Е В Рубан, Н С Пазизина, Г Д Тертичная - Екологічно безпечні композиції для забарвлення нетканих материалів - страница 1

Страницы:
1 

УДК 667.076.45:667.282.51

Рубан Е.В., Пазизина Н.С., Тертичная Г.Д., Мороз В.О., Попов Є.В

ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНІ КОМПОЗИЦІЇ ДЛЯ ЗАБАРВЛЕННЯ НЕТКАНИХ МАТЕРИАЛІВ

Неткані іглопросоченні полотна роблять із волокон на основі лавсано-пропіленової суміші у співвідношенні 70:30 [1]. Для просочення волокна в колишньому СРСР використовували Сумгаітський синтетичний латекс СКН-401ГП, що знижувало собівартість продукції, об'єм стічних вод які утворюються, і поліпшувало екологію навколишнього середовища. Застосування іглопробивних нетканих матеріалів у килимовому виробництві вимагає високих декоративних властивостей покриття: яскравість кольору, стійкість до тертя, світлостійкість, стійкість до миючих засобів та чистячих, і тощо [2,3].

До недоліків фарбування нетканих матеріалів із розчинників варто віднести необхідність використання розчину барвника в токсичних розчинниках [4-7], до того ж важко регенеруємих, з появою великого об'єму стічних вод [6], недостатню гігієну готового виробу, потрібне також герметичне встаткування в пожежо- і вибухобезпечному виконанні.

Для поліпшування екології використовували також фарбувальні композиції органічного складу, істотним недоліком яких була необхідність уловлювання пари розчинника при сушці і термофіксації забарвлених нетканих матеріалів, складність апаратурного оформлення і ведення технологічного процесу.

Неткані матеріали в більшості випадків забарвлюються з фарбувальної ванни по методиці фарбування лавсану дисперсними барвниками з подальшим віджиманням, промиванням і просоченням латексом, сушкою і термофіксацією. Цей метод забарвлення приводить до 1,5м3 слабо пофарбованих стічних вод на 1 тонну готової продукції, що вимагає складної технології очищення. У разі використання органовмісної фарбувальної композиції іх істотним недоліком є необхідність уловлювання парів розчинника при висушуванні і термофіксації забарвлених нетканих матеріалів, наявність складного апаратурного оформлення технологічного процесу.

Розробка екологічно безпечної і нешкідливої пігментної композиції для забарвлення нетканих матеріалів в найбільш яскраві, інтенсивні і стійкі до тертя кольори здійснювалася на зразку відомої фарбувальної композиції, де в якості зв'язуючого застосовується акрилат-стирольний латекс по базовій рецептурі з такими компонентами як латекс (30%-ний); водна 30%-на пігментна паста; поверхневоактивна речовина; антифризна компонента (етиленгліколь); триетаноламін; антисептик (фенол). Для надання екологічної безпеки і нешкідливості фарбувальної композиції в наведеному вище складі були замінені диспергатор на препарат ОС-20, етиленгліколь - на доступніший і нешкідливий гліцерин. Як антисептик використовувався замість фенолу бензоат натрію.

Як пігментну водну пасту використовували водо-спирторозчинні пігментні концентрати марки ВС і ВС-Л (ТУ 6-37-244-92, ТУ 6-36-5800151-302-89 і ТУ 6-36-5800151-721-90) виробництва Рубіжанського ВАТ «Краситель» на базі органічних і неорганічних пігментів. ВС - означає водо-спирторозчинна пігментна паста універсального вживання у водних і у водно-спиртових зв'язуючих; ВС-Л - водо-спирторозчинна пігментна паста для фарбування латексу в масі і для підколіровки водоемульсійних фарб на основі латексних зв'язуючих. Оскільки при дослідженні реологічних властивостей латексних композицій на основі початкових суспензій пігментів часто спостерігався розкид крапок із-за неоднорідності пігментних паст, нами вивчалися реологічні властивості систем на основі водних диспергованих суспензій органічних пігментів і барвників з добавками 10-15% диспергатора НФ, зазвичай використовуваного в промислових умовах на Рубіжанському ВАТ «Краситель». Під мікроскопом початкові суспензії містили 10-70% часток розміром менше 1 мкм, решта часток були агрегати розміром до 50-100 мкм. Дисперговані пігментні суспензії містили від 85 до 98% часток розміром менше 1 мкм і деяка кількість агрегатів розміром 3-5 мкм.

Для визначення реологічних властивостей використовувався ротаційний віскозиметр «Реотест-2», що дозволяв проводити виміри густини і граничну напругу зрушення в широкому інтервалі значень при зміні градієнта швидкості (D) від 7 до 1100 сек-1.

Тому оптимальне співвідношення компонентів у фарбувальній композиції підбирають не лише для отримання нетканого матеріалу з високими колористичними показниками і властивостями, але і з врахуванням додання технології його фарбування значного економічного ефекту і високої екологічності [3].

З метою виключення вищеописаних недоліків в цій роботі пропонується:

- створення екологічно безпечного і нешкідливого складу пігментної композиції для забарвлення сучасних нетканих основ для килимових виробів з інтенсивнійшою колірностю і стійкості до сухого і мокрого тертя;

- вивчення густинних властивостей пігментної фарбувальної композиції на основі акрилової латексної дисперсії для складання рекомендацій по спрощенню і удосконаленню технології фарбування нетканих матеріалів килимового призначення методом занурення.

Відмінності в значеннях густини різних пігментних фарбувальних концентратах з акрилат-стирольним зв'язуючим зумовлюють неоднакові співвідношення латексу і водної пігментної пасти. Низька густина і знижена тиксотропія фарбувального препарату сприяє його глибокому проникненню пігментної суспензії в структуру нетканого матеріалу, унаслідок чого знижується інтенсивність забарвленого нетканого матеріалу і відповідно підвищується витрата дорогого фарбувального концентрату, і навпаки, пігментна фарбувальна композиція з підвищеною тиксотропією схильна неглибоко проникати углиб волокна за рахунок високої в'язкості колірної системи. Це, у свою чергу, призводить до зниження витрати фарбувальної композиції, додає забарвленому нетканому матеріалу підвищену інтенсивність забарвлення, велику стійкість до сухого і мокрого тертя.

Важливу роль у зміні реологічних властивостей пігментних фарбувальних препаратів може грати температура. З цією метою досліджувався вплив температури на в'язкість пігментного акрилат-стирольного фарбувального коричневого концентрату, результати котрих приведені на рисунку 1.

Як видно з рисунку 1а, тиксотропні властивості (криві течії) пігментних фарбувальних композицій з акрилат-стирольним зв'язуючим на базі азопігменту бордо С (1) і зеленого (2) істотно відрізняються. Більша площа, що утворюється висхідною і низхідною гілками, указує на великий ступінь тиксотропії фарбувальної композиції. Для цієї запропонованої тиксотропної фарбувальної композиції значення напруги зрушення (т) підвищуються більшою мірою від збільшення швидкості зрушення (D) в порівнянні з пігментом фарбувальній композиції бордового кольору.

Як видно з таблиці 1, найбільшу тиксотропію (за площею петлі гістерезису) мають фарби з використанням пігментної пасти яскраво-фіолетового К, яскраво-зеленого Ж і азопігмента жовтого світлостійкого; найменша тиксотропія спостерігається у фарбі з пігментною бордовою пастою.

Ступінь тиксотропії в даному випадку може залежати не лише від хімічної природи пігментних паст (структурної формули) і фізичних параметрів (розмірів і форм кристалів, кристалічної модифікації, розподілу часток по фракційному складу), але і від багатьох інших чинників, зокрема: від присутністі у фарбувальній композиції поверхневоактивних модифікаторів, стабілізаторів і диспергаторів, типу латексного зв'язуючого, антифризних і інших добавок.

На прикладах зеленої і бордової пігментної пасти були досліджені реологічні властивості (в'язкість [1] і напруга зрушення [2]) суспензій латексних фарбувальних композицій залежно від концентрації латексу, що додавався. Результати досліджень приведені на рис. 1 б,в.

Рис.1. Кривий перебіг (а) латексної фарбувальної композиції для нетканих матеріалів на основі водних паст азопігментів бордо З (1) і зеленого (2); залежності в'язкості (1) і напруги зрушення (2) латексної фарбувальної композиції для нетканих матеріалів від концентрації пігментних водних паст кубового бордо (б) і кубового

яскраво-зеленого Ж (в).

Як видно із рис. 1 б,в, зміни густини (п) і напруги зрушення (т) істотним чином залежать від кількості латексу у фарбувальній композиції бордового та зеленого кольору. В інтервалі концентрацій 10-15% густина показників композицій незначна, але при подальшому збільшенні концентрації латексу від 20 до 30% відбувається різке збільшення густинних властивостей фарбувальної композиції. Густина (п) і напруга зрушення (т) (рис. 1 б,в) у фарбувальній композиції є оптимальними при концентраційних межах латексу, що додається, від 25 до 30%. Подальше збільшення концентрації латексу сприяє утворенню тиксотропного гелю, що ускладнює технологію фарбування нетканого матеріалу і, до того ж, стає економічно недоцільним. Аналогічним чином відбувається зростання напруги зрушення в тиксотропній композиційній структурі із зеленим пігментним фарбувальним складом на базі водної пасти яскраво-зеленого Ж антрахінонового (рис.1в).

Таблиця 1. Властивості пігментних фарбувальних композицій.

Реологічні показники

Найменуван ня водних піг-ментних паст

Концент­рація сус­пензії, %

Густина для зруйнованої

системи (ліва гілка),

[Пас]10-2

Густина для незруйнова ної системи

(права

гілка), [Пас]10-2

Площа гистере-зисної петл2 і, см2

Густина при 20°С. [Пас]10-2

Мінімальні значення густини, [Пас]10-2

Пігмент зелений

33,9

18,1

17,1

9,0

17,8

6,6

Пігмент жовтий світлостійки й

21,4

26,4

17,1

7,6

18,5

4,4

Пігмент фіолетовий

22,7

8,9

8,9

6,9

9,0

7,8

Пігмент коричневий

24,5

26,8

25

2,5

26,5

22,0

Пігмент золотисто-жовтий КХ

38,4

14,8

12,8

2,1

13,6

10,7

Пігмент яскраво-фіолетовий

22,5

27

15,2

7,5

21,0

7,0

Експериментальні данні на базі других пігментних концентратів приведені в табл. 1. Як видно з табл. 1, найбільшу тиксотропію (за площею петлі гістерезису) мають фарби з використанням пігментної пасти яскраво-фіолетового К, яскраво-зеленого Ж і азопігмента жовтого світлостійкого; найменша тиксотропія спостерігається у фарбі з пігментною бордовою пастою. Оскільки в пігментній фарбувальній композиції антифризна добавка - діетиленгліколь замінена на гліцерин були проведені дослідження по зміні реологічних показників зеленої фарби на основі водной пасти марки ВС-Л яскраво-зеленого Ж антрахінонового від кількості додаваємого гліцерину в якості антифризу, які відвертає замерзанне фарби в зимовий час. Результати дослідження приведені на рисунку 2а. Як видно з рисунка 2а, збільшення кількості гліцерину сприяє підвищенню густині (крива 1) і зростанню напруги зрушення (крива 2) при однаковій швидкості зрушення (Д).

Рис. 2. Залежності в'язкості (1) і напруги зрушення (2) латексної фарбувальної композиції зеленого кольору від концентрації пластифікуючої добавки (а); залежність в'язкості (б) і текучості (в) від температури латексної

пігментної композиції коричневого кольору.

Збільшення гліцерину удвічі сприяє зростанню густини більш як 0,4Пас, а напруга зрушення збільшується до показника 3 Па. Морозостійкість композиції залишається при цьому практично однаковою.

Відмінності в значеннях густини різних пігментних фарбувальних концентратах з акрилат-стирольним зв'язуючим зумовлюють неоднакові співвідношення латексу і водної пігментної пасти. Низька густина і знижена тиксотропія фарбувального препарату сприяє його глибокому проникненню пігментної суспензії в структуру нетканого матеріалу, у наслідок чого знижується інтенсивність забарвленого нетканого матеріалу і відповідно підвищується витрата дорогого фарбувальної концентрату, і навпаки, пігментна фарбувальна композиція з підвищеною тиксотропією схильна неглибоко проникати углиб волокна за рахунок високої в'язкості забарвлюючої системи. Це, у свою чергу, призводить до зниження витрати фарбувальной композиції, додає забарвленому нетканому матеріалу підвищену інтенсивність забарвлення, велику стійкість забарвленого матеріалу до сухого і мокрого тертя.

Тому оптимальне співвідношення компонентів у фарбувальній композиції підбирають не лише для отримання нетканого матеріалу з високими колористичними і прочностними показниками і властивостями, але і з урахуванням додання у технологію його фарбування значущого економічного ефекту.

Важливу роль в зміні реологічних властивостей пігментних фарбувальних препаратів може грати температура. З цією метою досліджувався вплив температури на в'язкість пігментного акрилат-стирольного фарбувального коричневого концентрату, результати яких приведені на рис.2б.

Підвищення температури аж до 60оС практично не надає істотної зміни густині. Різке підвищення в'язкості (Рис.2б) і зниження течії (Рис.2в) фарбувального концентрату спостерігається при збільшенні температури від 60 до 80оС. Це пов'язано з тим, що при високій температурі можлива часткова полімеризація акрилат-стирольного латексу з утворенням просторової мережевої структури (пігментна латексна суспензія схоплюється в гель).

Таким чином, метод фарбування нетканого матеріалу зануренням у ванну, що містить екологічно безпечний фарбувальний концентрат, з подальшим віджиманням на валяннях повністою виключає утворення стічної води, а на стадії полімеризації латексу при термообробці до 200оС виключається виділення шкідливих речовин в робоче приміщення і, відповідно, в атмосферу, що також дає економічну вигоду в сфері охорони навколишнього середовища.

Таблиця 2. Водопоглинання (Р, %) від часу витримки (т, доба) у воді сформованих плівок, що містять 10, 20 и 30% латексу відповідно

Час (т), доба

Водопоглинання (Р, %) при різному змісті латексу

 

10% латексу

20% латексу

30% латексу

1

2,8

2,3

1,8

2

12,5

8,7

5,3

4

21,2

15,4

8,5

6

28,7

19,7

10,5

8

32,6

22,0

11,7

Аналіз отриманих даннях приведений з урахуванням дії двох чинників: зміна щільності структури плівок, визначуваного степеню злипання часток і гидрофобности заполимеризованоїплівки. По данням табл. 2 видно, що плівки з мінімальним водопоглиненням формуються при збільшенні кількості латексного зв'язуючого. В разі зниження кількості латексного зв'язуючого не забезпечується ним щільне зшивання пігментних часток, що приводить до підвищення водопоглинання плівок. Запропонований вдосконалений склад екологічно нешкідливої і безпечної покривної фарбидля фарбування нетканих матеріалів килимового призначення, які захіщений патентом Украіни [12].

Висновки

1. Досліджені реологічні властивості фарби нешкідливої і екологічно безпечної фарби на базі латексного зв'язуючого: густина і напруга зрушення від кількості латексу, що додається, антифризної добавки - гліцерину і від температури пігментної композиції.

2. Показано, що істотна зміна в'язокості фарбувального компоненту у бік збільшення спостерігається при температурі від 60 до 80оС, а також при збільшенні концентрації латексу понад 30%.

3. Виявлені результати реологічної поведінки водних забарвлюючих композицій дозволили оптимізувати і розробити склад нешкідливої і екологічно безпечної покривної фарби для фарбування нетканих матеріалів килимового призначення із збереженням зносостійкості (по сухому і мокрому тертю) і з високими колористичними показниками.

Список літератури:

1. Производство нетканых материалов. Текстильная пром-сть, 1981, №8, с. 50-52; ТУ 178-08­91 - Полотно нетканое для термозвукоизоляционного линолиума.

2. Заметта Б.В. Современная технология производства нетканых материалов. ЖВХО, 1976,

№5, с. 546-554.

3. Голомб Л.М.  Физико-химические  основы  получения  выпускных форм органических красителей. Изд. «Химия», Л., 1974.

4. Японский патент 53-44522 (1973); РЖХ, 1980, 1Т425П.

5. Японская заявка 54-157802 (1979); РЖХ, 1980, 16Т282П.

6. Японская заявка 55-152867 (1980); РЖХ, 1981, 24Т364П.

7. Японская заявка 53-132070 (1978); РЖХ, 1980, 1Т424П.

8. ГОСТ 9733.0-83. - Методы определения образцов на прочность к сухому и мокрому трению.

9. Пачева Н.А., Голомб Л.М. Влияние антифризов на морозоустойчивость паст дисперсных красителей для печати. Анилинокрасочная пром-сть, 1968, №1 -2, с. 29-38.

10. Попов Є.В. Наукові основи технології водонерозчинних органічних барвників та їх випускних форм. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук.: Львів. - 2005. -

240 с.

11. Коринфская Е.Ф., Реутский В.А. Исследования реологических свойств диспергированных водных суспензий органических пигментов. Анилинокрасочная пром-сть, 1968, №1 -2, с. 29­38.

12. Пат. України № 41171 від 12.05. 2009 р. Экобезпечна композиции для фарбування нетканих матеріалів. Рубан Е.В., Жихарева Н.С., Мороз В.О., Попов Е.В.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Е В Рубан, Н С Пазизина, Г Д Тертичная - Екологічно безпечні композиції для забарвлення нетканих материалів