авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Теоретическое обоснование и разработка технологий колористической отделки волокнистых материалов на основе высокопрочных, термо-, огнестойких полигетероарилено

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дянкова Тамара Юрьевна

Теоретическое обоснование и разработка технологий колористической отделки волокнистых материалов

на основе высокопрочных, термо-, огнестойких

полигетероариленов

Специальность 05.19.02 – Технология и первичная обработка

текстильных материалов и сырья

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург – 2011 г.

Работа выполнена на кафедре химической технологии и дизайна текстиля в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Киселев Александр Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Завадский Александр Евгеньевич

доктор технических наук, профессор

Михайлов Борис Сергеевич

доктор химических наук, профессор

Пахомов Павел Михайлович

Ведущее предприятие:

Институт химии растворов Российской академии наук (г. Иваново)

Защита состоится 6 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.01 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.

Автореферат разослан "___" _________2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А. Е. Рудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Рассматривая ретроспективу и перспективу развития технологий производства волокнистых материалов, специалисты отмечают процессы дифференциации и интеграции в мировой промышленности химических волокон и текстиля, существенные структурные изменения при общем росте производства. По прогнозу к середине ХХI-го столетия население земного шара приблизится к 11 млрд. человек и развитие потребления волокон будет удовлетворяться как за счет наращивания объема выпуска химических нитей, так и заменой традиционных видов новыми с улучшенными потребительскими свойствами.

Крупные многопрофильные фирмы Европы, США, Японии –Du Pont De Nemour, Monsanto, American Cyanamide, Eastmen Kodak, Hoechst, Rhone Poulenc, Akzo Nobel и др.- на рубеже веков сокращают или прекращают производство традиционных волокон и направляют свою деятельность в область высокоприбыльных, высокотехнологичных, специальных и жизнеобеспечивающих видов химической продукции. Происходящие процессы интеграции, совместной деятельности и инвестиций крупных производителей волокнистого сырья объединяют усилия в создании новых производств по выпуску продукции нового поколения.

Анализ информации в области синтеза, свойств, способов переработки и применения арамидных волокон показывает, что наблюдается тенденция к увеличению выпуска, расширению ассортимента и областей использования высокопрочных, термо-огнестойких волокнистых материалов на основе полигетероариленов (ПГА) технического и бытового назначений. Особый интерес и актуальность представляют наукоемкие технологии, связанные с выпуском конкурентоспособных инженерных изделий из ПГА нитей, пряжи, тканей и нетканых материалов, для регионов - научных центров, где традиционно ученые, развивающие научные направления в рамках государственных программ финансирования вузов, в содружестве со специалистами отраслевых лабораторий, промышленных предприятий разрабатывают передовые идеи, осваивают новые виды высокорентабельной, прибыльной продукции.

Область применения волокон из ПГА, обладающих уникальными свойствами, включает широкий ассортимент текстильных материалов и изделий, в том числе: одежда для пожарных, металлургов, сварщиков, лесорубов и других профессий, сопряженных с опасностью травмирования; снаряжение спасателей, альпинистов; средства коллективной и индивидуальной баллистической защиты; спортивные изделия; интерьерные ткани для всех видов транспорта и общественных зданий; изделия специального назначения с маркирующей окраской и заданным уровнем потребительских свойств. Сдерживающим фактором расширения сферы использования российских арамидных нитей (СВМ, Русар, Армос, Тверлана) являются специфические свойства, в т.ч. неоднородность структуры и наличие естественной цветности, что затрудняет получение интенсивных и равномерных окрасок широкой цветовой гаммы. При всем многообразии известных составов и режимов отделки арамидных волокнистых материалов трудно найти те из них, которые соответствовали бы реальным возможностям отечественной производственной базы, с одной стороны, и отвечали бы требованиям экологии – с другой. Реализация существующих способов крашения и печатания в большинстве случаев связана с существенной потерей эксплуатационных свойств, что снижает конкурентоспособность российских арамидных текстильных материалов по сравнению с более известными зарубежными аналогами: Кевлар, Номекс (Du Pont) и Тварон (Akzo-Nobel). Вместе с тем, изучение физико-химических свойств, определяющих поведение волокон этого класса в процессах отделки, показывает, что особенности надмолекулярной структуры, сверхвысокие механические и термические характеристики, накладывающие определенные ограничения на выбор составов и режимов отделки и рассматриваемые в качестве факторов, которые затрудняют интенсификацию соответствующих процессов, могут быть использованы для достижения высоких показателей фиксации красителей и отделочных препаратов на волокне. Имеющийся опыт колорирования этого относительно нового вида текстильного сырья подтверждает целесообразность сочетания данного подхода и новейших достижений в области текстильной химии для удовлетворения возросших требований к качеству готовых изделий из ПГА.

Целью диссертационной работы является создание научно обоснованных технологий подготовки, крашения, печатания и придания специфических потребительских свойств с сохранением ценных эксплуатационных характеристик. Для достижения цели и решения задач, поставленных в диссертационной работе, исследования проводи в следующих основных направлениях:

- изучение физических и химических свойств, надмолекулярной структуры ароматических гетероциклических волокон, определяющих поведение полимерного субстрата на этапах производства нитей и переработки, включая подготовку, крашение, печатание и заключительную отделку;

- исследование свойств водной и неводной среды и интенсифицирующих агентов, используемых в композиции с красителями и отделочными препаратами на основе изучения влияния процессов комплексообразования между полимером и ТВВ на важнейшие потребительские свойства материала (механическую прочность, термостабильность, устойчивость к термоокислению в условиях периодических и непрерывных технологий отделки);

- определение принципов формирования базы данных для систематизированного проектирования технологий колористической отделки на основе анализа потребительских свойств ПГА материалов;

- построение математических моделей, аппроксимирующих процессы массо- и теплопереноса, сопровождающие операции колорирования ПГА волокнистых материалов с проверкой их адекватности, и оптимизацию технологических параметров;

- научное обоснование технологий отделки, разработку способов колорирования и заключительной отделки, отвечающих требованиям, предъявляемым к ассортименту изделий в соответствии с их назначением, условиями эксплуатации, уровнем технико-экономических показателей лучших мировых аналогов;

- апробирование разработанных способов колорирования ПГА волокон и материалов на их основе с использованием различных классов красителей на этапах переработки от синтеза полимера до заключительной отделки в условиях производства волокон и красильно-отделочных предприятий;

- обоснование возможности придания улучшенных потребительских свойств ПГА волокнистым материалам, разработку технологий заключительной отделки (формоустойчивой, гидрофобной, огнезащитной и др.);

- оценку технико-экономической эффективности и экологической адаптации разработанных процессов колористической отделки текстильных материалов из ПГА.

Методы исследования. При проведении исследований использованы традиционные методы структурного анализа: рентгенография, УФ-, ИК-спектроскопия, ЯМР, ДТА, термомеханический анализ, тензометрия, потенцио- и кондуктометрическое титрование, элементный микроанализ, рентгеновская сканирующая кристаллдифрак-ционная вакуумная спектрометрия, спектроколориметрия, силовая зондовая сканирующая микроскопия, методы нейросетевого моделирования технологических процессов и свойств волокнистых материалов; стандартные методы испытаний качества колористической отделки (ГОСТ Р ИСО 105 – А-F - 99).

При выполнении работы использованы специально изготовленные в СПГУТД лабораторные опытные установки: реакторы для синтеза полимеров и термической обработки в инертной среде; стенды для формования и термовытяжки волокон; устройство для формирования минипаковок с крестовой намоткой для крашения; лабораторные аппараты для обработки под давлением с системой циркуляции и автоматического управления и контроля. Большой объем работы выполнен на лабораторном, полупромышленном и промышленном оборудовании предприятиях отрасли: ПНК им. С. М. Кирова, ОАО «Советская звезда», ОАО «Красная нить», «Кренгольмская мануфактура», ОАО «Красное Знамя», ЗАО «Спорт», ОАО «Балашовский Текстиль», ОАО «Московский Шелк», ОАО Московская шелкокрутильная фабрика, ОАО «Моготекс»), ОАО «Северное море», лабораторные установки и измерительное оборудование лабораторий ИВС РАН, АОНИИ «Химволокно», УКРНИИПВ, ЗАО «Термостойкие изделия» (г. Мытищи) и других научных центров.

Научная новизна работы. При проведении исследований впервые получены следующие научно-технологические результаты.

1. Систематизирована информация на основе исследования физических и химических свойств ароматических гетероциклических (ПГА) волокон, определяющих их поведение в условиях процессов колористической отделки, в том числе на основе м- и п-гомо- и сополиамидбензимидазолов (ПАБИ), полиимидов (ПИ), полиоксадиазолов (ПОДА), поли-м- и п-фенилентерефталамида (ПФТФА). Определены концентрационные пределы связанных ионов водорода в составе волокнообразующего полимера на разных этапах переработки, рассчитаны константы Доннана для межфазного распределения ионов водорода. Установлены интервалы изменения плотности волокон по воде и циклогексану, влияние процессов сорбции красителей и текстильно-вспомогательных веществ на гидрофильно-гидрофобные свойства волокон, сорбционную активность полимера. Показана амфотерность ПАБИ субстратов. Методами сорбции паров воды и ядерного магнитного резонанса исследована подвижность атомов водорода в составе ряда модифицированных ПГА волокон, доказано наличие поперечных «сшивок» по типу полимер-АПАВ-АПАВ-полимер.

2. Составлена база данных для проектирования процессов колористической отделки. Выявлены условия повышения накрашиваемости волокон водорастворимыми красителями анионного (прямыми, активными, кислотными, хромовыми, металлокомплексными) и катионного типов, водными дисперсиями и композициями в неводных средах. Рассчитаны изменения свободной энергии Гиббса межфазных переходов красителей. Изучены режимы стабилизации красильных растворов и дисперсий. Предложены способы получения мономолекулярной, нано- и микродисперсий красителей и пигментов. Исследованы механизмы гидролиза и фиксации красителей ПГА, кинетика и термодинамика процессов сорбции красителей. Разработан метод количественной оценки концентрации гидролизованной формы красителя.

3. Синтезированы гомологические ряды аминокислот, алкилсульфатов и алкилфосфатов натрия, пригодных для интенсификации процессов колористической отделки волокнистых материалов на основе ПГА. Исследованы изотермы и кинетика сорбции, константы межфазного распределения в широких пределах концентраций интенсификаторов и красителей, температур, значений рН, модулей ванны; растягивающей нагрузки, приложенной к волокну в осевом направлении. Методом Джилберта и Риддела определены энергии взаимодействий анионных поверхностно активных веществ с ПАБИ. Рассчитаны коэффициенты диффузии красителей и интенсифицирующих агентов в субстрат. Исследованы методы интенсификации процессов колористической отделки на этапах производства волокна, его переработки, отделки. Рассмотрено влияние параметров процессов колористической отделки, компонентов обрабатывающих составов на показатели качества колористической и заключительной отделок, изменение эксплуатационных свойств волокнистых материалов.

4. Предложены новые композиции и технологии колористической отделки, способствующие расширению цветовой гаммы окрашенных волокнистых материалов из ПГА и отвечающие современным требованиям к уровню потребительских свойств текстильной продукции бытового и технического назначения. Дана оценка экологической адаптации предлагаемых технологических процессов. Изучена возможность учета ингредиентов составов отработанных обрабатывающих растворов и дисперсий с целью возврата в производство для повторного использования в технологических циклах крашения и промывки. Предложен графоаналитический метод расчета доли израсходованных ингредиентов по результатам УФ-спектроскопии, спектроколориметрии с использованием диаграммам элементного состава полимера, красителя и текстильно-вспомогательных веществ, построенным на основе базовых данных кристалл-дифракционной вакуумной спектрометрии.

5. Исследована термостойкость и огнезащитные свойства, прочность и формоустойчивость ПГА волокнистых материалов, подвергшихся колористической отделке в присутствии антипиренов. Выявлены условия повышения температур начала разложения полимера, термических пределов эксплуатации при использовании минеральных оксидов d-металлов в композиции с органическими красителями и пленкообразующими препаратами в пигментных способах крашения и узорчатой расцветки.

6. Научно обоснованы и оптимизированы составы и режимы процесса печатания текстильных полотен дисперсными и пигментными красителями. Исследованы реологические свойства печатных паст, влияние состава и условий нанесения на печатно-технические свойства красок и качество набивных рисунков.

7. Отработаны методы нейросетевого прогнозирования свойств волокнистых материалов на основе ПГА, регрессионный анализ для построения математических моделей, аппроксимирующих процессы массо- и теплопереноса, которые сопровождают операции колористической отделки, с проверкой адекватности и оптимизацией технологических параметров.

Практическая ценность и реализация работы. Предложены новые способы колорирования волокнистых материалов на основе ПГА, обеспечивающие соответствие требованиям, предъявляемым к ассортименту конкретного назначения в условиях применения с учетом уровня технико-экономических показателей лучших мировых аналогов. Новизна предложенных технических решений подтверждена семью патентами РФ и Беларуси и авторскими свидетельствами на изобретения.

Разработанные технологии апробированы в производственных условиях в рамках выполнения госбюджетных научно-исследовательских работ и хоздоговоров с предприятиями: ВНИИВПроект (г. Мытищи), УКРНИИПВ (г. Киев), л/ф ВНИИВ, АО «НИИАУ», ВИАМ (г.Москва), Ситценабивная фабрика им. В. Слуцкой, Могилевский шелковый комбинат (ОАО «Моготекс»). Работа выполнялась при финансовой поддержке Минобразования и науки РФ в рамках грантов: «Физико-химия сорбционных процессов в многокомпонентных гетерогенных системах с полимерами» (2009-2010 гг.), «Развитие концепции создания комбинированных и многослойных структур на основе анизотропных волокнистых элементов и разработка физических и биохимических методов оптимизации их функциональных свойств» (2009-2010 гг.); а также в соответствии с планом госбюджетных работ 2008-2010 гг. Учебно-научного инновационного комплекса «Текстиль, цвет, дизайн»: и других научно-исследовательских работ, финансированных Министерством образования и науки РФ.

Разработаны и утверждены технических условия на новые виды продукции: ТУ 6-06-1-002-83 «Нить комплексная Тулен нейтрализованная» и ТУ 6-06-1-017-90 «Нити швейные СВМ технические, окрашенные».

Разработанные технологии прошли промышленную апробацию и внедрены в производство предприятий: ОАО «Моготекс»; ОАО «Невская Мануфактура»; трикотажной фабрики ЗАО «Спорт», ЗАО «Красное Знамя», ОАО «Индантрен», АО «Техинком»; Шелкокрутильной фабрики (г. Москва), ОАО «Северный текстиль», ЗАО «Нитрон»; ЗАО «Северное море»; ЗАО «АСО» АО «НИИХимволокно»; НПФ «АНА»; НИИ автоматических устройств (ВИАМ, г. Москва). Внедрены технологии крашения полотен из однородных арамидных и смешанных волокон, из комплексных нитей и пряжи периодическим и непрерывным способами. Предложены технологические регламенты получения окрашенных швейных ниток, способы получения окрашенных комплексных нитей путем введения красителя в прядильный раствор и на стадии термовытяжки нитей в условиях химического завода по производству волокна; метод крашения тесьмы, ленты и ткани в среде органического растворителя. Внедрены технологии крашения полиимидных (ПИ) комплексных нитей в среде органического растворителя в аппаратах, работающих под давлением. Внедрены технологии печати дисперсными красителями и пигментами и сублимационная печать с поредобработкой полотен из ПГА комплексных нитей и пряжи.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.