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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Научные основы использования гумусовых кислот как катализаторов и интенсификаторов химико-текстильных процессов

-- [ Страница 4 ] --

Преимуществами торфяных гумусовых кислот перед синтетическими катализаторами восстановления кубовых красителей являются: нетоксичность для человека (гуматы используются как медицинские препараты не только для наружного, но и для внутреннего применения), доступность сырья, простота и экологическая безопасность технологии получения, невысокая стоимость.

Испытания, проведенные в отделочном производстве ЗАО «Большая Костромская льняная мануфактура», подтвердили эффективность применения гумусовых кислот торфа при печатании тканей кубовыми красителями. Использование составов, содержащих небольшую добавку гумата натрия, позволило сократить время влажно-тепловой обработки ткани с 10 минут до 5.5 минут, повысив при этом содержание красителей в волокне на 4 - 9% без ухудшения прочностных показателей окрасок и изменения цветового тона.

Глава 9. Торфяные гумусовые кислоты как компонент крахмальных составов

для шлихтования хлопчатобумажной пряжи

Влияние гумусовых кислот на свойства крахмальных гидрогелей и образуемых из них пленок в настоящей работе исследовано впервые. Впервые также оценена целесообразность использования гумата натрия, экстрагированного из торфа, в технологии приготовления крахмальных шлихтующих гидрогелей с целью ее интенсификации и экологизации.

Влияние гумусовых кислот торфа на вязкость крахмальных шлихтующих

гидрогелей и показатели ошлихтованной ими пряжи

На первом этапе определены основные показатели, позволяющие оценить целесообразность применения гумусовых кислот торфа в крахмальных композициях для шлихтования хлопчатобумажной пряжи – относительная вязкость шлихтующих гидрогелей, их адгезия к хлопчатобумажной пряже (приклей), разрывная нагрузка и разрывное удлинение ошлихтованной пряжи. Варьировалась концентрация полимерных компонентов составов (кукурузного крахмала – от 4% до 7%, торфяных гумусовых кислот – от 0 до 0.5%), при этом содержание реагентов, необходимых для эффективного расщепления полисахарида в ходе приготовления гидрогелей (гидроксида натрия и бензолсульфохлорамида), оставалось неизменным.

На всех линиях вязкости (Рис. 14) наблюдается локальный минимум, соответствующий содержанию гумата натрия в геле 0.1%. Резкое снижение вязкости дисперсий при введении в них гуматов – известное явление, обусловленное сорбцией полианионов гумусовых кислот на поверхности диспергированных частиц, что приводит к их взаимному электростатическому отталкиванию. Однако учитывая масштабы снижения вязкости и то, что в шлихтующих гидрогелях гранулы крахмала существенно разрушены, а полимерные составляющие (амилоза и амилопектин) окислены и частично деполимеризованы, обнаруженный эффект нельзя объяснить только сорбцией гуматов на поверхности гранул.

Согласно традиционным представлениям, существенное уменьшение вязкости шлихтующих композиций свидетельствует о чрезмерной деструкции макромолекул крахмала и должно приводить к ухудшению качества текстильного клея. Однако, как следует из данных Рис. 15, именно в интервале концентраций гумата натрия, соответствующих наименее вязким составам, наблюдается одновременное улучшение всех технологических показателей: приклей (П) повышается на 51-57%, разрывная нагрузка пряжи (РН) – на 9-12%, разрывное удлинение (РУ) – на 12-20%. Очевидно, что оптимальный технический результат по совокупности показателей достигается при содержании гуминового препарата, равном 0.08-0.12%, а кукурузного крахмала – 4-5%.

Поскольку введение в шлихтующий гидрогель гумата натрия, выделенного из торфа, положительно сказывается на всех целевых показателях технологического процесса, необходимое качество ошлихтованной пряжи достигается при меньшем содержании крахмала в композиции (Табл. 3).

Таблица 3.

Основные показатели эффективности крахмальных составов

в шлихтовании хлопчатобумажной пряжи (25 Текс)

Тип пряжи Концентрация, % отн. (800 С) Показатели качества пряжи
Крахмала Гумата РН, Н РУ, мм П, %
Мягкая 2.0 24.8
Ошлихтованная крахмальным составом 7 400 2.4 (+20.0%) 14.8 (-40.4%) 3.72
Ошлихтованная крахмально- гуматными составами 4 0.12 1.31 2.4 (+20.0%) 19.5 (-21.3%) 3.74
5 0.12 1.75 2.6 (+30.0%) 18.8 (-24.3%) 4.84

Сопоставление эффективности действия щелочного реагента и окислителя

в крахмальном и крахмально-гуматном шлихтующих составах

Для получения однородного крахмального шлихтующего гидрогеля с хорошей пленкообразующей способностью и адгезией к целлюлозному волокну необходимо обеспечить не только разрушение крахмальных гранул, но и частичное расщепление молекул амилопектина. Этой цели служат обязательные компоненты шлихтующих составов – гидроксид натрия и окислитель (бензолсульфохлорамид), которые усиливают действие друг друга. Влияние указанных реагентов на вязкость крахмального и грахмально-гуматного гидрогелей иллюстрируется данными Рис. 16. Из рисунка следует, что введение гумата натрия в крахмальные гели приводит к существенному снижению их вязкости во всем изученном диапазоне концентраций реагентов, однако желаемые значения вязкости, обеспечивающие получение оптимальных характеристик ошлихтованной пряжи (отн. = 1.58-3.16, lg отн. = 0.2-0.5), достижимы только при наличии в составе расщепляющих реагентов – щелочи и окислителя.

Включение в шлихтующую композицию гумата натрия полностью нивелирует действие щелочи как реагента, обеспечивающего набухание крахмала (Рис. 16 –б); более того, чем выше концентрация щелочи в крахмально-гуматных гидрогелях, тем ниже их вязкость. О значительном снижении набухания крахмала в щелочной среде в присутствии гуматов свидетельствуют и зависимости на Рис. 17. Методом микроскопии установлено, что в процессе нагревания суспензии крахмала, содержащей в составе дисперсионной среды, помимо щелочи и окислителя, гумат натрия, характер разрушения гранул полисахарида существенно отличен от обычного. А именно, гранула кукурузного крахмала почти не набухает, но раскалывается по радиальным каналам, проницаемым для воды, образуя несколько (4-6) отдельных фрагментов, которые затем постепенно растворяются. Очевидно, полианионы гумусовых кислот, препятствуя образованию водородных связей между молекулами амилозы, которая вытекает из гранул по мере нагревания крахмальной суспензии, предотвращают формирование геля амилозы и тем существенно облегчают диффузию последующих порций молекул полисахарида из внутренних слоев гранулы наружу.

На базе проведенных исследований был разработан новый состав для шлихтования хлопчатобумажной пряжи, включающий небольшую добавку торфяных гуматов (0.08-0.12%). Применение этого состава позволяет снизить концентрацию крахмала без угрозы ухудшить качество ошлихтованной пряжи и существенно сократить время варки шлихтующего геля. Присутствие в крахмальном шлихтующем составе гумата натрия, выделенного из торфа, не затрудняет последующего цикла подготовки суровой ткани (отварки и беления) и не ухудшает основных показателей готовой ткани – ее прочности и белизны. Более того, капиллярность хлопчатобумажных тканей повышается на 10-17%.

Испытания разработанного состава в условиях приготовительного производства АО «КОХМА-ТЕКСТИЛЬ» подтвердили возможность существенного (с 6.5% до 4.0%) снижения концентрации полисахарида и сохранения при этом на прежнем уровне коэффициента обрывности пряжи в ткачестве.

Глава 10. Обоснование эффекта снижения вязкости крахмальных

шлихтующих составов под действием торфяных гуматов

Введение торфяных гумусовых кислот в шлихтующие композиции на основе крахмала, как было установлено в Главе 9, изменяет весь ход процесса гелеобразования и обусловливает образование гелей аномально низкой вязкости, обеспечивающих комплексное улучшение показателей шлихтования хлопчатобумажной пряжи. Учитывая ярко выраженную способность гумусовых кислот катализировать редокс процессы, высокую склонность к межчастичным взаимодействиям и совместимость с полимерами различного строения, можно предполагать, что за этим стоят глубокие изменения структуры гелей, химического строения крахмала и свойств полимерных пленок, формирующихся на поверхности волокна.

Существование структурной и химической составляющих влияния гумата натрия на свойства крахмальных гидрогелей продемонстрировано путем сопоставления относительной вязкости ряда систематически подобранных композиций. Возможность выделения этих составляющих базировалась на том, что при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химических процессов возрастает в 2-4 раза. Поэтому существование различий в вязкости одинаковых по составу крахмальных гелей, в один из которых гумат натрия вводился при 800С, а в другой – после остывания клейстера до 200С, означает, что добавка оказывает влияние на химические превращения в молекулах полисахарида. Результаты описанного эксперимента представлены в Табл. 4.

Таблица 4.

Влияние состава и способа приготовления клейстеризованных

крахмальных композиций на их относительную вязкость

Компоненты состава* Гумат натрия вводился в клейстер при 800С (1ый способ) Гумат натрия вводился в клейстер при 200С (2ой способ)
1 / ГН-1** 2 / ГН-2
1 Крахмал 15,1 / 5,2 2,9 15,7 / 5,2 3,0
2 Крахмал, NaOH 12,6 / 3,7 3,4 15,0 / 7,1 2,1
3 Крахмал, окислитель 7,0 / 3,8 1,8 7,1 / 3,9 1,8
4 Крахмал, NaOH, окислитель 7,1 / 1,9 3,7 8,6 / 3,0 2,9

* Содержание компонентов: Крахмала – 1%, гумата натрия (ГН) – 0.1%,

NaOH 0.025%, окислителя (бензолсульфохлорамида) 0.0125%.

** Индексами указано наличие гумата натрия в клейстере и способ его введения (1 или 2);

температура, при которой измерялась вязкость, во всех случаях составляла 200С.

Вязкость гелей, содержащих только крахмал (составы 1), при введении в них гумата натрия снижается втрое, вне зависимости от того, каким способом вводился гумат; следовательно, это снижение не связано с химическими превращениями в гелях и обусловлено единственным фактором – изменением их структуры.

На вязкость составов, дополнительно включающих щелочь (составы 2), существенно влияет температура, при которой вводился гумат, что дает основания говорить об интенсификации гумусовыми кислотами процесса гидролитического расщепления крахмала в щелочной среде.

Когда в крахмальную композицию входит только окислитель (составы 3), гумат натрия вызывает изменение структуры геля, о чем можно судить по уменьшению в 1.8 раза, но практически не усугубляет химических превращений, приводящих к падению вязкости (20-1 / 20 ГН-1 = 20-2 / 20 ГН-2).

Если же в крахмальном геле находится и гидроксид натрия, и окислитель (составы 4), то дополнительное включение в него гумата натрия, выделенного из торфа, вызывает самое выраженное падение вязкости, связанное как с усилением химического действия реагентов, так и с разрушением структуры крахмального клейстера.

Воздействие торфяных гумусовых кислот на химические изменения в крахмале

Химические превращения в крахмале оценивалась по двум наиболее значимым показателям – количеству карбоксильных группировок и степени полимеризации (СП).

При определении СП крахмала возникают существенные затруднения, связанные с наличием в природном крахмале двух фракций (амилозы и амилопектина), при разделении которых любыми химическими методами происходит сильная деструкция полисахарида. Кроме того, для корректной оценки СП амилопектина необходимо сначала провести его деветвление. В этой связи было предложено, опираясь на данные по окислению крахмала перйодатом натрия, получить характеристику, пригодную для того, чтобы делать надежные выводы о влиянии гумусовых кислот торфа на расщепление полисахарида – степень полимеризации единичной ветви амилопектина (СП ап).

Окисление перйодатом протекает по невосстанавливающим концевым звеньям полисахарида, неконцевым остаткам, связанным 1-6 -глюкозидной связью (местам присоединения ветвей), а также по концевым восстанавливающим звеньям. В первых двух случаях выделяется по одной молекуле муравьиной кислоты, а в третьем – две. Это дает возможность легко рассчитать степень полимеризации амилозы (СП а) или ветви амилопектина (СП ап):

СПа = (m3)/(162а), СПап = m/(162а),

где m – масса навески крахмала,

162 – молекулярная масса пиранозного цикла,

а – количество молей выделившейся муравьиной кислоты.

Вследствие того, что анализу подвергался нативный, не разделенный на фракции крахмал, при расчете СПап было принято допущение, что количество муравьиной кислоты, выделившейся в результате гидролиза глюкозидных связей в амилозе, пренебрежимо мало. В таком случае, опираясь на литературные данные по содержанию амилозы в кукурузном крахмале (23%) и средней СПа (25), на основании следующего выражения можно рассчитать СПап:

3(0.23m/(25162))+ (0.77m/(СПап162)) = а

Полученные описанным образом значения СПап, а также данные по содержанию карбоксильных групп в клейстеризованных крахмальных составах, определенные кальций-ацетатным методом, приведены в Табл. 5.

Как видно, введение гумата натрия во все исследованные составы приводит к увеличению в той или иной степени содержания карбоксильных группировок, образующихся при окислении крахмала. Наиболее значительным (57%) это увеличение является в варианте, когда в композиции одновременно содержатся окисляющий (бензолсульфохлорамид) и гидролизующий (гидроксид натрия) реагенты. Тот же самый состав (состав 4) характеризуется тем, что включение в него гумата натрия вызывает достоверное снижение СПап.

Таблица 5.

Влияние торфяных гуматов на химические превращения в крахмале

Компоненты состава* Содержание групп COOH на 100 ангидроглюкозных звеньев (± 0.18-0.19) СПап (± 1.0-1.2)
Добавки в состав Добавки в состав
Гумат Na Гумат Na
1 Крахмал 2.40 2.90 23.2 23.2
2 Крахмал, NaOH 2.56 3.00 17.0 16.3
3 Крахмал, Окислитель 2.80 3.65 20.7 19.6
4 Крахмал, NaOH, Окислитель 4.1 6.4 14.4 12.5


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 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.