В.В. и др. Ж. прикл. химии, 1977, 50, № 11, с. 2611, 2612.

40. Макарская В.М., Воронков М.Г. Ж. прикл. химии, 1977, 50, № 11, с. 2554 - 2559.48. Заявка 53-112797 (Япония)49. А.с. 608864 (СССР)50. Патент 5421866 (США)51. А.с. 611958 (СССР)52. Заявка 53-4158 (Япония)

41. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д. Текстильная промышленность, 1978, № 2, с. 68 72.54. А.с. 567346 (СССР)55. Патент 2359966 (ФРГ)

42. Trobojevic Yobac Slobodanka. Textil (SFRJ), 1981, 30, № 11, s. 649

43. Priedel H. Textilreinigung, 1980, 27, № 11, s. 341 - 345.

44. Низяева JI.A., Эфрос Р.Д. Композиция для заключительной отделки капроновых тканей. В кн.: Новое в переработке химических волокон. М., ВНИИПХВ, 1978, с. 112-116.

45. Низяева JI.A., Головченко Л.Д. Текстильная промышленность, 1980, № 10, с. 52 54.

46. Kawase Tokuzo, Tanba Kei-ichi, Fujii Tomiko, Sawada Hideo // Seni gakkaishi = Fiber 1999, 55, № 9, c. 416 423, Яп.

47. Анасашвили К.А., Лекшивили Н.Г., Корзинкина Т.Ф. и др. Сообщения АН ГрузССР, 1978, 90, № 1, с. 65 - 68.

48. Кучер И.О., Жарик Ж.И. Химическая технология, 1978, № 1, с. 61.

49. Sugarnl Bartfai Terez. Magy. textiltechn. 1978, 31, №2, s. 62 - 67.86. A.c. 1054471 (СССР)87. Заявка 3035824 (ФРГ)88. А.с. 1825829 (СССР)89. Заявка 2787803 (Франция)

50. Давыдова А.Ф., Анцупов К.В. Новые препараты для гидрофобной отделки тканей // Текстильная промышленность. 1995, № 1 - 2, с. 35.

51. Structure activity relationships of aminofunctional siloxanes as components in softening finishes // Text. Technol. Dig. 1995, 52, № 3, c. 54.

52. Горчакова В.М., Измайлов Б.А., Дробова Ю.В., Якушева Е.В. Влияние кремнийорганических модификаторов на физико-механические свойства нетканых материалов. Изв. ВУЗов Технология текстильной промышленности. М., 1999, № 5, с. 74 78.

53. Высшие жирные спирты. М., 1970.95. X. Э.,т. 1,с. 865.

54. Перечень основной номенклатуры химических реактивов и препаратов. М., 1988.

55. Абрамзон А.А., Бочаров В.В., Гаевой Г.М. и др. Поверхностно-активные вещества. Справочник. Под ред. А.А. Абрамзона и Г.М. Гаевого. -Л.: Химия, 1979, 376 с.

56. Текстильно-вспомогательные вещества (краткие инструкции по применению). Изд-во, "Химия", Москва, 1965 Ленинград, 88 с.

57. Ушаков С.Н. Поливиниловый спирт, т. I II. Изд. АН. СССР, М. -Л., 1960.

58. Колориндекс 80. Интерхим. ГДР, 1980.

59. Калинина Л.С., Моторина М.А., Никитина Н.И., Хачапуридзе Н.А. Рецензент Выгорский Я.С. Анализ конденсационных полимеров. М.: Химия, 1984, 296 с.

60. Аввакумова Н.И., Бударина Л.А., Дивгун С.М. Под ред. Куренко-ва В.Ф. Практикум по химии и физике полимеров. М.: Химия, 1990, 302 с.

61. Методические рекомендации по применению методов определения молекулярных масс, молекулярно-массового распределения и обращенной газовой хроматографии. / Под ред. А.И. Малышева, Черкасс, НИИТЭХИМ, 1982, 66 с.

62. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978, 544 с.

63. Рафиков С.Р., Будтов В.П., Монаков Ю.Б. Введение в физико -химию растворов полимеров. / Под ред. Коршака М. Наука, 1978, 328 с.

64. Калинина Л.С. Качественный анализ полимеров. М.: Химия, 1975, 245 с.

65. Меерсон С.И., Сафронова Е.В., Шарай Т.А., Рыжов В.Б. Методическая разработка к выполнению лабораторных работ по курсу "физическая химия". Часть I: Строение молекул. Термохимия. Фазовые и химические равновесия. Свойства растворов. М.: МТИ, 1980, 78 с.

66. Меерсон С.И., Рыжов В.Б., Данюшин Г.В. Химия и физика полимеров. Методические указания. / Под ред. С.И. Меерсона. М., МТИ, 1986, 104 с.

67. И. Дехант, Р. Данц, В. Киммер, Р. Шмольке. Инфракрасная спектроскопия полимеров. Пер. с нем. В.В. Архангельского. Под ред. Э.Ф. Олей-ника. М.: "Химия", 1976, 472 с.

68. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М„ "Химия", 1975,512 с.130

69. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В,. Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпрмбытиздат, 1985, 640 с.

70. Вальтер Бернард. Практика беления и крашения текстильных материалов. 1968 (пер. с нем.) / Под ред. Л.И. Беленького. М., Изд-во "Легкая индустрия", 1971, 472 с.

71. Кобляков А.И., Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. и др. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению: Учеб. пособ. для ВУЗов 2-е изд., перераб. и доп. М.: Легпромбытиздат, 1986, 344 с.

72. Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учебник для ВУЗов / Колл. авт. / Под ред. Н.Е, Бу-лушевой. М.: РИО МГТУ, 2000 - 423 с. - ISBN 5 - 8196 - 0009 - 6.

73. Методы испытаний устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям. ГОСТ 9733.0-83 ГОСТ 9733.27-83. М.: Изд-во Госкомитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР, 1985, 76 с.

74. Кириллов Е.А. Цветоведение. М., 1987.

75. Джадд Дж., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М., 1978.

76. Рузинов Л.П., Слободчиков Р.И. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. М., 1980.

77. Тихомиров В.М. Планирование и анализ эксперимента. М., "Легкая индустрия", 1974, 287 с.