Ковтун Л.Г. Технология отделки трикотажа

Подождите немного. Документ загружается.

хвора сернокислой меди); действие уксуснокислого свинца на

щелочные растворы шерсти (при этом выпадает черный осадок

сернистого свинца).

Благодаря прочности, высокой эластичности, низкой плотно-

сти (1,32 г/см^), достаточно высокой устойчивости к истиранию

и высоким теплоизоляционным свойствам шерсть нашла широ-

кое применение в трикотажной промышленности. Она применя-

ется для производства практически всех видов трикотажных из-

делий: белья, верхних, спортивных, а также чулочно-носочных.

Шерсть при этом используется как в чистом виде, так и в смеси

с хлопком, искусственными и синтетическими волокнами.

Строение и свойства натурального шелка. До недавнего вре-

мени натуральный шелк в трикотажной промышленности прак-

тически не применялся, что было связано с трудностями его пе-

реработки в условиях трикотажного производства. В последние

годы рядом зарубежных фирм было предложено перерабаты-

вать нити шелка-сырца на кругловязальных машинах.

Натуральный шелк является продуктом жизнедеятельности

гусениц тутового шелкопряда. При выходе из тела гусеницы

нить сразу же затвердевает. Каждая нить шелка-сырца состоит

из двух бесконечных нитей из белка фиброина, склеенных между

собой белковым веществом — серицином. Фиброин имеет фиб-

риллярную структуру, а серицин — аморфную. В шелке-сырце

содержится 70—75 % фиброина и 25—30 % серицина, который

почти полностью удаляется при последующих технологических

операциях.

По аминокислотному составу фиброин довольно существенно

отличается от кератина шерсти. Он образован в основном из

четырех простейших аминокислот: глицина, аланина, серина и

тирозина:

H,N—СН-СООН H^N—СН-СООН H^N—СН~СООН

СНз

Алании

H,N—СН-СООН

Глицин"'

СИ..

QH40H

Тирозин

сн^

он

Серии

Фиброин шелка не содержит серосодержащих аминокислот,

поэтому межмолекулярное взаимодействие представлено глав-

ным образом водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса

и небольшим количеством солевых связей. Молекулярная масса

фиброина шелка, по последним данным, 80 000—90 000. Вслед-

ствие отсутствия громоздких боковых цепей фиброин шелка

имеет более высокую степень кристалличности, чем кератин

шерсти, и более высокую степень ориентации его макромолекул.

Рентгеноструктурным анализом было установлено, что для по-

липептидной цепи фиброина характерна р-конфигурация (т. е.

форма вытянутого зигзага):

t t

Ш СН^ СО^ ^NH СИ СО ^ •••

... ^ ^СО-^ ^СН^ ^СО^ "^NH-' ^СН-^

! i

R, Кз

Хотя в целом свойства фиброина шелка подобны свойствам

кератина шерсти, одновременно имеются и некоторые различия,

что связано с различным аминокислотным составом и строением

этих двух волокон.

Натуральный шелк обладает гидрофильными свойствами,

в воде сильно набухает, при этом его поперечные размеры уве-

личиваются на 16—18%. Кондиционная влажность натураль-

ного шелка 10,5—11 7о.

Разбавленные органические кислоты шелк не разрушают

даже при нагревании. При кратковременной обработке разбав-

ленными растворами органических кислот шелк приобретает

характерные блеск и гриф (скрип на ощупь), что используют

в химической технологии при проведении операции оживления.

При повышении концентрации, температуры и продолжитель-

ности воздействия начинается деструкция волокна вследствие

кислотного гидролиза полипептидных связей.

Гидролиз протекает по тому же механизму, что и у кератина

шерсти.

К щелочам натуральный шелк неустойчив, особенно при на-

гревании. При кипячении в 3 %-м растворе NaOH в течение

15—20 мин шелк полностью разрушается, а продукты распада

переходят в раствор. Это объясняется щелочным гидролизом

пептидных связей, который протекает вплоть до образования

аминокислот.

Так же как и шерсть, шелк обладает амфотерными свойст-

вами. В кислой среде он приобретает избыточный положитель-

ный заряд, а в щелочной — отрицательный. Изоэлектрическая

точка фиброина лежит в интервале значений рН от 3,5 до 4.

Кислотная емкость у фиброина ниже, чем у шерсти, и состав-

ляет 0,2—0,3 г-экв./кг, что объясняется меньшим содержанием

в фиброине шелка функциональных амино- и карбоксильных

групп.

Фиброин шелка нерастворим в органических растворйтёЛях,

но растворяется в медно-аммиачном, щелочном медно-глицери-

новом растворах, в этилендиаминовом растворе гидроксида

меди. Эти растворы используют для вискозиметрических изме-

рений при определении степени повреждения натурального

шелка под действием различных реагентов.

К действию восстановителей натуральный шелк устойчив,

что позволяет использовать их для беления.

Более чувствителен шелк к действию окислителей, особенно

хлорсодержащих, таких, как газообразный хлор, гипохлорит на-

трия, хлорноватистая кислота. Под действием хлорсодержаш,их

окислителей даже очень низких концентраций происходит по-

желтение и повреждение волокна. К кислородсодержащим окис-

лителям, например пероксиду водорода, он более устойчив и не

разрушается при действии разбавленных растворов. Но при по-

вышении концентрации пероксида водорода и повышении тем-

пературы может произойти разрушение волокна. Для беления

натурального шелка применяют главным образом пероксид во-

дорода.

Особенностью натурального шелка является его низкая ус-

стойчивость к атмосферным воздействиям вследствие низкой

устойчивости к фотохимическому окислению. При инсоляции

в летнее время в течение 200 ч натуральный шелк теряет 50 %

своей прочности. Особенно он чувствителен к действию ультра-

фиолетовых лучей с длиной волны 250—335 нм.

При нагревании до температуры не выше 140 °С натураль-

ный шелк устойчив. Он начинает разрушаться при температуре

160—170 °С.

§ 6. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Синтетические волокна получают путем синтеза из низкомоле-

кулярных веществ, используя реакции полимеризации или кон-

денсации в зависимости от химической структуры мономеров,

из которых они синтезируются.

Принцип формования волокон одинаков практически для всех

синтетических волокон и заключается в следующем: волокнооб-

разующий полимер в виде расплава или раствора в соответ-

ствующих растворителях продавливают через фильеры. Выте-

кающие струйки затвердевают при остывании или удалении рас-

творителя. Для этого они проходят или осадительную ванну

(прядение по мокрому способу), или шахту, где волокно охлаж-

дается или где растворитель испаряется (прядение по сухому

способу). Для придания необходимых физических и физико-ме-

ханических свойств сформованные волокна подвергаются вытя-

гиванию, стабилизации, отделке, текстурированию и т. д. в за-

висимости от принятой технологии.

Из большого разнообразия производимых в Настоящее Ёремя

волокон в трикотажной промышленности наиболее широко при-

меняют полиэфирные, полиамидные, полиуретановые (гетеро-

цепные), а также полиакрилонитрильные (карбоцепные). Более

узкое применение находят поливинилспиртовые, поливинилхло-

ридные и полиолефиновые волокна.

Кроме того, в последние годы значительно увеличился вы-

пуск волокон из сополимеров. Использование сополимеров поз-

воляет уменьшить отрицательные качества, присущие ряду син-

тетических полимеров, а следовательно, и синтетическим волок-

нам, и придать им ценные свойства. Волокна из сополимеров

в отдельную группу не выносятся, а рассматриваются в той

группе волокон, к которой относится их основной компонент.

Полиэфирные волокна. Полиэфирные волокна (в СССР —

лавсан, в Великобритании — терилен, в США —дакрон, во

Франции — тергаль и т. д.) получают главным образом из поли-

этилентерефталата, являющегося продуктом конденсации те-

рефталевой кислоты и этиленгликоля. Исходным сырьем для

получения полиэтилентерефталата служит диметиловый эфир

терефталевой кислоты и этиленгликоль. При этом сначала в ре-

зультате реакции переэтерификации получают дигликолевый

эфир терефталевой кислоты

НзС

—ООС—/' Л—СОО— СНз + 2Н0(СН2)20Н

.Н0—(СНг)2—ООС— <f S

—COO

—(СН2)г—ОН

а затем уже следует реакция поликонденсации

«H0(CHj)2—OOC-<f ^С00(СН2)20Н -

Н [0(СН2)2—оос—У-СО]„ОН

+ (П

- 1)Н0 {СЕ,)2 ОН

Таким образом, элементарное звено полиэфирного волокна

можно представить следующим образом:

-[0С-</ ^СО-О-СНдСНг-ОЬ

Элементарные звенья связаны между собой сложноэфирной

связью —С—о—.

Полиэфирные волокна обладают высокой прочностью (пре-

дел прочности при растяжении 40—50 сН/текс), высокой эла-

стичностью (удлинение при разрыве 18—28,%), высокой устой-

чивостью к истиранию и смятию (по этому показателю они не

уступают шерсти, а в мокром состоянии даже превосходят ее).

Макромолекулы полиэтилентерефталата имеют линейную

структуру, бензольные кольца располагаются в одной плоскости.

Регулярная структура, отсутствие боковых радикалов позво'

ляют макромолекулам максимально плотно упаковываться при

вытягивании. Макромолекулы связаны между собой водород-

ными связями и силами Ван-дер-Ваальса. Волокно обладает вы-

сокой степенью кристалличности (40—70 %) и ориентации.

Отсутствие достаточного количества гидрофильных групп,

высокая плотность упаковки макромолекул и структурных эле-

ментов волокна обеспечивают устойчивость к действию различ-

ных химических реагентов, но в то же время вызывают труд-

ности при крашении волокна.

Волокна гидрофобны и в воде почти не набухают. Их конди-

ционная влажность 0,4—0,5 %, они сильно электризуются.

К действию кислот полиэфирные волокна обладают доста-

точно высокой устойчивостью и разрушаются только в концен-

трированных серной и азотной кислотах. В 70%-м растворе

серной кислоты волокно не разрушается, что позволяет исполь-

зовать ее для количественного определения содержания поли-

эфирного волокна в смеси с целлюлозными и рядом других

волокон. 85%-й раствор серной кислоты разрушает волокно

в течение нескольких минут.

К действию щелочей полиэфирные волокна относительно не-

устойчивы, особенно при нагревании, что обусловлено низкой

устойчивостью к щелочам эфирных связей. Обработка разбав-

ленными растворами щелочей при обычной температуре не вы-

зывает изменения свойств волокна. Обработка волокон в рас-

творах щелочей даже относительно невысокой концентрации

(3—5 %) при нагревании вызывает гидролиз полиэфира с раз-

рывом полиэфирной связи сначала на поверхности волокна:

СО—О—СН3СН2—О

Н2О, NaOH, Т, °С

СООН + НО—СНг—СНг

с увеличением концентрации щелочи в растворе и повыше-

нием температуры степень и скорость гидролиза возрастают.

При температуре выше 100 °С может произойти значительное

разрушение волокна. При щелочной обработке в результате

гидролиза полимера на поверхности волокна изменяется ее мор-

фология, поверхность становится шероховатой (это видно на

электронно-микроскопических снимках), волокно теряет блеск,

становится на ощупь мягким и шелковистым.

Щелочную обработку используют для модификации поли-

эфирных текстильных материалов с целью улучшения их экс-

плуатационных свойств: снижения загрязняемости и способно-

сти электризоваться, повышения гигроскопичности. Наиболее ин-

тенсивно действует NaOH, менее интенсивно КОН.

Полиэфирные волокна обладают высокой устойчивостью

к действию окислителей и восстановителей. Эти волокна рас-

творяются только в очень ограниченном числе органических

растворителей: л-крезоле, о-хлорфеноле, трихлоруксусной кис-

лоте, набухают в водных растворах бензойной кислоты, о-фенил-

феноле и других органических соединениях, что используют

в крашении.

По светостойкости полиэфирное волокно уступает только по-

лиакрилонитрильному волокну, что позволяет широко исполь-

зовать полиэфирное волокно для производства гардинно-тюле-

вых изделий. При продолжительном действии ультрафиолето-

вых лучей с длиной волны 300—330 нм становится заметной де-

струкция волокна, приводящая к потере прочности. В естест-

венных атмосферных условиях полиэфирное волокно теряет 50—

60 % своей прочности за 3000 ч облучения.

Полиэфирные волокна термопластичны, температура плав-

ления полиэтилентерефталата 255—260 °С, температура стекло-

вания 70—90 °С. Волокно устойчиво к действию микроорганиз-

мов и плесени.

Для улучшения эксплуатационных свойств, улучшения окра-

шиваемости применяют различные способы физической и хими-

ческой модификации. Одним из путей физической модификации

является текстурирование. Текстурированные нити обладают бо-

лее высокими теплоизоляционными свойствами, лучше погло-

щают воду. Способом модификации служит также получение

бикомпонентных нитей и профилированных волокон.

Наиболее перспективным путем модификации является по-

лучение сополимеров, содержащих 85—90 % полиэтилентере-

фталата и 10—15 % других компонентов, например изофтале-

вой и сульфоизофталевой кислот или полиэтиленгликоля. При

введении других мономеров нарушается регулярность структуры

полимера и, как следствие этого, уменьшается степень кристал-

личности. Кроме того, таким образом можно ввести в полимер

функциональные группы. Все это способствует увеличению гид-

рофильности волокна, улучшению окрашиваемости, а введение

анионных или катионных функциональных групп дает возмож-

ность окрашивать их водорастворимыми красителями.

Полиэфирные волокна широко используются для производ-

ства различных видов трикотажных изделий: полотен, чулок и

носков, верхнего трикотажа. Вследствие высокой гидрофобно-

сти полиэфирные волокна в большом объеме перерабатываются

в пряжу в смеси с натуральными и гидратцеллюлозными волок-

нами. Поэтому более половины всего объема полиэфирных во-

локон выпускается в виде штапельного волокна и только менее

30 % — в виде текстурированных нитей, которые используются

для производства трикотажных полотен.

Полиамидные волокна. Полиамидные волокна также отно-

сятся к гетероцепным соединениям. Промышленное производ-

ство этих волокон началось в конце 30-х годов, т. е. они были

одними из первых синтетических волокон. В настоящее время

выпускается большой ассортимент полиамидных волокон, наи-

более распространенными из которых являются волокна из по-

ликапроамида, полигексаметиленадипинамида, полиэнанто-

амида и др. Полиамидные волокна получают торговые назва-

ния, а в англоязычных странах их называют нейлоном с индек-

сом, указывающим число углеродных атомов в элементарном

звене полимера.

Поликапрамидные волокна и нити (в СССР — капрон,

в ФРГ —перлон, в ЧСФР-—силон, в США — нейлон-6) полу-

чают из поликапролактама:

HN-(CH2)5-C0^H [-HN-(CH2)5-C0—]„ он.

' I

Полигексаметиленадипамидные волокна (в СССР — анид,

в США и других англоязычных странах —нейлон-6,6, в Бель-

гии—дарил и др.) получают из гексаметилендиамина и адипи-

иовой кислоты:

п НООС—(СН2)4-СООН + п H2N-(CH2)o—NH^-^

-^НО [-ОС—(CH2)4-C0-NH-(CH2)«-NH-]„ Н.

Полиэнантоамидные волокна получают на основе аминоэнан-

товой кислоты (в СССР —энант, в США — нейлон-7):

пH^N—(СНз)^—СООН->Н [—HN-(CH2)e~C0—]„ ОН.

Кроме этих широко распространенных волокон можно на-

звать и ряд других полиамидов. Например, в США и Велико-

британии выпускается нейлон-6,10 на основе гексаметиленди-

амина и себациновой кислоты:

НО f-CO-(CHa)^-CO-NH-(CH2)6-NH-]„ Н.

Полиамид на основе ю-аминоундекановой кислоты называ-

ется в США нейлоном-II, в СССР — ундеканом, во Франции —

рильсаном.

Формование полиамидных волокон проводят по сухому спо-

собу из расплава. Для этого полимерную крошку расплавляют

при температуре 260—270 °С. В расплав в зависимости от тре-

бований вводят ингибиторы окисления, диоксид титана для ма-

тирования волокна или пигменты при выпуске волокна окра-

шенным в массе. После продавливания полимерной массы через

фильеры образовавшиеся нити поступают в шахту, где обдува-

ются воздухом для охлаждения. Далее нити подвергаются вы-

тягиванию, стабилизации и отделке.

Элементарные звенья в полиамидном волокне связаны

между собой амидной связью —NH—СО—. Так как в образо-

вании полиамидов участвует или аминокислота, или дикарбо-

новая кислота и диамин, макромолекулы на концах имеют две

функциональные группы: аминогруппу —ЫНг и карбоксильную

группу — СООН, но число их невелико вследствие высокой сте-

пени полимеризации: 150—200 у капрона и 80—100 у анида.

Молекулярная масса полиамидов от 12000 до 20 000.

Полиамиды имеют высокую степень полидисперсности и не-

однородную структуру волокна, являющуюся результатом не-

равномерного вытягивания. Вследствие физической и химиче-

ской неоднородности волокна возникают трудности при краше-

нии, связанные с неодинаковыми сорбцией и диффузией краси-

теля внутрь волокна, что приводит к неравномерной окраске

(полосатости, зебристости).

Макромолекулы полиамидов имеют форму плоского зигзага

и связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса и водородными

связями, возникающими между амидными группами:

СНг СНз СН2 NH CHj СНг С СН^

\/\/\/\/\/\/\/\/\

N СЫг СИг С СИ^ CIIj СИг N

СН,

,6/

СН,

СН2

•Р1

СН,

СН, СНо

СН, СН,

СН,

Степень кристалличности волокна зависит от того, как рас-

положены звенья в макромолекуле полимера, и колеблется

от 40 до 60 %.

Полиамидные волокна обладают высокой механической

прочностью (предел прочности при растяжении 40—50 сН/текс),

высокой эластичностью (удлинение при разрыве 25—35 %), их

плотность ниже, чем у большинства натуральных волокон (кап-

рона 1,14 г/см®, анида 1,11 г/см^). По устойчивости к истиранию

полиамидные волокна превосходят все природные и химические

волокна, что в значительной степени обусловило область их

применения.

Химические свойства волокон определяются наличием амид-

ной связи и двух функциональных групп: —NH2 и —СООН, что

делает их до некоторой степени похожими на белковые волокна,

и высокой степенью кристалличности.

Волокна гидрофобны, в воде почти не набухают, кондицион-

ная влажность капрона 4,5 %, анида 3,8%, энанта 2,8% (при-

близительно), т. е. с увеличением числа метиленовых групп

в элементарном звене полимера гидрофобность волокна увели-

чивается.

К действию кислот полиамидные волокна неустойчивы, и

даже разбавленные растворы минеральных кислот вызывают

деструкцию волокна, которая является следствием гидролиза

амидной связи:

. . .-(CH2)5-NH-C0-(CH2)5-. .

-- . . .-(СНг)5-НН2 + НООС-(СН,)5-. . .

При повышении концентрации и температуры скорость гид-

ролиза возрастает. Концентрированные растворы органических

и минеральных кислот разрушают полиамидные волокна очень

быстро. В 85%-м растворе муравьиной кислоты НСООН во-

локна растворяются. Этот раствор используют для распознава-

ния группы полиамидных волокон.

К щелочам полиамидные волокна устойчивы и не разруша-

ются даже при кипячении в 40 %-м растворе гидроксида натрия.

Вследствие присутствия двух функциональных групп:

—NH2 и —СООН полиамидные волокна, как и белковые, обла-

дают амфотерностью, т. е. в разбавленных растворах кислот

приобретают избыточный положительный заряд, а в растворах

щелочей — отрицательный:

НООС-П-Шг

HjO

"ООС-П-Шз f

НООС-П-Шз

о^^'ООС -

- NH2

Изоэлектрическая точка капрона лежит в интервале значе-

ний рН 4—5. Кислотная емкость полиамидных волокон значи-

тельно ниже, чем у шерсти, что объясняется меньшим числом

аминогрупп в полимере. Для капрона она равна 0,006 г-экв.

на 100 г волокна. Однако при рН<2 связывание кислоты поли-

амидами снова возрастает, что можно объяснить ионизацией

имидных групп амидной связи:

—NH-CO- —NH^-CO-,

т. е. происходит ионизация имидного азота в результате при-

соединения протона водорода.

Одним из существенных недостатков полиамидных волокон

является их низкая устойчивость к действию окислителей,

вследствие чего возникают трудности при белении изделий и по-

лотен из полиамидного волокна. Наиболее интенсивно действует

гипохлорит натрия, несколько слабее —пероксид водорода. Раз-

бавленные растворы хлорита натрия не оказывают сильного

деструктирующего действия. Под действием окислителей про-

исходит деструкция по амидным связям, волокно желтеет и те-

ряет прочность.

К действию восстановителей полиамидные волокна устой-

чивы.

Полиамидные волокна растворяются в таких сильно поляр-

ных органических растворителях, как фенол и крезол. В хлор-

содержащих соединениях (перхлорэтилене, трихлорэтилене

и др.) волокно слегка набухает, но не растворяется и не изме-

няет своих свойств, что позволяет использовать эти раствори-

тели в ряде технологических процессов.

Полиамидные волокна термопластичны, при нагревании сна-

чала размягчаются, а затем плавятся. Температура плавления

капрона 215 °С, анида 255 °С, а энанта 225 °С. При нагрева-

нии в воздушной или паровой среде они сильно усаживаются,

усадка достигает 12—14%. При продолжительном нагревании

при температуре выше 120 °С волокна желтеют, становятся

хрупкими и теряют прочность. Так, при нагревании волокна

в течение 1 ч прп температуре 160 °С степень полимеризации

полимера уменьшается почти вдвое. При аналогичной обработке

в среде азота деструкции не происходит. Характерная для по-

лиамидных волокон низкая термостойкость является следст-

вием термоокислительной деструкции.

Низкой устойчивостью к окислению объясняется и низкая

устойчивость полиамидных волокон к светопогоде. Наиболее

чувствительны к фотохимическому окислению метиленовые

группы, находящиеся в элементарном звене рядом с группой

—NH—. Через 20 ч облучения УФ-лучами капрон теряет 40 %