АкадемияБлогаВалек

(Visited 1 times, 1 visits today)
Название

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

Краткое описание
волокна наиболее устойчивы к свету? связи удерживают влагу на волокнах? содержание влаги в волокнах при относительной влаж­ности воздуха 60-66 % и температуре 20-25 °C? Как изменяется после действия светопогоды способность к ок­рашиванию у шерсти и целлюлозы? методы оценки влияния растворителей на во­локна сущность методики моделированного изнашивания тка­ней? причины вызвали появление химических волокон?

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 2x0,5 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 0,2x0,2 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.

0 комментариев Обновить