А.К. Баданова, К.И.Баданов

ТарГУ им.М.Х.Дулати, г. Тараз, Республика Казахстан

 

ВЛИЯНИЕ СТРОЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕКСТИЛЬНОГО ВОЛОКНА НА ПРОТЕКАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

         Рассматривая влияние физико-химических свойств волокон на фиксацию красителей, следует выделить те, которые оказывают наибольшее влияние на сорбцию и диффузию красителей и условно разделить эти свойства на «поверхностные» и «объемные». Под поверхностными понимают свойства внешней поверхности волокна, а под объемными — свойства, присущие его внутренней структуре. К первым относятся морфология внешней поверхности волокна и ее электрический заряд, возникающий в жидкой полярной среде. К объемным свойствам волокна отнесем пористость, внутреннюю поверхность, кристалличность, степень ориентации. Свойства внешней поверхности волокна создают благоприятные или неблагоприятные условия для диффузии и сорбции отделочных препаратов в объеме волокна. Внешняя поверхность волокон определяется ее топографией (морфологией).

         С развитием объемной, растровой электронной микроскопии изучению морфологии поверхности 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 и печатания. Морфология поверхности волокон может претерпеть существенные изменения в различных операциях отделочного производства в зависимости от условий их проведения. Величина внешней поверхности природных волокон зависит от их морфологии. Однако какой бы сложной ни была форма внешней поверхности волокон, ее величина всегда не менее чем в тысячу раз меньше, чем величина внутренней поверхности волокон в условиях фиксации красителей. Такое существенное различие, особенно в случае природных волокон, приводит к тому, что суммарная сорбционная способность волокон по отношению к красителям определяется именно внутренней поверхностью волокон. Внешняя поверхность волокон, несмотря на малую величину, оказывает очень большое влияние на кинетику сорбции красителей, особенно на начальной стадии процесса. Образно можно сказать, что внешняя поверхность волокна является той стартовой площадкой, с которой начинается дальнейший диффузионный путь молекул или ионов красителя в объем волокна. После создания необходи­мых условий (рН среды, электролит и т. д.) для приближения ионов или молекул красителя к внешней поверхности волокна начинают проявляться специфические межмолекулярные силы взаимодействия между ними; сорбция красителя (физическая) на внешней поверхности произойдет очень быстро (практически мгновенно). От величины внешней поверхности волокон будет зависеть, какое количество красителя разместится на стартовой площадке, а это в свою очередь определит величину градиента концентрации красителя между поверхностью и объемом волокна, а следовательно, и скорость диффузии красителя в волокно. Роль внешней поверхности волокон в процессах крашения и печатания можно уподобить действию турникета, от эффективности работы которого зависит скорость заполнения людьми помещения (внутренний объем волокна), перед которым поставлен турникет.     Такие свойства волокон, как способность набухать, поглощать влагу и сорбировать различные реагенты, в том числе и красители, определяются химическим строением волокон и их тонкой надмолекулярной структурой. Эти свойства определяются всем объемом волокна, т. е. являются «объемными». Надмолекулярная структура может существенно изменяться не только при переходе от волокон одной химической природы к другой, но и зависеть от условий, механизма биосинтеза природных волокон. Кроме того, надмолекулярная структура волокон может существенно меняться в процессе переработки волокон, особенно в отделочном производстве, где условия обработки волокон ужесточаются (температура, концентрация химикатов, радиация и т.д.). При определенной степени молекулярной упорядоченности, которая может меняться от условий проведения процесса (температура, рН среды, состав и концентрация реагентов и т. д.), диффузия реагента (красителя в том числе) в области высокой молекулярной упорядоченности становится невозможной и ограничивается областями с меньшей упорядоченностью. При этом краситель или другой реагент может проникать и располагаться не только на поверхности фибрилл, но и проникать в макро- и микрофибриллы, которые проходят через зоны различной молекулярной упорядоченности. Из сказанного выше следует, что краситель способен проникать и сорбироваться только в аморфных областях волокон и на поверхности раздела аморфных и кристаллических областей.

         Надмолекулярная структура волокон оказывает сильное влияние на такие их свойства, как величина внутренней поверхности, пористость, способность набухать, влажность и др., которые в свою очередь играют очень важную роль в связывании красителей в процессах крашения и печатания. Степень упорядоченности структуры волокон меняется в очень широких пределах. На противоположных полюсах этих изменений находятся кристаллические и аморфные области, среднее положение между которыми занимают структурные элементы с переходной степенью упорядоченности. Другими словами, волокна являются двухфазными системами, гетерогенными по своей физической структуре. Соотношение между фазами определяется биологической историей их формирования и может изменяться в процессах переработки и эксплуатации волокон. Протекающие при водных обработках текстильных материалов физико-химические явления сложны и трудно поддаются аналитическому описанию. Связано это, прежде всего с необычностью структуры текстильных волокнистых материалов. Совокупность единичных волокон, соединенная определенным образом, составляет пряжу и готовое изделие. Но даже само по себе единичное волокно (особенно натуральное) представляет довольно сложное образование.       Наблюдаемые с помощью микроскопа поперечные срезы хлопковых волокон указывают на то, что они не имеют правильной геометрической формы. По длине волокно закручено по винтовой линии, образуя осевой канал. По равномерности закрутки волокна судят о его зрелости. Внешняя поверхность волокна, как и центральный канал, содержит примеси разной природы (восковые, пектиновые и др.). Само волокно, ограниченное внутренней и наружной поверхностями, не является непрерывным. Оно состоит из макромолекул целлюлозы, объединенных в группы — микрофибриллы. Все молекулы вытянуты и образуют пучок. Линейный размер микрофибрилл в поперечном сечении составляет 10 нм. По длине микрофибриллы имеют самые разные размеры и достигают 1000 нм. Микрофибриллы в свою очередь объеди­нены в более крупные образования — фибриллы. Ориентируются фибриллы и микрофибриллы в волокне не обязательно параллельно оси волокна. Между микрофибриллами и внутри их существуют пустоты разной формы размером до 10 нм и даже достаточно крупные - до 100 нм.

         При изготовлении текстильных материалов ориентация, натяжение и степень близости одного волокна к другому становятся самыми разнообразными. Важно, что связи между волокнами в процессе изготовления изделия не носят химического характера. Поэтому внутри готовых текстильных изделий наряду с порами, присущими волокну, образуются поры, являющиеся результатом неплотного прилегания отдельных волокон и нитей пряжи. Есть основания называть текстильные материалы пористыми. Во многих случаях они оказываются гидрофильными. Появляется возможность для проявления капиллярных сил. Следовательно, текстильные материалы можно отнести к капиллярно-пористым телам.

 

         Литература:

1. Кричесвский Г.Е. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания.– М.: Легкая индустрия, 1981. – 208 с.

2. Давидзон М.И. Электромагнитная обработка водных систем в текстильной промышленности: Моногр. – М.: Лнгпромбытиздвт, 1988. – 178 с.