автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Высокочастотная активация процессов фиксации активных красителей и пигментов при печатании целлюлозосодержащих тканей

|а правах рукописи

НОВОСЕЛОВА Елена Павловна **

РГБ 0Д 2'2 ДЕК 2ШЮ

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФИКСАЦИИ АКТИВНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ И ПИГМЕНТОВ ПРИ ПЕЧАТАНИИ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩИХ ТКАНЕЙ

Специальность: 05.19.03 -Технология текстильных материалов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2000

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Ивановского государственного химико-технологического университета.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник А.Л. Никифоров. Научный консультант:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор БЛ1. Мельников.

Официальные оппоненты:

зам. директора по науке ИвНИИПИК к.т.н. Кузнецов В.Б.

Д.Х.Н., профессор Максимов А.И.

Ведущая организация:

ЗАО «Отделочная ситцепечатная фабрика» предприятия ОАО «Глуховский текстиль».

Защита состоится « ¿О » НМ^^/и? 2000 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д ОЙЗ. 11.01 при "Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТУ.

Автореферат разослан « » &СГЛЙ7и£_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук профессор /Г/Л? О.Г.Хелевина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Принципиальной отличительной чертой химико-текстильного производства является высокая энергоемкость процессов. На всех стадиях облагораживания текстильных материалов требуется температурная обработка (суппса, термообработка, запаривание..-.), поэтому целесообразно модернизировать именно эту операцию. К тому же нагрев ткани является наиболее энергоемким и продолжительным процессом отделочного производства, а используемое оборудование - громоздким и зачастую малопроизводительным, что обусловлено его инерционностью и низкой скоростью обработки.

К числу технологий, отвечающих современным требованиям, можно отнести использование ВЧ- и СВЧ-нагрева. Внедрение высокочастотных технологий в отделочное производство позволит:

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

- сократить расход химматериалов и красителей;

- повысить КПД оборудования;

- сократить технологический цикл обработки текстильных материалов за счет совмещения операций сушки и термообработки.

Способ ВЧ-нагрева реализован и успешно используется на оборудовании периодического действия немецкой фирмы "Kranz", а также на ВЧ-установках непрерывного действия английской фирмы "Streifield". Однако данное оборудование не предназначено для обработки ткани расправленным полотном и не может быть использовано в существующих технологических линиях В гоже время в литературе отсутствуют сведения о наличии как серийно выпускаемых, так и лабораторных ВЧ-установок универсального действия, предназначенных для обработки непрерывно движущихся текстильных полотен. Поэтому разработка технологии обработки ткани и определение подходов к проектированию соответствующего оборудования на наш взгляд являются актуальными.

Цель работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании особенностей ВЧ-фиксации активных красителей и пигментов на хлопчатобумажных тканях в процессах печатания, а также в разработке непрерывной технологии ВЧ-фиксации данных красителей.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования были использованы подготовленные хлопчатобумажные ткани различной толшины, поверхностной плотности и структуры переплетения, а также целлюлозная полимерная пленка.

Для проведения технологических исследований применяли технические активные красители и пигменты.

Экспериментальные исследования выполнены с помощью современных методов физико-химического анализа: фотоколориметрический; спектрофотометрический; диффузионный; хроматографический и стандартных методик оценки качества текстильных материалов..

Для математической обработки экспериментальных результатов использовалась ПЭВМ.

Научная новизна. Впервые выявлена специфика ВЧ-закрепления активных красителей и пигментов на волокне в процессах печатания цел-люлозосодержащих тканей; установлено влияние компонентов печатной краски и природы загустей на эффективность процесса закрепления красителей при воздействия поля токов высокой частоты.

Наиболее существенные результаты, полученные в работе:

- установлено влияние типа загустей и состава печатной композиции на эффективность процесса ВЧ-фиксации активных красителей и пигментов;

- определены коэффициенты диффузии активных красителей в целлюлозный материал в процессах печатания;

- выявлены закономерности закрепления пигментов и активных красителей под действием электромагнитного излучения при печатании целлю-лозосодержащих тканей;

- определены оптимальные параметры ВЧ-обработок (напряженность и частота электромагнитного поля, продолжительность экспозиции и т.п.);

- установлены оптимальные концентрации компонентов печатных красок, предназначенных для обработки в ВЧ-поле;

- разработана оригинальная конструкция универсального ВЧ-аппликатора;

- на основе выявленных, закономерностей предложен рациональный вариант включения ВЧ-обработки в технологическую цепочку печатания текстильных материалов с целью интенсификации процессов, улучшения качества готовой продукции и снижения материальных и энергетических затрат на осуществление процесса.

. Практическая значимость. Выданы рекомендации по использованию энергии электромагнитных колебаний высокой частоты в процессах печатания целлюлозосодержащих тканей пигментами и активными красителями.

Предложен способ закрепления пигментов и активных красителей, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати, отличающийся малыми временными затратами, малой операционностыо и пониженным расходом химических реагентов и энергоносителей.

Таблица 1

Технические результаты печатания хлопчатобумажной ткани "миткаль" арт. 43 активными красителями

Содержание Степень Количество ко- Функция Снижение Устойчивость окраски, балл

Название красителя Условия обработки красителя на волокне, г/кг фиксации красителя, % валентно фиксированного красителя, % ГКМ (K/S) показателя K/S после стирки, % к стирке к сухому . вытиранию

Активный 1. Термофиксация 150 °С; 4 мин 27,49 86,03 83,3 19,85 20,12 4-5 4-5/5

оливковый 2 Ж 2. ВЧ-обработка Е = 200 В/мм, 8 сек 25,64 84,8 79,5 19,68 22,15 4-5 5/5

Активный 1. Термофиксация 150 °С; 4 мин 12,45 74,4 68,9 13,72 11,24 4-5 4/4

бордо 4СТ 2. ВЧ-обработка Е = 200 В/мм, 8 сек. 10,9 72,6 71,08 13,72 19,21 4-5 5-4/5-4

Активный ярко-красный 1. Термофиксация 150 °С; 4 мин 38,49 72,54 67,17 16,87 13,21 4-5 4/5

5СХ 2. ВЧ-обработка Е= 200 В/мм, 8 сек 36,24 70,63 64,68 15,42 9,0 5 5/5-4

Рис. 2. Распределение фиксированного красителя по слоям целлюлозной мембраны при различных условиях обработки

1 - термофиксация,

150 °С, 4 мин.;

2 - ВЧ-обработка,

Е=200 В/мм, 8сех.;

3 - ВЧ-обработка,

комбинированный режим: 8 сек., Е=200-250 В/мм.

Краситель - активный бордо 4СТ

С целью выявления роли фиксирующей среды и изучения особенностей перераспределения активных красителей из пленки печатной краски в целлюлозное волокно в условиях фиксации, сопоставляли скорости перераспределения красителей из пленки печатной краски, нанесенной на инертную подложку в пакет целлюлозной пленки при обработке в различных фиксирующих средах. Для сопоставления скорости диффузии активных красителей в сравниваемых условиях (термофиксация и ВЧ-нагрев), в табл.2 приведены значения коэффициентов диффузии активных красителей.

Таблица2

Влияние способа фиксации на скорость диффузии активных красителей

Фиксирующая среда Коэффициент диффузии, см2/с

Активный оливковый 2Ж Цибакрои ярко-красный ЗВ-А Активный ярко-красный КХ Активный бирюзовый 23Т

Горячий воздух, 150 °С 0,72 • 10"7 0,70 • 10'7 0,88 • 10"7 0,65 • Ю'7

Поле ТВЧ, Е = 200 В/мм 1,5- W6 1,5 • 10"6 1,8- IQ-6 1,36 • 10"6

Для исключения влияния химической реакции красителя с волокном, эксперименты проводили с печатной краской, не содержащей щелочной агент (DHCI-.). Данные, представленные в табл. 2, свидетельствуют о том,что переход от высокотемпературного способа к высокочастотному позволяет увеличить скорость диффузии как минимум на порядок.

Серия проведенных экспериментов показала, что при ВЧ-нагреве, как и в традиционных способах фиксации, скорость диффузии красителей в волокне в значительной степени зависит от их молекулярной массы. Коэффициент диффузии вследствие стерических помех, с ростом молекулярной массы красителя уменьшается (рис. 3).

3.4. Разработка ВЧ-способа закрепления пигментов на текстильных материалах.

Как и при печатании активными красителями, ткань с нанесенным печатным рисунком, минуя стадию сушки, направляется на ВЧ-обработку. В задачи исследования входило определение оптимального режима ВЧ-обработки, а также подбор наиболее подходящего загустителя.

Установлено, что оптимальной напряженностью внешнего электромагнитного поля является величина равная 250 В/мм. Меньшему значению соответствует более мягкая обработка ткани, не обеспечивающая должной прочности окрасок, а повышение данного показателя до 300 В/мм приводит к интенсивной деструкции пленкообразующего компонента печатной краски и самого волокнистого материала.

о

Рис.3. Зависимость коэффициента диффузии активных красителей от их молекулярной массы

х ct

500 700 900 1100 1300 1500 Молекулярная масса красителя

В ходе эксперимента. установлено, что продолжительность ВЧ-обработки зависит от типа используемого загустителя. Так, при использовании в качестве загущающего агента сольвитозы С-5, наилучшие результаты получены при экспозиции обрабатываемого материала в поле ТВЧ в течение 6 сек. Несколько более длительной обработки (10 сек) требует применение метилцеллюлозы и акрилового водорастворимого загустителя (ВРЗ). Однако, лишь применение сольвитозы способствует повышению устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям при переходе от традиционной технологии фиксации к высокочастотной (табл. 3).

Таблица 3

Сводная таблица качественных, показателей ткани "миткаль" арт. 43, напечатанной пигментом ярко-красным ТП

Загуститель печатной краски

Показатели метилцеллюлоза сольвитоза С-5 акриловый ВРЗ

качества термо- ВЧ-об- термо- ВЧ-об- термо- ВЧ-об-

фикса- работка фикса- работка фикса- работка

ция 250 ция 250 ция 250

170°С, В/мм 170°С, В/мм 170°С, В/мм

2,5 мин 10 сек 2,5 мин 6 сек 2,5 мин 10 сек

Жесткость, отн. ед 0,046 0,123 0,077 0,215 0,092 0,154

Устойчивость

окраски:

-к сухому вытира-

нию 3/3-4 3/3 3/2 4/2 2-3/2 3/1-2

-к действию "пота" 4/4 4/4-5 4/4 5/5 4/4 4/4

-к стирке 5-4/5/5 4-3/5/5 4-5/5/4-5 5/5/5 2/3/4 3/2/3

-к глажению 4/5 . 4/5 4/5 5/5 4/5 4/5

Показатель K/'S 7,23 6,18 13,30 15,15 15,14 16.26

Процент снижения

K/S после стирки 15,9 16,3 2,93 1,0 ' 5,8 6,9

Особо следует отметить, что при применении всех типов загустителей, независимо от их природы, гриф тканей, обработанных в ВЧ-поле, намного мягче, нежели после традиционной термофиксации в среде горячего воздуха.

Для установления причин данного эффекта была проведена серия экспериментов, направленная на выявление особенностей протекания реакций полимеризации и поликонденсации при воздействии электромагнитного излучения. С помощью специально разработанной нами методики, заключающейся в измерении растворимости получаемых полимерных

заключающейся в измерении растворимости получаемых полимерных пленок, доказано, что ВЧ-способ позволяет достичь максимально возможной степени фиксации пигмента благодаря. более полному протеканию процессов пленко- и.сеткообразования. Причем, при использовании в качестве загущающего агента сольвитозы С-5 можно говорить о завершенности процесса.

3.5. Выработка научного подхода к реализации ВЧ-процессов на практике.

Данный раздел посвящен исследованиям, направленным на поиск оптимальной конструкции ВЧ-аппликатора, предназначенного для обработки напечатанных тканей.

Разработанный ВЧ-аппликатор должен состоять из чередующихся цилиндрических электродов, лежащих в одной плоскости, причем расстояние между ними уменьшается в соответствии с экспоненциальным законом от входа в устройство к его выходу.

По мере уменьшения расстояния между электродами, напряженность поля возрастает. Изменение напряженности поля по длине аппликатора имеет также экспоненциальную зависимость, в результате чего происходит коррекция ВЧ-мощности, выделяющейся в диэлектрике, помещенном в электромагнитное поле.

Использование данного аппликатора позволяет повысить КПД ВЧ-установки, а также обеспечить более полное протекание процесса, т.е. улучшить качество готовой продукции, сократить продолжительность обработки и уменьшить общие габариты установки.

3.6. Включение ВЧ/СВЧ-установки в традиционную технологическую цепочку.

Использование диэлектрического нагрева позволяет отказаться от стадии сушки ткани после нанесения печатного рисунка, что значительно упрощает схему обработки (рис. 4).

1)

печать

сушка

термообработка

промывка*

печать

ВЧ-

обработка

промывка*

* Стадия промывки при печатании пигментами исключается.

>

Рис.4. Технологическая схема обработки ткани:

1 - по традиционной технологии; 2 - по ВЧ -технологии.

На предлагаемой ВЧ/СВЧ-установке происходит и сушка ткани, и фиксация красителя. При этом скорость движения ткани на установке легко согласуется со скоростью работы печатной машины. Изменяя принцип заправки полотна можно регулировать продолжительность воздействия на него электромагнитного излучения. Таким образом, не возникает трудностей при агрегировании ВЧ/СВЧ-установки непосредственно с печатной машиной.

Установлено, что внедрение данной технологии в производство позволит сократить площади, занятые технологическим оборудованием на 41 %, а также снизить затраты электрической мощности на тепловую обработку ткани в 5,3 раза.

ВЫВОДЫ

1. Разработан ВЧ-способ закрепления активных красителей и пигментов, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати. Исследованы основные закономерности ВЧ-закрепления данных классов красителей на волокнистом материале.

2. В связи со спецификой ВЧ-закрепления красителей, нанесенных на текстильный материал методом прямой печати, был разработан ВЧ-аппликатор, позволяющий корректировать величину напряженности поля подлине рабочей зоны устройства, что обеспечивает наиболее полное протекание процесса. Аппликатор предложенной конструкции отличается экономичностью при производстве и в эксплуатации.

3. На основе полученных диэлектрических характеристик (^8 и е) выявлено влияние влажности ткани, частоты электромагнитного поля и состава печатной композиции на эффективность ВЧ-нагрева. Установлено, что наибольшая эффективность достигается при обработке ткани с влажностью 30-35 % на частоте 40,12 МГц.

4. Проведена оценка активирующего воздействия электромагнитного поля высокой частоты на эффективность диффузии активных красителей в целлюлозный материал. Установлено, что ВЧ-обработка приводит к увеличению коэффициента диффузии как минимум на порядок по сравнению с традиционной термообработкой.

5. Одним из наиболее весомых преимуществ разработанной технологии является малооперационность, поскольку отпадает необходимость в подсушивании ткани после нанесения печатного рисунка. Сушка ткани и фиксация красителя происходит на стадии ВЧ-обработки, которая длится порядка 6-12 сек.

6. Использование ВЧ- технологии позволяет сократить материальные и энергозатраты на производство единицы продукции, производственные площади, занятые технологическим оборудованием, и продолжительность всего технологического цикла.

7. Показано, что ткани, напечатанные по ВЧ-технологии по своим качественным показателям не уступают обработанным в соответствии с традиционной термофиксационной технологией.

Основные положения диссертации опубликованы в 16 работах:

1. Никифоров А.Л., Одинцова О.И., Циркина О. Г., Новоселова Е.П. Фиксация активных красителей в поле токов высокой частоты при печатании целлюлозосодержащих текстильных материалов // Сб. тез. докл. I Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии", г. Иваново, ИГХТА, 1997г., с. 138.

2. Никифоров А.Л., Циркина О.Г., Мельников Б.Н., Новоселова Е.П. Декоративная отделка целлюлозосодержащих ткайей в поле токов высокой частоты // Сб. тез. докл. Международной конференции 'Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве", г.Иваново, ИГТА, 1997 г., с. 134.

3. Новоселова Е.П., Полякова Н.В., Никифоров А.Л. Использование высокочастотной энергии в процессах закрепления активных красителей на целлюлозосодержащих тканях // Сб. тез. докл. Межвузовской научно-технической конференции аспирантов, магистров и студентов "Молодые ученые- развитию текстильной и легкой промышленности", "Поиск-2000", г.Иваново, ИГТА, 2000 г., с. 66-67;

4. Никифоров А.Л., Мельников Б.Н., Владймирцева Е.Л., Новоселова Е.П., Циркина О.Г. Использование энергии ТВЧ для обработки целлюлозосодержащих тканей с нанесенным печатным рисунком // Сб. тез. докл. II Всероссийской конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности", г. Москва, МГТА, 1997 г., с. 135-136.

5. Новоселова Е.П., Никифоров А.Л., Мельников Б.Н. Особенности высокочастотной фиксации активных красителей при печатании хлопчатобумажных тканей // Сб. тез. докл. Международной научно-технической конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материал!,1 текстильной и легкой промышленности", г, Иваново, 1998 г., с.204. ; 1

6. Владимирцева Е.Л., Н икифоров А.Л., Новосело j i Е.П. Исследование активирующего воздет твия энергии ТВЧ на ки тггику разложения пе-роксида водорода и иь ггенсификацию процесс? беления целлюлозосо-держащих тканей И Сб. тез. докл. Международ! гой научно-технической конференции "Актуальш ле проблемы перерабо леи льна в современных условиях", г.Кострома, Iе. >98 г., с. 125.

7. Новоселова Е.П., Никиф< >ров А.Л., Владимир дева Е.Л. Использование токов высокой частоты д; ю фиксации пигмент эв на хлопчатобумажных тканях //Сб. тез. докл. N 1еждународной кон }>еренции "Современные технологии и оборудован! ie текстильной про? шшленности", г. Москва, 1998 г., с. 220-221.

8. Новоселова Е.П., Никифор ов А.Л., Владимирцева Е.Л., Мельников Б.Н. Использование токов высо! гой частоты для фиксации активных красителей при печатании хлопчат обумажных ткане i // Изв. вузов. Технология текстильной промышленнск та, 1999, № 3, с.6 - 59.

9. Новоселова Е.П., Никифор« >в А.Л., Циркина О.Г. Особенности высокочастотного закрепления акт ивных красителе й и пигментов при печатании хлопчатобумажных ncai гей // Сб. тез. до! ;л. II Международной научно-технической конференщ м "Актуальные проблемы химии и химической технологии", г.Иваново , ИГХГУ, 1999 с. 191-192.

Ю.Циркина О.Г., Новоселова 11.П., Никифоров А.Л. Закрепление пигментов на хлопчатобумажных ti :анях в поле т оков высокой частоты // Сб.

докл. Международной конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективш .ie материал! i текстильной и легкой промышленности", г. Иваново, И ГТА, 1999 г., <;. 130-133. '

11 .Новоселова Е.П., Циркина О Г., Никифор )в АЛ., Мельников Б.Н. Разработка высокочастотного сп< соба закрепл ения пигментов на хлопчатобумажных тканях в процесса:. печатания /' Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, 1S 99 г., № 6, (. 53-57.

12.Мельников Б.Н., Никифоров Новосе лова Е.П. Использование высокочастотных полей для сот -ршенст юва ния химико-текстильных технологий // Химические волокна, 2000 i., № 2, с. 44-47.

13. Никифоров А.Л., Мельников Б.II, Н ->го< елова Е.П. Электромагнитная (ВЧ и СВЧ) интенсификация хишжо-i е сс гильных процессов // Сб. тез. докл. III Конгресса химиков-текстильпти сов и колористов, г. Москва, 2000 г., с. 78.

14. Новоселова Е.П., Никифоров А.Л., Мечников Б.Н. Высокочастотная интенсификация процессов фиксации акт', юных красителей и пигментов при печатании цеяшолозосодержащих тка ней // Сб. тез. докл. междуна-

родной научно-технической конференции "Достижения текстильной химии - в производство, г. Иваново, 2000 г., с. 137-138.

15. Никифоров A.JI, Мельников Б.Н., Новоселова Е.П. Перспективы использования энергии электромагнитных колебаний в текстильной промышленности // Сб. тез. докл. международной научно-технической конференции "Достижения текстильной химии - в производство, г. Иваново, 2000 г., с. 136.

16.Новоселова Е.П., Разгуляна Н.С., Циркина О.Г., Никифоров A.JI. Высокочастотная интенсификация процесса диффузии активных красителей в целлюлозный материал // Сб. тез. докл. международной конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности" г. Иваново, ИГТА, 2000 г., с.148.

Ответственный за выпуск Новоселова Е.П.

Лицензия № 020459 от 10.04.97. Подписано в печать 18.10.2000, Формат бумаги 60x84 '/|6. Уч. изд. л. 1 . Тираж 80 экз. Заказ 06/10/2000. Ивановок! и! государственный химико-технологический университет. Адрес университета: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Представленная диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, главу с постановкой задач исследования, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выеоды, список использованной литературы (96 наименований) и приложение. Основная часть диссертации изложена на 130ницах машинописного текста, включает 25 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 - Литературный обзор

1.1. Особенности строения и свойства целлюлозных хлоп- 11 ковых волокон

1.2. Активация целлюлозного волокна

1.3. Колорирование целлюлозосодержащих тканей

1.3.1. Характеристика красителей

1.3.1.1. Активные красители

1.3.1.2. Пигменты

1.3.2. Сущность процесса печатания тканей

1.3.2.1. Особенности печатания активными красителями

1.3.2.2. Проблемы и перспективы использования традиционных 28 способов печатания

1.3.2.3. Особенности пигментной печати 30 1.3.2.4 Традиционная технология печатания пигментными красителями

1.4. Способы теплоБой обработки тканей в процессах фиксации красителем

1.5. Перспективы использования энергии электромагнитных 39 колебаний в текстильной промышленности

1.5.1. Теоретические основы диэлектрического нагрева

1.5.2. Диэлектрические свойства текстильных материалов

1.5.3. Практическое применение ВЧ - нагрева в текстильной 43 промышленности

1 -6. Цели и задачи исследования

2. Методическая часть

2.1. Характеристика объектов исследования

2.1.1. Целлюлозные материалы

2.1.2. Красители

2.2. Оценка свойств активных красителей

2.3. Описание методики и оборудования для печатания 53 хлопчатобумажных тканей

2.4. Методика определения жесткости образцов ткани после 57 печатания

2=5. Методика исследования диффузионных свойств активных красителей

2.6. Методика определения степени полезного использова- 59 ния активных красителей

2.7. Методика определения полноты протекания процессов 61 пленко- и сеткообразования при пигментной печати

2.8. Методика оценки диэлектрических характеристик тек- 62 стильных материалов и измерительная аппаратура

3. Экспериментальная часть и обсуждение 65 результатов

3.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование интен- 65 сифицирующего воздействия ТВЧ

3.1.1. Зависимость диэлектрических показателей от влажности 65 ткани и частоты внешнего электромагнитного поля

3.1.2. Влияние ВЧ-нахрева на прочностные характеристики текстильного материала

3.1.3.

Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от состава печатной композиции

Разработка ВЧ-способа фиксации активных красителей, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати.

Сравнение эффективности диффузии красителя в текстильный материал при различных способах тепловой обработки

Разработка ВЧ-способа закрепления пигментов на текстильных материалах

Выработка научного подхода к реализации ВЧ-процессов на практике

Включение ВЧ/СВЧ - установки в традиционную технологическую цепочку Выводы Литература

Б настоящее время перед текстильной промышленностью России наиболее остро стоит проблема выпуска конкурентоспособной продукции при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на ее производство.

На наш взгляд совершенствование традиционных технологических процессов, а также модернизация имеющегося оборудования малоэффективны, так как затраты на данные операции не окупаются улучшением качественных показателей готовых тканей. Наиболее приемлемым решением данной проблемы представляется разработка и внедрение в производство новых малозатратных технологий, которые должны удовлетворять и современным экологическим требованиям. Их внедрение в производство сопряжено с созданием нового оборудования, обеспечивающего высокую производительность и качество обработки.

Актуальность темы. Поскольку практически на всех стадиях облагораживания текстильных материалов требуется температурная обработка (сушка, термообработка, запаривание.), то целесообразно модернизировать именно эту операцию. К тому же нагрев ткани является наиболее энергоемким и продолжительным процессом отделочного производства, а используемое оборудование - громоздким и зачастую малопроизводительным, что обусловлено его инерционностью и низкой скоростью обработки.

К числу технологий, отвечающих современным требованиям, можно отнести использование ВЧ- и СВЧ-нагрева. Внедрение высокочастотных технологий в отделочное производство позволит:

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

- сократить расход химматериалов и красителей;

- повысить КПД оборудования;

- сократить технологический цикл обработки текстильных материалов за счет совмещения операций сушки и термообработки.

Способ ВЧ-нагрева реализован и успешно используется на оборудовании периодического действия немецкой фирмы "Kranz", а также на ВЧ-установках непрерывного действия английской фирмы "Streifield". Однако данное оборудование не предназначено для обработки ткани расправленным полотном и не может быть использовано в существующих технологических линиях. В то же время в литературе отсутствуют сведения о наличии как серийно выпускаемых, так и лабораторных ВЧ-установок универсального действия, предназначенных для обработки непрерывно движущихся текстильных полотен. Поэтому разработка технологии обработки ткани и определение подходов к проектированию соответствующего оборудования на наш взгляд являются актуальными.

Цель работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании особенностей ВЧ-фиксации активных красителей и пигментов на хлопчатобумажных тканях в процессах печатания; разработке непрерывной технологии ВЧ-фиксации данных красителей, а также в выявлении специфики протекания технологических процессов под воздействием поля ТВЧ. о О

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования были использованы подготовленные хлопчатобумажные ткани различной толщины, поверхностной плотности и структуры переплетения, а также целлюлозная полимерная пленка.

Для проведения технологических исследований применяли технические активные красители и пигменты.

Экспериментальные исследования выполнены с помощью современных методов физико-химического анализа: фотоколориметрический; спектрофотометрический; диффузионный; хроматографический и стандартных методик оценки качества текстильных материалов.

Для математической обработки экспериментальных результатов использовалась ПЭВМ.

Научная новизна. Впервые выявлена специфика ВЧ-закрепления активных красителей и пигментоЕ на Еолокне в процессах печатания целзж'лозосодержащих тканей; установлено влияние компонентов печатной краски и природы загустки на эффективность процесса закрепления данных красителей при воздействии внешнего электромагнитного поля.

Наиболее существенные результаты, полученные в работе: - установлено влияние типа загустки и состава печатной композиции на эффективность процесса закрепления красителей, протекающего в

ВЧ-поле;

- определены коэффициенты диффузии активных красителей в целлюлозный материал в процессах печатания:

- выявлены закономерности закрепления пигментов и активных красителей в ВЧ-поле при печатании целлюлозосодержащих тканей;

- определены оптимальные параметры ВЧ-обработок (напряженность и частота электромагнитного поля, продолжительность экспозиции и т.п.);

- установлены оптимальные концентрации компонентов печатных красок, предназначенных для обработки в ВЧ-поле;

- разработана оригинальная конструкция универсального ВЧ-апшшкатора;

- на основе выявленных закономерностей предложен рациональный вариант включения Е>4-обработки в технологическую цепочку печатания текстильных материалов с целью интенсификации процессов, улучшения качества готовой продукции и снижения материальных и энергетических затрат на осуществление процесса.

Практическая значимость. Выданы рекомендации по использованию энергии электромагнитных колебаний высокой частоты в процессах печатания целлюлозосодержащих тканей пигментами и активными красителями.

Предложен способ закрепления пигментов и активных красителей, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати, отличающийся малыми временными затратами, малой операцион-ностью и пониженным расходом химических реагентов и энергоносителей.

1 п

1 V

Выработаны требования к ВЧ-апгахикаторам, предназначенным для непрерывной обработки свеженапечатанных тканей. Проведен патентный поиск и подготовлена заявка на изобретение устройства ВЧ-аппликатора, удовлетворяющего данным требованиям.

Проведена проверка разработанной технологии в лабораторных условиях и на промышленном оборудовании на ЗАО "Отделочная ситцепечатная фабрика" предприятия ОАО "Глуховский текстиль". В результате испытаний показана перспективность данной технологии.

1. литературный обзор

выводы

1. Разработан ВЧ-способ закрепления активных красителей и пигментов при печатании хлопчатобумажных тканей. Исследованы основные закономерности ВЧ-закрепления данных классов красителей на волокнистом материале.

2. В связи со спецификой ВЧ-закрепления красителей, нанесенных на текстильный материал методом прямой печати был разработан ВЧ-аппликатор, позволяющий корректировать величину напряженности поля по длине рабочей зоны устройства, что обеспечивает наиболее полное протекание процесса. Аппликатор предложенной конструкции отличается экономичностью при производстве и в эксплуатации.

3. На основе полученных диэлектрических характеристик ({§б и £) выявлено влияние влажности ткани, частоты электромагнитного поля и состава печатной композиции на эффективность ВЧ-нагрева. Установлено, что наибольшая эффективность достигается при обработке ткани с влажностью 30-35 % на частоте 40,12 МГц.

4. Проведена оценка активирующего воздействия электромагнитного поля высокой частоты на эффективность диффузии активных красителей в целлюлозный материал. Установлено, что ВЧ-обработка приводит к увеличению коэффициента диффузии как минимум на порядок по сравнению с традиционной термообработкой.

5. Одним из наиболее весомых преимуществ разработанной технологии является малооперационность, поскольку отпадает необходимость в подсушивании ткани после нанесения печатного рисунка, сушка тка

121 ни и фиксации красителя происходит на стадии ВЧ-обработки, которая длится порядка 6-12 сек.

6, Использование ВЧ- технологии позволяет сократить материальные и энергозатраты на производство единицы продукции, производственные площади, занятые технологическим оборудованием и продолжительность всего технологического цикла.

7. Показано, что ткани, напечатанные по ВЧ-технологии по своим качественным показателям не уступают обработанным в соответствии с традиционной термофиксационной технологией.

1. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов A.B. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1985.

2. Перепежин К.Е. Структура и свойства волокон, М.: Химия, 1985 -208 с,

3. Жбанков Р.Г., Козлов П.В. Физика целлюлозы и ее производных, Минск: Наука и техника, 1983 296 с.

4. Кленкова Н.И. Структура и реакционная способность целлюлозы, М.: Наука, 1976-367 с.

5. Тарчевский P.C., Марченко А.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. М.: Химия, 1985-212 с,

6. Отделка хлопчатобумажных тканей. В 24. 4.1. Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей: Справочник/Под ред. Мельникова Б.Н. М.: Легпромбытиздат, 1991 - 432 с.

7. Мельников Б.Н., Кириллова М.Н., Морыганов А.П. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения текстильных материалов, М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 - 232 с.

8. Е. Роговин З.А. Химия целлюлозы. М.: Химия, 1972 230 с.

9. Методы исследования в текстильной химии: Справочник/Под ред. Г.Е.Кричевского М.: 1993 - 401 с,

10. Мельников Б.Н., Морыганов А.П., Калинников ЮА. Теория и практика высокоскоростной фиксации красителей на текстильных материалах: Монография. М.: Легпромбытиздат, 1987 - 208 с.

11. Кричевский Г.Е. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания. Мл Легкая индустрия, 1981 - 208 с.

12. Мельников Б.Н., Широкова М.К., Вермул В.Г., Орехов В.Д., Пис-манник К.Д. Радиационно-химические процессы отделки и крашения текстильных материалов ./Текстильная химия, № 2, 1992.- с .97.

13. Кричевский Г.Е. основные тенденции в теории и практике отделочного производства//Гекстидьная химия, специальный выпуск, 1995, с,31-41.

14. Андросов В.Ф., Петрова И.Н. Синтетические красители в легкой промышленности. Справочник, М„; Легпромбытиздат, 1989 - 368 с,

15. Романова М.Г., Гордеева Н.В. Активные красители в текстильной промышленности, М,г Легпромбытиздат, 1986 54 с.

16. Мельников Б.Н., Виноградова Г.И. Применение красителей. М.: Химия, 1986-101 с.

17. Бакшеева М.С. Исследование кинетики фиксации активных красителей и их смесей при печатании на целлюлозных материалах, Диссертация к.т.н. М,: МТИ, 1975,

18. Кричевский Г,Е, Физико-химические основы применения активных красителей. М.: Легкая индустрия, 1977. - 263 с.

19. Кричевский Г.Е. Активные красители. М.: Легкая индустрия, 1968, 340 с.

20. Андросов В.Ф., Голомб Л.М. Синтетические красители в текстильной промышленности. М: Легкая индустрия, 1968. 399 с.

21. Андросов В.Ф. Технология отделки хлопчатобумажных тканей, М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 424 с.

22. Колонтаров ИЛ. Свойства и методы применения активных красителей. Душанбе, 1970. 205 с.

23. Y. Wegman. Meli. Textilber, 39, 1010 (1958).

24. TL Dawson Y.S.D.C., 74, 584, (1958).

25. EN Daruwalla, P. Subramanion. Y.S.D.C, 74,247 (1958).

26. Кричевский Г.Е., Садов Ф.й. Исследование процесса крашения целлюлозных волокон активными краситепями//Изв. вузов. Технология текстильной пром-сти, № 3,196! .-с. 102-109.

27. TL Dawson, С. Preston, A.S. Fern. Y.S.D.C„ 76,210 (I960),

28. В. Krazer, H. Zollinger. Helv. Chim, Acta, 43, 1513, (1960).

29. H,M. Ulrich, Meli. Textilber, 42,81 (1961).

30. M.R.R. Bhagwanth, A.V. Rama Rao, К. Venkataraman. Indian Y. of Chemistiy, 6,7,397 (1968).

31. Мельников Б.Н., Осминин E.A., Пророков Н.И. Новая технология крашения и печатаная хлопчатобумажных и штапельных тканей/Ярославль: Верхне-Волжское книжное издательство, 1970. 150 с.

32. Степанов Б .И. Введение в химию и технологию органических красителей. Мл Химия, 1977. 488 с.

33. Венкатараман К, Химия синтетических красителей. Л., 1975, т.4.

34. Венкатараман К. Химия синтетических красителей. Л., 1975, т.5.

35. Венкатараман К. Химия синтетических красителей, Л., 1975, т.б.

36. Мельников Б.Н., Блиничева И.Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов, М.Легкая индустрия, 1978,304 с,

37. Бородкин В.Ф. Химия красителей. М.: Химия, 1981. 248 с,

38. N.V. Shab. Y. Soc. Dyers Coi, т. 83, № 6, i 967,220-226 p.

39. Андросов В.Ф. Крашение синтетических волокон. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984= 272 с.

40. Винюкова Т.Н. Химия красителей. М.: Химия, 1979. 296 с.

41. Прогресс техники и технологий печатания тканей/Б .Н .Мельников, И.Б.Блиничева, Г.И.Виноградова, О.МЛифенцев, Е.А.Осминин-М.: Легкая индустрия, 1980. 264 с.

42. Сенахов A.B. Физико-химические основы процесса печатания текстильных материалов. Монография. М.: Легкая промышленность и быт. обе луж., Í986. - 208 с.

43. Степанов A.C. Загустители и печатные краски. Мл Легкая индустрия, 1969, 175 с.

44. Кокшаров CA. и др. Магнитная активация расплавов мочевины при высокотемпературной фиксации красителей. Сб. тез. докл. I Всесоюзной конф. "Химия и применение неводных растворов"'. Т. 3, 1986 г. Иваново Т-14, с. 467.

45. Олтаржевская Н.Д. Применение мочевины для интенсификации процессов крашения и печатания тканей// Текст, пром-сть в СССР: Э.И.М., 1977, №28.

46. Краткая химическая энциклопедия. ТЛ. М.: Советская энциклопедия, 1961.-1262 с.

47. Кокшаров С.А., Побединский B.C., Морыганов А.П., Мельников Б.Н. Термическая устойчивость расплавов мочевины и ее влияние на результаты высокоскоростной фиксации красителей на текстильныхматериалах./Химия и химическая технология Т.26 в 7, 1983.-е. 855

48. Кокшаров CA. Разработка и теоретическое обоснование интенси-фикационных и высокотемпературных способов фиксации красителей на текстильных материалах, 1983, автореф. дисс. на соискание ученой степени к .т.н. Иваново: БИ, 1983. - 19 с.

49. Сенахов A.B. и др. Затустки, их теория и применение. М.: Легкая индустрия, 1972. 303 с.

50. Олтаржевская Н.Д., Блохина ЕА., Реутский В А., Токарева НА, Влияние загустителей на диффузию активных красителей в целлюлозный субстрат./Изв. вузов Технология текстильной пром-сти, № 3, 1982.-с. 70-74.

51. Schlauch W.F, Ceimi K.Y., Textile Chemist and Colorist, 1974, T. 6, № 10, P. 223-229.

52. Киселева НА., Степанов ТА,, Стефанская F.F. Нанесение прозрачных покрытий на печатную продукцию. М., ЦБНТИ по печати, 1970, 32 с,

53. Синтетический каучук, под ред. Н.В.Гармонова, Л.: Химия, 1975, 751 с,

54. Патент США № 4627630, 1976.

55. Агстер X. Пигментная печать и экология, Мягкая химия: мечты и реальность/Текстильная химия, Ш 1(8), 1996. с. 13-19.

56. Материалы фирмы "Plastitner". М„ 1980, пер. ГПНТБ 72/59425,

57. Патент США № 3549583 кя 260-37, 1970.

58. Патент США № 3647735 кл 260-29,4. 1972.

59. Глубиш ПА. Применение полимеров акриловой кислоты и ее производных в текстильной и легкой промышленности, М.: Легкая индустрия, 1975, 205 с.

60. Патент США № 3736287, 1973.

61. Изучение влияния природы загустителя и ТВВ на качество окраски напечатанных пигментами хлопчатобумажных тканей,/Ким И.А., Цой Н.С., Питахина Т.П./ Ташкент, 1992.

62. Базоли К. Система пигментной печати на текстильных материалах фирмы "3V SIGMA",Текстильная химия, J# 1 (8), 1996. с.22-25.

63. Ершов А А. Продукция фирмы "Байер предназначенная для печати на текстиле/Текстильная химия, № 1 (8), 1996. с. 27.

64. Волхонская Н.С. Основные тенденции в использовании пигментных композиций в текстильной промышленности/Текстильная химия, № 1 (8), 1996.-с. 11-13.

65. Полимерная композиция для печатания пигментами/Мищенко A.B., Голованова Л.В.ШШ, М., 1992.

66. К правильному выбору катализаторов дня пигментной печа-ти/Chinta S.K., Wasif АЛ.// Indian. Text. S. 1989-99, № П, c.112-П6.

67. Бунин O.A. МалкоЕ Ю.А. Машины для сушки и термообработки тканей. Мл Машиностроение, 1971. - 304 с.6Е. Белыдов В.М. Технологическое оборудование отделочных фабрик текстильной промышленности. Мл Машиностроение, 1974. - 295 с.

68. Бунин OA., Плаксин CA. Сорбция пара тканью// Легкая индустрия. Сб.научных тр. ИвНИТИ. Мл 1966. Т. 28, с. 46-49.

69. Техника переработки пластмасс/Под ред. Басова Н.И. и Броя В.М. -Мл Химия, 1985.-347 с,

70. Применение энергии теплового И R-излучения для сушки и термообработки тканей в процессах отделки. Научно-исслед. труды ИвНИТИ, 1975, Т. 34, с. 101-106.

71. Мельников Б.Н., Никифоров АЛ., Новоселова Е.П. Использование высокочастотных полей для совершенствования химико-текстильных технологий/Жимические волокна. № 2,2000, с. 44-47.

72. Е0. ГлуханоЕ Н.П., Федорова И.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов в машиностроении, Л,: Машиностроение, 1983= -160 с.

73. Зайцев К.И., Мацюк Л.Н, Сварка пластмасс. Мл Машиностроение, 1978.-224 с.82= Тагер А А. Физико-химия полимеров, Мл Химия, 1968, - 536 с,

74. Цаде Т.П. Электротермическая и ВЧ-сварка пластических масс, Мл Госстройиздат, 1962, - 164 с,

75. ГлуханоЕ Н.П. Физические основы ВЧ-нагрева. Лл Машиностроение, 1989, 56 с,

76. Побединский B.C., Никифоров АЛ. Диэлектрические свойства текстильных материалов/Щеп. ВЦНИИТИЛегпром. М,, 1987.

77. Княжевская Н.П., Фирсова М.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов, Л л Машиностроение, 1980. - 293 с,

78. Михалевский C.B. Обзор патентов по ВЧ-технике/НИЗКМИ, Иваново, 1988.

79. ЗЗ.Бровченков В.Е., Мамотина О.Т. и др. Электрофизические свойства химических волокон и методы их исследования в полях СВЧ и ВЧ; СИ, 1980, №5 3,89, Сажин Б,И, Электрические свойства полимеров. Л л Химия, 1986.130

80. Бранит АА. Исследования диэлектриков на СВЧ. М.: Физмат, Î 963.

81. Continuons Dyeing. Using Radio Frequency Energy, SAWERA Techical Report. 1983, № 516, Î 2.

82. Manoyiy M. Possibility nouvelles d'utilisation des HF clans Ls industrie textile Teint ex. - 1980, № 45, № 3, p. 7-12.

83. Сажин Б.И. Современные методы сушки. Мл Знание, 1973. - 64 с.

84. Математическая обработка результатов измерений/Методические оказания. Составитель: Максимов А.И. /Иваново, 1978.

85. Chabert J.,Viallier Р. Применение инфракрасного, высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева для сушки и облагораживания текстильных материалов .Union Internationals d electrotherme YIII Congress, Liege, 1976, s. 3, Ref 3,

86. Нанесение печатного рисунка на ткань осуществлялось в производственных условиях на тканепечатной машине "Элитекс".

87. В качестве печатных составов использовались оптимизированные в лабораторных условиях под ВЧ/СВЧ процесс композиций, рецептура которых приведена в табл. 1 =