Лекции по курсу «Теоретические основы применения текстильных вспомогательных веществ»

Качество готовых текстильных материалов определяется несколькими факторами, важнейшим из которых является правильный выбор текстильных вспомогательных веществ и способов их применения. Это обуславливает необходимость изучения свойств, строения, физико-химических и коллоидно-химических принципов действия ТВВ. Авторы [1] предлагают классификацию ТВВ по назначению, приведенную в табл. 1.

В химико - текстильном производстве используется широкий спектр вспомогательных веществ в отварке и белении (смачиватели, эмульгаторы), в крашении и печати (смачиватели, выравниватели, интенсификаторы, диспергаторы, антимигранты), в заключительной отделке (мягчители, пеногасители и т.д.) основу которых составляют ПАВ. Поэтому в первую очередь мы рассмотрим свойства данных химических соединений. Поверхностно-активные вещества представляют собой амфифильные соединения, молекула которых включает две части сольватофильную (гидрофильную) и сольватофобную (гидрофобную). Они обладают уникальной способностью снижать поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз именно, благодаря дуализму их молекулярного строения. Для простоты сольватофильную часть молекулы поверхностно-активного вещества изображают в виде круга, а сольватофобную – в виде прямой или изогнутой линии. Существует несколько систем классификации ПАВ, основанных на их физических свойствах или функциональности. Наиболее распространенным физическим свойством, используемым для классификации является ионность (ионогенные свойства) ПАВ. По этому признаку ПАВ разделяют на 5 типов:

-анионные (анионактивные) ПАВ, способные диссоциировать в полярном растворителе с образованием поверхностно-активных анионов;

- катионные (катионактивные) способные диссоциировать с образованием поверхностно-активных катионов;

-амфотерные (амфолитные) ПАВ, молекулы которых содержат несколько полярных групп и в зависимости от внешних условий (в основном от значения рН водного раствора, растворителя) способны образовывать при диссоциации поверхностно активные анионы или катионы;

-цвиттер-ионные ПАВ, полярные группы которых являются цвиттер-ионами; (Цвиттер-ион (биполярный ион; нем. Zwitter — гибрид) — молекула, которая, являясь в целом электронейтральной, в своей структуре имеет части, несущие как отрицательный, так и положительный заряды, локализованные на несоседних атомах. Цвиттер-ионные ПАВ содержат в молекулах две противоположно заряженные группы. Положительный заряд почти всегда обеспечивается аммониевой группой, а отрицательно заряженные группы могут быть разные; чаще всего отрицательный заряд обеспечивает карбоксилат-ион. Такие ПАВ нередко относят к амфотерным, но, как отмечалось выше, эти термины не идентичны. Заряды амфотерного ПАВ изменяются в зависимости от рН, при этом при переходе от кислых к щелочным рН изменяется тип ПАВ от катионного через цвиттер-ионное до анионного. Ни кислотные, ни основные группы не несут постоянного заряда и цвиттер-ионом такое ПАВ становится только в определенном интервале рН.).

-неионные (неионогенные) ПАВ, практически не образующие в водном растворе ионов.

Химическая классификация ПАВ Химическая классификация ПАВ

Анионные ПАВ

1.Соли карбоновых кислот

2.Соли сульфоэфиров (металл алкилсульфаты)

3.Соли сульфоновых кислот (металл алкилсульфонаты)

4.Соли сульфиновых кислот (металл алкилсульфинаты)

5.Соли тиосульфатов (металл S-алкилтиосульфаты)

6.Соли персульфатов

7.Соли сульфаминовых кислот (металл ациламиносульфонаты)

8.Металл алкилфосфаты

9.Металл диалкилдифосфаты

10. Металл алкилфосфиты

11. Металл алкилфосфонаты

Катионные ПАВ

1.Соли аминов (первичных, вторичных и третичных), алкилгидразинов, гидразонов, гуанидинов – RNRRHX ( где Х- анион).

2.Четвертичные аммониевые основания и их соли.

3. Четвертичные основания гетероциклических соединений и их соли (например, алкилпиридиний ацилаты [ RNCH ] X ).

4.Четвертичные окиси аминов

5. Четвертичные фосфониевые основания

6. Четвертичные арсониевые основания

7.Третичные сульфониевые основания.

Неионогенные ПАВ

1.Одно- и многоатомные спирты

2.Кислоты

3.Амины

4.Альдегиды и кетоны

5.Простые эфиры

6.Сложные эфиры одно- и многоатомных спиртов и кислот

7. Сложные эфиры глюкозидов

8.Амиды кислот

9.Нитрилы

10.Нитросоединения

11.Алкилгалогениды

12.Оксиэтильные производные веществ, имеющих активный атом водорода (спиртов, кислот, аминов, амидов, фенолов, глюкозидов, сульфатов, сульфонатов, фосфатов и т. д.), где полярные группы перечисленных классов веществ, в большинстве случаев равны 1 ).

13.Сополимеры окиси этилена и окиси пропилена, так называемые плюроники и проксанолы

Амфолитные ПАВ.

1.Карбоксибетаины (триалкиламмонийалконоаты)

2.Сульфобетаины (триалкиламмонийалкансульфонаты)

3.Аминокарбоновые кислоты и их соли

4.Фосфобетаины

Высокомолекулярные ПАВ

Другим физическим свойством, положенным в основу классификации является молекулярная масса. В соответствии с этой классификацией ПАВ, имеющие молекулярную массу менее 400, относят к низкомолекулярным, а поверхностно-активные вещества, обладающие массой более 2000 относят к высокомолекулярным. Высокомолекулярные ПАВ по механизму действия и адсорбционной способности принципиально отличаются от классических дифильных ПАВ. Для всех высокомолекулярных ПАВ характерна линейная структура цепи. Сшитые полимеры «плохо работают» в качестве ПАВ.

По характеру диссоциации полярных групп высокомолекулярные ПАВ делятся, также как и низкомолекулярные. Кроме того они делятся по природе элементарного звена на природные полипептиды и полисахариды, синтетические поливинилы или замещенные полиэтилены, полиоксы, полиимины, полиэфиры, полиамиды и т. д. Высокомолекулярные ПАВ тоже бывают полифункциональные.

ПАВ также можно разделить на водорастворимые и маслорастворимые. Среди других направлений классификации ПАВ наиболее важно их разделение по функциональности: эмульгаторы, солюбилизаторы, смачиватели, моющие агенты, диспергаторы и т.д.

Табл.1

Классификация текстильных вспомогательных веществ по их целевому назначению в красильно-отделочном производстве.

Химико-текстильный процесс	Цель использования ТВВ	Тип используемого ТВВ	Показатели эффективности ТВВ
Смачивание	Увеличение скорости пропитки текстильного материала в непрерывных процессах	АПАВ, НПАВ	Снижение поверхностного натяжения, повышение скорости смачивания, низкая пенообразующая способность
Обезвоздушивание	Удаление воздуха из паковки текстильного материала в периодических процессах	АПАВ, НПАВ	Снижение поверхностного натяжения, повышение скорости смачивания, низкая пенообразующая способность
Эмульгирование в объеме жидкости	Авиважная обработка химволокон перед прядением стойкими эмульсиями водонерастворимых веществ, эмульсирование текстильных материалов перед ворсованием	Композиции, содержащие углеводороды, эмульгаторы, антистатики, стабилизаторы	Повышение устойчивости эмульсий во времени, регулирование размера капель в эмульсии
Эмульгирование с поверхности	Удаление водонерастворимых воскообразных веществ при отварке текстильных материалов	АПАВ, НПАВ	Уменьшение остаточного содержания воскообразных веществ на ткани, увеличение капиллярности ткани
Диспергирование	Получение тонких дисперсий водонерастворимых красителей	АПАВ, содержащие в гидрофобной части ароматические ядра	Повышение степени дисперсности красителей, увеличение стабильности дисперсий во времени
Солюбилизация	Растворение красителей	АПАВ, НПАВ, мочевина, этаноламиды жирных кислот, ализариновое масло	Увеличение растворимости красителей в воде при введении ТВВ
Моющее действие	Удаление с материалов отработанных химических веществ, природных и случайных загрязнителей	АПАВ, НПАВ	Повышение белизны тканей, чистоты тона окрасок тканей, уменьшение остаточного содержания химических веществ, регулирование пенообразующей способности
Регулирование процесса сорбции красителей	Замедление сорбции красителей, увеличение скорости их диффузии с целью получения равномерных окрасок	КПАВ, НПАВ, АПАВ и их композиции	Повышение ровноты окраски ,чистоты тона, интенсивности окраски
Регулирование процесса миграции красителей	Замедление перераспределения частиц красителя по поверхности ткани на стадии сушки	Сложные композиции на основе ПАВ, загустителей, солюбилизаторов	Повышение ровноты окраски по ширине ткани (кромки, середина),ровноты окрасок в местах переплетения нитей в ткани
Увеличение прочности окрасок	Закрепление окрасок водорастворимыми красителями к мокрым обработкам, трению	Катионоактивные высокомолекулярные препараты, предконденсаты термореактивных смол	Увеличение устойчивости окрасок после закрепления
Снятие статического электричества	Изменение свойств поверхности текстильного материала. Увеличение электропроводности поверхностного слоя	КПАВ, АПАВ, и предконденсаты термореактивных смол со специальными свойствами	Снижение электризуемости текстильных материалов после после обработки препаратами
Придание заданного грифа волокнистым материалам	Модификация поверхности текстильных материалов за счет сорбции ТВВ или образования поверхностной пленки	КПАВ, НПАВ, эмульсии термопластичных смол	Улучшение грифа текстильного материала, улучшение драпируемости, снижение прорубки трикотажных полотен
Гидрофобизация	Модификация поверхности текстильного материала с образованием слоя с пониженным поверхностным натяжением, экранирование гидрофильных групп текстильного материала	Эмульсии термопластичных смол со специальными свойствами, предконденсаты термореактивных смол с гидрофобными группами	Улучшение водоупорных, масло- и грязеотталкивающих свойств текстильных материалов
Придание огнезащитных свойств	Образование на поверхности материала пленки, содержащей пламегасящие вещества	Предконденсаты термореактивных смол с фосфорсодержащими группами, пламегасящие препараты, закрепляемые на поверхности отделочными композициями	Снижение горючести текстильных материалов
Модификация свойств текстильных материалов	Придание тканям малосминаемости и малоусадочности за счет образования поперечных сшивок между макромолекулами волокон и упругой пленки на поверхности ткани	Термореактивные смолы с бифункциональными группами, термопластичные смолы	Увеличение несминаемости тканей в сухом и мокром состояниях, снижение бытовой усадки
Сообщение тканям антисептических и лечебных свойств	Образование на поверхности ткани пленки-депо, содержащей лечебные препараты	Синтетические и природные высокомолекулярные соединения, лечебные препараты	Приобретение антисептических и лечебных свойств текстильными материалами
Пеногашение	Изменение поверхностного натяжения и структуры пленки на поверхности рабочей ванны	Силиконовые препараты	Снижение пенообразования
Придание нитям улучшенной способности к переработке в ткачестве (шлихтование)	Образование на поверхности нити пленки, обладающей адгезией к полимеру	Крахмал, водорастворимые производные крахмала и целлюлозы, синтетические высокомолекулярные соединении я	Увеличение прочности нити, снижение коэффициента трения, электризуемости, ворсистости нити