Надання малозминальності в сухому стані

Мета: вивчити надання малозминальності текстильним матеріалам в сухому стані, основні терміни.

План:

1. Надання малозминальності в сухому стані.

2. Технологія малозминальної обробки.

Препарати, які використовуються для надання малозминальності, у відповідності з кількістю функціональних груп у молекулі і їх реакційноздатністю можна поділити на дві групи. До пер­шої групи відносяться біфункціональні сполуки, здатні до переважної взаємодії з волокном і значно меншою мірою — до смолоутворення. Такі препарати відзначаються високою стійкістю при зберіганні. До другої групи відносяться поліфункціональні сполуки, молекули яких, крім груп, здатних взаємодіяти з волокном, містять також більш активні гру­пи, що визначають підвищену здатність молекул таких спо­лук взаємодіяти між собою. В результаті цього подібні спо­луки здатні переважно до смолоутворення (утворення у волокні синтетичного полімеру сітчастої структури) і лише незначною мірою хімічно взаємодіють з волокном. Ці спо­луки нестійкі при зберіганні із-за підвищеної здатності до смолоутворення.

Сполуки першої групи, які проявляють зшиваючу дію, використовують для обробки виробів із природних целюлоз­них волокон, а смолоутворюючі препарати (друга група) використовуються переважно для обробки виробів із реге­нерованих гідратцелюлозних волокон. Більшість викорис­товуваних препаратів містять метилольні групи -СН₂ОН, як активні групи, що взаємодіють з целюлозою.

Найбільше поширення серед сполук першої групи отри­мала диметилолетиленсечовина, яка випускається у вигляді препарату під назвою карбамол ЦЄМ. Технічний карбамол ЦЄМ містить не менше 50 % диметилолетиленсечовини і достатньо стійкий при зберіганні.

Основною реакцією, що протікає при термообробці ткани­ни, обробленої карбамолом ЦЄМ, є його взаємодія з целюло­зою волокна, яка призводить до зшивання сусідніх макро­молекул целюлози шляхом утворення поперечного містка за такою схемою:

Н₂С СН₂

N N

Цел -ОН + HOH₂С C СН₂ОН + ОН-Цел →

O

Диметилолетилен- Н₂С СН₂

сечовина N N

→ Цел —О—Н₂C C CH₂-О-Цел + 2Н₂О

O

Процес проводиться в кислому середовищі і тому в реак­ції беруть участь переважно первинні гідроксильні групи целюлози. Роль вторинних гідроксильних груп у цих умо­вах незначна.

Крім того, диметилолетиленсечовина здатна до полікон­денсації з утворенням лінійних полімерів, у яких ланки зв'язані ефірними зв'язками. Реакція поліконденсації про­тікає таким чином:

Н₂С СН₂ Н₂С СН₂

N N → N N + (n-1)H₂O

nHOH₂С C СН₂ОН HO-H₂С C СН₂ –О-Н

O O n

Утворена смола — це лінійний полімер з невисоким сту­пенем полімеризації. Реакція смолоутворення в даному ви­падку є побічною реакцією, яка спричиняє перевитрати пре­парату, що надає малозминальні властивості.

Обробка карбамолом ЦЄМ бавовняних тканин надає їм високий ступінь малоусадковості, стійкість до мокрих обро­бок. Недоліком карбамолу ЦЄМ є велика втрата міцності на розрив обробленої тканини (до 40 %), а також нестійкість до активного хлору.

Стійку до дії активного хлору обробку можна отримати за допомогою диметилольних похідних триазинону, які ви­пускаються під назвою карбазони. Останні відносяться до біфункціональних сполук і взаємодіють з целюлозою, хоча і менш активно, ніж карбамол ЦЄМ, утворюючи поперечні ефірні мостики (основна реакція). Паралельно протікає побічна реакція поліконденсації з утворенням незначної кіль­кості лінійного полімеру.

До недоліків використання карбазонів слід віднести по­жовтіння тканини при прасуванні. Крім того, карбазони не забезпечують достатньо високого ефекту малозминальності і тому часто використовуються в суміші з іншими препара­тами.

На відміну від розглянутих вище біфункціональних спо­лук молекули поліфункціональних смолоутворюючих пре­паратів, крім груп, взаємодіючих з целюлозою, додатково містять більш активні групи, які нездатні до взаємодії з це­люлозою, але можуть енергійно взаємодіяти з функціональ­ними групами сусідніх молекул препарату. Це призводить переважно до смолоутворення з участю обох видів функ­ціональних груп препарату, а взаємодія з волокном здійсню­ється лише за рахунок невеликої кількості активних гідроксильних груп препарату, які не провзаємодіяли. Поліфункціональні сполуки утворюють в аморфних ділянках волокна щільну нерозчинну тримірну сітку смоли, міцно зв'язану хімічними і водневими зв'язками з волокном.

Найбільше поширення серед таких сполук отримали сполуки, що утворюють на волокні сечовино- і меламіноформальдегідні смоли. Характерними для таких сполук є гру­пування:

O -N

C-NHCH₂OH i C-NHCH₂OH

Вони містять гідроксильні групи, здатні взаємодіяти з гідроксильними групами волокна з утворенням ефірних зв'язків, а також більш активні рухомі атоми водню біля азоту, нездатні до взаємодії з волокном; саме вони визначають підвищену здатність до смолоутворення.

Слід зазначити, що процеси, які відбуваються в даному випадку, значно складніші і різноманітніші, ніж при оброб­ці біфункціональними сполуками.

Найбільш простим і поширеним представником поліфункціональних смолоутворюючих сполук є диметилолсечовина:

HNCH₂OH

C=O

НNСН₂ОН

Ця речовина випускається у вигляді 40 % -ної водневої пасти під назвою карбамол, який із-за високої здатності до смолоутворення нестійкий при зберіганні.

У процесі термообробки тканини, обробленої карбамолом, паралельно протікають декілька різновидностей реакцій конденсації, які призводять до утворення полімеру з сітча­стою структурою.

Так, при взаємодії груп — СН₂ОН між собою в отрима­ному полімері утворюються ефірні зв'язки:

HN-CH₂OH HN-CH₂ –O-H

n C=O → C=O + (n-1)H₂O

HOСН₂-NH HO-СН₂-NH n

При більшому ступені зневоднювання в результаті взає­модії груп СН₂ОН і NН< утворюються метиленові мостики:

HN-CH₂OH H-N-CH₂ -OH

n C=O → C=O + 2 (n-1)H₂O

НN-СН₂ОН Н-N-СН₂ -ОН

n

Приведені реакції відбуваються лише з виділенням води. В більш жорстких умовах обробки процес смолоутворення може супроводжуватись також виділенням формальдегіду, як і в випадку використання препаратів першої групи.

У результаті приведених реакцій на тканині утворюєть­ся сечовиноформальдегідна смола. Крім реакцій смолоутво­рення поліфункціональні сполуки можуть утворювати неве­лику кількість поперечних містків між макромолекулами целюлози.

Смолоутворюючими препаратами служать алкільовані метилольні похідні меламіну — метазин, а також суміш гліколевих ефірів N-оксиметильних похідних меламіну — гліказин.

Усі розглянуті препарати для надання малозминальнос­ті, потребують використання кислих каталізаторів і підви­щених температур. Звичайно ці препарати використовують­ся у вигляді передконденсатів, тобто суміші продуктів різної молекулярної маси: моно-, ди-, тримерів та ін. При цьому середня молекулярна маса смолоутворюючих перед­конденсатів вища, ніж менш активних зшиваючих перед­конденсатів.

Для надання малозминальності в сухому стані тканину просочують передконденсатом, висушують і піддають термо­обробці при температурі 145-150°С.

Одним із недоліків тканини, обробленої смолоутворюючим препаратом, є помітне підвищення її жорсткості. Для усунення цього недоліку є дві можливості: 1) введення в роз­чини передконденсатів різних пом'якшувачів і 2) нанесення на тканину сумісно з передконденсатами термореактивних смол термопластичних полімерів, які сприяють підвищенню гнучкості смоли, що утворюється на тканині.

Пом'якшувачами слугують низькомолекулярні водороз­чинні сполуки, молекули яких містять гідрофобні радика­ли: алкамон ОС-2, стеарокси та інші поверхнево-активні ре­човини. Всі розглянуті вище азотовмісні препарати для надання малозминальності в сухому стані потребують вико­ристання кислих каталізаторів. Як каталізатори малозминальної обробки використовують два типи сполук: кислі солі металів і кислоти. Найбільш поширеним в практиці малозминальної обробки є каталіз кислими солями металів. У присутності таких солей, як МgС1₂, Мg(NО₃)₂, ZnС1₂, Zn(NO₃)₂ реакція завершується при температурі 140—150 °С протягом 4—5 хв. або при температурі 135—140°С протягом 5—10 хв. Такій термообробці передує висушування матеріа­лу, тобто текстильний матеріал піддають подвійній тепловій обробці (висушування — термофіксація).

Для надання малозминальності в мокрому стані викори­стовують спеціально розроблені сполуки, які можуть взаємодіяти з целюлозою в нейтральному, слабо кислому або лужному середовищі. До числа перших відноситься катіон-активний препарат — циклічна етиленсечовина, яка випус­кається у вигляді четвертинної амонієвої солі під назвою етамон ДС. Характерною особливістю етамону є його роз­клад при підвищених температурах з виділенням вільних алкіламінів і активного алкілюючого агента, який взаємодіє з целюлозою з утворенням поперечних мостиків.

Алкіламіни, що виділяються при термообробці висуше­ної тканини, розпушують і пластифікують волокно, що і за­безпечує ефект малозминальності в набухлому стані при ви­користанні тієї ж технологічної схеми і того ж обладнання, що й для надання малозминальності в сухому стані. Дода­вання карбамолу ЦЄМ забезпечує додаткове підвищення малозминальності в мокрому стані.

Для надання стійкої малозминальності в мокрому і су­хому стані можуть використовуватись сполуки, що реагують з целюлозою в лужному середовищі. До них відносяться різні похідні дивінілсульфона СН₂=СН-SO₂-СН=СН₂ з від­критим і закритим ланцюгом. Дивінілсульфон здатний ак­тивно взаємодіяти з целюлозою з утворенням поперечних мостиків.

Технологія малозминальної обробки включає: 1) просочу­вання текстильного матеріалу розчином передконденсату смоли (150-200 г/л) з додаванням каталізатора (10 % від маси передконденсату) і пом'якшувача; 2) віджимання, висушу­вання і термообробку, при температурі 140-150°С протягом 4-5 хв.

Промивання тканини після термообробки є заключною стадією всієї малозминальної технології. Ця операція по­трібна для того, щоб видалити з тканини всі сполуки, які не вступили в реакцію. Промивання тканини після обробки різко знижує виділення неприємного запаху в процесі її експлуатації. Найчастіше промивання здійснюється шля­хом послідовної обробки тканини в промивних ваннах з віджиманням після промивання в кожній ванні. В першій ванні використовується розчин кальцинованої соди і ПАР при температурі 40—45°С. У наступних трьох ваннах тка­нина промивається теплою водою.

Наявність у просочувальному розчині поліетиленової і полівінілацетатної емульсії обумовлено не тільки тим, що вони сприяють збереженню стійкості тканини до витиран­ня, але й тим, що значною мірою зменшують втрати міцнос­ті її на розрив і надають тканині певну наповненість. Так як обидва препарати є високомолекулярними сполуками і не містять реакційноздатних груп, їх захисна дія заключається, головним чином, в утворенні на поверхні бавовняних волокон плівки полімеру, яка збільшує поперечний зріз во­локон і, вклеюючи їх у пряжі, сприяє підвищенню міцності тканини.