Магистрант Касымова Г.А., студенты: Есенов Т., Баданова А.,

к.т.н., проф. Баданов К.И.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, г. Тараз

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВОЛОКНА

МЕТОДОМ АТОМНО-СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Разработки новых текстильных материалов ведутся с учетом обеспечения высокого качества и соответствия международным ISO и европейским EN нормам, требованиям экологической безопасности Eco-Label (Oeko-Tex) [1,2]. Соблюдение общемировых норм качества выпускаемой продукции особенно важно и своевременно в связи со вступлением Казахстана в ВТО и общей тенденции к глобализации промышленно развитых стран.

Изучению морфологии поверхности текстильных волокон посвящены многочисленные работы. Однако обширный фактический материал не систематизирован. Отсутствуют в литературе и работы, в которых имелись бы данные по влиянию характера внешней поверхности на поведение волокон в процессах крашения, печатания и заключительной отделки. Морфология поверхности волокон может претерпеть существенные изменения в различных операциях отделочного производства в зависимости от условий их проведения [2].

Для исследований в работе использованы суровая хлопчатобумажная ткань АО «Меланж» г. Шымкент. Проведены эксперименты по изучению изменений хлопкового волокна после различных воздействий технологических растворов. Работа проведена в лаборатории наноинженерных методов исследований при Таразском государственном университете им. М. Х. Дулати. Объектом исследования служила хлопчатобумажная ткань, прошедшая стадии расшлихтовки, мерсеризации, кислотной обработки. Наряду с электронной растровой микроскопией в работе использована атомно-силовая микроскопия. Предмет исследования - определение микрорельефа поверхности хлопчатобумажной ткани. Атомно-силовую микроскопию в полуконтактном режиме проводили на атомно-силовом микроскопе NTEGRA Prima (NT-MDT, Россия). Часть измерений проведена методом полуконтактного рассогласования. Данная методика позволяет проводить уточнение рельефа и отдельных мельчайших деталей. Работа проведена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева на кафедре «Наноматериалов и нанотехнологий» при непосредственном участии доцента Субчевой Елены.

После расшлихтовки ткани поверхностная пленка шлихты разрушается и частично удаляется с волокна [3]. Остатки пленки шлихты остаются на волокне, происходит набухание или увеличение внутреннего объема волокна. Технологический раствор используемый при расшлихтовке, не только разрушает пленку шлихты, но и проникает внутрь волокна.

Мерсеризация хлопчатобумажной ткани приводит к заметному увеличению объема волокна [3]. При этом сплющенное межканальное пространство расправляется. Объем волокна в целом увеличивается еще больше. При достижении волокном «правильной» цилиндрической формы, можно предположить, что прочность волокна увеличится, появится блеск, т.к. распрямленная цилиндрическая форма волокна будет больше отражать падающего света, что согласуется с литературными данными. После кисловки ткани остатки шлихты удаляются более полно, поверхность волокна становится гладкой (рис.1). Поверхность волокна освобождена от пленки шлихты, становится доступной для белящих, красящих и аппретирующих технологических растворов.

Рисунок 1. Микроснимок поверхности подготовленного хлопкового волокна

Проведенные исследования, показывают необходимость контроля качества очищения поверхности волокна от технологических и других примесей, что позволит эффективно проводить процессы отбеливания, крашения, печатания и заключительной отделки хлопчатобумажных тканей.

Сорбционная способность волокна может быть увеличена при изменении формы внутреннего канала волокна. При стремлении формы волокна к форме цилиндра сорбционная способность будет максимальной. При использовании дополнительных воздействий или химматериалов, очевидно можно увеличить внутренний объем волокна и тем самым увеличить сорбционные свойства волокна. Использование метода атомно-силовой микроскопии позволяет визуально оценить изменение не только поверхности волокна, но и его формы. Таким образом, изменения поверхности волокна при его подготовке к крашению, а также изменение формы внутреннего объема дают возможность менять сорбционные свойства волокна, что особенно важно в процессах отделки.

Использование новых высокоэффективных аппретов на основе водорастворимых полимеров с различными функциональными группами и композиций с целью придания тканям наилучших потребительских свойств таких как: износостойкость, прочность, малосминаемость, формоустойчивость, приятный гриф, добротность и ряд других свойств является актуальным. В работе использован аппрет на основе новых водорастворимых полимеров для придания хлопчатобумажным тканям свойств малосминаемости. Поверхность волокна аппретированной ткани изучали методом атомно-силовой микроскопии (рис. 2, 3).

Рисунок 2 – Микроснимки поверхности хопкового волокна с нанесенным аппретом

Справа на шкале отметка nA (нано амперы) - это сила отклонения кантилевера (зонда микроскопа) вправо и влево.

Рисунок 3 – Микроснимок поверхности хопкового волокна с нанесенным аппретом в 3D формате

Из приведенных рисунков видно, что нанесенный аппрет располагается на поверхности волокна, причем компоненты аппрета реагируют с волокном и прочно с ним связаны. Это можно наблюдать из рис. 3. Располагаясь на поверхности волокна аппрет создает своего рода «ребра жесткости». Этим объясняется повышение устойчивости обработанной хлопчатобумажной ткани к смятию, т.е. ткань приобретает малосминаемые свойства.

По итогам проведенной работы можно отметить следующее:

- для исследования морфологических свойств целлюлозного волокна в работе использованы соврменные методы исследования: электронная растровая и атомно-силовая микроскопия;

- изучено изменение поверхности хлопкового волокна после процессов расшлихтовки, отварки, беления, мерсеризации и их влияние на процесс последующей отделки;

- исследовано изменение поверхности хлопкового волокна аппретированной хлопчатобумажной ткани.

Литература:

1. Сафонов В.В. Интенсификация химико-текстильных процессов отделочного

2. Сафонов В.В. Облагораживание текстильных материалов. -М., 1991,287 с.

производства. Уч. пособие. –М.,МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2006. -405с.

3. Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2 ч. Ч.1 Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей: Справочник. Под ред. Б.Н. Мельникова. М.: Легпромбытиздат, 1991.-432 с.