Глава 1. Изменение свойств волокон, тканей и изделий в процессе носки

1. Волокнистый состав тканей, методы его распознавания

 

Текстильные волокна, служащие для изготовления тканей бытового назначения, относят к природным и химическим.

Природные волокна бывают растительного и животного происхождения. Производство хлопка, шерсти, натурального шелка в общеми-ровом объеме составляло в 2001 году 21,5 млн.т (37,3 %). Доля дру¬гих природных волокон (лен, конопля, джут, сизаль) составляла 4,8 млн. т (8,3 %).

Волокна растительного происхождения состоят из целлюлозы и получаются из семян хлопчатника (хлопок) или стеблей и листьев растений (лен, конопля, кенаф, джут). Наибольшее распространение получило хлопковое волокно, содержащее до 98 % целлюлозы. В льняном волокне содержание целлюлозы составляет 74-79 %.

Основной источник волокон животного происхождения (их также называют белковыми) – волосяной покров овец, коз, верблюдов, кро-ликов. Очищенная шерсть является белком-склеропротеином.

Натуральный шелк получают путем размотки коконов тутового и дубового шелкопрядов. Отваренный шелк состоит из белка- фиброина. Доля волокон животного происхождения в мировом производстве уменьшается.

Химические волокна получают путем переработки природных или синтетических высокомолекулярных соединений и подразделяют на искусственные и синтетические. Доля этих волокон составляет 31,3 млн. т (54,5 %).

К искусственным волокнам относят целлюлозные (вискозные, вискозные высокомодульные, полинозные, медно-аммиачные) и эфиро-целлюлозные (ацетатные и триацетатные). Основным сырьем для получения вискозных волокон служит целлюлоза, выделяемая из древесины хвойных пород [^.Искусственные волокна производят в объеме 2,6 млн. т.

Синтетические волокна вырабатывают из карбоцепных или гетероцепных полимеров, получаемых путем полимеризации или поли-конденсации мономеров.

В карбоцепных полимерах главная цепь макромолекулы состоит только из атомов углерода. Остальные элементы, входящие в состав полимера, находятся в боковых группах макромолекулы. На основе карбоцепных полимеров получают полиакрилонитрильные (ПАН, торговое название в СНГ нитрон), поливинилхлоридные (ПВХ, торговое название в СНГ хлорин), полипропиленовые и другие волокна. Макромолекулы полимеров имеют следующее строение:

В гетероцепных полимерах в основной цепи макромолекулы атомы углерода чередуются с атомами других элементов (кислорода, азота). На основе гетероцепных полимеров получают полиэфирные и полиамидные волокна. Строение гетероцепных полимеров выражают следующие формулы:

полиэфирные волокна (торговое название в СНГ лавсан):

 

полиамидные волокна: поликапроамид (торговое название в СНГ капрон)

полигескаметиленадипамид (тогравое название в СНГ анид)

полиуретановые волокна

Наиболее распространенными синтетическими волокнами в на-стоящее время являются полиэфирные, на долю которых в 2001 г. приходилось 19,3 млн. т мирового производства. Выпуск этих волокон непрерывно растет.

Химические волокна выпускают в виде бесконечных нитей и в виде жгутов, разрезаемых на волокна определенной длины (штапельные волокна). И те, и другие могут быть окрашены в массе (во время формования волокон) и без окраски, блестящими и матовыми (за счет добавления оксида титана). Штапельные волокна используют чаще всего в смеси с другими волокнами для выработки пряжи, из которой получают смешанные ткани.

Бесконечные нити используют для выработки шелковых тканей, трикотажных полотен.

Полиамидные волокна выпускают в объеме 3,7 млн. т, полипропиленовые – 2,9 млн. т, акриловые – 2,6 млн. т

Производство эластичных волокон составляет 0,2 млн. т, в том числе 50 тыс. т в США, 40 тыс. т в Японии, более 120 тыс. т в Корее и Тайване.

Производство поливинилхлоридных волокон снижается, их используют в качестве тканей для занавесей, обивки мебели и др.

В табл. 1 представлены данные об объеме производства химических волокон и нитей в России за период 1990-2000 гг. [2].

Для выработки тканей предварительно готовят пряжу из одного типа волокон или из их смесей. Смешанные ткани вырабатывают также из разных нитей (например, основа из хлопка, уток из химических волокон). В настоящее время большинство тканей выпускаются из смесей волокнистых материалов двух и более видов. Это позволяет использовать наиболее ценные свойства каждого компонента (табл. 2). Ткани и трикотаж, изготовленные из смеси волокон, имеющих разную усадку, создают много проблем при удалении пятен и обработке одежды водными растворами.

При изготовлении одежды часто применяют несколько различных тканей (для верха изделия, подкладки, бортовки, карманов), полимерные материалы (искусственная кожа, клеи, пуговицы, пряжки, молнии), меха, швейные нитки. Разнообразие материалов создает определенные трудности в подборе оптимальных режимов обработки изделий при мойке, крашении и отделке. Известно, что при мойке изделий из поливинилхлорида в трихлорэтилене происходят растворение волокна, усадка изделий, выработанных из смесей этого волокна с другими типами волокон, растворение дисперсных красителей, применяемых для крашения ацетатного волокна.

Большинство изделий, принимаемых в обработку, имеют информацию с условными обозначениями, указывающими на способ обработки и волокнистый состав. Однако многие изделия не имеют сведений или они не точны, поэтому технологу необходимо знать методы распознавания волокон [4].

 

В табл. 3 приведены признаки горения волокон, по которым можно определить природу волокна, но они достоверны лишь для шерстяного волокна, достаточно устойчивого к химической чистке.

Нами были предложены экспресс-методы распознавания волокон, для выполнения которых достаточно иметь образец ткани размером не более 2×0,5 см2 или 1-2 мг волокон искусственного меха. Ряд реакций можно выполнить в приемном пункте; реакции, в которых применяются токсичные растворители, необходимо выполнять в вытяжном шкафу лаборатории. С помощью этих методов можно в течение 2-5 мин установить наличие синтетических волокон в образце ткани (трикотажа) и искусственного меха [3]. Известны и другие способы распознавания [4]. Сначала определяют, есть ли в ткани термопластичные волокна, размягчающиеся или плавящиеся при нагревании. Для этого образец ткани размером 0,2×0,2 см2 помещают на поверхность закрытой электроплитки, предварительно нагретой до температуры 300-350 °С. Если в течение 5-10 сек. образец расплавился, значит в нем находились только синтетические (капрон, лавсан, хлорин) или ацетатные волокна. Если образец не расплавился, его снимают пинцетом с плитки, охлаждают на воздухе и продолжают исследование.

Если после охлаждения образец остался мягким и от него не исходил запах жженого рога, то это означает что, ткань выработана из целлюлозных волокон. Анализ таких образцов можно не продолжать, так как термостабильные волокна (вискозное, медно-аммиачное, хлопок, лен) устойчивы в процессах химической чистки. Запах жженого рога и появление хрупкости у образца при нагревании указывают на наличие шерстяного волокна.

Если образец после нагревания и охлаждения приобрел жесткость, то анализируемая ткань содержит смесь волокон, которую необходимо более детально анализировать в лаборатории.

Волокно хлорин определяют путем сжигания в пламени спиртовки или газовой горелки на медной проволоке. Предварительно проволоку прокаливают в пламени, подносят к волокнам, концы которых плавятся и укрепляются на проволоке. Затем проволоку с волокнами вносят в пламя и наблюдают за горением волокна и цветом пламени. Если в конце горения волокон наблюдается окрашивание пламени сначала в голубой, а затем в зеленый цвет, то ткань содержит хлорин или подобное ему хлорсодержащее волокно. Проволока нуждается в прокаливании докрасна как до, так и после выполнения реакции.

Волокно капрон определяют по растворимости в холодной муравьиной кислоте. Каплю кислоты наносят пипеткой на образец ткани и наблюдают за ее разрушением.

Волокно нитрон определяют с помощью цветной реакции его с фенолятом натрия, для приготовления которого берут 4 г кристаллического фенола, 6 г воды и 4 г кристаллического гидроксида натрия. При приготовлении раствора глаза защищают очками, а руки – резиновыми перчатками. Образец светлой ткани, помещенный в нагретый до 100 °С раствор фенолята натрия, приобретает оранжевую окраску. Волокна шерсти, капрона и ацетатные – растворяются. Волокна нитрона, окрашенного в желтый, оранжевый и темные цвета, предварительно растворяют в 3 см3 диметилсульфоксида, нагретого до температуры 100 °С. Полученный раствор выливают в пробирку с 3 см3 20%-ного раствора дитионита натрия, хлопья нитрона выпадают в осадок, и их анализируют по появлению оранжевой окраски с фенолятом натрия (как при основной реакции).

Ацетатное волокно определяют по растворимости в ацетоне или уксусной кислоте. Для этого каплю этих реагентов наносят на образец ткани – наблюдают растворение волокна.

Триацетатное волокно определяют по растворимости в хлороформе, нанося его каплю на образец ткани. При этом волокно растворяется. Анализ проводят в вытяжном шкафу.

Волокно лавсан определяют по растворимости в кипящем нитробензоле. Определение проводят в вытяжном шкафу. В пробирку наливают 1 см нитробензола, нагревают до кипения и, поместив образец, наблюдают полное или частичное растворение образца. В последнем случае раствор выливают в пробирку с 1-2 см3 ацетона, лавсан оседает в виде хлопьев. Лавсан быстро растворяется в холодной 98%-ной серной кислоте, моноэтаноламине.

Если определение типа волокна вызывает сомнения, можно провести пробу с перхлорэтиленом, нагретым в кипящей водяной бане. В пробирку с нагретым перхлорэтиленом помещают на 10-15 с образец ткани, затем вынимают, высушивают и с помощью лупы устанавливают степень изменения (усадка, разреженность, окраска и др.). Если существенных изменений не заметно, обработка в растворителе неопасна. Данные о растворимости волокон в реагентах, использованных в нашем экспресс-методе распознавания, приведены в табл. 4.

2. Износ тканей и одежды

 

Основная масса тканей, используемых для изготовления одежды, вырабатывается из смесей волокон. Это позволяет получить ткани и одежду из них с высокой несминаемостью, прочностью, хорошими гигиеническими свойствами. В литературе отсутствуют данные о взаимном влиянии волокон в изделиях в процессе их носки, поэтому отдельные процессы изнашивания будут рассмотрены на волокнах и тканях, выработанных из одного вида волокон.

Носка изделий сопровождается постепенным изменением формы, размеров изделия, разрушением ткани, загрязнением ее и изменением окраски. Изменение формы изделий выражается в появлении «гармошки» на рукавах, изменении формы отдельных деталей, появлении складок, морщин, вытянутых участков. Внешний вид изделий заметно ухудшается. Части изделий, подвергающиеся при носке трению, приобретают неприятный блеск, а на сгибах ткани протираются. В результате изнашивания изделий уменьшается прочность ткани, обрываются волокна, ослабляются их связи с тканью и они выпадают. Это легко может наблюдать каждый по накоплению волокнистой массы во внутренних швах изделий или по изменению плотности носков, превращающихся со временем в сетки из более прочных волокон.

Износ тканей и изделий происходит под влиянием механических (сжатие, трение, растяжение, кручение, многократные изгибы), физико-химических (свет, тепло, воздух, вода, моющие средства, красители и отделочные препараты, загрязнения, органические растворители) и биологических факторов (грибы плесени, микроорганизмы, насекомые). Одежда и изделия домашнего обихода изнашиваются в результате разного рода воздействий. Например, белье изнашивается под воздействием пота, стирки, истирания; верхняя одежда – под влиянием светопогоды, механических воздействий, загрязнений, органических растворителей; гардинные изделия – в результате совместного действия света, загрязнений, стирки. На ковровые изделия оказывают разрушающее влияние пигментные загрязнения, обработка пылесосом, механические воздействия и др.

Различают общий износ, наблюдающийся на всем изделии (верх, подкладка и др.), и местный износ – на отдельных участках.

При частом изменении моды изделия стареют в результате изменения форм изделий, покроя, расцветок тканей и их структуры.

3. Показатели надежности швейных изделий

 

Теории надежности изделий пока не создано, поэтому еще появляются изделия, не выдерживающие условий носки. Например изделия, изготовленные с применением клеевых материалов для дублирования или соединения деталей одежды, в процессе мойки в органических растворителях растворяются и мигрируют на поверхность тканей или кожи.

К числу показателей надежности швейных изделий предложено относить разрывные характеристики, формоустойчивость и износостойкость[5].

Разрывные характеристики особенно важны при нагрузках, близких к разрывным. При резких движениях детали и швы, не рассчитанныи на определенный запас прочности, будут разрушены и изделия минут непригодными для носки.

Марголин И.С. Износостойкость тканей из шерсти и химических волокон «Легкая индустрия». М., 1967. 201 с.

Формоустойчивость – это способность одежды в условиях эксплуатации сохранять (в определенных пределах) свои первоначальную форму и размеры. Она зависит от упругости и жесткости деталей одежды, драпируемости, сминаемости, усадки материалов, а также hi устойчивости конструкции одежды и технологической обработки. Износостойкость характеризует срок службы изделий. Износ может быть результатом полного или частичного разрушения материалов на отдельных участках деталей и элементах конструкции (швы, сгибы) под влиянием истирания, растягивающих и изгибающих нагрузок, действия светопогоды, химических чисток и стирок.

Каждый из групповых показателей в свою очередь слагается из ряда единичных показателей.

Комплексную оценку эксплуатационных свойств швейных изделий предложено определять как средневзвешенную величину соответствующих относительных единичных показателей:

Нормированные коэффициенты весомости предложено определять экспертным методом с последующим расчетом на ЭВМ [5].

 

 

4. Методы оценки стойкости текстильных материалов к изнашиванию

 

Для оценки стойкости текстильных материалов и изделий применяют опытную носку, моделированное изнашивание с последующим определением физико-механических и других показателей, лабораторные методы исследования свойств тканей и волокон.

Опытная носка изделий позволяет получить наиболее достоверную и полную информацию о стойкости тканей к изнашиванию в реальных условиях. Для проведения опытной носки сравнительно большая группа одинаковых изделий (например, 100) подвергается носке людьми, имеющими сходные условия труда и быта (студенты, солдаты и др.). Через определенные периоды носки изделия подвергают экспертной оценке, стирке или химической чистке. Часть изделий используют для проведения лабораторных испытаний. Затем, проводят следующий этап носки и так до окончания. Хотя опытная носка требует больших затрат времени, средств и материалов, она применяется до сих пор для комплексной оценки вновь создаваемых изделий, тканей и других материалов. Для удешевления опытной носки вместо изделий сложной конструкции применяют нарукавники, фартуки, салфетки, чулочно-носочные изделия и др. Лабораторные методы, моделирующие изнашивание одежды, еще не созданы.

Моделированное изнашивание тканей заключается в том, что образцы тканей подвергают воздействию дозированной солнечной энергии [5 тыс. условных доз облучения (УДО) соответствуют солнечной энергии в 2190 Дж/см], определенному числу стирок или такому же числу химических чисток в перхлорэтилене, а также комплексному воздействию солнечной энергии, либо со стирками, либо с химическими чистками образцов тканей. После каждого периода воздействия определяют физико-механические показатели. Методика моделированного изнашивания разработана Б.Д. Семаком [6].

Лабораторные методы исследования предусматривают определение прочности ткани, устойчивости к истиранию, многократным изгибам как новых, так и подвергнутых изнашиванию тканей. Кроме определения физико-механических показателей часто проводят измерение вязкости растворов волокон, кислородных чисел, определяют содержание перекисных и др. групп.

Прочность ткани определяют на разрывных машинах отдельно по основе и утку. Метод прост, но с его помощью нельзя уловить изменение структуры волокон, возникающее в процессе эксплуатации изделий.

Устойчивость к истиранию ткани по плоскости или сгибу определяют на приборах, позволяющих регистрировать число периодических движений, приводящих к полному или частичному разрушению. В последнем случае данные об изнашивании получают после определения массы, прочности, толщины или других показателей ткани.

Устойчивость к многократным изгибам волокон, нитей и тканей необходимо определять при изучении изнашивания тканей под воздействием светопогоды, стирки и химической чистки. На приборе регистрируют число изгибов, приводящих к полному разрушению образца.

Удельную вязкость ( ) раствора полимера определяют вискози- мотрическим методом, измеряя время истечения раствора полимера T и растворителя Ti через капилляр вискозиметра:

 

Полярографический метод применим для исследования разрушения волокон, при котором образуются перекисные, альдегидные и другие полярографически активные соединения. Методика разработана И.Д. Ивановым. При этом на полярографе LP-60 исследуют либо водные (белковые волокна), либо щелочные (целлюлозные) вытяжки волокон. Полярограммы записываются автоматически [7].

5. Ткани из белковых волокон

Очищенное шерстяное волокно является биополимером, кератином. состоящим из остатков а-аминокислот, связанных пептидными I руинами в длинную цепь [8].

По данным разных исследователей, число -аминокислот составило от 19 до 23, оно зависит от вида шерстяного волокна, условий питания животных, климата и др.

Внимание к шерстяному волокну связано с его уникальными свойствами (мягкость, гидрофильность, реакционноспособность), с особенностями его химического и физического строения.

Из разнообразия химических реакций кератина будут кратко рассмотрены лишь те, которые могут происходить при носке, химической чистке и отделке одежды.

При облучении шерсти солнечным светом уменьшается чешуйчатость волокон, увеличивается набухание и растворимость, изменяются способность к поглощению красителей, цистиновые связи. Изменение цистиновых связей протекает с образованием цистеин- сульфеновой кислоты по схеме

Цистеинсульфеновая кислота неустойчива и разлагается с образованием альдегида и сероводорода по схеме

 

 

Сероводород, окисляясь на волокне, переходит в сернистый газ и затем в серную кислоту, обнаруживаемую на волокне. При инсоляции мериносовой шерсти в период ее роста на овце в пастбищный период имеет место снижение содержания общей серы на 8,3 %, цистина на 8,3 % и прочности волокна на 8,6 %.

Солнечный свет вызывает отбеливание неокрашенного шерстяного волокна, ультрафиолетовые лучи, наоборот, – пожелтение. Наибольшее пожелтение волокна наблюдается при облучении УФ- лучами длиной волны, меньшей 311 нм [8]. Пожелтение шерсти связывают с фотохимическими превращениями аминокислотных остатков – цистина, тирозина и триптофана – в присутствии кислорода. Комплексное воздействие инсоляции и обработок в перхлорэтилене вызывает большее снижение устойчивости к истиранию шерстяной ткани, увеличению ее растворимости в щелочи (рис. 2), чем воздействие только инсоляции.

 

Рис.2. Влияние инсолиции (1) и комплексного действия инсоляции и обработок в перхлорэтилене (2) с течением времени на устойчивость шерстяной ткани:

а – к истиранию, б – к разрыву, в – к растворению в щелочи

Облученные волокна быстрее и полнее выбирают из ванны кислотные красители и имеют более глубокую окраску, чем необлученные. Большинство кислотных красителей не оказывает ни защитного, ни разрушающего действия на шерстяные волокна при инсоляции. Так как на фотовыцветание кислотных антрахиноновых красителей существенное влияние оказывает pH среды, необходимо тщательное отмывание кислот и щелочей, которые остаются в тканях при отделке. Винилсульфоновый голубой краситель К.И.19* оказывает защитное действие при фотоокислении боковых цепей шерсти (цистина, гистидина, лизина и тирозина), его связь с волокном стабильна.

Шерсть является одним из наиболее гидрофильных волокон. Гидрофильность связана с наличием в молекуле кератина большого количества гидроксильных, карбоксильных и аминогрупп. Поглощение шерстяным волокном небольшого количества воды (до 5 %) происходит с выделением тепла. Так, при увлажнении 1 г мериносовой шерсти выделяется 113 Дж. Дальнейшее поглощение воды (5-23 %) связано с заполнением пор волокна, с явлением осмоса (25-33%).

С поглощением воды связана способность волокон к набуханию. Набухание в длину составляет 1,1-1,2 %, в поперечном направлении -до 16 %. Степень набухания характеризуется массой воды, которую волокно способно удерживать после смачивания и отжима в определенных условиях. После отжима мокрого шерстяного волокна в нем остается 39-44 % воды.

Степень набухания влияет на скорость сушки изделий. Так, шерстяные изделия высушиваются в 5 раз медленнее, чем нейлоновые. Влажность волокна способствует понижению его прочности, вызванному ослаблением ионных связей между ионами и  и разрывом водородных связей между цепями кератина.

Изделия из шерстяных волокон редко подвергаются стирке, так как они легко поддаются усадке, свойлачиваются, и форма их с трудом восстанавливается. В водных растворах проводят крашение изделий.

Кислоты не оказывают разрушающего действия на шерстяные изделия. При повышенных температурах концентрированные растворы кислот гидролизуют волокна, что необходимо учитывать при удалении пятен ржавчины растворами кислот. Если кислоту своевременно не отмыть, возможен гидролиз волокна:

Гидролиз частично протекает при карбонизации шерсти на текстильных фабриках, в результате чего в ней на 3-4 % снижается содержание цистина и тирозина, увеличивается растворимость в 0,1 н. растворе гидроксида натрия до 17-22 % (у исходной шерсти растворимость 10 %).

Особенно большие разрушения происходят при действии на шерсть щелочи. В первую очередь разрушаются ионные связи по схеме

Имеет место также и разрыв дисульфидных связей

 

При повышенной температуре даже слабые растворы щелочи вызывают разрушение шерсти.

Обработка шерсти пероксидом водорода, применяющимся для беления, вызывает разрушение цистиновых связей. В результате образуется цистеиновая кислота и дисульфоксид, часть серы выделяется в виде сульфата. Наиболее сильное разрушение волокна происходит при pH выше 7. Пероксид водорода разрушает пептидные связи. На реакцию шерсти с пероксидом водорода оказывают каталитическое влияние ионы тяжелых металлов (меди, никеля).

Восстановители часто используют для обесцвечивания шерсти. Если обработка “проводится при комнатной температуре и продолжается не более 2 ч, разрушения шерсти не наблюдается. При длительной обработке уменьшается содержание цистина по схеме

При нагревании в горячем воздухе (при температуре 150 °C) в течение 5 ч шерсть приобретает желтый оттенок.

Загрязнения шерстяной ткани пигментными частицами способствуют перетиранию волокон и нарушению их защитного чешуйчатого слоя. Достаточно нанести на ткань 0,5 % почвенной пыли, как ее окраска станет тусклой, а устойчивость к истиранию уменьшится на 30 %. Особенно много пыли поглощают ткани, загрязненные жировыми веществами. Длительное нахождение загрязнений способствует их старению, увеличению прочности сцепления с волокнами, развитию микроорганизмов, разрушающих шерсть.

Шерстяные изделия удерживают после смачивания и отжима на центрифуге 25-35 % перхлорэтилена от массы изделий. Методом электронно-зондового микроанализа были получены данные о сорбции перхлорэтилена (табл. 5) [9].

Из данных, приведенных в таблице 5, видно, что в процессе сорбции наблюдается тенденция к установлению в образце равновесной концентрации. Существенное влияние на величину сорбции и ее скорость оказывает температура (кроме свойств растворителя и структуры волокна).

Изменение концентрации перхлорэтилена от расстояния по радиусу шерстяного волокна показано на рис. 3. Каждой температурной обработке волокон соответствует определенная величина поверхностной концентрации перхлорэтилена, возрастающая при повышении температуры обработки. Наиболее существенное уменьшение концентрации перхлорэтилена наблюдается на расстоянии до 2 мкм от поверхности волокна при диффузии через чешуйчатый слой и оболочку коркового слоя, имеющих более плотную структуру.

Рис. 3. Содержание перхлорэтилена по радиусу шерстяного волокна в зависимости от продолжительности и температуры обработки, °C: а – 20; б – 40; в – 80

В табл. 6 приведены данные о коэффициентах диффузии перхлорэтилена в шерстяное волокно.

Как видно из таблицы 6, величина коэффициента диффузии растет при повышении температуры обработки.

Устойчивость шерстяных волокон к многократным изгибам после обработки в растворителях снижается как при повышении температуры растворителей, так и при увеличении продолжительности обработки. Добавление к растворителям ПАВ или усилителей способствует большему снижению устойчивости к многократным изгибам шерстяных волокон. Исключением является усилитель-29, добавление которого в бензин-растворитель улучшало устойчивость волокна к многократным изгибам [10]. Это говорит о необходимости тщательного подбора компонентов при обработке изделий на предприятиях. По степени разрушающего действия на шерстяное волокно растворители и добавки к ним можно расположить в следующий возрастающий ряд: бензин-растворитель с УС-29, бензин-растворитель, перхлорэтилен, перхлорэтилен с УС-28. Используя значения устойчивости к многократным изгибам шерстяных волокон, полученные при разных температурах, определили энергию активации процессов, протекающих в волокне во время обработки в растворителях. Она составила 41-62 кДж/моль.

Изучение поверхности шерстяного волокна с помощью электронного растрового микроскопа показало, что на волокне, обработанном при температуре 40 °C в течение 2 ч в перхлорэтилене, появились трещины, раковины, при 80 °C началось разрушение чешуйчатого слоя, появляются пустоты и при 120 °C наблюдалось полное разрушение этого слоя. Разрушения волокон, обработанных в бензине- растворителе, были значительно слабее.

Обработка изделий в органических растворителях способствует некоторому увеличению растворимости шерсти в щелочи, уменьшению содержания жира, прочности, уменьшению пушистости.

Жиры увеличивают устойчивость шерсти к истиранию. Так, при содержании жира 0,2 и 1,5 % от массы ткани устойчивость к истиранию соответственно равна 800 и 4500 циклам.

Устойчивость к истиранию зависит от структуры ткани и вида переплетения. Более устойчивы ткани, у которых нити основы и утка одинаково выступают на поверхность.

Изучение влияния солнечной радиации и химических чисток в перхлорэтилене на шерстяные ткани в условиях моделированного изнашивания показало, что после 400 тыс. УДО (условных доз облучения) и 16 химических чисток в перхлорэтилене прочность ткани снизилась в 6 раз, устойчивость к истиранию в 16, увеличение полярографически активных групп в 14 раз. С поверхности ткани частично удаляется слой из выступающих волокон [6].

Биологические факторы (бактерии, грибы, насекомые) оказывают заметное разрушающее воздействие на шерстяное волокно.

Бактерии и грибы образуют на ткани трудноудаляемые пятна плесени. Аэробные (палочковидные) бактерии разрушают волокно шерсти, а кокки (сферические бактерии) вызывают обесцвечивание шерсти без заметного повреждения волокна. Грибы разлагают кератин, особенно если волокно подвергалось сильному механическому воздействию или обработке химикатами. Основными ферментами грибов и бактерий являются щелочные сериновые протеиназы типа химотрипсина (max. при pH 10) и нейтральные протеиназы (max. при pH 7).

Протеолитические энзимы (трипсин, папаин) не влияют на волокно, если чешуйчатый покров не разрушен. Активность микроорганизмов повышается при наличии на ткани азотсодержащих веществ.

 

Из насекомых наибольшее распространение получили платяная моль и ковровый жук (рис. 4). Разрушение ткани вызывает не бабочка моли и ковровый жук, а их личинки, питающиеся кератином. При бла- гоприятных условиях (температура 22-25 °C и относительная влажность воздуха 60-70 %) бабочка воспроизводит до четырех поколений моли в год, для питания которых необходимо около 30 кг шерсти. Личинка по мере роста, продолжающегося до 70 дней, увеличивается от 1 мм до 12-15 мм, а масса ее возрастает на 550 %. Ковровый жук длиной 4,76 мм черно-белой мраморной расцветки, его личинка красно-коричневая, покрытая волосками.

Натуральный шелк, освобожденный от шелкового клея, состоит из белка фиброина. Фиброин – полипептид, в нем нет клеток, он образован гусеницей шелкопряда подобно нитям химических волокон через фильеру. Фиброин имеет 40-60 % ориентированных участков, в которых полипептидные цепи содержат глицин, аланин и серии:

Менее ориентированные участки фиброина содержат полипептидные цепи, содержащие тирозин, пролин, диаминовые и дикарбоновые кислоты.

1 – натурального шелка; 2 – вискозного; 3 – ацетатного; 4 – хлопкового; 5 – вискозного корда; б – полиакрилонитрильного

 

Натуральный шелк наименее устойчив к действию света и погоды по сравнению с другими волокнами (рис. 5). Под влиянием УФ- облучения шелк желтеет, в нем снижается содержание тирозина и серина, уменьшается его прочность. Светостойкость натурального шелка меньше, чем шерсти (рис. 6).

а – шерсти; б – натурального шелка

Активные красители защищают щелк от разрушения при инсоляции. Так, у облученных неокрашенных волокон уменьшение прочности составило 84 %, а у окрашенных (остазиновым ярко-красным НВ) – лишь 4 %. Защитный эффект активных красителей проявляется и при облучении натурального шелка ртутно-кварцевой лампой ПРК-4 (рис. 7). Максимум на кривых можно объяснить тем, что при больших концентрациях красителя часть его, не связанная ковалентными свя- 1пми, разрушается под влиянием облучения, а продукты распада де- c. ц>уктируют волокно [11].

Фиброин нерастворим в воде, но вода вызывает набухание. Так, при температуре 18 °C набухание волокна в поперечном направлении составляет 16-18 %, масса увеличивается на 30-35 %. Теплота сорбции влаги достигает 55-67 Дж/г.

 

Рис. 7. Влияние концентрации красителя на разрывную прочность облученного УФ-лучами натурального шелка, окрашенного:

1 – активным золотисто-желтым 2КХ; 2 – активным фиолетовым 4 К; 3 – остазиновым ярко-красным НВ

 

Окрашенное волокно не набухает в 60 %-ном водном растворе хлористого цинка в течение 20 мин.

Фиброин легко растворим в медно-аммиачном, щелочном мед- но-глицериновом растворах, этилендиаминовом растворе гидроксида меди, концентрированных растворах солей (хлоридов, нитратов и др.).

Фиброин разрушается при действии щелочей. Так, кипящие 5-7%- ные растворы гидроксида натрия разрушают его в течение 3-4 мин.

Концентрированные кислоты быстро растворяют шелк при температуре 18-20 °C. Слабые растворы минеральных кислот не разрушают шелк даже при нагревании.

Отношение фиброина к окислителям и восстановителям необходимо учитывать при проведении пятновыводных процессов, отбеливании. Гипохлорит натрия в растворах слабой концентрации разрушает фиброин. Пероксид водорода практически не влияет на шелк в пределах тех концентраций растворов, которые применяют для беления. К восстановителям (дитиониту натрия, сернистой кислоте) фиброин устойчив.

При выборе методов обработки изделий из натурального шелка с целью освобождения их от загрязнений следует отдавать предпочтение химической чистке в бензине-растворителе по сравнению со стиркой.

Исследование влияния температуры, продолжительности обработки натурального шелка в бензине-растворителе, перхлорэтилене и воде показало, что повышение температуры растворителей и увеличение продолжительности обработки способствуют снижению устойчивости к многократным изгибам. Добавление к растворителям ПАВ или усилителей способствует большему снижению устойчивости волокон к изгибам. По степени разрушающего действия на волокна растворители и добавки к ним можно расположить в следующий возрастающий ряд: бензин-растворитель, бензин-растворитель с УС-29, вода, вода с моющим средством «Беларусь», перхлорэтилен, перхлорэтилен с УС- 28. Используя значения устойчивости натурального шелка к многократным изгибам, полученные при разных температурах, рассчитали энергию активации процессов, протекающих под влиянием растворителей. Энергия активации составила 14-25 кДж/моль. Энергия такого уровня соответствует водородным связям, изменение которых, вероятно, и происходит во время обработки шелка.

Растворимость натурального шелка в 0,1 н. растворе гидроксида натрия была выше у образцов, обработанных в перхлорэтилене и особенно в перхлорэтилене с добавкой усилителя-28. Поглощение перхлорэтилена из жидкой фазы составляет у натурального шелка 32,8 %. По методике низкотемпературного электрозондового микроанализа изучена сорбция и диффузия перхлорэтилена при различных температурах (табл. 7 и 8).

 

Изучение концентрации перхлорэтилена по радиусу шелкового волокна в зависимости от температуры и продолжительности обработки (рис. 8) показало, что в натуральном шелке, обработанном при температуре 2 °C в течение 30 мин, перхлорэтилен не обнаружен в центральной части волокна [12].

Рис. 8. Содержание перхлорэтилена по радиусу шелка
в зависимости от продолжительности и температуры
обработки, °C: а – 20, б – 40, в – 80

Из табл. 8 видно, что величина коэффициента диффузии перхлорэтилена в шелковое волокно увеличивается с повышением температуры и достигает максимального значения на начальном периоде диффузии.

При помощи электронного растрового микроскопа проведены исследования влияния растворителей на поверхность натурального шелка. Обнаружено, что при повышении температуры растворителя до 8О’°С на поверхности волокна появляются признаки эрозии., После обработки в перхлорэтилене при температуре 120 °C на поверхности волокна ясно видны трещины, а после обработки в бензине- растворителе на поверхности заметны отдельные вздутия, не нарушающие ее. Результаты испытания тканей из натурального шелка, обработанных в органических растворителях, на устойчивость к истиранию показали, что бензин-растворитель оказывает более мягкое воздействие, чем перхлорэтилен (рис. 9).

Рис. 9. Влияние числа обработок в растворителях на устойчивость к истиранию ткани из натурального шелка, обработанной:

1 – в бензине-растворителе; 2 – в трихлорэтилене; 3 – в перхлорэтилене

 

6. Ткани из природных и искусственных целлюлозных волокон

 

Целлюлозные волокна состоят из фибрилл, вдоль которых чередуются кристаллические участки (длина 5,7 мм) и аморфные.

Ткани из природных (хлопок, лен) и искусственных (вискозное, по- линозное, высокомодульное, медно-аммиачное) волокон характеризуются высокой гигиеничностью и комфортностью, поэтому широко применяются для изготовления белья, сорочек и других видов одежды. На долю целлюлозных искусственных волокон приходится около 2,6 млн.т. в мировом балансе текстильных волокон. Наиболее крупными производителями вискозного штапельного волокна являются Китай, Индия, Индонезия, Австрия, Тайвань. Доля России составляет 23 тыс.т.*

Вискозные нити производят в объеме 9663 тыс.т, в том числе в Китае 1596, Индии 78,8, России 10 тыс.т.

Фотохимический распад целлюлозы под влиянием солнечного света и воздуха начинается с момента раскрытия коробочек хлопка. Если на 5-й день облучения степень полимеризации хлопка составляла 4270, на 25-й она уменьшалась до 2833.

Chemical Fibers International v.52 June 2002, p 148-150.

Наибольшее разрушение волокон происходит при облучении их световыми лучами с длиной волны 253,7 нм. Энергии этих лучей достаточно для разрыва связей между атомами, составляющими макромолекулу целлюлозы. Превращения можно представить схемами:

Последняя схема объясняет как механизм снижения степени полимеризации, так и образование свободных радикалов и перекисей.

В результате окисления первичных гидроксильных групп целлюлозы, связывающих прямые красители, облученные ткани окрашиваются менее интенсивно, чем необлученные. Ткани меньше поглощают влагу либо в результате кристаллизации целлюлозы, либо из-за образования поперечных связей. Деструктированные волокна приобретают способность связывать основные красители типа метиленового голубого. Фото деструкция ускоряется в присутствии озона, окислов азота.

Изучение влияния фотодеструкции на ткани с различной отделкой показало, что суровые ткани разрушаются меньше, чем отваренные, а последние – меньше, чем отбеленные. Плотные толстые ткани и ткани, выработанные из пряжи с высокой круткой, разрушаются при инсоляции меньше, чем тонкие. Вероятно, это объясняется доступностью волокон тонких тканей для воздуха, влаги и света.

На устойчивость ткани к фотодеструкции оказывает влияние и окраска ее различными красителями. Так, окраска прямыми и сернистыми красителями несколько защищает ткани от разрушения. Увеличение концентрации красителя на волокне способствует усилению его светозащитного действия. Закрепление окрасок солями меди также способствует увеличению устойчивости ткани к действию све- топогоды. Кубовые красители желтого и оранжевого цвета вызывают разрушение хлопчатобумажных тканей при атмосферных воздействиях. Прочность ткани, окрашенной этими красителями, снижается в 1,5-2 раза по сравнению с неокрашенной. Это можно объяснить тем, что возбужденная молекула красителя отрывает атом водорода от целлюлозы либо участием в деструкции целлюлозы возбужденной формы молекулы кислорода, которой передана энергия от возбужденной молекулы красителя. Отделочные препараты, применяемые для малосминаемой, водоупорной, противогнилостной, малоусадочной отделки тканей, сообщают им также повышенную устойчивость к атмосферным воздействиям. Это, видимо, связано с тем, что эти препараты экранируют волокна и разрушаются в первую очередь сами.

По устойчивости к светопогоде ткани из целлюлозных волокон можно расположить в следующий убывающий ряд: хлопчатобумажные, льняные, вискозные.

Сорбция влаги целлюлозными волокнами сопровождается тепловым эффектом, составляющим, Дж/г: для хлопка 46-47, льна 54, вискозного волокна 105-110. При влажности воздуха 65-70% тепловой эффект сорбции приближается к нулю. Практическое значение имеет набухание волокон в воде, характеризующееся анизотропией. Так, в поперечном направлении набухание хлопками льна составляет 14-30 %, в длину – лишь 0,1-1,2 %, вискозного волокна – 25-052 и 3-7 % соответственно.

Изучение влияния стирки на изнашивание хлопчатобумажных тканей показало [13], что в водных растворах ПАВ, когда имеют место набухание волокон, адсорбция ПАВ, гидролиз целлюлозы, термоокислительная деструкция, механические и тепловые воздействия на 1кани, существенное влияние на изнашивание ткани оказывают как 1ип машины, так и тип применяемого СМС (табл. 9).

Из табл. 9 видно, что после 25 стирок в барабанной машине в растворе «Лотоса-автомат» общий износ составил 23 %, в активаторной – 18 %. Наибольшее изменение степени полимеризации имело место при использовании СМС «Десна», в состав которого входят перок- сидные соединения. Микроскопические исследования волокон после 25 стирок показали разрыхление, разрывы и другие дефекты.

При бытовых стирках целлюлозные волокна, температура стеклования которых понижается с 220-260 до 20-60 °C, подвергаются воздействию температур, значительно превосходящих температуру стеклования, поэтому происходит интенсивное структурное старение целлюлозы. Этому способствуют щелочные компоненты СМС, увеличивающие набухание волокна. Структурное старение выражается в прогрессирующей кристаллизации целлюлозы, увеличении жесткости и хрупкости волокна.

Все эти процессы усугубляются еще и тем, что при стирке тканей из целлюлозных волокон происходит вымывание низкомолекулярных фракций из аморфных участков. Оценку этих явлений методами сорбции влаги, красителей, определением степени набухания и др. проводил А.Т. Серков с сотрудниками (рис. 10-15). Из приведенных рисунков видно, что процессы стирки еще далеки от оптимальных, их необходимо совершенствовать как с целью сохранения на более длительный срок эксплуатационных свойств волокнистых материалов, так и для получения высокой белизны изделий после многократных стирок [14].

A.T. Серков высказал гипотезы, что первопричиной старения мате- (“) риалов является самопроизвольно протекающий процесс кристаллизации или упорядочения аморфных зон волокон. Все остальные факторы износа способствуют ускорению этого процесса. В результате этого в зонах кристаллизации создаются напряжения, деформируются углы связей, разрушения происходят с меньшей энергией активации [15].

Изучение влияния многократных водно-температурных обработок (90-93 °C) и pH раствора 10,5-11,0 на природный полимер-целлюлозу подтверждает высказанную гипотезу.

Рис. 10. Влияние числа многократных стирок на степень полимеризации целлюлозных волокон: 1 – высокомодульного;

2 – полинозного; 3 – хлопкового; 4 – вискозного

 

Рис. 11. Влияние числа многократных стирок на сорбцию красителя

вискозным штапельным волокном:

1 – при температуре 95 °C, pH 10,5, содержании Н2О2 – 0,5 г/л; 2 – при температуре

95 °C, pH 10,5; 3 – при температуре 95 °C, pH 7,5; 4 – при температуре 60 °C, pH 10,5

Рис. 12. Влияние числа многократных стирок на сорбцию красителя
хлопковым волокном:

1 – при температуре 95 °C, pH 10,5, содержании Н2О2 – 0,5 г/л; 2 – при температуре 95 °C, pH 10,5; 3 – при температуре 95 °C, pH 7,5; 4 – при температуре 60 °C, pH 10,5

 

 

Рис. 13. Влияние числа стирок на содержание карбоксильных групп в волокне:

1 – высокомодульном; 2 – полинозном; 3 – хлопковом; 4 – вискозном

 

 

Рис. 14. Влияние числа стирок на разрывную прочность волокна:

1 – высокомодульного; 2 – полинозного; 3 – хлопкового; 4 – вискозного

 

Рис. 15. Влияние числа стирок на показатель двулучепреломления полинозного волокна:

1 – при температуре 95 °C, pH 10. содержании Н2О2 – 0,5 г/л; 2 – при температуре 95 °C, pH 10,5; 3 – при температуре 95 °C, pH 7,5; 4 – при температуре 60 °C, pH 10,5

 

Влияние стирки и носки на физико-механические показатели хлопчатобумажных костюмных тканей изучали в условиях опытной носки ста хлопчатобумажных костюмов, состоящих из курток и брюк [16]. Все изделия в процессе эксплуатации находились в примерно одинаковых условиях, систематически стирались, через каждые два месяца отбирали образцы и определяли их устойчивость к истиранию, многократному изгибу, растяжению и другие показатели. Показали, что по мере изнашивания изделий устойчивость образцов к многократному растяжению, изгибу, истиранию, разрыву, а также водоупорность снижаются, а водопоглощаемость увеличивается (табл. 10). Особенно сильно снижается устойчивость к истиранию.

В работе [17] исследована деструкция льняных волокон под влиянием моделированного изнашивания. Применен полярографический метод исследования, который ясно показал, что в волокнах возрастает число альдегидных и перекисных групп. Наибольшие изменения происходят при комплексном действии инсоляции и обработок в пер- хлорэтилене. В результате этого устойчивость ткани к истиранию снижается. Так если исходная ткань выдерживала 3294 цикла, то после 2-х и 3-х периодов инсоляции и обработок в перхлорэтилене устойчивость к истиранию снизилась соответственно до 752 и 289 циклов, то есть в 4 и 11 раз. Стирка и инсоляция влияют меньше.

 

 

Износ тканей при обработке в растворителях происходит под влиянием органических растворителей и добавок к ним усилителей, механических воздействий, возникающих в результате вращения барабана машины, тепловых воздействий в процессе сушки.

Исследование влияния многократных обработок в органических растворителях на физико-механические и химические свойства гидратцеллюлозных волокон показало, что наиболее существенно изменяются устойчивость к многоцикловым нагрузкам и значения кислородных чисел (табл. 11 и 12) [18].

Из табл. 11 видно, что наибольшее снижение устойчивости к изгибам наблюдается у волокон, обработанных в трихлорэтилене, наименьшее – у обработанных в бензине-растворителе. Добавки усили- теля-28 способствуют еще большему снижению устойчивости волокон к изгибам. Действие фреона-113 подобно действию бензина- растворителя.

 

Кислородное число характеризует содержание карбонильных групп в целлюлозе. Определение кислородных чисел связано с использованием восстановительной способности этих групп в щелочной среде в отношении трехвалентного железа ферроцианида калия, восстанавливаемого до двухвалентного.

Химизм процесса при определении кислородного числа выражают реакции

 

 

Из табл. 12 видно, что наибольшее увеличение кислородных чисел наблюдается у волокон, обработанных в перхлорэтилене, наименьшее у обработанных в бензине-растворителе и фреоне-113. Добавки усилителя-28 к перхлорэтилену способствуют еще большему увеличению кислородных чисел гидратцеллюлозных волокон, что вполне согласуется с данными, приведенными в табл. 11. Таким образом, выбирая растворитель и добавки к нему, можно изменять продолжительность носки изделий.

 

7. Ткани из ацетатного и триацетатного волокон

Ацетатные волокна выпускают главным образом в виде нитей, доля которых в общемировом производстве составляет 875,1 тыс.т. Основными производителями являются США (334,6), Япония (104,3), Германия (74), Китай (51).

Ацетатное и триацетатное волокна светостойки. После действия света в течение 200 ч уменьшение прочности у ацетатного волокна составляет только 7,3% (рис. 16).

Рис. 16. Влияние продолжительности инсоляции на прочность (а) и удлинение (б) химических волокон:

1 – хлорин; 2 – ацетатное волокно матированное; 3 – ацетатное волокно блестящее; 4 – капрон

Под влиянием света и атмосферных условий в ацетате целлюлозы разрываются 1,4-Р-глюкозидные связи, сложноэфирные группы, разрушаясь, выделяют уксусную кислоту. Скорость образования уксусной кислоты в диацетате в 1,7 раза ниже, чем в триацетате целлюлозы.

Добавление к волокну двуокиси титана (при матировании волокна) или следов железа способствует ускорению деструкции волокна при инеоляции.

Радиоактивные излучения вызывают разрушение ацетатного волокна, но эти разрушения меньше, чем у вискозного волокна и особенно у хлопка.

Металлокомплексные красители, дисперсные и некоторые азокрасители защищают ацетатные и триацетатные ткани от разрушения при действии светопогоды.

Набухание ацетатного волокна в воде в поперечном направлении составляет 9-14 %, т. е. в 2-2,5 раза меньше, чем у вискозного, поэтому высушивание ацетатного волокна происходит быстрее. Отжатое волокно содержит 22-31% воды. Теплота сорбции 34 Дж/г.

В щелочной и кислой среде, особенно при нагревании, происходит омыление ацетатного волокна по схеме

Этой реакцией иногда пользуются для снижения электризуемое™ ацетатных тканей, но степень омыления должна быть меньше на 2-2,5 единицы ацетильного числа. Скорость омыления зависит от концентрации реагентов, структуры волокна.

При нагревании до температуры 195-230 °C ацетатные волокна размягчаются, при 260 °C плавятся, при 140-150 °C ткань деформируется, поэтому допустимая температура глаженья не более 115-120 °C.

Многократная обработка ацетатных нитей в органических растворителях в производственных условиях изменяет их сорбционные свойства в отношении влаги, йода и красителей. Так, при относительной влажности воздуха 95 % сорбция влаги нитями, обработанными в трихлорэтилене, перхлорэтилене и бензине-растворителе, соответственно составила 25, 21 и 18,5 %, а при относительной влажности 65 % – 9, 8 и 7 %. Эти изменения в сорбции влаги наблюдаются после первой обработки, и в дальнейшем изменений не происходит. Сорбция йода с увеличением кратности обработок нитей существенно снижается. После восьмикратной обработки в трихлорэтилене снижение составило 42 %, после обработки в бензине- растворителе – 67 %. Сорбция дисперсного синего К с увеличением кратности обработки увеличивалась. Наиболее сильное увеличение сорбции наблюдалось при первых двух обработках. Ацетатные нити, обработанные в бензине-растворителе, сорбируют красителя меньше, чем обработанные в перхлорэтилене и особенно трихлорэтилене. Интегральный (тепловой эффект) набухания ацетата целлюлозы в трихлорэтилене 47,7 Дж/г.

Многократная обработка триацетатных штапельных волокон в органических растворителях в производственных условиях способствует снижению разрывного удлинения и нагрузки, устойчивости к многократным изгибам. Способность к удлинению снижается после обработок во всех органических растворителях. Наименьшее снижение удлинения наблюдается у триацетатных (штапельных) волокон, обработанных в перхлорэтилене, наибольшее – у обработанных в трихлорэтилене. В этом же растворителе наблюдается наибольшее снижение разрывной нагрузки. Наибольшее снижение устойчивости к 46

 

двойным изгибам наблюдалось у волокон, обработанных в трихлорэтилене, наименьшее – у обработанных в перхлорэтилене [19].

Исследование способности ацетатного и триацетатного волокон к поглощению растворителей из газовой фазы показало, что триацетатное волокно поглощает бензина-растворителя в 2 раза меньше, чем трихлорэтилена и в 3 раза меньше, чем перхлорэтилена. Ацетатные волокна поглощают значительно больше растворителей, чем триацетатные.

При изучении влияния температуры растворителей и длительности обработки на устойчивость к многократным изгибам ацетатного волокна, обработанного в лабораторных условиях в перхлорэтилене и бензине-растворителе, выяснено, что при температуре 40 °C снижение составило соответственно 2,5-7 и 12 %. После обработки волокон при температуре 120 °C в перхлорэтилене снижение устойчивости к многократным изгибам составило 19,6-27,5 %, в бензине- растворителе – 20,4-25,5 %. Таким образом, повышение температуры способствует снижению устойчивости к многократным изгибам.

Изучение термомеханических свойств диацетата целлюлозы в органических растворителях, воде и воздухе показало, что в среде трихлорэтилена температура стеклования составляет 30-40°С, на воздухе – до 120 °C. В среде перхлорэтилена и бензина-растворителя расстекловывания ацетатного волокна не происходит [20].

При изучении влияния температуры растворителей и длительности обработки на устойчивость к многократным изгибам триацетатного волокна показано, что повышение температуры растворителей способствует снижению устойчивости к многократным изгибам, после действия бензина-растворителя оно составило т 28 %, после обработки в перхлорэтилене – до 19 %. Увеличение продолжительности обработки в обоих растворителях вызывает повышение устойчивости к двойным изгибам.

При увеличении температуры растворителей вязкость растворов триацетата целлюлозы понижается, а при увеличении продолжительности обработки волокон вязкость растворов, наоборот, возрастает. Это говорит либо о вымывании низкомолекулярных фракций из полимера, либо о протекании процессов вторичной кристаллизации триацетата целлюлозы.

8. Ткани из полиамидных и полиуретановых волокон

Ткани из полиамидных волокон обладают высокой прочностью, устойчивостью к истиранию, превосходящей устойчивость остальных природных и химических волокон.

К недостаткам полиамидных тканей относится низкая устойчивость к действию светопогоды. Основная причина фоторазрушения полиамидов – окисление. При фотостарении увеличивается плотность волокна, степень кристалличности. Процессы старения усиливаются в присутствии влаги, матирующих веществ. Так, при облучении блестящей и матированной мононити нейлона 6 в течение 200 ч при относительной влажности воздуха 100 % потеря прочности составила соответственно 17,5 и 31,7 %, а при влажности 45 % – 12,8 и 124,2 %.

И.Я. Калонтаров и А.А. Хархаров [21] показали, что активные красители защищают изделия из полиамидных волокон от разрушения при инсоляции. Так, прочность этих изделий, окрашенных активными дихлортриазиновыми красителями, после 40-дневного испытания в условиях атмосферы Ленинградской области была на 10-12 % выше, чем неокрашенных нематированных. С увеличением содержания ковалентно-связанного активного золотисто-желтого КХ в капроновом волокне его долговечность возрастает.

Некоторые красители являются сенсибилизаторами фотодеструкции полиамидных волокон. К ним относятся кислотный голубой К.И.40, дисперсный желтый К.И. 13, некоторые ксантеновые, тиазиновые, азо- и антрахиноновые красители.

Катионактивные препараты, применяемые при крашении изделий из полиамидных волокон кислотными и дисперсными красителями, оказывают неблагоприятное влияние на светостойкость окрасок. К ним относят катионные выравниватели, жирные амины.

Изделия из капроновых волокон электризуются, обладают неупругим холодным туше, в них легко проникают, но трудно удаляются жиры и масла. При носке изделий на них образуются пилли. Ржавчина и пот легко фиксируются волокном, глубоко проникают в него и удаляются с трудом.

Поглощение влаги полиамидными волокнами до 7-9 % сопровождается тепловым эффектом сорбции, составляющим 26-31 Дж/г, их пластификацией, некоторым уменьшением прочности. Увлажненный и отжатый нейлон удерживает около 13 % влаги. Этим объясняется быстрое высыхание изделий как после обработки в растворителях, так и после стирки в водных растворах ПАВ. Если время сушки тонких изделий из нейлона принять за 1, продолжительность сушки аналогичных тканей из других волокон составит: полиэфирное – 0,85; ацетатное – 2; шерсть – 5; вискозное – 6.

Обработка полиамидных изделий в кипящей воде в течение 1 ч вызывает их усадку на 8-10 %.

Водные растворы окислителей (гипохлорит натрия, пероксид водорода) разрушают полиамиды, поэтому отбеливать ими не рекомендуется. Для отбеливания изделий можно применять растворы надуксусной кислоты, перманганата калия, для обесцвечивания – цинкформальдегидсульфоксилат. Полиамиды достаточно устойчивы к щелочам. Полиамидные изделия при обработке следующими реагентами, вызывающими набухание, получают усадку, %: глицерин – 3; вода – 3-5; этанол – 5; щавелевая кислота и лимонная кислота 10%-ые – 5. Набухание вызывают также молочная кислота, насыщенный раствор борной кислоты.

Растворы неорганических кислот разрушают полиамидные изделия. Серная кислота 2 %-я при кипячении в течение 2 ч вызывает уменьшение прочности волокна на 10 %, концентрированная при температуре 20 °C – полное его растворение. Органические кислоты растворяют полиамидные волокна: муравьиная – при температуре 20 °C, уксусная и щавелевая – при нагревании.

Органические растворители (бензин, спирты, альдегиды, кетоны, трихлорэтилен, метиленхлорид, перхлорэтилен, четыреххлористый углерод, эфиры, бензол) не повреждают волокно.

Капрон сорбирует пары органических растворителей, наибольшее количество сорбируется трихлорэтилена, наименьшее – бензина- растворителя (табл. 13).

После десятикратной обработки тканей из полиамидных волокон в трихлорэтилене, перхлорэтилене и бензине-растворителе происходит снижение разрывной нагрузки на 2-7 % и некоторое увеличение разрывного удлинения на 5-20 %. Устойчивость волокон к многократным изгибам понижается незначительно (не более 3 %).

 

Нагревание волокна вызывает понижение разрывных нагрузок и удлинения. При температуре 170 °C капрон размягчается, при 215 °C – плавится. При глажении изделий из капрона температура утюга не должна превышать 130 °C.

Полиуретановые волокна получают по реакции поликонденсации.

 

Эластичные волокна типа лайкра получают по специальной технологии с применением диизоцианатов и диаминов, в результате образуется эластомер с молекулярной массой 20000 – 50000. Из него делают бесконечные нити, которые для удобства переработки сплетают нитями из других типов волокон. Вырабатывают трикотажные полотна, затем шьют спортивную одежду, плащи. При температуре выше 90 °C свойства волокон меняются и это создает проблемы на предприятиях. Особенно много проблем с покрытиями из полиуретанов.

 

9. Ткани из полиэфирных волокон

 

Светостойкость полиэфирных волокон уступает лишь светостойкости полиакрилонитрильных. Так, после инсоляции в течение 3000 ч прочность полиэфирного волокна снижается на 50 %, а полиакрилонитрильного волокна – только на 10 %. Наиболее сильная деструкция полиэфирного волокна происходит во влажной субтропической атмосфере. При инсоляции в течение 1 года прочность полиэфирной нити составила от исходной, %: в Батуми – 60, Калинине – 70, Мурманске – 83. Первые дозы облучения вызывают значительную деструкцию лавсана, протекающую с выделением терефталевой кислоты. Терефталевая кислота поглощает УФ-лучи и тем защищает глубинные слои волокна от разрушения.

Полиэфирные волокна электризуются, что вызывает притяжение пыли и других дисперсных частиц из воздуха, способствует увеличению загрязняемости.

После увлажнения и отжима полиэфирное волокно удерживает 5 % воды. Теплота сорбции составляет 5-5,3 Дж/г. Кипящая вода вызывает усадку изделий из полиэфирных волокон на 5-11 %, поэтому ткани необходимо стабилизировать. Во время стабилизации им сообщается усадка на 10-15 %. Стабилизованные ткани устойчивы при эксплуатации, если температура при проведении технологических операций будет ниже температуры стабилизации (140 °C). Усадка тканей после кипячения в воде в течение 30 мин не должна превышать 1 %. Температура стабилизации влияет на способность волокна поглощать красители.

Лавсан термопластичен, при температуре 258-265 °C плавится. Температура стеклования 80-100 °C, а минимальная температура кристаллизации 79 °C.

Лавсан содержит кристаллическую и аморфную части. Содержание кристаллической части составляет 60-65 %.

Полиэфирные волокна являются самыми распространенными и эластичными (после полиуретанов) синтетическими волокнами. При вытягивании их на 6 % удлинение полностью обратимо. Устойчивость к деформациям очень высока, поэтому изделия практически не сминаемы не только в сухом, но и во влажном виде. Так, после многократного смачивания плиссированных тканей устойчивость плиссе составляет на тканях из полиэфирных волокон – 85, полиакрилонитрильных – 85, шерстяных – 20, вискозных – 5.

Полиэфирные волокна более стойки к действию кислот, чем полиамидные, но концентрированные кислоты растворяют их при комнатной температуре. Такие кислоты, как плавиковая, фосфорная, уксусная, муравьиная, щавелевая, в концентрированном виде при температуре 80 °C не разрушают волокно, поэтому могут применяться для удаления пятен.

Устойчивость полиэфирных волокон к щелочам ограничена. Полное разрушение волокна лавсан происходит при обработке 5%-ным раствором гидроксида натрия в течение 1 ч при температуре 180 °C. Заметное действие при комнатной температуре оказывают 50%-ный раствор КОН и 40%-ный раствор гидроксида натрия. Сильное действие на прочность волокна оказывает обработка в концентрированном растворе аммиака при температуре выше 50 °C. Растворы четвертичных аммониевых оснований способны быстро гидролизовать лавсан при температуре 70-90 °C.

Обработка восстановителями и окислителями (гипохлорит натрия, пероксид водорода) не оказывает разрушающего действия на лавсан.

Полиэфирные волокна растворяются в феноле, ортохлорфеноле, трикрезоле, бензиловом спирте, нитробензоле при нагревании. Вызывают набухание волокна метакрезол, анилин, бензойная и салициловая кислоты.

После десятикратной обработки в растворителях у лавсана незначительно уменьшается прочность (на 2-4 %) и повышается удлинение (на 3-16 %) [22]. Устойчивость при многократных изгибах изменяется значительно сильнее (табл. 14, 15).

 

Как видно из табл. 14, наименьшее изменение устойчивости к многократным изгибам наблюдалось у образцов, обработанных в бензине-растворителе, наибольшее – у обработанных в перхлорэтилене. Образцы, обработанные в водных растворах ПАВ, оказались более устойчивыми к многократным изгибам, чем исходные волокна.

Динамика устойчивости лавсанового волокна к многократным изгибам при обработке в среде перхлорэтилена может быть выражена уравнением прямой (рис. 17).

у = -0,7х+17,2,                                           (3)

где у – устойчивость волокна к многократным изгибам, тыс. циклов; х – количество обработок в перхлорэтилене; 0,7 и 17,2 – постоянные коэффициенты.

 

 

 

Рис. 17. Изменение устойчивости
лавсанового волокна к многократным изгибам
в процессе обработки в перхлорэтилене

Для выяснения влияния условий обработки на изменение выносливости лавсанового волокна провели следующие исследования. Первую часть образцов замочили в растворителе в лабораторных условиях на время, соответствующее десятикратной обработке. Другую часть образцов подвергли десятикратной мойке и отжиму без сушки. Третью часть десять раз обработали по полному циклу. Снижение устойчивости образцов к многократным изгибам составило \ соответственно, %: 3,3; 9,3; 41,7. Следовательно, можно сделать вывод, что на долю механических воздействий приходится 6 % (9,3 – 3,3) снижения усталостных свойств, на долю процессов сушки (включая механические воздействия) – 32,4 % (41,7 – 9,3).

При обработке кипящим тетрахлорэтиленом объем пор волокна лавсан увеличивается на 22,5 %, адсорбция при этом составляет 9 % [23].

Коэффициент диффузии тетрахлорэтилена в лавсан при температуре 25°С составляет см2/с, трихлорэтилена –  см2/с.

Органические растворители по-разному сорбируются лавсаном (табл. 15, рис. 18). Лавсан используют в смеси с другими волокнами для выработки тканей, трикотажа, кружев, гардин.

Рис. 18. Сорбция полиэфирным волокном перхлорэтилена в зависимости от парциального давления его в смеси с азотом при температуре: 1-25 °C; 2-35 °C

10. Ткани из полиакрилонитрильных волокон

 

Волокна из одного полиакрилонитрила не выпускают. Волокно нитрон представляет собой сополимер 92,5 % акрилонитрила, 6 % метакрилата и 1,5 % итаконовой кислоты.

Ткани из нитрона отличаются высокой светостойкостью, превышающей светостойкость всех текстильных волокон. По устойчивости к атмосферным воздействиям волокна можно расположить в следующий убывающий ряд: полиакрилонитрильные, полиэфирные, триацетатные, диацетатные, полиамидные, лен, хлопок, шерсть, натуральный шелк. При фотоокислении, происходящем при повышенных температурах, цвет волокна постепенно меняется, становясь желтым, красным, черным (температура свыше 200 °C).

При температуре 80-90 °C волокно нитрон становится термопластичным, легко деформируемым, что необходимо учитывать при обработке изделий на предприятиях.

Нитрон при обработке в кипящей воде способен давать усадку на 15-17 %, поэтому изделиям из него необходима термофиксация. При температуре 180-200 °C размягчается, а свыше 600 °C нитрон превращается в углеродное волокно.

В структуре волокна нитрон имеются пустоты и мелкие трещины, поэтому в результате капиллярного эффекта волокно поглощает до 1,5 % влаги. Теплота сорбции составляет 7,1 Дж/г. Набухание нитрона составляет 10-12 %, прочность в мокром состоянии – 80 % прочности сухого нитрона.

Полиакрилнитрильные волокна не разрушаются при действии сильных органических кислот, в концентрированных кислотах растворимы.

При обработке слабыми растворами щелочей нитрон желтеет (желтизну устраняют в растворах хлорита натрия в кислой среде).

К действию окислителей нитрон устойчив.

Нитрон растворим в этиленкарбонате при 70-80 °C, диметилсульфоксиде, диоксане, сукцинонитриле, малеиновом и янтарном ангидридах, диметилформамиде, e-капролактаме, нитрометане и концентрированных растворах солей LiBr, NaCNS, Ca(CNS)2, AI(CIO4)3, ZnCI2.

Многократная обработка нитрона в растворителях вызывает уменьшение устойчивости к истиранию и многократным изгибам (табл. 16) [22].

 

Как видно из табл. 16, наибольшее снижение устойчивости нитрона к многократным изгибам вызывает перхлорэтилен.

Для выяснения влияния условий мойки в растворителях на устойчивость нитрона к многократным изгибам волокно замачивали в перхлорэтилене, подвергали десятикратным неполным и полным обработкам в машине. Устойчивость нитрона уменьшилась соответственно на 4,2 %, 19,9 % и 30,3 %. Таким образом, на долю механических воздействий в снижении усталостных свойств волокна приходится 15,7 %, на долю процесса сушки – 10,4 %.

Коэффициент трения нитрона, определенный на приборе ТКИ-4- 26-1. составляет 0,187. Он же для нитрона, обработанного десятикратно в бензине-растворителе, трихлорэтилене и перхлорэтилене, составляет соответственно 0,154, 0,15 и 0,144.

Данные о сорбции нитроном органических растворителей приведены в табл. 17.

 

 

Влияние инсоляции, стирки, химической чистки в перхлорэтилене, а также их комплексного воздействия на ткань, выработанную из 33 % льна и 67 % высокоусадочного нитрона, исследовали [24] после моделированного изнашивания. Каждый вид воздействия был разделен на три периода, включающих 75000 УДО, три стирки или три химические чистки, при комбинированном воздействии через каждые 25000 УДО проводилась стирка или химическая чистка. Оказалось, что под влиянием факторов износа разрывная нагрузка снижается на

2,2-25,1 %, а устойчивость к истиранию – на 16,3-48,4 % (табл. 18). Исследование волокон полярографическим методом показало, что при инсоляции высота волн пероксидных соединений увеличивается после третьего периода инсоляции в 2,9 раза, альдегидных групп – в 3,4 раза, акрилонитрила – в 2,1 раза. По-видимому, в волокне накапливаются продукты деструкции нитроновых волокон.

 

В меньшей степени накопление этих групп имеет место при стирке, химической чистке, комплексном воздействии факторов изнашивания. Вероятно, что в процессах стирки и химической чистки продукты деструкции частично удаляются.

Электронно-микроскопические исследования показали, что после действия водных растворов СМС, а также перхлорэтилена на поверхности волокон образовалось большое количество раковин, углублений и других дефектов. В волокне нитрон под влиянием растворителей происходят процессы структурного старения, вымывания низкомолекулярных фракций, изменения температуры стеклования, деструктивные явления, связанные с фотоокислением аморфных участков, волокно приобретает большую жесткость и хрупкость. Нитрон применяют для выработки трикотажа, одеял, пледов, в смеси с шерстью – одежных тканей.

 

11. Ткани из полиолефиновых волокон

 

Полиолефиновые волокна получают на основе полиэтилена, полипропилена, полибутилена. Все эти волокна имеют низкую плотность (0,92-0,96 г/см3), недостаточную устойчивость к светопогоде, к нагреванию (температура плавления 130-175 °C), высокую гидрофобность. Наиболее распространенными являются полипропиленовые волокна, из которых в смеси с другими волокнами вырабатывают ковры, одеяла, пледы, трикотаж.

Ткани, содержащие 50 % полипропилена, в 3 раза устойчивее к истиранию, чем шерстяные; у них небольшая усадка (2-3,8 %); на них во время носки не возникает пиллинг, но теплопроводность и гигроскопичность тканей снижаются. Такие ткани сминаются и загрязняются сильнее, чем ткани из натуральных волокон. В результате неоднократной чистки ткани становятся жесткими.

При обычной температуре полипропиленовые волокна не растворяются в органических растворителях, при повышенной – растворяются в хлоруглеводородах.

Десятикратная обработка в органических растворителях в условиях производства вызывает снижение прочности полипропиленовых волокон на 10-11 %, уменьшение удлинения на 2-5 % и снижение устойчивости к многократным изгибам на 17-32 %. Наибольшее снижение усталостных свойств волокон происходит при обработке их в перхлорэтилене. В этом растворителе полипропиленовые волокна достаточно устойчивы к действию кислот и щелочей. При высокой их концентрации и повышенной температуре волокна набухают и подвергаются усадке.

 

Рис. 19. Сорбция полипропиленовым волокном:

1 – бензина-растворителя; 2 – перхлорэтилена; 3 – трихлорэтилена

 

В растворах хлорита натрия концентрацией 5 г/л, pH 4 при температуре 80 °C волокна устойчивы.

 

12. Ткани из поливинилхлоридных и поливинилспиртовых волокон

 

Ткани из поливинилхлоридных волокон (ПВХ) имеют высокую устойчивость к действию кислот, щелочей и окислителей, поэтому применяют для пошива спецодежды.

Недостатком волокон является низкая термостойкость.

Волокна подвергаются усадке при температуре 60-100 °C.

Хлорин нестоек к действию трихлорэтилена, в котором растворяется, в перхлорэтилене волокна набухают. ПВХ волокна используются для ворса искусственного меха, ковров, изготовления пледов, одеял, трикотажа, лечебного белья. Обработка этих изделий может быть только в водной среде при температуре 40-50 °C.

Ткани из поливинилспиртовых волокон (ПВС) применяют в технике.

При изучении влияния органических растворителей на поливинилспиртовые волокна [25] две его модификации – водостойкое и термо- 60

 

стойкое – обрабатывали в течение 200 мин. (что соответствует 10 циклям мойки без высушивания) трихлорэтиленом, тетрахлорэтиленом, фреоном-113, бензином-растворителем, а также трихлорэтиленом с добавками усилителя-28 (концентрация 3 г/л) и воды (25 % массы УС-28). Обработанные при температуре 20 °C волокна высушивались в вакуум-сушильном шкафу при температуре 20±2 °C.

В результате обнаружено, что разрывная прочность термостойкого волокна практически не изменяется, а водостойкого повышается на 6-8 % по сравнению с исходным волокном. Разрывное удлинение ПВС существенно понижается. Наибольшее снижение удлинения водостойкого (на 16,2 %) и термостойкого (на 17,6 %) волокон наблюдалось в результате обработки во фреоне-113.

Чтобы понять суть процессов, происходящих в волокне под влиянием растворителей, исследовали сорбционные свойства обработанных волокон по отношению к воде при различной относительной влажности воздуха и по отношению к йоду (табл. 19).

 

Из данных видно, что имеет место разрыхление структуры волокна.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

  1. Какие волокна наиболее устойчивы к свету? Напишите структурные формулы.
  2. Какие связи удерживают влагу на волокнах?
  3. Каково содержание влаги в волокнах при относительной влажности воздуха 60-66 % и температуре 20-25 °C?
  4. Как изменяется после действия светопогоды способность к окрашиванию у шерсти и целлюлозы?
  5. Изобразите реакцию омыления ацетатного волокна.
  6. Какие существуют методы оценки влияния растворителей на волокна?
  7. Какова сущность методики моделированного изнашивания тканей?
  8. Какие причины вызвали появление химических волокон?
  9. Перечислите волокна, получаемые из карбоцепных и гетероцепных полимеров.
  10. Приведите реакцию получения полиэтилентерефталата.
(Visited 81 times, 1 visits today)
0

Автор публикации

не в сети 6 часов

Тимур Лапанов

56,8
Перхлор скорее друг чем враг 🙂
flag - РоссияРоссия. Город: Санкт-Петербург
Комментарии: 5Публикации: 179Регистрация: 16-10-2014

Добавить комментарий