Проблемы, возникающие при применении предконденсатов термореактивных смол и их решение

2.2 Проблемы, возникающие при применении предконденсатов термореактивных смол и их решение

 

2.2.1 Ухудшение механических свойств материалов

Широкое применение предконденсатов термореактивных смол обусловлено высоким эффектом несминаемости и малоусадочности, достигаемым после аппретирования. Однако, с увеличением количества препарата наносимого на ткань, вследствие фиксации структуры волокон и повышении ее жесткости, происходит заметное ухудшение механических свойств материалов – понижается их разрывная нагрузка и растяжимость, устойчивость к истиранию, многократному растяжению и изгибу. При нанесении 7-8 % синтетических смол от массы сухой ткани (отделка не требующая глажения) эффект несминаемости, оцениваемый по сумме углов раскрытия, составляет 220-250° против 70-100° до обработки ткани, а потери прочности на разрыв хлопчатобумажных и льняных тканей 30-40 %, при уменьшении содержания смолы на ткани до 5 % (легкое глажение) - 200-220°, а потери прочности на разрыв 20-35 %. При содержании до 4 % (прочность на разрыв 15-30 %) ткань уже не приобретает эффекта «стирай-носи», а становится только несминаемой и малоусадочной.

Устранить этот недостаток можно путем введения в отделочные композиции мягчителей на основе термопластичных полимеров, силиконов или ПАВ, что способствуют образованию с предконденсатами смол внутри волокна менее жестких и напряженных эластических структур. В результате, уменьшается жесткость обработанной ткани и улучшается рад других показателей качества: устойчивость к истиранию, разрывная прочность, добротность, наполненность тканей. В многочисленных работах [18, 19, 20] предлагается вводить в отделочный раствор этиленовые или силиконовые полимеры. Из отечественных, применяются препараты на основе полиэтиленовой эмульсии и ГКЖ-94, а из зарубежных – мягчители, разработанные фирмами ВАSF, Неnkel, DOW Соrning (8803 Softener), Ivax. Силиконы в качестве мягчителей позволяют не только снизить потери механической прочности в 2-2,5 раза, но и придать тканям эффект водо- и грязеотталкивания, усилить эффект малоусадочности и несминаемости на 25-35 градусов, приданный смолами.

Устранить механические потери прочности можно усовершенствованием процессов сушки и условий реакций смолообразования. В работах [21 – 26] предлагается использовать энергию электромагнитных колебаний высокой частоты для замены традиционных видов подвода тепла, что позволяет совместить операции сушки и термофиксации пропитанных отделочным раствором тканей, сократить продолжительность процесса до 4,5 с, повысить качественные показатели готовых тканей по углу раскрытия складки на 5%, а по снижению прочностных характеристик на 10%.

Исследованиями ряда авторов [27] было установлено, что при переходе от традиционных фиксирующих средств (горячий воздух, перегретый водяной пар) к водно-органической фактор эффективности отделки, характеризующийся как отношение изменения суммарных углов раскрытия складки к снижению разрывной нагрузки ткани увеличивается в 1,5-2 раза, что объясняеться изменением характера «сшивки» полимеров. При фиксации отделочных препаратов в среде перегретых паров азеотропа в сравнении с горячим воздухом количество образующихся поперечных связей снижается, а их длина возрастает, упругие свойства материала при этом увеличиваются.

Существенно улучшить физико-механические показатели аппретированной ткани позволяет предварительная плазменная обработка ее перед процессом малосминаемой отделки. По мнению ряда исследователей [28, 29], в некоторых случаях увеличение разрывных характеристик аппретированных тканей, подвергшихся плазменной обработке на 5-70%, по сравнению с исходными, неотделанными, объясняется более высокой адгезией волокон друг к другу.

 

2.2.2 Выделение формальдегида

Формальдегид – бесцветный газ с резким раздражающим запахом. Т_пл=118°С, Т_кип=19,2°С, хорошо растворим в воде, спиртах [30]. В природе он образуется в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения и из атмосферы усваивается живыми организмами. В промышленности формальдегид получают окислением метилового спирта или метана кислородом. Формальдегид образуется при неполном сгорании органических веществ (бензина, нефти, угля), в том числе содержится в сигаретном дыме. Формальдегид токсичен, действует на организм как: раздражающий газ, вызывает дегенеративные процессы в паренхиматозных органах, сенсибилизирует кожу [31]. Есть указания о сильном действии формальдегида на центральную нервную систему. Свободный формальдегид инактивирует ряд ферментов в органах и тканях, угнетает синтез нуклеиновых кислот, нарушает обмен витамина С, обладает мутагенными свойствами.

На текстильном предприятии опасность воздействия паров формальдегида при работе со смолами возникает на следующих переходах: в процессе приготовления отделочных составов и их нанесения, при проведении термообработки и при хранении обработанных полотен.

Существуют международные и национальные нормы содержания формальдегида в воздухе, в рабочих помещениях, в атмосфере, в сточных водах и в текстильных материалах. Нормы эти ужесточаются с каждым годом и различаются в разных странах. Согласно российскому стандарту ГОСТ Р 50729-95 «Материалы текстильные. Предельно допустимые концентрации свободного формальдегида», установлены допустимые концентрации свободного формальдегида для материалов бытового назначения (ткани и изделия льняные, полульняные, хлопчатобумажные и смешанные), численные значения которых представлены в табл.1 [32].

Таблица 1 - Допустимые концентрации свободного формальдегида (Ф) в материалах бытового назначения

Группа I содержание Ф до 1000 мкг/г	Группа II содержание Ф до 300 мкг/г	Группа III содержание Ф до 75 мкг/г	Группа IV без содержания Ф
текстильные материалы (МТ) для изделий пальтово-костюмного ассортимента	МТ для изделий платьево-блузочного ассортимента и сорочек верхних	МТ для нательного и постельного белья, в том числе для детей всех возрастных групп, кроме детей в возрасте до 1 года	МТ для детей в возрасте до 1 года

Большинство традиционных обработок смолосодержащими препаратами не удовлетворяют этим условиям. Отщепление формальдегида, в большей или в меньшей степени, происходит за счет гидролитического разрушения смол в зависимости от типа предконденсата и катализатора.

С учетом этого, следует выделить три направления решения проблемы, связанной с выделением свободного формальдегида при аппретировании и хранении тканей. Первое направление связало с обеспечением оптимальных условий конденсации с образованием минимального числа свободных метильных групп и эфирных мостиков, при образовании которых может выделяться формальдегид, а также свободного не прореагировавшего формальдегида. Например, использование эффективного катализатора, ускоряющего реакцию взаимодействия отделочного препарата с целлюлозой, позволяет снизить концентрацию предконденсата смолы на 20-40 % [33].

Введение в состав пропиточного раствора компонентов, способных связывать формальдегид в процессе выделения в два и более раз снижает загазованность парами формальдегида рабочей зоны цехов и уменьшает его содержание на ткани в процессе хранения. Действие применяемых для этих целей ингибиторов, таких как бисульфит натрия, мочевина, дициандиамид, дитионит натрия [34, 35] зависит от вида использованного при отделке катализатора.

Второе направление связано со снижением на 30-50 % концентрации смолообразующих компонентов отделочных композиций за счет их совместного применения с такими препаратами как гидроксиламин [36], силиконовая эмульсия [37, 38] и др. Эти химические вещества в определенном соотношении позволяют восполнить недостаток предконденсата при несминаемой отделке ткани, но не способны полностью его заменить.

Одним из наиболее радикальных способов перехода к заключительной отделке с малым содержанием формальдегида является синтез новых отделочных препаратов. В первую очередь к ним можно отнести препараты на основе эфиров производных этиленмочевины. Эффективными отечественными препаратами здесь являются СтабиТекс, Рукон, ФЛИР, карбамол МТ, карбамол МТ-2, карбамол 2 М, отексид Д-2 [39, 40]. К их зарубежным аналогам можно отнести: Fixapret ЕСО и NF (ВАSF), Protopez 6036 (Вауеr-Таnаtex), Reactisol DP-4 (Glotex Chemicals), Aerotex NFC (Freedom Textile Chemicals) [41]. В результате исследований [40] было установлено, что низкоформальдегидные отделочные препараты, по сравнению с традиционными, требуют более высоких температур фиксации для достижения нормируемых показателей отделки. Тем не менее, в большинстве случаев применение данных препаратов способствует значительному (в 2-10 раз) снижению содержания формальдегида на отделанной ткани.

Применение эффективного катализатора обеспечивает снижение температуры фиксации отделочных препаратов и высокое качество отделки тканей с низким содержанием на ней свободного формальдегида (таблица 2).

Таблица 2 Сравнительные технические результаты малосминаемой отделки вискозных штапельных тканей.

Наименование отделочного препарата	Наименование катализатора	Параметры фиксации		Суммарный угол раскрытия складки, град	Содержание свободного формальдегида на ткани, мкг/г
		температура, °С	время, мин
Карбамол ЦЭМ	Хлорид аммония	150	4,0	248	2184
Карбамол 2М	Хлорид аммония	160	3,5	246	773
	Персульфат аммония	150	4,0	272	199
Карбамол ГЛ	Хлорид аммония	150	4,0	244	1173
Отексид Д2	Хлорид аммония	160	3,5	237	102
	Персульфат аммония	150	4,0	269	99
Карбамол МТ	Хлорид аммония	160	4,0	227	261
	Персульфат аммония	140	4,0	241	90
Карбамол МТ2	Хлорид аммония	160	4,0	225	760

Так же следует отметить, что высокую эффективность в качестве бесформальдегидных поперечно-сшивающих препаратов проявили себя такие вещества как глиоксаль; продукты взаимодействия глиоксаля с мочевиной, глиоксаля с ацетамидом [42, 43, 44], глиоксаля и диэтиленгликоля [45]; поликарбоновые кислоты с 3 и более карбоксильными группами; ненасыщенные дикарбоновые малеиновая и итаконовая кислоты и их смеси; 1,2,3-пропантрикарбоксильная с лимонной кислотой, а также реакционноспособные силиконы, содержащие алкокси- и амино - группы [46]. Основным недостатком глиоксаля и карбоновых кислот, используемых в качестве препаратов для малосминаемой отделки является то, что применение их для отделки окрашенных прямыми, активными, кубовыми и дисперсными красителями тканей, приводит к изменению цвета и снижению прочности окраски.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы живем в век химии. Мы контактируем с продукцией химической промышленности постоянно, не зависимо от того, что мы делаем: принимаем ли пищу (всевозможные пищевые добавки), читаем ли книгу (типографские краски), принимаем ли душ (гели для душа, шампуни, бальзамы-ополаскиватели – чего только не придумали для этой простой процедуры химики), но единственное, что окружает нас 24 часа в сутки – это ткани.

Мы – дети прогресса, избалованные дети. Нам недостаточно просто иметь одежду, она, по нашему мнению, должна облегчать нам жизнь. Даже если не уходить в дебри требований для спецодежды (олеофобности, негорючести и т.д.), в нашей повседневной жизни мы хотим чтобы одежда не мялась и не теряла форму при носке, била стойка к истиранию, легко гладилась после стирки, а в идеале так и вовсе не требовала глажения. Все эти наши требования текстильная химия выполняет с помощью аппретов.

Наиболее часто в качестве аппретов используют смолы на основе формальдегида. Так например, предконденсат мочевиноформальдегидной смолы используют для придания изделиям из целлюлозных волокон свойств наполненности, малоусадочности, малосминаемости, формоустойчивости. С его помощью достигается устойчивость эффектов тиснения, лощения, серебристо-шелковистой отделки. Но формальдегид токсичен, и здесь очень важен контроль соблюдения международных и национальных норм содержания формальдегида в воздухе, рабочих помещениях, в атмосфере, в сточных водах и в текстильных материалах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.   Теория и практика подготовки текстильных материалов /Кричевский Г.Е., Никитков В.А. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 208 с.

2.   Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания /Кричевский Г.Е. – М.: Легкая индустрия. 1981, 207 с.

3.   Фотохимические превращения красителей и светостабилизация окрашенных материалов /Кричевский Г.Е. – М.: Химия, 1986. – 248 с.

4.   Советский энциклопедический словарь /Прохоров А.М. и др. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – 1600 с.

5.   Химическая технология текстильных материалов /Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сепахов А.В. – М.: Легпромбытиздат, 1985. – 640 с.

6.   Свойства хлопчатобумажных тканей с отделками термореактивными смолами /Иванникова И.М., Крючкова О.В., Легчилина Л.М. Текстильная промышленность, 1987. №12, с. 62-64.

7.   Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности /Беленький Л.И.– М.: Легпромбытиздат, 1979. –312 с.

8.   Химическая технология текстильных материалов /Феликс В. – М.: Легкая индустрия, 1965. – 487 с.

9.   Современные способы заключительной отделки тканей из целлюлозных волокон /Мельников Б.Н., Захарова Т.Д. – М.: Легкая индустрия, 1975. – 208 с.

10.       Придание свойств несминаемости хлопчатобумажным тканям в сухом и мокром состоянии /Широкова М.К., Виноградова Г.М, Зверевская К.И. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1976. №4, с. 77-81.

11.       Износостойкость и формоустойчивость одежных тканей с малосминаемой и малоусадочной отделкой /Семак Б.Д. – М.: Легкая индустрия, 1979. – 152 с.

12.       О свойствах тканей, обработанных смолами /Кокошинская В.М., Яковлева А.О. Текстильная промышленность, 1974. №9, с. 67-69

13.       Отделка тканей из вискозных штапельных волокон /Шейко В.С., Шолош М.Л. Текстильная промышленность, 1976. №6, с. 83-84

14.       Несминаемая и малоусадочная отделка тканей /Эфрос Р.Л., Куликова Г.И. Текстильная промышленность, 1976. №1, с. 68-70

15.       Способ малоусадочной отделки шерстяных тканей. Патент №62-332688 Япония МКИ D 06 M 15/00, D 06 M 10/00 /Тавара Мицуру, Кодэру Ясуо, Осака фу

16.       Обработка шерстяных материалов в низкотемпературной плазме /Афанасьев В.К., Александрова Т.М., Кудрявцева Т.Н., Серебренникова М.Н., Горберг Б.Л. Текстильная промышленность, 1992. №5, с. 26-27

17.       Новые кремнийорганические соединения для водокислото-отталкивающей отделки тканей из смеси целлюлозных и полиэфирных волокон /Журавлева И.В., Калимова Т.А., Балашова Т.Д., Копылов В.М., Школьник О.В. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1994. №2, с. 51-53.

18.       Износостойкость тканей с отделкой силиконами /Семак Б.Д.– М.: Легкая индустрия, 1977. – 192 с.

19.       Применение кремнийорганических препаратов в текстильной промышленности /Нессонова Г.Д., Гриневич К.П. – М.: Легкая индустрия, 1972. – 52 с.

20.       Кремнийорганические соединения в текстильной и легкой промышленности /Орлов Н.Ф. – М.: Легкая индустрия, 1966. – 139 с.

21.       Новая технология малосминаемой отделки текстильных материалов /Шубина Е.В., Никифоров А.Л., Мельников Б.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2003. №1, с. 72-76.

22.       Способ малосминаемой отделки целлюлозосодержащих тканей. Пат. 2235156 Россия. МПК⁷ D 06 M 15/39. Никифоров А.Л., Шубина Е.В., Мельников Б.Н.

23.       Использование энергии высоких частот в процессах малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей /Никифоров А.Л., Циркина О.Г., Грушина Г.Н., Кузнецова Т.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1995. №1, с. 57-59.

24.       Использование высокочастотного нагрева для интенсификации процессов малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей /Никифоров А.Л., Шубина Е.В., Мельников Б.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2001. №6, с. 41-43.

25.       Взаимосвязь диэлектрических характеристик и качественных показателей текстильных материалов при малосминаемой отделке в поле токов высокой частоты / Шубина Е.В., Никифоров А.Л., Циркина О.Г. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2003. №2, с. 55-57.

26.       Магнитная активация в технологии заключительной отделки тканей на стадии подсушки /Кузнецова Т.Н., Грушина Г.Н., Демидов С.С. Совершенствование технологии и оборудования х/б производства. Ивановский госконцерн по разработке и производству продукции текстильной промышленности «ИВТЕКС». – М. 1991, с. 35-39.

27.       Особенности процесса малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей в водно-органической паровой среде /Одинцова О.И., Козлова О.В., Смирнова О.К., Мельников Б.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1992. №4, с. 49-51.

28.       Изучение прочностных и адгезионных свойств плазмобработанных льняных материалов, подвергшихся малосминаемой отделке /Квач Н.М., Садова С.Ф. Деп. в ЦНИИТЭИлегпром 9.04.96, №3676 – лп96 – 13с.

29.       Использование низкотемпературной плазмы для совершенствования малосминаемой отделки льняных материалов / Н.М., Садова С.Ф., Наумов Е.В, Кечекьян А.С., Королев В.А. Текстильная промышленность, 1995. №3, с. 24-27

30.       Энциклопедия полимеров. Т 2, Т 3 /Кабанов В.А. и др. – М.: Советская энциклопедия, 1974.

31.       Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т 1 /Лазарева Н.В., Левина Э.Н. – Л.: Химия, 1976.

32.       Нормы и методики содержания формальдегида в текстильных изделиях/ Артемов А.В., Гаврилова М.Г., Севостьянова Ю.Я., Фролов С.В. http://www.textileclub.ru/viewarticle191-3.html

33.       Отделка хлопчатобумажных тканей в присутствии нового катализатора НКК /Меликузиев Ш.М., Рузметова Х.К. Текстильная промышленность, 1991. №11-12, с. 47

34.       Состав для малоусадочной и малосминаемой отделки целлюлозосодержащих текстильных материалов. Пат. 1838486 СССР, МКМ⁵ D 06 M 15/423, D 06 M 101/106. Похилько Л.А., Бизюк Л.Л., Тарасевич Н.В., Кузнецова А.И.

35.       Способ малосминаемой и малоусадочной отделки целлюлозо-содержащих текстильных материалов. Пат. 2037593 Россия, МКМ⁵ D 06 M 15/423. Похилько Л.А., Кузнецова А.И.

36.       Состав для отделки хлопчатобумажных тканей. Пат. 2028401 Россия, МКМ⁶ D 06 M 15/45. Дергачева Л.А., Альморо Клаудио Гранда, Смирнова Л.Н., Платонова Н.В., Ковальчук Т.И.

37.       Оптимизация технологии малосминаемой отделки тканей при использовании композиций диметололэтиленмочевины с кремнийорганическими соединениями /Сарибекова Ю.Г., Слезко Г.Ф., Кулигина М.С. Разработка ресурсосберегающих и малоотходных технологий отделки текстильных материалов. Херсонский индустриальный институт. – М., 1992, с. 18-23

38.       Исследование влияния катализаторов на малосминаемость тканей, обработанных диметилолэтиленмочевиной с добавками кремнийор-ганических соединений / Сарибекова Ю.Г., Слезко Г.Ф., Кулигина М.С. Разработка ресурсосберегающих и малоотходных технологий отделки текстильных материалов. Херсонский индустриальный институт. – М., 1992, с. 24-29

39.       Малотоксичные препараты для заключительной отделки целлю-лозосодержащих тканей /Месник О.М., Полушина А.А., Кокшаров С.А., Морыганов А.П. Текстильная химия, 1993. №2, с. 26-30

40.       Применение низкоформальдегидных отделочных препаратов в заключительной отделке вискозных штапельных тканей /Козлова О.В., Ярынина Т.В., Смирнова О.К. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1995. №6, с. 45-47.

41.       Новое поколение препаратов для специальных отделок /Петрова О.В., Бондарева Е.Ю. ЛегПром Бизнес. Директор, 2004. №4-5, с.15

42.       Безформальдегидная заключительная отделка сорочечных хлопчатобумажных тканей /Трифонов А.И., Виноградова Г.И., Мельников Б.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1991. №2, с. 54-57.

43.       Оптимизация безформальдегидного состава для заключительной отделки хлопчатобумажных сорочечных тканей /Трифонов А.И., Виноградова Г.И., Мартьянова Р.Ф., Мельников Б.Н. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1992. №2, с. 51-54.

44.       Безформальдегидные аппреты на основе глиоксаля для заключительной отделки тканей из целлюлозных волокон / Трифонов А.И., Виноградова Г.И., Мартьянова Р.Ф., Мельников Б.Н. Известия вузов. Химия и химическая технология, 1993.-36. №5, с. 125-128.

45.       Применение глиоксаля в качестве безформальдегидного препарата для малосминаемой отделки целлюлозных текстильных материалов / Трифонов А.И., Виноградова Г.И., Мельников Б.Н. Оздоровление воздушной среды на предприятиях текстильной промышленности. Иваново, 1989, с. 88-92.

46.       Малосминаемая безформальдегидная отделка тканей из целлюлозных волокон /Журавлева Н.В., Калимова Т.А., Балашова Т.Д., Школьник О.В., Копылов В.М. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1997. №1, с. 58-60.