Разработка низкотемпературного способа художественной росписи тканей и белковых волокон

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

.

Необходимость решения проблем по возражению российского текстиля в условиях рыночной экономики, обострения конкурентной борьбы за потребителя, активного проникновения на российский рынок текстильных изделий зарубежного производства обуславливает актуальность создания изделий повышенного качества, индивидуального авторского исполнения с красивым художественно-колористическим оформлением. В современных условиях существует ориентация на развитие небольших универсальных текстильно-отделочных производств, фирм, участков, художественных мастерских, которые способны оперативно перестраивать технологии и создавать подобные изделия, обладающие высокой конкурентоспособностью и потребительским спросом.

В этом отношении значительный интерес представляет художественная роспись дорогих шелковых и тонких шерстяных тканей в технике холодного и горячего батика. Эта известная техника характеризуется практически неограниченными возможностями для проявления творческой фантазии художника-дизайнера текстиля и дает возможность создавать красивые штучные изделия (платки, шарфы, палантины, галстуки и др.), которые, несмотря на достаточно высокую стоимость, охотно приобретаются для украшения костюмов, интерьеров.

Наиболее часто в практике росписи тканей используется техника холодного батика, в соответствии с которой на ткань ручным (с помощью специальной стеклянной трубочки) или машинным (с помощью шаблона) способами наносится резервный водонерастворимый и водонепроницаемый состав, формирующий контур рисунка, а затем, после его фиксации при невысокой температуре, ткань расписывается красящей о композицией, содержащей краситель (активный, кислотный, кислотный метал-локомплексный и др.) и текстильно-вспомогательные вещества. При этом, как правило, требуется исключить проникновение красящей композиции за пределы, ограниченные контуром рисунка (за исключением накладных полихроматических эффектов). Еще одним важным требованием при рос-писи тканей является обеспечение быстрого и равномерного рас-пространения красящей композиции по поверхности ткани с образованием ярких прочных окрасок после операции ее запаривания и промывки.

При классическом исполнении росписи в технике холодного батика эти требования выполняются за счет использования резервного состава на основе раствора резинового клея (с добавками воскообразных гидрофо-бизирующих веществ) в бензине и за счет введения в красящую композицию полярных органических веществ (этанол, ацетон, бутилацетат и др.) Практическое использование таких составов и композиций создает ряд серьезных затруднений, как на стадии их приготовления (варка резерва), так и в процессе росписи тканей. Наличие взрыво-, пожароопасных и токсичных органических растворителей (ОР) и других вредных веществ, повышает пожароопасность, создает вредные условия труда и, в ряде случаев, снижает качество художественно-колористического оформления тканей (образование ореолов, падение механической прочности волокна). Подобные негативные случаи неоднократно отмечались в практике работы АО ПТГО «Север» (С-Петербург) и художественных мастерских. При запарном способе фиксации красителей наличие указанных веществ требует наличия мощной вытяжной вентиляции, без которой происходит загрязнение атмосферы производственных помещений.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

В связи с вышеизложенным целью диссертационной работы явилось усовершенствование технологии художественной росписи тканей из о белковых волокон в технике холодного батика с созданием резервного состава на водной (безбензиновой) основе и красящей композиции, не содержащей органических растворителей (с введением поверхностно-активных веществ (ПАВ)).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов заключается в:

1) теоретическом обосновании и доказательстве возможности проведения низкотемпературного процесса художественной росписи тканей из белковых волокон в технике холодного батика без использования органических растворителей;

2) создание водной красящей композиции на основе красителей и ПАВ (без ОР), обладающей высокой смачивающей способностью и скоростью накрашивания белкового субстрата с получением интенсивных, прочных окрасок при низкотемпературной росписи тканей;

3) выявлении особенностей фиксации красителей в условиях разработанного низкотемпературного способа росписи тканей из белковых волокон;

4) обоснование и разработка безбензинового резервного состава для нанесения контуров рисунка в процессе росписи тканей с объяснением механизма его непроницаемости для водной красящей композиции;

5) формулировке оптимальных условий проведения разработанного способа росписи тканей при ручном и машинном способах формирования композиционных рисунков.

Научная новизна полученных результатов в заявке на изобретение № 971 133 312/20 от 16.07.97 г.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.

Практическая значимость проведенных результатов исследований состоит в совершенствовании способа художественной росписи тканей в технике холодного батика, лишенного недостатков, связанных с традиционным использованием в данном процессе (ОР).

Исходя из известных требований к технологии батицирования тканей, разработаны рецептуры красящих композиций, содержащих вместо органических веществ эффективные ПАВ с высокой смачивающей и солюбилизирующей способностью. Оптимизированы режимы фиксации красителей на шелковых и шерстяных тканях после их росписи указанными композициями. Разработаны режимы приготовления и применения безбензиновых резервных составов при их нанесении на ткани ручным и машинным (фотофильмпечать) способами. При этом полностью исключена вероятность возникновения опасных ситуаций, связанных с использованием пожароопасных и токсичных компонентов (бензин, уайт-спирит, воски, парафин, вазелин и др.).

Созданы оптимальные режимы фиксации резервного состава при пониженных температурах и окрасок тканей после росписи в технике холодного батицирования.

Диссертационная работа выполнена по заказу АО ПТГО «Север» и ее результаты, проверенные на данном предприятии и в художественных мастерских профессиональных художников по тканям, подтвердили возможность упрощения процессов приготовления растворов и красок для батицирования, улучшения качества художественно-колористического оформления тканей и изделий (платки, шарфы, палантины, галстуки, занавеси, флаги и др.) при значительном улучшении условий труда (см. акты испытаний и отзывы).

Результаты работы и изделия, созданные по разработанному способу демонстрировались на II Конгрессе Российских химиков-текстильщиков и колористов (Иваново, 1996 г), где отмечены специальной грамотой Оргкомитета.

Результаты диссертационной работы широко использованы при обучении студентов кафедры «Химическая технология волокнистых материалов» СПГУТД по специальности: «Художественное проектирование изделий текстильной и легкой промышленности» .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертационной работы доложены:

1) на II Конгрессе РСХТК, Иваново, сентябрь 1996 -.

2) на Международной научно-технической конференции «Химия-97», Иваново, сентябрь 1997 г;

3) на Международной научно-технической конференции «Прогресс-97», Иваново, октябрь 1997 г;

4) на научно-технических конференциях студентов и молодых ученых СПГУТД в 1996 — 1998 гг.;

5) на заседаниях кафедры «Химическая технология волокнистых материалов» СПГУТД в 1996 — 1998 гг.;

6) представлен доклад на Всероссийскую научно-техническую конференцию «Дизайн в России: проблемы теории и практики» (С-Петербург, декабрь 1998 г.).

По теме диссертационного исследования опубликовано 7 научных работ.

ВЫВОДЫ К РАБОТЕ.

1) Проведено совершенствование процесса художественной росписи тканей из белковых волокно в технике холодного батика с разработкой красящих композиций и резервных составов, исключающих применение токсичных, взрывои пожароопасных органических растворителей;

2) Исследованы свойства красящих композиций на основе красителей различных классов. Установлено, что использование вместо этанола сульфосида-61 (0,75 — 1,5 г/л) способствует лучшей дезагрегации красителей, повышению скорости накрашивания тканей, интенсивности, прочности и ровноты окрасок;

3) Показано, что при использовании дихлотриазиновых и винил-сульфоновых красителей степень их ковалентной фиксации на белковых субстратах возрастает на 5−7%. Исследование кинетики гидролиза указанных красителей позволило установить допустимый срок хранения красящих композиций (2−5 суток в зависимости от марки красителя). Отмечено, что данное ограничение не распространяется на другие классы красителей (прямые, кислотные, кислотные металлокомплексные);

4) Оптимизированы процессы фиксации красителей и промывки после их росписи. Для активных красителей рекомендован режим фиксации теплым воздухом (40- 60°С), для остальных красителей — режим традиционного запаривания под давлением (102 — 105°С) в течение 30- 40 мин. Лучшие результаты при промывке тканей получены при интенсивном циркуляционном воздействии моющего раствора, при 70 — 80 °C в течение 20−30 мин. в присутствии сульфосида-61 (0,5 — 1,5 г/л) или других ПАВ и CMC с высоким моющим эффектом;

5) Обоснована целесообразность разработки рецептур водных составов для нанесения контурных линий рисунка ручным и машинным У способами с целью замены существующих резервов на основе растворов резинового клея в бензине (уайт-спирите);

6) Теоретически обоснован и экспериментально осуществлен выбор компонентов водного резервного состава на основе загустителя, предконденсата термореактивной смолы, латекса, гидрофобизатора, катализатора и красящего пигмента. Методом математического планирования эксперимента оптимизировано количественное соотношение компонентов в данном составе, обеспечивающее при росписи тканей непроницаемость контурных линий рисунка;

7) Изучены реологические свойства резервных составов. Показано, что водные резервы имеют лучшие показатели вязкости, степени тиксо-тропного восстановления и динамической устойчивости структуры по сравнению с бензиновой композицией. Оптимизированы значения вязкости составов при нанесении на ткань ручным и машинным способами. Установлено, что при длительном хранении они снижают вязкость вследствие неустойчивой многокомпонентной системы;

8) Определены показатели адгезии резервных контурных составов к тканям из белковых волокон. Путем анализа данных ИК-спектроскопии установлен механизм взаимодействия его компонентов между собой и с функциональными группами волокнистого субстрата. Дано объяснение водонепроницаемости контурных линий рисунка и высокой адгезии состава, исходя из возможности образования химических и водородных связей между реакционными группами компонентов рассматриваемой системы. Предложена схема указанных взаимодействий;

9) Произведена оценка качества художественной росписи шелковых и шерстяных тканей в технике холодного батика при использовании разработанных водных красящих композиций и резервных составов. Показана возможность получения интенсивных, ровных и прочных.

Чс окрасок, с исключением случаев проницаемости контура рисунка и образования ореолов, отмечено снижение жесткости расписанных тканей;

10) На АО ПТГО «Север» (С-Петербург) и АО «Лентрейд» (С-Петербург) проведены испытания разработанного способа художественной росписи тканей, подтверждена возможность получения высокого качества колористического оформления изделий при снижении стоимости химматериалов, упрощении технологического процесса, улучшения условий труда и снижение взрывои пожароопасных ситуаций в процессе приготовления и применения водных красящих композиций и резервных составов в художественных мастерских и предприятиях соответствующего профиля.

Ч.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО ЛИТЕРАТУРНО-АНАЛИТИЧЕСКОМУ ОБЗОРУ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На основании анализа литературных сведений выявлено, что процесс художественной росписи тканей в технике батика является одним из оригинальных и красивых способов колористического оформления и дизайна текстильных изделий. Его достоинства состоят в возможности получения прекрасных композиций, орнаментов и рисунков на ткани с нетрадиционными колористическими эффектами, переходными цветовыми областями и реализации неограниченных творческих замыслов автора создаваемого изделия. К сожалению, техника холодного батика предполагает использование токсичных, взрывои пожароопасных органических растворителей, которые создают ряд существенных затруднений при ее реализации. В состав красящих композиций традиционно входит этиловый спирт, что тоже вызывает неудобства в практической работе художников-дизайнеров. Переход к водным композициям и резервным составам поможет решить эти проблемы, значительно улучшить как качество росписи тканей, так и условия труда разрисовщиков текстиля.

Анализ литературной информации показывает также, что решение данной задачи требует всестороннего изучения свойств красящих растворов и резервных составов, предназначенных для нанесения контуров рисунка. Необходима оценка особенностей их поведения в процессе батицирования, оптимизация всех стадий этого процесса и прогнозирование перспективности разработанного способа с технологической, экономической и экологической точек зрения. о.

В соответствии с этим экспериментальная часть работы включает следующие основные направления:

1) исследование и улучшение свойств красящих композиций путем замены органических растворителей эффективными ПАВ с выраженными поверхностно-активными свойствами;

2) изучение возможности интенсификации росписи тканей из белковых волокон при применении различных классов красящих веществ;

3) оценка особенностей использования активных красителей для росписи шерстяных и шелковых тканей с оптимизацией процессов их тепловой фиксации и промывки;

4) теоретическое обоснование, подбор компонентов и оценка результатов применения водного резервного состава, предназначенного для формирования контура рисунка на ткани в технике холодного батика;

5) исследование реологических свойств и адгезионных характеристик предлагаемых резервных составов с выяснением механизма их водонепроницаемости и взаимодействия с белковым субстратом;

6) оценка качественных показателей разработанного способа художественной росписи тканей;

7) проведение испытания разработанной технологии с оценкой ее технико-экономических преимуществ и степени улучшения условий труда при проведении процесса батицирования и росписи тканей.

Решение указанных задач позволит усовершенствовать технологию традиционной батиковой росписи тканей, упростить технологический процесс, сделать его безвредным и безопасным с обеспечением высокого качества художественно-колористического оформления многих видов текстильНо-галантерейных и особо модных изделий.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Характеристика используемых тканей.

Ткани из шелковых волокон вырабатываются преимущественно полотняным переплетений из очень тонких нитей шелка-сырца линейной плотности 1,5 — 2,3 текс, из крученого натурального шелка. Для выработки креповых тканей из натурального шелка используется шелк-креп, придающий тканям мелкоузорчатую поверхность.

2.1.1 Крепдешин.

Ткань из натурального шелка, артикул ЗД 5 ЖГ, ГОСТ 202 723– — 84. Ширина 95 см, плотность 55 — 60 г/м. Крепдешин относится к креповой группе тканей, это непрозрачная ткань с мелкозернистой поверхностью и холодным блеском. Креповый эффект создается чередованием в утке крепа правой и левой крутки, в основе используется шелк-сырец.

2.1.2 Эксельсиор

Прозрачная ткань из натурального шелка полотняного переплетения, 2 артикул ЗД12 ЖГ, ширина 95 ± 1,5, плотность 25 — 35 г/м .

2.1.3 Шерстяная платочная ткань.

Шерстяная платочная ткань: артикул В5 Д4, ширина полотна 150 см, линейная плотность 403 г/м. Состав: шерсть 95%, полиамид 5%. Ткань полотняного переплетения, линейная плотность пряжи 31×2 текс.

2.2 Характеристика органических растворителей (ОР).

2.2.1 Ацетон.

Ацетон (СзНбО) — прозрачная жидкость с резким специфическим запахом. Ткип= 56,24°С, Тгаав= -95,35°С, диэлектрическая проницаемость Е=21 Д (дебай). Ацетон хорошо смешивается с водой, спиртом, бензином и другими органическими растворителями. Ацетон огнеопасен, температура воспламенения 20 °C, ацетон малотоксичен, предельно допустимая концентрация паров в воздухе 0,2 мг/л /56/. Технический ацетон соответствует ГОСТ 2768– — 44.

2.2.2 Этиловый спирт (этанол).

Этиловый спирт (С2Н5ОН) — представляет собой бесцветную прозрачную, легко подвижную жидкость с характерным запахом, смешивается с водой в любых соотношениях. Ткип= 78,39°С. Тпл= -114,15°С. Этиловый спирт относится к протонным растворителям. Диэлектрическая проницаемость Е = 24,5 Д. Протонные растворители содержат относительно подвижные протоны, например протоны, связанные с кислородом. Этиловый спирт огнеопасен, температура вспышки в открытой емкости.

16,1°С. Предельно допустимая концентрация паров этилового спирта в воздухе 1,0 мг/л /56/. Этанол соответствует ГОСТ 5962– — 67.

2.2.3 Уайт-спирит.

Уайт-спирит (бензин-растворитель) — смесь жидких углеводородов, с температурой кипения 165 — 200 °C (98%). Уайт-спирит характеризуется.

20 следующими основными данными: 64 0,796, летучесть 3 — 4,5 (по ксилолу), содержание ароматических углеводородов не более 16%, серы не более 0,025%, температура вспышки не ниже 33 °C (в закрытой тигле) /57/.

2.3 Характеристика текстильно-вспомогательных веществ (ТВВ).

2.3.1 Метаупон (олеилкарбамоилметилтауринат натрия).

С17НззС0-М-СН2СН2−80зМа СН3.

Поверхностно-активное вещество (ПАВ) анионоактивного типа, получаемое путем конденсации жирных кислот (хлорида олеиновой кислоты) и натриевой соли метилтаурина. Обладает смачивающей и диспергирующей способностью. Выпускается в виде пасты белого цвета, содержащей 50% активного вещества. Метаупон легко растворим в воде. Водные растворы обладают слабощелочной реакцией. Устойчив в жесткой воде, а также в кислых и щелочных растворах /58/. ои.

2.3.2 ОП-Ю.

0-(-СН2-СН20-)9-СН2-СН2−0Н.

ОП-Ю — поверхностно-активное вещество неионогенного типа. Содержание основного вещества 100, рН водного раствора (10 г/л) 6−8, %, влажность 0,5% /58/. Свойства: маслообразная паста от светло-желтого до коричневого цвета. Хорошо растворяется в мягкой и жесткой воде, этаноле, высаливаются из растворов щелочи при концентрации выше 8−10%. Смачивающая способность 66 сек при 0,1 г/л, 22 сек при 0,5 г/л, 15 сек при 1,0 г/л /59/. Соответствует ГОСТ 8433–57.

Применяется в качестве эмульгатора, смачивателя, является компонентом моющих и обезжиривающих композиций, не подлежит к сбросу в водоемы, вследствие трудной биологической расщепляемости.

2.3.3 Сульфосид- 61.

Композиция анионактивного и неионогенного ПАВ с добавкой пеногасителя. Малопенящееся смачивающее средство для промывки, расшлихтовки, отварки, беления, крашения, мыловки после крашения и печатания тканей. Препарат не оказывает раздражающего воздействия на кожу, не обладает способностью к аккумуляции и сенсибилизирующим действием, является биологически мягким продуктом /60/.

2.3.4 Выравниватель, А [0-(-CH2CH20-)n.1-CH2CH2−0-CH2-N-(-C2H5)2]+C6H5S03″ .

I I.

A]kjQ^> СНз.

Alk где n=10, Alk — в основном C8Hi7, а Alki= Alk или Н /56/. Соответсвует ГОСТ 9600–61.

ПАВ катионоактивного типа. Является четвертичной аммониевой солью диэтиламинометильного производного полиэтиленгликолевого эфира изооктилфенола. По внешнему виду — вязкая темноокрашенная, легкоплавкая масса (рН= 4 — 6). По биологической расщепляемости относится к третьей группе /59/.

2.3.5 Алкамон ОС-2.

ПАВ катионактивного типа, представляет собой смесь четвертичых аммониевых солей высокомолекулярных соединений жирного ряда. Препарат имеет следующую структуру:

CnH2n+1(0C2H4)20CH2N (C2H5)2]+C6H5S03.

СНз где п=16 — 18.

По внешнему виду алкамон ОС-2 представляет собой вязкую массу желтовато-коричневого цвета, растворяется в горячей (70° - 80°С) воде с образованием мутных растворов. Азотосодержащих веществ в пересчете на азот 2,0 — 2,6%, pH 0,5% раствора 3,5 — 5,0. Алкамон ОС-2 устойчив в о* жесткой воде, к солям различных металлов (хлорид натрия, сульфат меди, сульфат аммония, при кипячении в слабокислых и слабощелочных растворах. Совмещается с карбомолом, метазином, гликазином, карбомолом ЦЭМ. Не совмещается с анионоактивными препаратами, оптическими отбеливателями /58/. Выпускается по ГОСТ 10 106–62.

2.3.6 Лудигол.

N02.

Лудигол является натриевой солью метанитросульфокислоты бензола, слабый окислитель и предохраняет активный краситель от восстановительного действия. Представляет собой сухое вещество в виде порошка или крупных частиц светло-желтого цвета /58/.

2.3.7 Бикарбонат натрия.

Бикарбонат натрия ЫаНСОз — представляет собой кристаллический порошок белого цвета, хорошо растворяется в воде. При взаимодействии с кислотами, выделяет углекислоту, при нагревании разлагается с выделением углекислоты и образованием углекислого натрия. Применяется для приготовления красок из активных красителей для создания слабощелочной среды /19/.

2.3.8 Хлорид натрия.

Хлорид натрия (NaCl) — кристаллы белого цвета, хорошо растворимы в воде, глицерине и метиловом спирте. Тдл = 800 °C. Применяется в качестве нейтрального электролита при крашении прямыми, кислотными и сернистыми красителями /57/. Соответствует ГОСТ 153– — 57.

2.3.9 Мочевина.

NH2-C-NH2.

II О.

По внешнему виду — белые кристаллы. Хорошо растворима в воде. Мочевина, являясь гидротропным веществом, способствует растворению красителя, сохранению влаги и увлажнению напечатанных участков ткани в паровом зрельнике. Соответствует ГОСТ 2081– — 82.

2.3.10 Катализаторы.

Хлорид аммония (NH4CI) — белый кристаллический порошок, хорошо растворим в воде. Применяется как катализатор при работе с пред-конденсатами термореактивных смол /19/. Соответствует ГОСТ 2210–73.

Хлорид магния (MgCl2 х 6Н20) — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Выпускается по ГОСТ 775– — 55.

2.3.11 Гликазин.

Гликазин представляет собой этиленгликолевый эфир продукта конденсации меламина с формальдегидомбесцветная или слегка окрашенная вязкая жидкость, хорошо растворимая в воде. Является отделочным препаратом и рекомендуется для упрочнения окрасок и получения несмываемого аппрета на текстильных материалах. Растворы гликазина имеют слабощелочную реакцию (рН= 8−9). Препарат содержит свободного формальдегида до 2,5%, азотсодержащих веществ в пересчете на азот-10,5−12% /59/.

Гликазин хорошо совмещается с рядом отделочных препаратов: карбомолом, карбомолом ЦЭМ, а также с поливиниловым спиртом, полиэтиленовой эмульсией и другими. В качестве катализатора применяют карбоновые кислоты и соли сильных неорганических кислот, например, хлористый аммоний. Выпускается по ГОСТ 10 457– — 73.

2.3.12 Карбомол ЦЭМ.

Карбомол ЦЭМ выпускается в виде 50%-ной вязкой жидкости. Является 1Ч, 1Г-ди (гидроксиметильным) производным имидазолидинона, обладает высокой активностью в реакциях с функциональными группами волокна и мало склонен к смолообразованию. Карбомол ЦЭМ хорошо растворим в теплой воде /61/. Соответствует ТУ 6 — 14 — 955 — 77.

2.3.13 Метазин.

Продукт метилирования метилолмеламина, получаемый в результате оэтерификации по метилольным группам, содержащий простые эфирные группировки =-С-1ЧНСН2ОСНз. Бесцветная или слегка окрашенная в желтоватый цвет вязкая масса или сиропообразная жидкость. Хорошо растворяется в воде, рН 7,25 — 8. Содержание азотосодержащих веществ в пересчете на азот 15 — 18% /58/. Совмещается с другими отделочными препаратами анионного, катионного и неионогенного типов. Соответствует ГОСТ 9255– — 78.

2.3.14 АламинС.

Аламин С — продукт конденсации метилолмеламина с оксиметилстеариламидом. Представляет собой воскообразные чешуйки от светло-желтого до желтого цвета со слабым ароматическим запахом. Препарат растворяется во многих органических растворителях, используются водные дисперсии, приготовленные с применением уксусной кислоты. Применяется для водоотталкивающей и смягчающей отделки тканей /42/.

2.3.15 Препарат 136−41 (ГКЖ-94).

Препарат 136−41 — олигоэтилгидросилоксан, структурная формула которого:

С2Н5 С2Н5 С2Н5 НзСг^-О-^-О-Ь-^-СгНз п=9 — 14 Н Н Н.

Препарат 136−41 — немного вязкое бесцветное масло с плотностью 0,995 — 1,003, рН не менее 6, вязкость при 20 °C 45 — 200 сСт. Легко растворим в органических растворителях (бензол, уайт-спирит, трии перхлорэтилен и др.). Не растворяется в низших спиртах и воде, однако в последней может быть эмульгирован. Препарат 136−41 содержит 1,3 — 1,42% активного водорода /51/. Соответствует ГОСТ 10 834– — 64.

2.3.16. Синтетические латексы.