Магистрант Булегенов А., магистр Касымова Г.А.,

к.т.н., проф. Баданов К.И.

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

МАЛОСМИНАЕМЫЕ СВОЙСТВА ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ

Хлопчатобумажные ткани отличаются высокими показателями гигиенических свойств, хорошей износостойкостью и стабильностью размеров. Для улучшения внешнего вида и потребительских свойств, ткани подвергают мерсеризации, заключительной отделке несмываемыми аппретами. Для придания тканям новых свойств, применяются растворы полимеров, эмульсии, латексы. Выбор аппретирующих веществ определяется способностью к образованию сетчатых структур с макромолекулами целлюлозы.

Целлюлоза стереорегулярный, высокоориентированный кристаллический полимер. Целлюлоза обладает неоднородностью структуры. Структурная неоднородность связана с различной степенью ориентации и упорядоченности макромолекул и надмолекулярных структурных элементов целлюлозы.

Эластические деформации протекают во времени, которое может быть соизмеримо с длительностью пластических деформаций. Целлюлоза обладает непрерывным спектром периодов релаксации вязкоупругих деформаций. Это связано с широким набором структурных элементов, определяющих скорость протекания эластических деформаций. Эффективным способом снижения взаимной подвижности макромолекул является их сшивка поперечными мостиками. С уменьшением длины и увеличением числа таких мостиков уменьшается доля пластических деформаций и увеличивается доля быстрых эластических деформаций. Система в целом становится более жесткой. Такой способ придания малосминаемости эффективен для изделий из природных целлюлозных волокон, обладающих высокой степенью полимеризации.

Малосминаемые свойства текстильных материалов зависят от эластических свойств волокон, определяемых их химическим строением и внутренней структурой. Малосминаемые свойства также зависят и от структурно-механических свойств пряжи и выработанных из нее тканей или трикотажных полотен. Сминаемость волокон зависит от того, какая из составляющих общей деформации, развивающейся под воздействием внешней нагрузки, преобладает в волокне: упругая и эластическая или пластическая.

Для повышения упругости и эластичности волокон с рыхлой надмолекулярной структурой обычно используют смолообразующие вещества. Обработка этими веществами позволяет снизить подвижность макромолекул и кристаллитов за счет заполнения аморфных областей и образования химических связей с макромолекулами целлюлозы. В начале XX века считали, что увеличение угла раскрытия ткани, подвергнутой малосминаемой отделке, обусловлено образованием смолы в волокне. В настоящее время общепринято представление о том, что отдельные молекулы реактанта сшивают макромолекулы целлюлозы, образуя поперечные мостики с эфирными связями. Образование смолы сказывается на малосминаемости меньше, чем сшивка макромолекул целлюлозы. Версия о сшивке подтверждена многими аргументами. Допущение сшивки позволяет объяснить явления, наблюдаемые при изменении стойкости к смятию.

Малосминаемость текстильных изделий определяется упруго-эластическими свойствами волокна, которые тесно связаны с его молекулярной и надмолекулярной структурой. Согласно современным представлениям о надмолекулярной структуре целлюлозных волокон и ней можно выделить три фазы, которые определяют поведение волокна при деформации. Условно их можно охарактеризовать следующим образом:

- недеформируемая область, представляющая собой зону высокоупорядоченного расположения макромолекул, которую называют «кристаллитами». В натуральных целлюлозных волокнах «кристаллиты» составляют 66-77 % массы волокна;

- гибкая аморфная область, легко фиксирующая изменение формы под воздействием внешней нагрузки. Она обуславливает пластическую или остаточную деформацию волокна, которая происходит за счет внутреннего сдвига макромолекул или их сегментов;

- предкристаллитная область, в которой макромолекулы целлюлозы, устойчиво удерживаются и своем первоначальном положении. При действии внешней нагрузки в данной области не происходит смешения структурных элементов макромолекул. Возникающие при этом внутренние напряжения после снятия деформирующей нагрузки возвращают макромолекулы в исходное положение. Эти области характеризуются мгновенными эластическими или упругими деформациями.

С учетом этого увеличение доли упругой и эластической составляющих в общей деформации волокна достигается путем снижения подвижности сегментов макромолекул или самой макромолекулы в аморфных областях волокна. Наиболее эффективным способом снижения взаимной подвижности макромолекул является их сшивка поперечными мостиками. Для этого в систему водородных связей целлюлозы вводят небольшое число более прочных ковалентных связей, которые способствуют стабилизации системы и предотвращают подвижное изменение формы под воздействием внешней нагрузки. С уменьшением длины и увеличением числа таких мостиков уменьшается доля пластических деформаций и yвеличивается доля быстрых эластических деформаций, а система в целом становится более жесткой. Данный механизм увеличения доли эластической деформации характерен для модификации природных целлюлозных волокон, характеризующихся высокой степенью полимеризации. Это связано с тем, что макромолекулы природной целлюлозы, обладая большой длиной, имеют возможность связывать кристаллические и аморфные области, пронизывая последовательно каждую из них. Поэтому даже небольшое количество поперечных мостиков приводит к значительному снижению взаимного перемещения макромолекул относительно друг друга и к повышению эффекта малосминаемости.

Наличие большого количества гидроксильных групп в целлюлозных волокнах, при высоком содержании «кристаллитов», в процессе формирования поперечных мостиков приводит к тому, что хлопковое волокно теряет значительную часть своей исходной прочности на разрыв. Кроме того, отделочные операции, проводятся с использованием водных сред, где сама вода оказывает существенное влияние на структуру волокна. Поэтому свойства малосминаемости, приданные текстильным материалам в сухом и влажном состоянии отличаются.

Для придания малосминасмости текстильным материалам на уровне волокон можно использовать следующие основные способы:

- подбор волокон с необходимыми деформационными свойствами для изготовления определенного изделия;

- образование межмолекулярных связей между макромолекулами данного волокна с помощью би- или полифункциональных соединений с учетом структурного состояния волокна в сухом или влажном состоянии;

- образования синтетической смолы в аморфных субмикроскопических пространствах волокон .

Следует отметить, что в практических условиях большинство текстильных изделий эксплуатируется во влажном состоянии (влажность 6 − 8%). Поэтому в настоящее время существуют способы придания малосминаемости в сухом, мокром и влажном состояниях. Для придания малосминаемости в мокром состоянии используются специально разработанные соединения, которые могут взаимодействовать с целлюлозой в нейтральной, слабокислой или щелочной среде.

Хлопчатобумажные ткани достаточно прочные и износостойкие, легкие в обработке, не смещаются при раскрое, не сопротивляются резанию, пластичны, не прорубаются иглой и не дают раздвижки нитей в швах, не осыпаются. В процессе носки и особенно в обуви они имеют повышенную склонность к образованию складок, которые к тому же трудно разглаживаются. К их недостаткам можно отнести большую усадку и сминаемость. Одним из основных направлений формирования качества тканей и обувной продукции, обеспечения долговечности и надежности изделий из них является разработка инновационных технологий заключительной отделки, направленных на коренное улучшение потребительских свойств.

Литература

1. Шубина В.В. Исследование и разработка технологии малосминаемой отделки хлопчатобумажных тканей многоосновными карбоновыми кислотами в пенной среде: дисс. … канд.техн. наук― Д., 2008. - С. 17–19.

2. Чешкова А.В., Мельников Б.Н. Малосминаемая отделка целлюлозных волокон // Текстильная химия. – 2000. - № 2. – С. 18

3. Буркитбай А. Разработка новых композиций на основе водорастворимых полимеров для заключительной отделки хлопчатобумажной ткани: Автореф… канд.техн. наук. - Алматы, 2009. – С. 5.