Химия и химические технологии./ 5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.

К.т.н. Махматкулова З.Х.

Ташкентский государственный педагогический университет

имени Низами, Узбекистан

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ НАТУРАЛЬНОГО ШЕЛКА

Промышленная индустрия красителей на современном этапе достаточно развита. Однако имеется целый ряд задач, решение которых связано, прежде всего, с наличием необходимого сырья. Химические красители ввозятся на территорию республики Узбекистан из самых разных стран: России, Германии, Китая, Японии и др. Форма и состав марок красителей не всегда и не на всех волокнистых полимерах позволяют получать прочные, интенсивные и яркие окраски.

Разработка совершенно новых способов придания волокнообразующим полимерам прочной окраски с улучшенными колористическими свойствами является актуальным и своевременным. Узбекистан обладает богатой сырьевой базой натуральных волокнистых полимеров: шелк, шерсть, хлопок. Однако промышленная база по выпуску красителей отсутствует. Таким образом, республика находится в сильнейшей зависимости от ситуации на рынке. Кроме того, использование некоторых закупных красителей, например прямых, не решает проблемы получения прочных к мокрым обработкам и к свету окрасок на текстильных волокнообразующих полимерах. Для закрепления таких окрасок на волокне требуются дополнительные реагенты, такие как ДЦУ, ДЦМ, также ввозимых из других стран.

Всё вышесказанное создаёт определенные трудности при разработке и выборе способов крашения, отделки текстильных волокнообразующих полимеров.

В связи с актуальностью рационального использования сырьевых ресурсов на сегодняшний день особое внимание уделяется исследованию и разработке новых способов закрепления окрасок на волокнистом материале в процессе крашения с использованием местного сырья.

Подход к этому вопросу может быть двояким:

- с использование местных растительных ресурсов, на что обращается особое внимание многих исследователей;

- модификация текстильных волокнообразующих полимеров с помощью специальных химических составов, путем введения в текстильные полимеры новых реакционноспособных функциональных групп, склонных к образованию комплексных соединений.

Нами проводились исследования по разработке химического способа колорирования натуральных и синтетических волокнообразующих полимеров и их смесей составами, содержащими органические и неорганические соединения природного происхождения. Одновременно полученные колористические характеристики волокон сравнивались с таковыми на волокнах, окрашенных традиционным способом, т.е. с использованием химических форм красителей.

Исследования показали, что в качестве компонентов обрабатывающей смеси, способной окрасить белковые материалы, не обязательно использовать канцерогенные амины, т.е., в качестве одного из компонентов на материале может выступать сам белок, содержащий фенильные, амино- и карбоксильные группы, а роль второго выполняет соль поливалентного металла и нитрит щелочного металла.

В результате серий проведенных опытов установлено, что в присутствии соли Cu²⁺ , а также нитрита натрия и органической кислоты образуются окраски, устойчивые к физико-химическим воздействиям, совпадающие по цветовой гамме с выбранными для сравнения красителями (основным фуксином, прямым коричневым и др.). Было изучено влияние на процесс образования окрашенных соединений на натуральном шелке всех компонентов обрабатывающей ванны.

Обработка проводилась в водном растворе соли нитрита натрия и уксусной кислоты при модуле 1:50 и температуре 95°C в течении 10 минут с содержанием Cu²⁺, концентрация которого варьировалась от 1 до 10% (0,1-1,0 г/дм³) от массы волокна. Полученные экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что при концентрации соли Cu²⁺, равной 10% от массы волокна происходит максимальной поглощение ионов металла волокном (табл.1).

Таблица 1.

Влияние концентрации ионов Cu²⁺ на образование окраски на натуральном шелке

№	Концентрация Cu^2+ в р-ре		Концентрация Cu^2+ в остаточной ванне	рН раствора	Цвет образца
	%	г/дм^3	г/дм^3
1.	10	1,0	0,57	3,5	Красно-сиреневый
2.	5	0,5	0,3	3,8	Сиреневый с розовым оттенком
3.	3	0,3	0,23	4,0	Красно-сиреневый
4.	1	0,1	0,08	4,1	Сиреневый с темно-коричневым оттенком

Интенсивность полученных окрасок увеличивается с увеличением концентрации уксусной кислоты. Это, видимо объясняется тем, что в кислой среде, при рН 3,5-4,0, натуральный шелк приобретает избыточную положительную ионизацию, так как подавляется ионизация не только свободных аминогрупп волокна, но и иминогруппы пептидных связей. Кроме этого, изучение влияния рН обрабатывающей ванны показывает, что при рН ближе к изоэлектрической точки натурального шелка образуются интенсивные насыщенные тона.

Полученные с помощью ИК-спектров данные подтверждают, что при обработке натурального шелка в выбранных условиях обработки составом «нитрит-кислота» в присутствии поливалентного металла происходит химическая реакция между концевыми группами макромолекул белка и обрабатывающим составом с образованием окрашенного соединения.

Введение в систему солей поливалентных металлов приводит к образованию химической связи с белком посредством взаимодействия ионов металла со свободными карбоксильными группами кислых α-аминокислотных остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот, у которых в образовании пептидных связей участвует только одна карбоксигруппа. В присутствии соли поливалентного металла на стадии образования диазогидрата происходит связывание ионов металла с помощью координационной связи с азотом диазогидрата с образованием комплексного соединения.

Результаты ИК-спектроскопических, рентгенографических, термомеханических, дифференциально-термических и др. физико-химических методов показали, что при обработке натурального шелка системой: нитрит-кислота-сольCu²⁺ в структуре белка происходит образование новых диазо- связей, которые способствуют образованию окрашенных соединений.