вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению

 

УДК 677.21.023.75.044.234

Физико-химический подход к подбору компонентов шлихтующих композиций

И.В.Куликова, Б.Н.Мельников, И.А.Леднева, Л.П.Лосева

Ивановская государственная химико-технологическая академия

© 1998 Институт химии растворов РАН

Получено 27.01.97 г.



Шлихтование - сложный процесс взаимодействия пряжи и шлихты, результаты которого при неизменных температурно-временных параметрах определяются качеством шлихты и поверхностными свойствами пряжи.

К материалам, применяемым в качестве клеящих ингредиентов шлихты, предъявляется сложный комплекс требований, и ни один из многочисленных природных и синтетических полимеров всесторонне ему не удовлетворяет [1]. В связи с этим определенный интерес представляют многокомпонентные шлихтующие композиции, в которых рациональное сочетание природных и синтетических компонентов и, в частности, крахмалопродуктов и поверхностно-активных веществ, позволяет изменять в нужном направлении физико-химические свойства шлихты и тем самым снивелировать недостатки отдельных компонентов.

В настоящее время в качестве природного клеящего компонента шлихты наиболее часто используют крахмал и крахмалопродукты в сочетании с хлорамином, едким натром, хлопковым маслом. В крахмальных студнях упругие свойства (так называемые быстрые эластические деформации) обусловлены главным образом наличием амилозной фракции, а высокоэластические свойства (медленные эластические деформации) - фракцией амилопектина [2]. Необходимо отметить, что не только природный крахмал, но и его компоненты в отдельности - амилоза и амилопектин - образуют упругие эластические системы и для придания им пластичности нуждаются в специальных обработках. Как показали проведенные исследования, добавление в крахмальную шлихту, традиционно используемую в производстве, поверхностно-активных веществ (ПАВ) в заметной степени изменяет прочностные и эластические свойства крахмальных студней (табл. 1). Так, в присутствии ионогенных ПАВ в концентрации до 1 % происходит снижение динамического предела прочности и равновесного модуля эластичности, наблюдается повышение текучести клейстера. Указанные изменения, вероятно, являются следствием "плавления" межмолекулярных связей, конформационных превращений макромолекул, а именно, уменьшения когезионного взаимодействия. С дальнейшим ростом концентрации ионогенных ПАВ увеличивается структурированность системы, однако прочность студня не возрастает. Введение неионогенных ПАВ вызывает повышение текучести, пластичности студня, а значительному разжижению системы.

Изменение структурно-механических свойств традиционной шлихты в присутствии 1 % ПАВ, а именно: снижение равновесного модуля эластичности, динамического предела прочности, повышение текучести шлихтующей композиции - приводит к качественным изменениям характера и свойств пленок, образующихся при высыхании на поверхности пряжи. Наблюдения под микроскопом показали, что в случае использования традиционной шлихты на поверхности пряжи образуется система жестких чешуек, склеек, тогда как высыхание пластифицированной шлихты приводит к образованию на поверхности пряжи сплошной тонкой высокоэластичной пленки, растяжимость которой близка к растяжимости пряжи. Некоторые исследователи [3, 4] считают, что присутствие в крахмальной шлихте различных добавок (стеарина, восков, глицерина, олеата натрия) ухудшает качество ошлихтованной пряжи - уменьшается прочность пленок шлихты, увеличивается ее осыпаемость. Поэтому при выборе эффективного синтетического компонента для шлихтующих составов необходимо детально изучить комплекс свойств, характеризующих взаимодействие шлихты с пряжей.

В основе всех способов образования полимерного покрытия на поверхности волокон лежат физико-химические процессы смачивания шлихтующей композицией и адгезии к пряже. Взаимодействие шлихтующих композиций с волокном определяется не только структурными особенностями волокон, но и поверхностной активностью шлихты. Так, более гидрофильное, лучше смачиваемое волокно обладает лучшими адгезионными свойствами. В свою очередь, добавление ПАВ изменяет поверхностную активность крахмальной шлихты и открывает возможности для регулирования силы адгезии к пряже. При оценке адгезионного взаимодействия в работе использовались следующие показатели: истинный приклей, скорость смачивания, работа адгезии традиционной шлихты с добавлением различных ПАВ в концентрации 1 %.

Как видно из представленных в табл. 2 результатов, различные ПАВ изменяют физико-механические свойства шлихты по-разному. Присутствие в составе шлихты анионактивных ПАВ увеличивает скорость смачивания хлопчатобумажной пряжи данной шлихтой. При этом возрастает сила взаимодействия шлихтующей композиции с волокном - увеличиваются сила адгезии, приклей. Напротив, неионогенные ПАВ практически не изменяют скорость смачивания пряжи. Кроме того, они несколько снижают силу взаимодействия шлихты с волокном, уменьшают работу адгезии, приклей.

Все исследуемые в работе неионогенные ПАВ отличаются невысокими значениями гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) - до 25-30 единиц. Неионогенные ПАВ, имеющие в своем составе этилоксидные группировки (со значением ГЛБ до 20 единиц), очевидно, способны образовывать с амилозой крахмала комплексное соединение, которое более гидрофобно, чем исходная амилоза. Присутствие неионогенных ПАВ в шлихтующей композиции снижает ее сродство к гидрофильным волокнистым материалам, выполняя тем самым роль выравнивающего агента. Анионоактивные ПАВ, отличающиеся высоким значением ГЛБ - более 30 единиц, увеличивают сродство шлихтующей композиции к хлопчатобумажной пряже, повышая работу адгезии.

Комплексная оценка влияния различных ПАВ на структурно-механические, адгезионно-когезионные свойства шлихты позволила теоретически обосновать целесообразность создания шлихтующих композиций с уменьшенным содержанием крахмала. Эффективность новых составов подтверждается физико-механическими показателями ошлихтованных нитей, представленными в табл. 3. Так, при шлихтовании хлопчатобумажных основ традиционным составом разрывная нагрузка пряжи увеличивается на 13 %, жесткость - в 1,5 раза, разрывное удлинение снижается на 28 %. Коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, разрывному удлинению, жесткости составляют, соответственно, 13,0; 17,1; 12,7 %.

Шлихтование традиционным составом, но с уменьшенным содержанием клеящих веществ, не обеспечивает хорошего качества ошлихтованных основ: разрывная нагрузка практически не изменяется, жесткость увеличивается в 1,5 раза по сравнению с мягкой пряжей, разрывное удлинение уменьшается на 17 %. Коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, разрывному удлинению, жесткости составляют, соответственно, 8, 20, 12 %. Введение анионоактивных и неионогенных ПАВ в концентрации 1 % в состав для шлихтования с уменьшенным содержанием клеящих веществ позволяет значительно улучшить технологические показатели ошлихтованных основ.

Сравнительный анализ данных табл. 3 показывает, что наиболее эффективными модификаторами из числа исследованных являются анионактивные ПАВ (препараты НТС, НМС, ЛСТ, Карбозолин КЖ) и неионогенные ПАВ (препараты ОС-20, Неонол), которые обеспечивают высокое качество ошлихтованных основ: увеличение прочности на 15-20 %, жесткости - в 1,3 раза, снижение потерь эластичности (разрывное удлинение уменьшается лишь на 10-12 %). Кроме того, пряжа становится более равномерной - коэффициенты вариации по разрывной нагрузке, разрывному удлинению и жесткости составляют, соответственно, 8-10, 12-15 и 6-10 %.

При оценке пригодности и эффективности шлихтующих составов большое значение имеет не только улучшение характеристик ошлихтованных основ, но и удаляемость шлихты с ткани при расшлихтовке в отделочном производстве. На рис. 1 представлено влияние химической природы ПАВ, присутствующих в составах для шлихтования, на скорость удаления шлихты в варочном растворе. Проведенные кинетические исследования показали, что присутствие анионактивных ПАВ (кривая 1) замедляет скорость расшлихтовки на 20 %, тогда как неионогенные препараты (кривая 3) интенсифицируют процесс расшлихтовки. Для более детального исследования влияния различных ПАВ на удаляемость шлихты с ткани были проведены кинетические исследования кислотного гидролиза пленок традиционной крахмальной шлихты и шлихты, содержащей 1% различных ПАВ.

Кислотный гидролиз крахмальных пленок контролировался с помощью иодометрического метода, который позволяет точно определить количество образующихся альдегидных групп, независимо от того, являются ли последние частью короткой или относительно длинной цепи. Применив уравнение мономолекулярной реакции к полученным результатам, обнаружили, что константа скорости реакции (К) снижается по мере течения реакции. Пэтому для сравнения определялось среднее значение К на ранней стадии реакции.

Данные, приведенные в табл. 4, свидетельствуют о преимущественном влиянии температурного фактора на скорость гидролиза. Присутствие ПАВ различной природы практически не изменияет значение константы скорости гидролиза крахмальных пленок. Таким образом, можно утверждать, что влияние природы ПАВ, присутствующих в составах для шлихтования, на скорость расшлихтовки связано с силой взаимодействия пленки шлихты с волокном.

Из числа анализируемых ПАВ была составлена композиция модификатора, которая получила название "Шлихтол МГ", и определено оптимальное количество ее в шлихтующем составе. Производственные испытания, проведенные на Кохомском ХБК, подтвердили целесообразность и эффективность использования модификатора шлихты, который вводился за 10 мин до окончания варки. Оценивались физико-химические показатели качества шлихты и физико-механические свойства пряжи, а также контролировались обрывность пряжи в ткацком цехе и технологические параметры ткани в отделочном производстве.

Как видно из данных табл. 5, технологические показатели качества шлихты в присутствии "Шлихтола МГ" такие же, как и у шлихты, приготовленной по регламентированному на комбинате режиму. Вместе с тем модифицированная шлихта обладает высокой кинетической устойчивостью, а также устойчивостью к механическим воздействиям. Введение "Шлихтола МГ" позволяет улучшить качество основной пряжи: повышается прочность основ, уменьшается падение эластичности. Пряжа становится более равномерной по своим физико-механическим свойствам. Благодаря образованию на поверхности пряжи тонкой высокоэластичной пленки, основы становятся более устойчивыми к многократным деформациям, что приводит к снижению обрывности на ткацких станках в 2 раза. Введение в состав шлихты синтетического компонента не оказывает отрицательного влияния на последующие процессы подготовки и отделки хлопчатобумажной ткани.

Таким образом, полученные в результате исследований и производственной проверки данные позволяют сделать заключение о высокой эффективности использования в качестве одного из ингредиентов шлихты нового композиционного препарата "Шлихтол МГ". Введение в состав шлихты "Шлихтола МГ" позволяет в 1,4 раза уменьшить расход природного клеящего вещества, повысить качество ошлихтованной пряжи и улучшить ее перерабатываемость в ткацком производстве.

 

вернутся к оглавлению

вернутся
к оглавлению