Плазменная обработка в процессах отделки трикотажных полотен

УДК 677.014

И. Ш. Абдуллин, А. А. Азанова, Е. Н. Семенова,

Я. В. Ившин

ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА В ПРОЦЕССАХ ОТДЕЛКИ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Ключевые слова: трикотажное полотно, плазменная обработка, крашение, цветовые характеристики.

Исследовано влияние плазменной обработки на крашение хлопчатобумажных трикотажных полотен. Показано, что плазменная обработка сурового хлопчатобумажного трикотажного полотна перед крашением с использованием в качестве плазмообразующего газа кислорода позволяет исключить предварительную отварку сурового полотна при крашении в темные цвета и снизить расход красителя на 30-40% с сохранением цветовых характеристик. Представлены результаты совместной обработки трикотажных полотен плазмой и антимикробными препаратами.

Keywords: knitted fabric, plasma treatment, dyeing, color characteristics

Influence of plasma processing on dyeing of cotton knitted cloths is investigated. It is shown that plasma processing of a cotton cloth before to paint with use, at plasma gas of oxygen allows to exclude preliminary processing of a fabric at coloring in dark colors and to lower the expense of a paint on 30-40 % with preservation of color features. Results ofjoint processing of knitted cloths are presented by plasma and antimicrobic preparations.

Введение

Одним из наиболее энерго- и материалоемких процессов текстильно-отделочного производства является крашение. Высокая стоимость и большая концентрация красителей и химических препаратов в сточных водах являются глобальной проблемой. Вследствие чего возникает необходимость разработки новых эффективных экологически чистых технологий. В последнее время отмечается мощный импульс в разработке новых, более экологически чистых материалов и технологий отделки текстильных материалов. Уже на протяжении нескольких лет для модификации текстильных материалов используется неравновесная низкотемпературная плазма (ННТП). Этот интерес вполне закономерен, так как ННТП один из наиболее экономичных и эффективных способов модификации поверхности различных материалов. Обработка плазмой получать материалы с принципиально новыми физико-химическими и физико-механическими характеристиками.

ННТП в настоящее время широко используется для решения не только разнообразных научных, но и конкретных производственных задач. Наиболее привлекательные аспекты ее применения связаны с тем, что по сравнению с традиционными химикотехнологическими процессами плазменные процессы не требуют использования каких-либо жидких растворов (то есть потенциально являются экологически чистыми), а также существенно менее энергоемкие. На сегодняшний день плазменные технологии широко используются в текстильном отделочном производстве в Италии, США, Японии, Китае, Германии, Англии, Южной Корее [1].

В последнее время большой интерес вызывает изучение новых методов антимикробной обработки текстильных материалов, так как старые способы изживают себя, в них обнаруживается все большее количество недостатков, что делает их применение ограниченным. В то время как необходимость использования одежды с бактерицидными свойствами уже давно не

ограничивается медицинскими учреждениями и предприятиями со стерильными технологиями производств. Плазменная обработка может стать альтернативой традиционным способам обработки текстильных материалов для придания им антимикробных свойств.

Целью работы является исследования влияния ННТП на процессы крашения и антимикробной отделки хлопчатобумажных трикотажных полотен бельевого ассортимента.

Объекты и методы исследования

Обработку образцов проводили на экспериментальной опытно-промышленной установке. Производили предварительную откачку воздуха из вакуумной камеры, в разрядную камеру напускали рабочий газ. Регулировкой вентиля, соединяющего вакуумную камеру с механическими насосами, устанавливали заданное давление, затем включали высокое напряжение на ВЧ генераторе. Под действием электромагнитного поля происходил нагрев плазмообразующего газа до состояния плазмы. Режим плазменной обработки: давление в камере Р - 26,6 Па, расход плазмообразующего газа G - 0,04 г/с, мощность разряда W - 1,55 кВт.

В качестве плазмообразующих газов использовали аргон, воздух и кислород. Выбор именно данных газов обусловлен возможностью придавать гидрофильность поверхности обрабатываемых материалов. Все измерения проводили спустя сутки после плазменной обработки.

Влияние плазменной обработки на крашение хлопчатобумажного трикотажного полотна проводили определяя концентрацию красителя в ванне с помощью фотоэлектрического колориметра КФК-2 по оптической плотности раствора. Характеристики готовых трикотажных полотен определяли по ГОСТ 9733.5-83, 9733.6-83, 2351-88, 2351-88. Цветовые характеристики готовых трикотажных полотен определяли с помощью ручного спектрофотометра X-Rite Color Digital Swatch. Исследование бактерицидных свойств образцов проводили по стандартной методике чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах (диффузионный метод бумажных дисков) в модификации.

Обсуждение результатов

После плазменной обработки образцов суровых трикотажных полотен определяли их капиллярность. Капиллярность образцов, обработанных в аргоне, составила 171мм/ч, воздухе - 185мм/ч, смеси аргона и воздуха - 188мм/ч, кислороде - 198мм/ч. Крашение активными красителями проводили по типовой технологии. Опытные образцы показали снижение показателя остаточной концентрации красителя в ванне на 10-50%. Результаты определения цветовых характеристик окрашенных образцов показали, что основное влияние на различие цвета обработанных плазмой образцов и необработанных оказывает показатель светлоты: у опытных образцов он ниже, следовательно, их окраска ярче. Наблюдается увеличение насыщенности цветового тона опытных образцов. Исследована возможность заменить предварительную обработку сурового полотна перед крашением в синий цвет плазменной обработкой. Остаточная концентрация красителя составила: для образов, обработанных плазмой - 2,4 г/л и 1,9 г/л при использовании в качестве плазмообразующего газа аргона и кислорода соответственно; для предварительно отваренного - 2,75 г/л. Результаты свидетельствуют, что в данном случае плазменная обработка более эффективна, чем предварительная отварка. Спектры отражения образцов, окрашенных по типовой технологии (с предварительной отваркой), и образцов, обработанных плазмой (без предварительной отварки) идентичны, наблюдается небольшое увеличение коэффициента отражения контрольного образца (С=18,94) по сравнению с опытным (С=18,83) [2].

Все образцы имели устойчивость окрасок, соответствующую требованиям ГОСТ.

Исследована возможность с помощью плазменной обработки уменьшить расход красителя с получением цветовых характеристик, аналогичных полученным по типовой технологии. Результаты (табл.1) показали, что для всех трех видов красителей наблюдается закономерность: с плазменной обработкой при начальной концентрации красителя 2г/л получаются цветовые характеристики, близкие к полученным у контрольных образцов при начальной концентрации 3г/л. Спектры отражения полотен, окрашенных при начальной концентрации красителя 3 г/л по типовой технологии и 2 г/л с предварительной плазменной обработкой идентичны, что говорит о возможности уменьшать расход красителя без ухудшения насыщенности цветового тона готового полотна.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что ННТП обработка сурового хлопчатобумажного трикотажного полотна перед крашением с использованием в качестве плазмообразующего газа кислорода позволяет исключить предварительную отварку сурового полотна при крашении в темные цвета и снизить расход красителя на 30-40% с сохранением цветовых характеристик.

Таблица 1 - Результаты крашения сурового хлопчатобумажного трикотажного полотна с разной концентрацией активного красителя марки «Ремазоль желтый КК»

Предварительная плазменная обработка* Начальная концентрация красителя в ванне, г/л Конечная концентрация красителя в ванне, г/л Цветовые характеристики

Светлота окраски L Насыщенность С Цветовой тон h

- 1 0,5 71,01 80,66 68,30

+ 0,3 70,66 80,99 68,54

- 2 1,7 70,54 76,23 69,70

+ 1,1 69,09 81,48 68,58

- 3 2,1 71,11 80,97 68,17

+ 1,0 67,18 88,24 66,29

*Плазмообразующий газ - кислород, Р=26,6Па, G=0,04 г/с, Шр=1,5кВт, 1=5мин.

Следующий этап исследований заключался в выявлении эффективности совмещения плазменной и антимикробной обработки текстильных материалов, а именно хлопчатобумажных трикотажных полотен бельевого ассортимента. Плазмобработан-ные образцы пропитывали растворами препаратов, обладающих антимикробными свойствами, промывали в проточной теплой воде и после высушивания при комнатной температуре определяли их бактерицидные свойства. В качестве тест-культуры использовали почвенные грамположительные спорообразующие бактерии Bacillus cereus штамм IP 5832 (ATCC 14893). Результаты экспериментов представлены в табл 2.

Таблица 2 - Исследование чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах

Антимикробный Зона задержки роста, мм

препарат с ННТП обработкой без ННТП обработки

Эритромицин 6 4, граница нечеткая

Хлоргексидин 3 3, граница нечеткая

Салициловая кислота 2 0

АгБион -2 (коллоидный раствор наночастиц серебра) 4 1, граница нечеткая

Во всех вариантах обработки наблюдается увеличение антимикробной активности препаратов. Повышение капиллярности текстильного материала после ННПТ обработки за счет модификации поверхности хлопковых волокон, что является одной из причин глубокого проникновения и закрепления бактерицидных препаратов в структуре волокна и, как следствие, более яркого проявления их антимикробного эффекта.

Выводы

Плазменная обработка является эффективным инструментом модификации хлопкового волокна. Использование ННТП обработки позволяет:

1. Увеличить выбираемость красителя из красильной ванны на 25-60%;

2. Уменьшать начальную концентрацию красителя в ванне на 30 - 40% без ухудшения цветовых показателей готового полотна;

3. Исключить предварительную отварку трикотажного полотна при крашении в темные тона;

4. Увеличить эффективность антимикробных препаратов.

Разработка и освоение прогрессивных технологий, таких как плазменная обработка и внедрение ее в технологический процесс, позволит получать тек-

стильные материалы с требуемыми технологическими, эксплуатационными и гигиеническими свойствами.

Литература

1. Садова, С.Ф. Использование НТП в отделке шерстяных материалов. Энциклопедия НТП, серия Б, ТХ1-5, М.: Янус-К, - 2006. - 538с.

2. Абдуллин И.Ш., Азанова А.А., НуруллинаГ.Н., Никитина А.А. Влияние концентрации красителя на цветовые характеристики хлопчатобумажного трикотажного полотна после крашения активным красителем марки «Ре-мазоль желтый ЯЯ» // Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. - Т.14, №5. - С.267-268.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., проректор КНИТУ; А. А. Азанов - канд. техн. наук, доц. каф. МТ КНИТУ, azanovlar@rambler.ru; Е. Н. Семенова - канд. техн. наук., асс. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ Я. В. Ившин - д-р хим. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ.