Придание тканям свойств малосминаемости

В волокне между макромолекулами целлюлозы существуют достаточно слабые силы физического взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса) и водородные связи. Под действием механических нагрузок, особенно при одновременном увлажнении, в волокне возникают необратимые деформации, вызывающие образование складок, заминов и т.д. Деформация смятия ткани сопряжена с возникновением растягивающих усилий в определенных частях волокна, что приводит к разрыву непрочных межмолекулярных связей. После снятия сминающей нагрузки они не восстанавливаются, следовательно, волокно распрямляется и вытягивается.

Если между макромолекулами целлюлозы слабые связи чередуются с более прочными, то после снятия внешней нагрузки и растягивающих усилий, структура полимера возвращается в исходное состояние, а волокно сокращается до первоначальной длины. Такое волокно обладает упруго-эластичными свойствами и, следовательно, сохраняет свою форму и размеры. При этом ткань приобретает свойства малосминаемости и малоусадочности, а изделия из них – формоустойчивость.

Для придания тканям упругих свойств и стабилизации структуры волокна необходимо образование прочных химических связей между его макромолекулами, чередующихся со слабыми водородными. Подобный результат достигается путём обработки ткани предконденсатами термореактивных смол.

Ранее упоминалось, что молекулы предконденсатов содержат несколько реакционно-способных групп. Благодаря этому при нанесении на текстильный материал они одновременно участвуют в двух реакциях:

- с волокном, образуя ковалентные химические связи между смежными макромолекулами целлюлозы;

- друг с другом, образуя высокомолекулярную смолу.

В качестве предконденсатов термореактивных смол используются различные химические соединения, отличающиеся строением, свойствами и способом практического применения. Всё многообразие существующих в настоящее время препаратов такого типа можно условно подразделить на три группы. В основу классификации положены принципы различной активности веществ по отношению к волокну, склонности к смолообразованию и условия применения.

В первую группу входят продукты конденсации мочевины и меланина с формальдегидом. Например, при взаимодействии мочевины с формальдегидом получают диметилолмочевину:

На её основе выпускается технический продукт под названием
карбамол. Из числа препаратов, производных меламиноформальдегида, выпускается метазин. Наличие у этих соединений большого числа свободных метилольных групп приводит к тому, что их молекулы легче реагируют друг с другом, чем с волокном. В результате данные препараты не могут храниться длительное время. При нанесении на ткань они образуют в волокне нерастворимую в воде полимерную смолу сетчатой структуры. Для повышения стабильности этих соединений их частично алкилируют, переводя метилольные группы в менее активные метилоксиметильные (– СН₂ – ОСН₃).

Ко второй группе относят такие соединения, которые противоположны по свойствам препаратам первой группы. Они более склонны вступать в реакции с целлюлозой, нежели друг с другом. К ним относятся метилольные производные этиленмочевины, ацетилендимочевины, пропиленмочевины и др. На основе этих соединений выпускаются препараты:

Характерным для них является отсутствие активного водорода у атомов азота, связанных с метилольными группами. Этот факт обусловливает резкое снижение активности их молекул в реакциях смолообразования как в растворе, так и на волокне и более высокую устойчивость при хранении.

В третью группу входят отделочные препараты, предназначенные для придания эффекта малой сминаемости в мокром состоянии. Наиболее интересными и перспективными представителями этой группы являются: этамон ДС, сульфикс А, метилолакриламид, эпоксидные смолы, препарат ЛУР-1 и др.

Механизм реакций при малосминаемой и малоусадочной
отделках тканей

Физико-химическая сущность придания текстильным изделиям свойств малой сминаемости и безусадочности состоит в образовании между смежными макромолекулами целлюлозы прочных поперечных химических связей, то есть их «сшивки». На примере циклической этиленмочевины (карбамол ЦЭМ) эту реакцию можно представить следующим образом:

Увеличение числа поперечных связей приводит к улучшению показателей несминаемости и снижает усадку тканей вследствие стабилизации структуры волокна и повышения его упругости.

Наряду с процессами «сшивки» макромолекул целлюлозы при малосминаемой отделке идут реакции смолообразования, особенно при использовании препаратов первой группы. Эти реакции сложны и могут протекать по нескольким направлениям. Например, возможно образование полимеров сетчатой структуры:

 

Не исключена возможность присоединения молекул предконденсатов друг к другу посредством эфирных связей с образованием линейных полимеров:

Этот механизм проявляется при взаимодействии молекул предконденсатов второй группы, не имеющих активного водорода у атомов азота.

Отложение в порах волокна смолы приводит к заполнению в нём пустот, повышает его упругость и усиливает эффект несминаемости.

Реакции «сшивки» макромолекул целлюлозы посредством поперечных связей, а также образование в волокне смолы протекают только при высоких температурах (выше 100^оС) и в присутствии катализаторов. В качестве последних используют соли аммония, магния, цинка, алюминия, то есть соединения, которые при гидролизе или термической диссоциации выделяют кислоту.

Введение в целлюлозные волокна прочных поперечных связей повышает упругость волокна, стабилизирует его структуру, снижает сминаемость и усадку тканей. Наряду с этим наблюдается возрастание жёсткости и снижение прочности материала. Потеря прочности на разрыв особенно ощутима на хлопчатобумажных тканях. Применительно к вискозным штапельным полотнам такой вид отделки осуществляется в больших объемах.

Технология процесса малосминаемой отделки тканей

Технологический процесс малосминаемой отделки состоит из операций пропитки, сушки, термической обработки и промывки ткани.

Пропитку ткани осуществляют раствором предконденсата термореактивной смолы в присутствии катализатора кислой природы. В состав раствора часто вводят смачиватель, мягчитель, пластификатор. Смачиватель интенсифицирует процесс пропитки, особенно низкокапиллярных тканей. Мягчитель устраняет нежелательный эффект жёсткости полотна. В качестве мягчителей используют препарат АМ, алкамон ОС-2, аламин М, стеарокс, кремнийорганические соединения (алкамоны). Пластификатор повышает устойчивость ткани к истиранию и снижает потери её прочности на разрыв. В качестве пластификаторов можно применять эмульсии термопластичных полимеров, а также мочевину, которая воздействует на структуру волокна и связывает формальдегид. Совместное применение указанных веществ накладывает своеобразный отпечаток на протекающие в волокне химические реакции, придаёт тканям улучшенные потребительские свойства (гибкость, эластичность, мягкость, драпируемость и др.) и повышает устойчивость отделки к кислотному и щелочному гидролизу. Процесс пропитки ткани растворами предконденсатов осуществляется при температуре не выше 30^оС, так как её повышение неизбежно приводит к преждевременной конденсации препарата с образованием нерастворимых продуктов.

Сушат ткани горячим воздухом. Изменение температуры сушки необходимо осуществлять таким образом, чтобы скорость проникновения молекул предконденсата с поверхности вглубь волокна превышала скорость его превращения в высокомолекулярную смолу. В этой связи процесс сушки осуществляют на игольчатых сушильно-ширильных машинах в условиях постепенного подъёма температуры по мере перемещения ткани. Одновременно происходит стабилизация размеров полотна по ширине.

Термическая обработка ткани осуществляется горячим воздухом в течение 2 – 5 минут при температуре 140 – 160^оС. Термообработка создаёт условия для «сшивки» макромолекул целлюлозы поперечными связями и заполнения пор волокна образующейся смолой.

Промывку ткани в мыльно-содовом растворе проводят с целью удаления остатков не прореагировавших веществ, формальдегида и других побочных продуктов реакции.

В настоящее время практически все штапельные ткани выпускают с несминаемой отделкой. Чтобы уменьшить потери прочности при отделке хлопчатобумажных тканей, предварительно их подвергают усиленной мерсеризации.

Технологический процесс малосминаемой отделки льняных тканей ещё более сложен и включает большее число последовательно повторяющихся операций. Ткань сначала мерсеризуют, отмывают от щёлочи, затем обрабатывают раствором предконденсата смолы, высушивают, термообрабатывают, выдерживают в роликах. Далее вновь следует мерсеризация, промывка, сушка, обработка раствором мягчителя и окончательная сушка.

Придание тканям свойств несминаемости

в мокром состоянии

Сопротивляемость к смятию в мокром состоянии тканям можно сообщить двумя путями:

- использованием обычных предконденсатов, реагирующих с целлюлозой при наличии кислотных катализаторов;

- применением специальных препаратов, способных «сшивать» макромолекулы целлюлозы в щелочной среде.

При использовании традиционных предконденсатов процесс отделки необходимо проводить таким образом, чтобы реакция «сшивки» макромолекул протекала в набухшем волокне. Например, ткань пропитывают раствором карбамола ГЛ, хлорида аммония, полиакриловой эмульсии в присутствии 1н соляной кислоты; накатывают в ролик, обёртывают полиэтиленовой плёнкой и выдерживают при комнатной температуре в течение 24 часов. Далее следует промывка и сушка. Существенным недостатком способа является медленное протекание реакций, поэтому он применим лишь в условиях малых производств.

Наиболее перспективным является способ, основанный на использовании в качестве отделочного препарата этамона ДС:

.

В результате взаимодействия данного препарата с целлюлозой, образуется аналогичное получаемому с карбамолом ЦЭМ соединение. Одновременно третичные амины CH₃ – N – (C₂H₅)₂, которые в момент термической обработки вызывают набухание волокна, способствуют его пластификации и обеспечивают условия для сообщения малосминаемого эффекта в мокром состоянии.

Отделка ткани осуществляется по традиционной схеме: материал пропитывают отделочным составом, высушивают на сушильно-ширильной машине, термообрабатывают в течение 5 минут при температуре 130 – 140^оС, промывают и окончательно высушивают.

При совместном использовании этамона ДС с карбамолом ЦЭМ ткань приобретает малосминаемость и в сухом, и мокром состояниях. Такой вид отделки условно называют «стирай-носи», поскольку изделие, изготовленное из такого материала, не требует глажения после стирки и высушивания.

При использовании специальных отделочных препаратов (метилолакриламида, сульфатных и тиосульфатных производных дивинилсульфона, производных сульфолана – препараты ЛУР-1 и ДИМОС) требуются щелочные катализаторы. Например, производные дивинилсульфона в присутствии щёлочи переходят в активный винилсульфон, который реагирует со смежными макромолекулами целлюлозы с образованием поперечных связей:

.

Технологический процесс можно осуществить двухфазным и однофазным способами. Более приемлемым является однофазный способ, по которому ткань пропитывают раствором, содержащим производную дивинилсульфона, карбонат калия или натрия. Затем материал высушивают, термообрабатывают в течение 3 – 6 минут при температуре 140^оС и промывают.

Поперечные связи, образованные с помощью дивинилсульфона, отличаются высокой прочностью, эффект отделки при последующих стирках не исчезает, и ткань сохраняет свои ценные свойства в течение всего периода эксплуатации.