Высокочастотная активация процессов фиксации активных красителей и пигментов при печатании целлюлозосодержащих тканей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.03, кандидат технических наук Новоселова, Елена Павловна

• Новоселова, Елена Павловна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Новоселова, Елена Павловна

Представленная диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, главу с постановкой задач исследования, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выеоды, список использованной литературы (96 наименований) и приложение. Основная часть диссертации изложена на 130ницах машинописного текста, включает 25 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 - Литературный обзор

1.1. Особенности строения и свойства целлюлозных хлоп- 11 ковых волокон

1.2. Активация целлюлозного волокна

1.3. Колорирование целлюлозосодержащих тканей

1.3.1. Характеристика красителей

1.3.1.1. Активные красители

1.3.1.2. Пигменты

1.3.2. Сущность процесса печатания тканей

1.3.2.1. Особенности печатания активными красителями

1.3.2.2. Проблемы и перспективы использования традиционных 28 способов печатания

1.3.2.3. Особенности пигментной печати 30 1.3.2.4 Традиционная технология печатания пигментными красителями

1.4. Способы теплоБой обработки тканей в процессах фиксации красителем

1.5. Перспективы использования энергии электромагнитных 39 колебаний в текстильной промышленности

1.5.1. Теоретические основы диэлектрического нагрева

1.5.2. Диэлектрические свойства текстильных материалов

1.5.3. Практическое применение ВЧ - нагрева в текстильной 43 промышленности

1 -6. Цели и задачи исследования

2. Методическая часть

2.1. Характеристика объектов исследования

2.1.1. Целлюлозные материалы

2.1.2. Красители

2.2. Оценка свойств активных красителей

2.3. Описание методики и оборудования для печатания 53 хлопчатобумажных тканей

2.4. Методика определения жесткости образцов ткани после 57 печатания

2=5. Методика исследования диффузионных свойств активных красителей

2.6. Методика определения степени полезного использова- 59 ния активных красителей

2.7. Методика определения полноты протекания процессов 61 пленко- и сеткообразования при пигментной печати

2.8. Методика оценки диэлектрических характеристик тек- 62 стильных материалов и измерительная аппаратура

3. Экспериментальная часть и обсуждение 65 результатов

3.1. Теоретическое и экспериментальное обоснование интен- 65 сифицирующего воздействия ТВЧ

3.1.1. Зависимость диэлектрических показателей от влажности 65 ткани и частоты внешнего электромагнитного поля

3.1.2. Влияние ВЧ-нахрева на прочностные характеристики текстильного материала

3.1.3.

Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от состава печатной композиции

Разработка ВЧ-способа фиксации активных красителей, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати.

Сравнение эффективности диффузии красителя в текстильный материал при различных способах тепловой обработки

Разработка ВЧ-способа закрепления пигментов на текстильных материалах

Выработка научного подхода к реализации ВЧ-процессов на практике

Включение ВЧ/СВЧ - установки в традиционную технологическую цепочку Выводы Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокочастотная активация процессов фиксации активных красителей и пигментов при печатании целлюлозосодержащих тканей»

Б настоящее время перед текстильной промышленностью России наиболее остро стоит проблема выпуска конкурентоспособной продукции при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на ее производство.

На наш взгляд совершенствование традиционных технологических процессов, а также модернизация имеющегося оборудования малоэффективны, так как затраты на данные операции не окупаются улучшением качественных показателей готовых тканей. Наиболее приемлемым решением данной проблемы представляется разработка и внедрение в производство новых малозатратных технологий, которые должны удовлетворять и современным экологическим требованиям. Их внедрение в производство сопряжено с созданием нового оборудования, обеспечивающего высокую производительность и качество обработки.

Актуальность темы. Поскольку практически на всех стадиях облагораживания текстильных материалов требуется температурная обработка (сушка, термообработка, запаривание.), то целесообразно модернизировать именно эту операцию. К тому же нагрев ткани является наиболее энергоемким и продолжительным процессом отделочного производства, а используемое оборудование - громоздким и зачастую малопроизводительным, что обусловлено его инерционностью и низкой скоростью обработки.

К числу технологий, отвечающих современным требованиям, можно отнести использование ВЧ- и СВЧ-нагрева. Внедрение высокочастотных технологий в отделочное производство позволит:

- снизить энергозатраты на сушку и термообработку за счет повышения интенсивности нагрева при одновременном улучшении качества готовой продукции благодаря более высокой равномерности тепловой обработки;

- сократить расход химматериалов и красителей;

- повысить КПД оборудования;

- сократить технологический цикл обработки текстильных материалов за счет совмещения операций сушки и термообработки.

Способ ВЧ-нагрева реализован и успешно используется на оборудовании периодического действия немецкой фирмы "Kranz", а также на ВЧ-установках непрерывного действия английской фирмы "Streifield". Однако данное оборудование не предназначено для обработки ткани расправленным полотном и не может быть использовано в существующих технологических линиях. В то же время в литературе отсутствуют сведения о наличии как серийно выпускаемых, так и лабораторных ВЧ-установок универсального действия, предназначенных для обработки непрерывно движущихся текстильных полотен. Поэтому разработка технологии обработки ткани и определение подходов к проектированию соответствующего оборудования на наш взгляд являются актуальными.

Цель работы заключалась в теоретическом и экспериментальном обосновании особенностей ВЧ-фиксации активных красителей и пигментов на хлопчатобумажных тканях в процессах печатания; разработке непрерывной технологии ВЧ-фиксации данных красителей, а также в выявлении специфики протекания технологических процессов под воздействием поля ТВЧ. о О

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования были использованы подготовленные хлопчатобумажные ткани различной толщины, поверхностной плотности и структуры переплетения, а также целлюлозная полимерная пленка.

Для проведения технологических исследований применяли технические активные красители и пигменты.

Экспериментальные исследования выполнены с помощью современных методов физико-химического анализа: фотоколориметрический; спектрофотометрический; диффузионный; хроматографический и стандартных методик оценки качества текстильных материалов.

Для математической обработки экспериментальных результатов использовалась ПЭВМ.

Научная новизна. Впервые выявлена специфика ВЧ-закрепления активных красителей и пигментоЕ на Еолокне в процессах печатания целзж'лозосодержащих тканей; установлено влияние компонентов печатной краски и природы загустки на эффективность процесса закрепления данных красителей при воздействии внешнего электромагнитного поля.

Наиболее существенные результаты, полученные в работе: - установлено влияние типа загустки и состава печатной композиции на эффективность процесса закрепления красителей, протекающего в

ВЧ-поле;

- определены коэффициенты диффузии активных красителей в целлюлозный материал в процессах печатания:

- выявлены закономерности закрепления пигментов и активных красителей в ВЧ-поле при печатании целлюлозосодержащих тканей;

- определены оптимальные параметры ВЧ-обработок (напряженность и частота электромагнитного поля, продолжительность экспозиции и т.п.);

- установлены оптимальные концентрации компонентов печатных красок, предназначенных для обработки в ВЧ-поле;

- разработана оригинальная конструкция универсального ВЧ-апшшкатора;

- на основе выявленных закономерностей предложен рациональный вариант включения Е>4-обработки в технологическую цепочку печатания текстильных материалов с целью интенсификации процессов, улучшения качества готовой продукции и снижения материальных и энергетических затрат на осуществление процесса.

Практическая значимость. Выданы рекомендации по использованию энергии электромагнитных колебаний высокой частоты в процессах печатания целлюлозосодержащих тканей пигментами и активными красителями.

Предложен способ закрепления пигментов и активных красителей, нанесенных на хлопчатобумажную ткань методом прямой печати, отличающийся малыми временными затратами, малой операцион-ностью и пониженным расходом химических реагентов и энергоносителей.

1 п

1 V

Выработаны требования к ВЧ-апгахикаторам, предназначенным для непрерывной обработки свеженапечатанных тканей. Проведен патентный поиск и подготовлена заявка на изобретение устройства ВЧ-аппликатора, удовлетворяющего данным требованиям.

Проведена проверка разработанной технологии в лабораторных условиях и на промышленном оборудовании на ЗАО "Отделочная ситцепечатная фабрика" предприятия ОАО "Глуховский текстиль". В результате испытаний показана перспективность данной технологии.

1. литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Технология текстильных материалов», Новоселова, Елена Павловна

выводы

1. Разработан ВЧ-способ закрепления активных красителей и пигментов при печатании хлопчатобумажных тканей. Исследованы основные закономерности ВЧ-закрепления данных классов красителей на волокнистом материале.

2. В связи со спецификой ВЧ-закрепления красителей, нанесенных на текстильный материал методом прямой печати был разработан ВЧ-аппликатор, позволяющий корректировать величину напряженности поля по длине рабочей зоны устройства, что обеспечивает наиболее полное протекание процесса. Аппликатор предложенной конструкции отличается экономичностью при производстве и в эксплуатации.

3. На основе полученных диэлектрических характеристик ({§б и £) выявлено влияние влажности ткани, частоты электромагнитного поля и состава печатной композиции на эффективность ВЧ-нагрева. Установлено, что наибольшая эффективность достигается при обработке ткани с влажностью 30-35 % на частоте 40,12 МГц.

4. Проведена оценка активирующего воздействия электромагнитного поля высокой частоты на эффективность диффузии активных красителей в целлюлозный материал. Установлено, что ВЧ-обработка приводит к увеличению коэффициента диффузии как минимум на порядок по сравнению с традиционной термообработкой.

5. Одним из наиболее весомых преимуществ разработанной технологии является малооперационность, поскольку отпадает необходимость в подсушивании ткани после нанесения печатного рисунка, сушка тка

121 ни и фиксации красителя происходит на стадии ВЧ-обработки, которая длится порядка 6-12 сек.

6, Использование ВЧ- технологии позволяет сократить материальные и энергозатраты на производство единицы продукции, производственные площади, занятые технологическим оборудованием и продолжительность всего технологического цикла.

7. Показано, что ткани, напечатанные по ВЧ-технологии по своим качественным показателям не уступают обработанным в соответствии с традиционной термофиксационной технологией.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Новоселова, Елена Павловна, 2000 год

1. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов A.B. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1985.

2. Перепежин К.Е. Структура и свойства волокон, М.: Химия, 1985 -208 с,

3. Жбанков Р.Г., Козлов П.В. Физика целлюлозы и ее производных, Минск: Наука и техника, 1983 296 с.

4. Кленкова Н.И. Структура и реакционная способность целлюлозы, М.: Наука, 1976-367 с.

5. Тарчевский P.C., Марченко А.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. М.: Химия, 1985-212 с,

6. Отделка хлопчатобумажных тканей. В 24. 4.1. Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей: Справочник/Под ред. Мельникова Б.Н. М.: Легпромбытиздат, 1991 - 432 с.

7. Мельников Б.Н., Кириллова М.Н., Морыганов А.П. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения текстильных материалов, М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 - 232 с.

8. Е. Роговин З.А. Химия целлюлозы. М.: Химия, 1972 230 с.

9. Методы исследования в текстильной химии: Справочник/Под ред. Г.Е.Кричевского М.: 1993 - 401 с,

10. Мельников Б.Н., Морыганов А.П., Калинников ЮА. Теория и практика высокоскоростной фиксации красителей на текстильных материалах: Монография. М.: Легпромбытиздат, 1987 - 208 с.

11. Кричевский Г.Е. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания. Мл Легкая индустрия, 1981 - 208 с.

12. Мельников Б.Н., Широкова М.К., Вермул В.Г., Орехов В.Д., Пис-манник К.Д. Радиационно-химические процессы отделки и крашения текстильных материалов ./Текстильная химия, № 2, 1992.- с .97.

13. Кричевский Г.Е. основные тенденции в теории и практике отделочного производства//Гекстидьная химия, специальный выпуск, 1995, с,31-41.

14. Андросов В.Ф., Петрова И.Н. Синтетические красители в легкой промышленности. Справочник, М„; Легпромбытиздат, 1989 - 368 с,

15. Романова М.Г., Гордеева Н.В. Активные красители в текстильной промышленности, М,г Легпромбытиздат, 1986 54 с.

16. Мельников Б.Н., Виноградова Г.И. Применение красителей. М.: Химия, 1986-101 с.

17. Бакшеева М.С. Исследование кинетики фиксации активных красителей и их смесей при печатании на целлюлозных материалах, Диссертация к.т.н. М,: МТИ, 1975,

18. Кричевский Г,Е, Физико-химические основы применения активных красителей. М.: Легкая индустрия, 1977. - 263 с.

19. Кричевский Г.Е. Активные красители. М.: Легкая индустрия, 1968, 340 с.

20. Андросов В.Ф., Голомб Л.М. Синтетические красители в текстильной промышленности. М: Легкая индустрия, 1968. 399 с.

21. Андросов В.Ф. Технология отделки хлопчатобумажных тканей, М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. 424 с.

22. Колонтаров ИЛ. Свойства и методы применения активных красителей. Душанбе, 1970. 205 с.

23. Y. Wegman. Meli. Textilber, 39, 1010 (1958).

24. TL Dawson Y.S.D.C., 74, 584, (1958).

25. EN Daruwalla, P. Subramanion. Y.S.D.C, 74,247 (1958).

26. Кричевский Г.Е., Садов Ф.й. Исследование процесса крашения целлюлозных волокон активными краситепями//Изв. вузов. Технология текстильной пром-сти, № 3,196! .-с. 102-109.

27. TL Dawson, С. Preston, A.S. Fern. Y.S.D.C„ 76,210 (I960),

28. В. Krazer, H. Zollinger. Helv. Chim, Acta, 43, 1513, (1960).

29. H,M. Ulrich, Meli. Textilber, 42,81 (1961).

30. M.R.R. Bhagwanth, A.V. Rama Rao, К. Venkataraman. Indian Y. of Chemistiy, 6,7,397 (1968).

31. Мельников Б.Н., Осминин E.A., Пророков Н.И. Новая технология крашения и печатаная хлопчатобумажных и штапельных тканей/Ярославль: Верхне-Волжское книжное издательство, 1970. 150 с.

32. Степанов Б .И. Введение в химию и технологию органических красителей. Мл Химия, 1977. 488 с.

33. Венкатараман К, Химия синтетических красителей. Л., 1975, т.4.

34. Венкатараман К. Химия синтетических красителей. Л., 1975, т.5.

35. Венкатараман К. Химия синтетических красителей, Л., 1975, т.б.

36. Мельников Б.Н., Блиничева И.Б. Теоретические основы технологии крашения волокнистых материалов, М.Легкая индустрия, 1978,304 с,

37. Бородкин В.Ф. Химия красителей. М.: Химия, 1981. 248 с,

38. N.V. Shab. Y. Soc. Dyers Coi, т. 83, № 6, i 967,220-226 p.

39. Андросов В.Ф. Крашение синтетических волокон. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984= 272 с.

40. Винюкова Т.Н. Химия красителей. М.: Химия, 1979. 296 с.

41. Прогресс техники и технологий печатания тканей/Б .Н .Мельников, И.Б.Блиничева, Г.И.Виноградова, О.МЛифенцев, Е.А.Осминин-М.: Легкая индустрия, 1980. 264 с.

42. Сенахов A.B. Физико-химические основы процесса печатания текстильных материалов. Монография. М.: Легкая промышленность и быт. обе луж., Í986. - 208 с.

43. Степанов A.C. Загустители и печатные краски. Мл Легкая индустрия, 1969, 175 с.

44. Кокшаров CA. и др. Магнитная активация расплавов мочевины при высокотемпературной фиксации красителей. Сб. тез. докл. I Всесоюзной конф. "Химия и применение неводных растворов"'. Т. 3, 1986 г. Иваново Т-14, с. 467.

45. Олтаржевская Н.Д. Применение мочевины для интенсификации процессов крашения и печатания тканей// Текст, пром-сть в СССР: Э.И.М., 1977, №28.

46. Краткая химическая энциклопедия. ТЛ. М.: Советская энциклопедия, 1961.-1262 с.

47. Кокшаров С.А., Побединский B.C., Морыганов А.П., Мельников Б.Н. Термическая устойчивость расплавов мочевины и ее влияние на результаты высокоскоростной фиксации красителей на текстильныхматериалах./Химия и химическая технология Т.26 в 7, 1983.-е. 855

48. Кокшаров CA. Разработка и теоретическое обоснование интенси-фикационных и высокотемпературных способов фиксации красителей на текстильных материалах, 1983, автореф. дисс. на соискание ученой степени к .т.н. Иваново: БИ, 1983. - 19 с.

49. Сенахов A.B. и др. Затустки, их теория и применение. М.: Легкая индустрия, 1972. 303 с.

50. Олтаржевская Н.Д., Блохина ЕА., Реутский В А., Токарева НА, Влияние загустителей на диффузию активных красителей в целлюлозный субстрат./Изв. вузов Технология текстильной пром-сти, № 3, 1982.-с. 70-74.

51. Schlauch W.F, Ceimi K.Y., Textile Chemist and Colorist, 1974, T. 6, № 10, P. 223-229.

52. Киселева НА., Степанов ТА,, Стефанская F.F. Нанесение прозрачных покрытий на печатную продукцию. М., ЦБНТИ по печати, 1970, 32 с,

53. Синтетический каучук, под ред. Н.В.Гармонова, Л.: Химия, 1975, 751 с,

54. Патент США № 4627630, 1976.

55. Агстер X. Пигментная печать и экология, Мягкая химия: мечты и реальность/Текстильная химия, Ш 1(8), 1996. с. 13-19.

56. Материалы фирмы "Plastitner". М„ 1980, пер. ГПНТБ 72/59425,

57. Патент США № 3549583 кя 260-37, 1970.

58. Патент США № 3647735 кл 260-29,4. 1972.

59. Глубиш ПА. Применение полимеров акриловой кислоты и ее производных в текстильной и легкой промышленности, М.: Легкая индустрия, 1975, 205 с.

60. Патент США № 3736287, 1973.

61. Изучение влияния природы загустителя и ТВВ на качество окраски напечатанных пигментами хлопчатобумажных тканей,/Ким И.А., Цой Н.С., Питахина Т.П./ Ташкент, 1992.

62. Базоли К. Система пигментной печати на текстильных материалах фирмы "3V SIGMA",Текстильная химия, J# 1 (8), 1996. с.22-25.

63. Ершов А А. Продукция фирмы "Байер предназначенная для печати на текстиле/Текстильная химия, № 1 (8), 1996. с. 27.

64. Волхонская Н.С. Основные тенденции в использовании пигментных композиций в текстильной промышленности/Текстильная химия, № 1 (8), 1996.-с. 11-13.

65. Полимерная композиция для печатания пигментами/Мищенко A.B., Голованова Л.В.ШШ, М., 1992.

66. К правильному выбору катализаторов дня пигментной печа-ти/Chinta S.K., Wasif АЛ.// Indian. Text. S. 1989-99, № П, c.112-П6.

67. Бунин O.A. МалкоЕ Ю.А. Машины для сушки и термообработки тканей. Мл Машиностроение, 1971. - 304 с.6Е. Белыдов В.М. Технологическое оборудование отделочных фабрик текстильной промышленности. Мл Машиностроение, 1974. - 295 с.

68. Бунин OA., Плаксин CA. Сорбция пара тканью// Легкая индустрия. Сб.научных тр. ИвНИТИ. Мл 1966. Т. 28, с. 46-49.

69. Техника переработки пластмасс/Под ред. Басова Н.И. и Броя В.М. -Мл Химия, 1985.-347 с,

70. Применение энергии теплового И R-излучения для сушки и термообработки тканей в процессах отделки. Научно-исслед. труды ИвНИТИ, 1975, Т. 34, с. 101-106.

71. Мельников Б.Н., Никифоров АЛ., Новоселова Е.П. Использование высокочастотных полей для совершенствования химико-текстильных технологий/Жимические волокна. № 2,2000, с. 44-47.

72. Е0. ГлуханоЕ Н.П., Федорова И.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов в машиностроении, Л,: Машиностроение, 1983= -160 с.

73. Зайцев К.И., Мацюк Л.Н, Сварка пластмасс. Мл Машиностроение, 1978.-224 с.82= Тагер А А. Физико-химия полимеров, Мл Химия, 1968, - 536 с,

74. Цаде Т.П. Электротермическая и ВЧ-сварка пластических масс, Мл Госстройиздат, 1962, - 164 с,

75. ГлуханоЕ Н.П. Физические основы ВЧ-нагрева. Лл Машиностроение, 1989, 56 с,

76. Побединский B.C., Никифоров АЛ. Диэлектрические свойства текстильных материалов/Щеп. ВЦНИИТИЛегпром. М,, 1987.

77. Княжевская Н.П., Фирсова М.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов, Л л Машиностроение, 1980. - 293 с,

78. Михалевский C.B. Обзор патентов по ВЧ-технике/НИЗКМИ, Иваново, 1988.

79. ЗЗ.Бровченков В.Е., Мамотина О.Т. и др. Электрофизические свойства химических волокон и методы их исследования в полях СВЧ и ВЧ; СИ, 1980, №5 3,89, Сажин Б,И, Электрические свойства полимеров. Л л Химия, 1986.130

80. Бранит АА. Исследования диэлектриков на СВЧ. М.: Физмат, Î 963.

81. Continuons Dyeing. Using Radio Frequency Energy, SAWERA Techical Report. 1983, № 516, Î 2.

82. Manoyiy M. Possibility nouvelles d'utilisation des HF clans Ls industrie textile Teint ex. - 1980, № 45, № 3, p. 7-12.

83. Сажин Б.И. Современные методы сушки. Мл Знание, 1973. - 64 с.

84. Математическая обработка результатов измерений/Методические оказания. Составитель: Максимов А.И. /Иваново, 1978.

85. Chabert J.,Viallier Р. Применение инфракрасного, высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева для сушки и облагораживания текстильных материалов .Union Internationals d electrotherme YIII Congress, Liege, 1976, s. 3, Ref 3,

86. Нанесение печатного рисунка на ткань осуществлялось в производственных условиях на тканепечатной машине "Элитекс".

87. В качестве печатных составов использовались оптимизированные в лабораторных условиях под ВЧ/СВЧ процесс композиций, рецептура которых приведена в табл. 1 =