Ковтун Л.Г. Химическая технология отделки трикотажных изделий

Подождите немного. Документ загружается.

стадии процесса разрушения волокна не происходит, а образуются

хлораминопроизводные (осуществляется хлорирование). Под

действием хлорсодержащих продуктов происходит частичное

разрушение чешуйчатого слоя, его сглаживание, что снижает

способность шерсти к свойлачиванию и способствует повышению

накрашяваемости. Однако при обработке в более жестких усло-

виях и при большей продолжительности может произойти

деструкция волокна.

Действие восстановителей. Под действием восстановителей

дисульфидные (или цистиновые) связи шерстяного волокна

разрываются. Особенно опасно действие восстайовителей в ще-

лочной среде, так как в этом случае не только происходит разрыв

дисульфидных связей, но и затрагиваются пептидные связи, что

приводит к разрушению волокна. В отделочном производстве

восстановители используются в качестве отбеливающих веществ

и антихлорирующих агентов после обработки волокна хлорсо-

держащими препаратами. Кроме того, на восстановлении

цистиновых связей и их модификации основан ряд процессов,

осуществляемых для придания шерстяным материалам формо-

устойчивости и несвойлачиваемости.

Разрыв дисульфидных связей под действием восстановителей

происходит по схеме

\ \ н \ \

НС—СНа—S—S—СНг—СН НС—СНа—SH + HS—СН^СН

/ /

Образующиеся в результате восстановления дисульфидных

(цистиновых) связей—SH-группы могут легко окисляться, вновь

образуя цистиновую связь.

В органических растворителях белковые волокна не растворя-

ются и не разрушаются. Хлорированные углеводороды широко

используют для химической чистки шерстяных изделий.

Светопогода. Под действием света наблюдается пожелтение

волокна, что связано с распадом серосодержащих аминокислот-

ных остатков кератина. При фотохимическом окислении шерсти

может происходить разрыв цистиновых связей и отщепление серы,

которая при окислении может образовать серную или сернистую

кислоту, ускоряющую гидролитический распад пептидных связей,

что в конечном итоге приводит к потере механической прочности

волокна.

Натуральный шелк еще в большей степени, чем . шерсть,

чувствителен к воздействиям атмосферных условий (совместное

действие воздуха, влаги и солнечного света), что в значительной

степени связано с его низкой устойчивостью к действию окисли-

телей. Вследствие фотохимического окисления волокно становит-

ся хрупким, теряет эластичность. При облучении в течение 200 ч

в летнее время волокно теряет 50 % своей первоначальной

прочности.

Действие температур. При продолжительном нагревании при

температуре выше 110°С шерсть желтеет, а при температуре

выше 150—160 °С начинается ее термическое разложение. Крат-

ковременная обработка при температуре 150—170 °С не вызыва-

ет заметного разрушения волокна. Фиброин шелка начинает

разрушаться при температуре выше 180 °С. В пламени белковые

волокна горят и быстро затухают после их удаления из пламени.

При горении ощущается характерный запах жженых перьев.

Характерное поведение в пламени горелки используют ящ рас-

познавания белковых волокон.

Для {заспознавания группы белковых волокон кроме реакции

на горение имеются и другие характерные реакции: ксантопро-

теиновая (действие концентрированной азотной кислоты);

биуретовая (действие на щелочные растворы шерсти и шелка

раствора сернокислой меди); действие уксуснокислого свинца

на щелочные растворы шерсти (при этом выпадает черный осадок

сернистого свинца).

Суровые волокна содержат сопутствующие вещества. Шерсть

содержит жиропот, различные загрязнения, некоторое количество

растительных примесей; натуральный шелк — серицин, представ-

ляющий собой белковое клеящее вещество, а также воскообразные

и красящие вещества.

1.6. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА

Синтетические волокна получают из синтетических высокомоле-

кулярных соединений. Наиболее широкое применение в трикотаж-

ной промышленности нашли такие волокна, как полиэфирные, по-

лиамидные и (в небольшом объеме) полиуретановые, относящиеся

к гетероцепным волокнам. Из карбоцепных широко пр^1меняются

полиакрилонитрильные волокна.

Полиэфирные волокна. Полиэфирное волокно (называемое

лавсаном в СССР, териленом в Великобритании, дакроном в США,

тергалем во Франции) получают главным образом из полиэтилен-

терефталата, который является продуктом конденсации терефтале-

вой кислоты и этиленгликоля. Элементарные звенья в полиэтилен-

терефталате соединены между собой

эфирными связями —с—о—.

Полиэфирные волокна обладают высокой эластичностью, вы-

сокой устойчивостью к истиранию и смятию.

Макромолекулы полиэтилентерефталата имеют линейную

структуру, бензольные кольца располагаются в одной плоскости,

что позволяет макромолекулам максимально плотно упаковы-

ваться. Макромолекулы связаны между собой водородными

связями и силами Ван-дер-Ваальса.

Отсутствие достаточного количества гидрофильных групп,

относительно высокая степень кристалличности и ориентации,

обусловливающие высокую плотность волокна, обеспечивают его

устойчивость к действию различных химических реагентов, но

в то же время вызывают определенные трудности при крашении.

Химические свойства полиэфирных волокон определяются

прежде всего наличием в их молекуле сложноэфирной связи, а

также структурой волокна. .

Волокна гидрофобны и в воде почти не набухают. В мокром

состоянии объем волокна увеличивается всего на 3—5 %. Конди-

ционная влажность волокна 0,4—0,5 %, волокно сильно электри-

зуется, что затрудняет его переработку и ухудшает эксплуатаци-

онные свойства, комфортность изделий из него. Кроме того,

вследствие высокой электризуемости полиэфирное волокно притя-

гивает к себе пылинки и изделия сильно загрязняются.

К действию кислот полиэфирное волокно относительно устой-

чиво и разрушается только в концентрированных серной и

азотной кислотах. В 70 %-м растворе серной кислоты волокно не

разрушается, что позволяет использовать ее для определения

содержания волокон в смеси полиэфирного волокна с целлюлоз-

ными волокнами. 85 %-й раствор серной кислоты разрушает

волокно в течение нескольких минут.

К действию шелочей полиэфирные волокна относительно

неустойчивы, особенно при нагревании, что обусловлено низкой

устойчивостью к этому действию эфирной связи. При обработке

в растворах щелочей происходит гидролиз полимера сначала

на поверхности волокна. Степень гидролиза возрастает с увели-

чением содержания щелочи в растворе и повышением температуры

обработки. При температуре выше 100 °С может произойти зна-

чительное разрушение волокна.

г jr\ , \ -1 NaOH jT-^ ^ NaOH

[-C0-^J^C0-0-(CHj)-0-]^ f ...-CO-^I^COOH -I- H0-(CHjj-0-...-pi-

NaOH

-jr*- HOOC-^^_^COOH + H0-(CH2)-0H

При щелочной обработке в результате гидролиза изменяется

морфология поверхности волокна. Оно теряет блеск, становится

более мягким и шелковистым на ощупь, уменьшается его

электризуемость и загрязняемость.

Разработана технология облагораживания полиэфирных

текстильных материалов, основанная на 11изкой устойчивости

полиэфиров к щелочным обработкам.

К действию окислителей и восстановителей волокна очень

устойчивы и не изменяют своих свойств под действием окислите-

лей и восстановителей, широко применяющихся в трикотажном

красильно-отделочном производстве.

Волокно растворяется в очень немногих органических раст-

ворителях: крезоле, о-хлорфеноле. В хлорированных углеводо-

родах волокно только набухает, а после высушивания возвра-

щается в первоначальное состояние без каких-либо изменений

свойств.

Суспензии и эмульсии некоторых ароматических соединений,

вызывающих набухание полиэфирного волокна, используют

в качестве интенсификаторов в крашении^

Волокно сравнительно устойчиво к атмосферным воздействи-

ям и по светостойкости уступает только полиакрилонитрильному

волокну. Экспозиция полиэфирного волокна на солнце в летнее

время в течение.600 ч снижает его прочность на 60 %.

По термостойкости полиэфирные волокна превосходят все

натуральные и большинство химических волокон. При кратко-

временном нахождении в среде, имеющей температуру 180—

190 °С, и последующем охлаждении волокно практически не из-

меняет своих свойств и не теряет прочности. Выдерживание

волокна при температуре 150 °С в течение 1000 ч вызывает его

деструкцию и потерю прочности на 50 %. В тех же условиях дру-

гие волокна^ практически полностью разрушаются. Волокно

термопластично. Температура плавления 265 °С.

Основная масса полиэфирных волокон используется в смеси

с другими волокнами: хлопком, вискозным волокном, шерстью,

поэтому 75 % выпускаемого объема приходится на долю"волокна,

а 25 % выпускается в виде комплексных нитей. Лавсановое

волокно, добавляемое в смесь, повышает формо- и износоустой-

чивость текстильных изделий, а также устойчивость к смятию.

Основная доля выпускаемых полиэфирных нитей представляет

собой текстурированные полиэфирные нити.

В трикотажной промышленности полиэфирное волокно для

производства бельевых и чулочно-носочных изделий применяется

в смеси с хлопком и вискозным волокном, а для изготовления

чулочно-носочных и верхних трикотажных изделий — в смеси

с шерстью. Текстурированные нити используются главнцм обра-

зом для производства верхнего трикотажа. Благодаря высокой

светостойкости полиэфирное волокно широко применяется для

изводства гардинно-тюлевых изделий.

^миамидные волокнш Так же как и полиэфирные, полйамид-

ые волокна относятся к гетероцепным волокнам. Промышленное

производство полиамидных волокон, которые были одними из

первых синтетических волокон, началось в конце 30-х годов.

В настоящее время выпускаются полиамидные волокна широкого

ассортимента. Для их получения используются аминокислоты,

или диамины, и дикарбоновые кислоты. Полиамидным волокнам

присваивают торговые названия, а в англоязычных странах их

называют нейлоном с индексом, указывающим число повторяю-

щихся углеродных атомов в элементарном звене полимера, например

[_HN—(СНОб—со—1»

[—NH—(СН2)б —NH —СО-

— (СН2)4 —СО —]„

[_NH—{СН2)б—СО—]„

капрон (СССР), нейлон 6 (США)

дедерон (ГДР), силон (ЧССР)

перлон (ФРГ)

анид (СССР), нейлон 6.6 (США),

банлон (США)

энант (СССР), нейлон 7 (США)

Элементарные звенья в полиамидных волокнах связаны

между собой амидной связью: —HN—СО—. Так как в образова-

нии полиамидов участвует или аминокислота, или дикарбоновая

кислота с диамином, макромолекулы на концах имеют две

функциональные группы: аминогруппу —NH2 и карбоксильную

группу —СООН. Макромолекулы в волокне связаны между

собой, водородными связями, возникающими между амидными

группами. Степень кристалличности волокна зависит от располо-

жения звеньев в волокне и колеблется в пределах 40—60 %. Свойства

полимеров зависят также от числа групп — СНг — , расположен-

ных между двумя ближайшими амидными группами. С увеличе-

нием этого числа увеличиваются жесткость полимера и его

гидрофобность, изменяется температура плавления.

Полиамидные волокна обладают высокой механической проч-

ностью, эластичностью и устойчивостью к истиранию. Последнее

свойство в значительной степени обусловило область применения

полиамидных волокон в трикотажной промышленности — для

изготовления чулочно-носочных изделий.

Химические свойства полиамидных волокон определяются

наличием амидной связи, двух функциональных групп: —NH2

и—СООН (что делает эти волокна похожими на белковые

волокна) и высокой степенью кристалличности.

Полиамидные волокна гидрофобны, в воде почти не набухают,

их кондиционная влажность 4,5 %. Вследствие высокой гидро-

фобности волокна сильно электризуются.

К действию кислот полиамидные волокна относительно

неустойчивы, даже разбавленные растворы минеральных кислот

вызывают их деструкцию, особенно при повышении температуры.

Разрушение является результатом гидролитического распада

... —NH—(СН2)5—СО—NH—(СН2)5—СО—...

H,SO,

...—NH—(СН2) 5—СООН-f H2N—(СН2)

при повышении концентрации раствора кислот^! и температу-

ры скорость гидролиза возрастает. Концентрированные растворы

минеральных и органических кислот очень быстро разрушают во-

локно. Например, 85%-й раствор муравьиной кислоты растворя-

ет полиамидное волокно практически мгновенно.

К щелочам полиамидные волокна значительно более устойчи-

вы. Даже при концентрации раствора щелочи 40 % при нагрева-

нии волокно не разрушается и свойства его изменяются мало.

Вследствие присутствия двух функциональных групп в волок-

не оно, так же как и белковые волокна, обладает амфотерными

свойствами и в разбавленных растворах кислот приобретает

избЬ1точный положительный заряд: N3N—полиамид^соон

Полиамидные волокна обладают высокой устойчивостью к

действию восстановителей, но очень чувствительны к действию

окислителей. При действии окислителей (пероксида водорода

гипохлорита натрия), применяющихся для беления волокнистых

материалов, волокно деструктируется, из-за чего при белении из-

делий из полиамидных волокон возникают трудности.

Полиамидные волокна неустойчивы также к воздействию све-

топогоды, что объясняется фотохимической окислительной де-

струкцией волокна. При облучении наблюдается пожелтение, а

затем потеря механической прочности волокна. Обычно в про-

цессе производства для уменьшения влияния светопогоды в поли-

мер вводят светостабилизаторы — вещества, способные погло-

щать ультрафиолетовое излучение, гасить возбужденное состоя-

ние молекул полимера и тем самым ингибировать его фотохими-

ческую деструкцию.

Полиамидные волокна растворяются только в сильно поляр-

ных органических растворителях (феноле, крезоле). В хлорсодер-

жащих органических растворителях (перхлорэтилене, трихлор-

этилене) волокна набухают, но не растворяются и не изменяют

своих свойств, что позволяет использовать эти растворители для

проведения различных технологических операций.

Полиамиды термопластичны, при нагревании сначала размяг-

чаются, а затем плавятся. Температура плавления капрона 215 °С,

анида 255 °С. При продолжительном нагревании волокна' проис-

ходит термодеструкция, волокно желтеет и теряет прочность.

В трикотажной промышленности полиамидное волокно наибо-

лее широко применяется для производства чулочно-носочных из-

делии: капроновых чулок, получулок, носков, колготок из тексту-

рированной нити эластик. Детские чулочно-носочные изделия

изготовляют из смеси эластика с хлопком или шерстью. Кроме

того, капроновое волокно широко применяется для вязания кру-

жев и кружевных полотен, а в смеси с другими волокнами —

для производства верхних трикотажных изделий.

Полиуретановые волокна. Полиуретановые волокна получают

из олигомеров с концевыми изоцианатными группами и диаминов

или диолов. Волокна вьтускаются в виде непрерывных нитей

линейной плотности 4—340 текс, В макромолекуле элементарные

звенья связаны между собой уретановыми группами

—NH—С—О—

Элементарное звено имеет строение

... [—NH—R—NH—СОО—R'—ОСО—] •••

где R и R'алифатические или ароматические углеводородные радикалы.

Основным свойством полиуретановых волокон является высо-

кая' эластичность. При прочности 6—8 г/текс удлинение состав-

ляем 600—800 %. По растяжимости они равноценны резиновым

нй^ям, но по сравнению с ними имеют меньшую толщину, более

выёокйе прочность, упругость, износостойкость, лучше окраши-

ваются.

По химическим свойствам полиуретаны имеют много общего

с полиамидами, однако они более устойчивы к действию кислот

и окислителей, более гидрофобны (влагопоглощение не превыша-

ет 1 % при относительной влажности 65 %). Волокно обладает

удойлетворительной устойчивостью к маслам и хлорсодержащим

органическим растворителям. Полиуретаны растворяются в кре-

золе, феноле, кипящем диметилформамиде и концентрированных

кислотах. Устойчивы к действию разбавленных растворов ще-

лочей. Полиуретановые волокна из стабилизированного полимера

обладают хорошей устойчивостью к действию света и атмосфер-

ный воздействиям. Одним из недостатков полиуретановых воло-

кон является их низкая термостойкость. При нагревании до тем-

пературы 150 °С они желтеют и начинается термодеструкция,

в связи с чем возникают определенные трудности при высоко-

температурных способах крашения трикотажных полотен и изде-

лий, содержащих полиуретановые нити.

Полиуретановые волокна выпускаются под торговыми назва-

ниями спандекс (СССР), ликра (США), вирен (ФРГ).

В трикотажной промышленности полиуретановые нити широ-

ко йспольэ|уются при производстве белья, спортивных и чулочно-

носочных изделий, а также изделий медицинского назначения.

Чаще всего полиуретановые нити смешивают с другими различ-

ными волокнами, иногда их выпускают в виде нити с обмоткой

из пряжи или комплексной нити из каких-либо других волокон.

\]Каур^цепн^ы£вожм^ карбоцепным относятся полиакрило-

нитрильные,"п6ливинилхлоридные, поливинилспиртовые и поли-

олефиновые волокна. Так как основная цепочка макромолекул

карбоцепных волокон состоит только из атомов углерода, общим

для всех этих волокон является высокая устойчивость к действию

различных химических веществ.

Наиболее широкое распространение в трикотажной промыш-

ленности нашли полиакрилонитрильные волокна. Менее широко

применяются поливинилспиртовые и поливинилхлоридные во-

локна.

Полиакрилонитрильные волокна (ПАН). Полиакрилонитриль-

ные волокна получают формованием из раствора или расплава

полиакрилонитрила или сополимеров, содержащих не менее 85 %

полиакрилонитрила.

Полиакрилонитрил получают путем полимеризации акрило-

нитрила. Элементарное звено имеет вид [—СНг—СН—]„.

Полиакрилонитрильные волокна обладают мягкостью, хоро-

шими теплоизоляционными и электроизоляционными свойствами,

высокой эластичностью, устойчивы к смятию в сухом и мокром

состоянии, имеют высокую светостойкость и устойчивость к атмо-

сферным воздействиям, но недостаточно высокую устойчивость к

истиранию. По внешнему виду подобны шерстяным волокнам.

Полиакрилонитрильные волокна формуют из' полимера с вы-

сокой степенью полимеризации, поэтому макромолекулы в волок-

не связаны между собой большим числом водородных связей,

возникающих между —СН- и —CN-группами. Эти связи в сумме

дают высокую энергию взаимодействия. Отсутствие боковых ра-

дикалов и функциональных гидрофильных групп, регулярная

структура и высокая степень ориентации этого полимера обуслов-

ливает очень плотную упаковку макромолекул в волокне, что

затрудняет диффузию внутрь волокна различных веществ, е том

числе красителей.

Волокно гидрофобно, в воде почти не набухает, обладает низ-

кой гигроскопичностью (кондиционная влажность 0,7—1%);

растворяется в сильнополярных органических растворителях в

феноле, л-крезоле, диметилсульфоксиде, диметилформамиде (ди-

метилформамид используется в качестве растворителя при произ-

водстве волокна), но устойчив к хлорированным углеводородам,

ацетону, спиртам.

Волокно обладает высокой устойчивостью к действию даже

концентрированных растворов органических и неорганических

кислот. Только концентрированные растворы серной и азотной

кислот вызывают его деструкцию.

К действию разбавленных щелочей при низких температурах

волокно устойчиво, но при его обработке в кипящих растворах

даже разбавленных щелочей сначала наблюдается появление

оранжево-бурой окраски, а затем происходит разрушение волок-

на. Низкая устойчивость полиакрилонитрильных волокон к дейст-

вию щелочей объясняется способностью нитрильной группы в

этих условиях омылиться сначала до карбоксильной группы

-СН2-СН-

HjO

iJaOH

-CHj-CH-

соон

+ NH,

Выделяющийся аммиак далее может вступать в реакцию

взаимодействия с нитрильными группами с образованием

yNH2

—СсГ -групп. Образованием этих групп и объясняется появ-

^NH

ние оранжево-бурого окрашивания.

-СНг-СН-

^ I

см

-СН,-.СН-

I/NH,

'^NH

На начальной стадии это окрашивание можно удалить обра-

боткой разбавленными растворами кислот (например, серной)

или окислителей (хлорита натрия в кислой среде). ,

К действию восстановителей, окислителей, света и атмосфер-

ным воздействиям волокно устойчиво. По устойчивости к свету и

светопогоде полиакрилойитрильные волокна превосходят все на-

туральные и химические волокна.

Полиакрилонитрильные волокна обладают высокой термо-

стойкостью. Достаточно продолжительное нагревание волокна

при температуре 120—130 °С не вызывает его деструкции и почти

не изменяет его свойств, но наблюдается пожелтение. Четко вы-

раженная температура плавления отсутствует. Волокно плавится

с разложением в интервале температур 240—300 °С.

Волокна из полиакрилонитрила выпускают в различных стра-

нах под торговыми названиями нитрон в СССР, орлон в США,

акрибель в Бельгии, акрил в Швеции, волькрилон в ГДР и т. д.

Одним из основных недостатков полиакрилонитрильных воло-

кон является их высокая гидрофобность и очень плохая окраши-

ваемость, связанная с отсутствием функциональных групп. Для

улучшения способности окрашиваться, поглощать воду волокна

производят не из чистого полиакрилонитрила, а из его сополиме-

ров, в которых содержание других компонентов не превышает

15 %. Введение других компонентов позволяет сделать структуру

полимера менее регулярной и, следовательно, менее плотной,

а ^акже ввести соединения, содержащие функциональные груп-

пы. К группе компонентов, разрыхляющих^структуру, относятся

метилакрилат, метилметакрилат, винилацетат. Компонентом,

позволяющим ввести карбоксильные группы, является итаконо-

вая кислота. С помощью винилпиридина вводят основные группы.

В СССР наибольшее распространение получило волокно нит-

рон, которое получают из сополимера, содержащего 92 % звень-

ев акрил<3|Нитрила, 6,3% метакрилата и 1,7% итаконовой

кислоты

-СН^СН-.

I соон

-CHj-CH-.i-CHj-C— •

СООСН5

Метил- I

мегакрилат \

CHjCOOH

Итакомодая

кислота

Полиакрилонитрильные волокна обладают высокими, тепло-

изоляционными свойствами, внешне похожи на шерсть и вместе

с тем не свойлачиваются, поэтому в трикотажной промышленно-

сти их широко применяют для изготовления верхних трикотаж-

ных изделий как в чистом виде, так и в смеси с шерстью и други-

ми искусственными и синтетическими волокнами, а также в чу-

лочно-носочном производстве для изготовления носков и кол-

готок. " .

Поливинилхлоридные волокна. Поливинилхлоридные волокна

получают из поливинилхлорида (ровиль, термовиль — Франция;

виньон — США, тевилон — Япония, ПВХ — СССР) и из перхлор-

винила (хлорин— СССР, ПЦ—ГДР). Перхлорвинил получают

путем дополнительного хлорирования поливинилхлорида, что

приводит к замещению некоторого числа атомов водорода атома-

ми хлора. В обычном поливинилхлорцде содержание хлора со-

ставляет приблизительно 50%, а в перхлорвиниле может быть

доведено до 64%. Такой полимер приобретав способность рас-

творяться в некоторых органических растворителях, например в

ацетоне. Формулы поливинилхлорида и перхлорвинила ймеют

вид

—СНг—СН—СНг—СН—СНг—СН— ...—CHj-

I I I

С1 С1 С1

ПВХ

или

в общем виде [—СНг—сн—]„.

-СН—СН—СН—CHr-Cf^...

I 11 • , . 1

CI CI CI CI

перхлорвинил

CI • • •

• •

• ^

Эти волокна имеют удовлетворительные физико-механические

свойства, устойчивы к истиранию. ПВХ нерастворим в широко

распространенных органических растворителях.

Вследствие высокой регулярности структуры, плотности упа-

ковки макромолекул, а также отсутствия функциональных групп

волокна обладают высокой гидрофобностью и стойкостью к дей-