CC BY
12УДК 677.027.513.2
М< Уклебя, Ё. Вуадзе, М* Шарябидзс
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ
В РОЛИ ЗАГУСТИТЕЛЕЙ
(Куга нее кий государственный университет им. Ак. Церетели, Грузия)
Целью представленпой работы является исследование возможности применения природного минерального н о л им ера-бе нт они т а и роли загустителя печатных красок. Для выбора наилучшего по свойствам бентонита исследование их свойств проводилось на нескольких разно в и дност ях. В результате сравнительного анализа был подобран $а-густит ель,, который наиболее эффективно обеспечивает такие необходимые для печатных красок и загустителей свойства как ти к сот ро п н ост ь, тягучесть, вязкость.
Загуститель и печатная краска на ее основе оказывают весьма существенное влияние на переход печатной краски на текстильный материал и распределение в нем на стадии собственно печатания и фиксации красителя на стадии тепловой обработки напечатанной ткани.
Большое влияние на качество печати оказывают деформационные (реологические) свойства печатной краски и способность загустителя взаимодействовать (или не взаимодействовать) с красителями, входящими в состав краски.
Деформационные свойства печатных красок характеризуются комплексом упруго- вязких показателей, описывающих различные виды их деформационного поведения. Наибольшее распространение на практике в качестве характеристик деформационного поведения печатных красок получили: сдвиговая вязкость и «тягучесть», являющаяся технической характеристикой продольного течения, описывающего продольную вязкость. Деформационные свойства красок оказывают решающее влияние на качество печати. Из вышесказанного видно, что роль загустителей во всех стадиях печатания текстильных материалов чрезвычайно велика, поэтому подбору этих веществ уделено большое внимание.
Здесь же хотим отметить, что, выбирая ш-I усппе.л». надо учесть, что его стоимость является одной ит главных характеристик при выборе, но безусловно этот вопрос должен быть рассмотрен только в комплексе с другими факторами, определяющими экономичность технологии печати.
Учтя все вышесказанное, мы попытались в данной работе предложить в роди загустителя природный минеральный полимер, являющийся недефнцитным, легкодоступным, экологически чистым и дешевым продуктом. Это одна из разно-видноетен оентоннта из группы монтмориллони-та, который в большом количестве находится на территории Грузии и не только. Идея применения
ног о природного полимера в печати текстильных материалов весьма реальна, lion роса ми применения бентонитов на различных стадиях технологий отделочного производства уже несколько десятилетни занимаются, и довольно успешно, сотрудники Кутаисского государственного университета им, Ак> Церетели под руководством дл лг, профессора IL Вуадзе (1), Ими разработаны новые ■технологии с применением бентонитов, в частно-стп по утяжелению тканей из натурального шелка (2), по отварке шелка (3), промывке шерсти (4), размотке коконов (5), крашению (6) и т. д /Гак что вполне естественно, что встал вопрос о возможности применения бентонитов в процессе печатания в роли загустителей, заменяя при этом если не полностью* то хотя бы частично, дорогостоящие н м г гортн ые за гуетител и.
Как было с кала но выше, бентониты иод своим названием объединяют целый ряд разновидностей, которые отличаются друг от друга своим химическим составом, структурой и свойствами „ Предлагаемая нами разновидность, с целью применения ее в роли загустителей, еще не применялась.
Перед чем как предложить какой-нибудь конкретный природный полимер мы изучили несколько их разновидностей, в частности Озургет-екнй (Груши), Курцевский, Огланглинский П ур^меннстан) и каолинит> Были изучены такие свойства, которые необходимы для загустителей -л о набухасмость , тиксотропиость и вязкоеть.
Набухание - одна из наиболее важных коллоидно-химических характеристик бентонитов, непосредственно он ре дед я кншш их поведение и технологических процессах.
Пропесс набухания бентонитов связан с их минералогическим и химическим составом, структурой, емкостью обмена и природой обменного катиона.
В табл. 1 даны показатели набухаемоети полимеров, насыщенных различными неорганическими катионами, а на рис Л - кинетика набухаемоети,
Таблица I
Н&Йухаемшгть в воле (см3) 2 г полимера, насыщенного неорганическими катионами Table / Water swelling capacity (cm 3) of 2 g polymer saturated by inorganic cations
'нын шь I _cpa
I10i!I!£llllHliJ 1 Ca^' TI I
тете кий 1 24,0 32,0 J 6,1
гтевскии I _[ 2H.4 1 5,6 14,0 [ 7,4
ланпшнекни | ?J!ML_ J^^ ^ ¡7,2
Каолинит I З»1) 1 5.6 1 4.01 3.4
Полимерный минерал Н<\ - формы в воде увеличивается в объеме в 15-17 раз, в то время как Н форма почти не увеличивается в объеме.
т.мн
а наОухания минералов в воде, г-зскангсль, курнскскос, Зчнтшишвсше, 4 «каолинит, ¡^природная форш, б) натрнсЕШ ф с lies of mineral swcllii 3- og1aiigfmiskoiL\ kaolm,T| nalura dium form
in waier I - askam*v«,
Как видно из полученных данных* самой лучшей набухаемостыо характеризуются бентониты Ыа' - формы. Для того чтобы бентониты других форм хотя бы приблизительно имели бы такую набухаемоеть как Ыа - форма, их надо предварительно обогатить натриевыми катионами, а это уже экономически невыгодно.
После набухаемоети для загустителей большое значение имеет тиксотроипость и вязкость. Само слово «загуститель» уже указывает на то, что суспензия должна быть густая, но полученная масса должна быть тикеотрош-юй.
Вязкость печатной краски, точнее сказать упругоэластическнс свойства, определяет ее количество, нанесенное на текстильный материал, и характер ее распределения по толще текстильного материала, и в конечном счете и такие параметры качества печати, как яркость, интенсивность окраски па лицевой н изнаночной сторонах.
Изучение коагуляционно-тиксозропных систем сводится к одной основной задаче определению механизма образования пространственного структурного каркаса и это исследование должно произойти после образования и разрушения угон системы. Полимеры натриевой формы образуют предельно развитые диффузные слои наибольшем толщины, а значит и тиксотропно коагуляцпоннме структуры. (V -формы не образуют диффузных слоев нонов, а поэтому не обнаруживают иептнзапнн частиц и обусловливают компактную коагуляцию через тончайшие прослойки воды.
Натриевые формы при минимальном содержании твердой фазы образуют с водой устойчивые суспензии. Вязкость среды, как известно, оказывает существенное влияние на ее стабилизирующую способность. Данные табл. 2 и рис. 2 показывают; что вязкость разбавленных суспензий полимера быстро возрастает с увеличением твердой фазы. Гак, с повышением концентрации от \ до 5% вязкость увеличивается для натриевой формы Озургетского месторождения более чем в 40 раз, а при концентрации 6% н выше измерять вязкость невозможно, тж. суспензии быстро загустевают и становятся нетекучнми.
Таблица 2
Зависимость вязкости (сГЬ) от концентрации (1-6%) водных суспензий Na* форм полимеров
ТаЫе 2 Viscosity / concentration (1-6%) depend-encejofn'ater of Nil* polymer forms
Xs I I ¡азванне l_ Кон центра ни я,% минерала 11(2 Тз 1415
Оп ргетский 2J) 3,6 7,5 27,0 80,0 Пе течет
...... ,, ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■^ & f^YnfmmYnmrn. j .................А......г....................§ - - - • —......i ■ г 11 г t ш г
2 | KvpiiCBCKisfi 2.0 3,0 5.6 18.0 55.0 I le течет
3 Огланглннскнй! 2,0 f 25 I 4.5 14Д) 143.0¡Истечет
lit
с,2, Зависимость тжост or кшше&иршши но л шерп.
I oiypí егшийЛ- куриаижнй 3-оглаш лингскии, 2, Viscosity dependence on polymer concentration. 1 - охи gciskyí, 2 - fcumevskyí, 3 - ogluoglimskyj
Наряду с определением тнксогропных
свойств глинистых суспензий мы решили выяснить при какой концентрации получаются суспензии с одинаковыми структурно-механическими свойствами. За исходное предельное статистическое напряжение сдвига приняли величину, получающуюся с 7%-ной суспензией Na формы (р -144,69 мг/с\Г) (табл.3) монтмориллонита в сравнении с каолинитом.
Таблица 3
Влияние природы, формы и концентрации глинисто! о минерала на предельное статическое напряжение сдвига Table 3 Effect of nature, form and concentration of ar-liiUic mineral on the maximum static shear stress
¡аимеио »анис юлимеоа
Монтмо миллими г
■^м'и - ftf IK " M^aiÉÉÉÉÉÉMÉÉÉÉM
аолимит
Анализ табл, 3 показывает, что структурно-механические свойства глинистых минералов зависят от формы полимера и его природы. Замечательная способность нона натрия вызывает интенсивное диспергирование частиц, наиболее отчетливо обнаруживается в дисперсиях монтмориллонитов, что подтверждается данными определения структурно-механических и тнксотропных свойств (pite, 3), В других формах полимера это влияние выражено значительно меньше. Као~ лннитовые суспензии вообще не обладают тнксо-тронными свойствами.
'ЛИФС
fSS
1
w
П5 н5
т т
■^■ÉÉÉÉÉÉÉÉÉÉtÉÉÉlÉÉÜ
fÓ
fi
Г.
РисЗЛшшшс природы, формы и кониенгргшни минерала на ншеифшшые свойства суенемши* 1 - Na*- с|к>рш монтмориллонита, 2 - Na" - {(юрма каолинита, 3 - GrJ - монтмориллонита, 4 - CV с|к>рма каолинита. Fig.X Еilcci of ¡miurc, form and mineral тпшшшит an suspension ihixotropic proper!íes. Ь Hit form ofmommonlfomtc, Na' form of caulin, (V form of montmurillunitc, Orf form of caolín*
Суспензии натриевой формы обладают однородностью и агрегативной устойчивостью,
те.чаетнцы тгнх минералов не слипаются в крупные агрегаты, вследствие чего они остаются во взвешенном состоянии в течение многих месяцев и их суспензии можно хранить в течение 2-3- лет, что немаловажно для производства.
Между частицами минерала образуется некоторая весьма слабая связь обусловливающая структуру суспензии, которая в продолжение определенного времени покоя становится прочной, неподвижной етуднеооразнои, принимая полутвердый характер при концентрации 7-10%. Такая система характеризуется свойством обратимости (тнксотроиности) и после механического размешивания вновь принимает первоначальное жидко* текучее состояние,
В отличие от Na*-частиц, частицы Са -форм окружены тонкими водными оболочками, вследствие чего они сливаются в крупные агрегаты. В водной среде кусочки таких форм минерала мало или почти не изменяются в объеме, распадаясь на отдельные довольно крупные агрегаты. Лаже после механического измельчения эти фор-
** /Г*
мы в водной среде о рак шчески не образуют сколько-нибудь однородной стабильной устойчиво II с ус 11 с и з ни. Та к не об pan ¡мыс (по вел и ч и н е сдвига) медленно развивающиеся и медленно спадающие нагрузки деформации характерны не для самых частиц (жестких монокристаллов), а для образованной или пространственной сетки с тонкими прослойками жидкой среды по участкам
контактов. Наличием водных ематочных прослоек объясняется стационарная ползучесть тиксотрон-но упрочненных коагуляциоииых структур в водных суспензиях полимера и области весьма малых напряжении сдвига,
Суспензии Ыа-форм полимера образуют предельно развитые диффузные слои наибольшей толщины, а следовательно, и тнксотрошю-коагуляцией ныс структуры.
Итак, после длительного сравнительного изучения свойств полимеров нами предложен в роли загустителя бентонит Na°-формы Озургет-
ел
с кого месторожде! \ и я, за мечател ьнои особе н но-стью коалиционных структур которого, наряду с пластичностью и гиксотроинеГц являются евоеоб-разные эластические свойства, напоминающие свойства полимеров с гибкими цепями.
Далее нами были изучены реологические
I«
свойства, в частности вязкость н тягучесть печатных красок на основе нового предлагаемого загустителя.
Мы изучили тягучесть нескольких ныне применяемых за1устителей в сравнении с нами предложенным (табл. 4).
Таблица 4
Рез\ л ь I ana т чести загустителей
» * *
Table 4 Results on a thickening agent fluidity
' ft ......ft.» . i • ipHW : ........г.................. rt iV> 4 WKWViVrt IIIIIIIИ МИФИ | ........ifc^Tll.....IK» ff...... i—i ы ¿VASXV.'I^XCI 11 »wiw.
Как видно из таблицы 4, самая «короткая» нить у бентонита.
С увеличением температуры вязкость и текучесть пропорционально изменяются. Тягучесть с повышением температуры сначала возрастает до максимума далее же уменьшается температурный максимум для различных загустителей разных концентраций не находится при одной и той же температуре.
На рис. 4 показана взаимосвязь между концентрацией различных загустителей и их тягучестью.
Для получения печати хорошего качества нужно соблюсти целый ряд условий, к которым относятся подготовка ткани к печати - это качество самой печатной краски ,условия сушки, условии хранения ткани до зрелей и я, условия промывки. Самым важным условием из вышеперечисленных это качество печатной краски. Хотя по вязкости и тягучести можно предсказать поведение
У**
печатной краски в печати, однако для этого необходима оценка ее печатио-техничееких свойств.
В данной работе мы исследовали лишь некоторые показатели печатной краски. В табл. 5 даны результаты исследования печатной краски на основе разных загустителей в сравнении с печатной краской на основе предлагаемого бентонита.
о
о
Рис,4. Кривые текуч сета :шуститслен, I - крахмала. 2 - ма-нуте&еа, 3 - KMIJL 4 траганта, 5 - бслпхжита
:щЛ.. ТЬкксппщ immi ПшсШу. 1 - starch. 2~ ишпшех, KMC,
4*- mi gam, 5- bcmoniic
Таблица S
Показатели характеристики печатной краски Table 5 Characteristics of printing dye
л.....I iVl I iVrt I iVl iVrt I rt I iVlVlMAUAUAU^ iW ' ' " U "«< »< (N J Wtfi 11) rtViVi A-«............... <»«I««UYi iWm>.............................!i ■■ ' .......-,«|Пи(УП((Т»п,Щ(Т|,
I о к i "C; iii I П еми 1 s i 1 K2i!£ *
ouauatttw: 111 m 111111 ¡■x-x-x-x-x-r.'AUfrri'i'iy *i 1.1.1
Обладая тиксотропными свойствами, печатные краски восстанавливают свою структуру, разрушенную механическими воздействиями.
В процессе нанесения на ткань краски периодически подвергаются механическим воздействиям, поэтому представляет интерес графиче-
а./-
екая иллюстрация тиксот ройных свойств в процессе неоднократно повторяющихся циклов раз-рушениелшкоГг Кинетика разрушения и упрочнения систем нами рассматривалась на примере печатной краски, загущенной манутексом н его смесью с бентонитом рис,5,
Кинетические кривые показывают, что восстановительная способность исследуемых систем в конечном счете одинакова и что после трехкратного разрушения они восстанавливают свою структуру на 70% по отношению к первоначальной. Однако бентонит значительно увеличивает скорость деформации печатных красок как в процессе разрушения, так и при восстановлении структуры-
r. IMS'*.
- Ал' ^ • s
[*нс. 5. Ти&шфшшые снойспгз ист нон краски wymcmsoil маиугсксом и бентонитом, 1 - n;t основе тнугекса; 2 - на
основе бснтошпа Fig,5. Thixotropic propcrucsofpriniingdyc ihidkened with
mamttcx (I) and bciiiomie (2),
I.
5,
6.
i
II И 1 E P Л Г У P A
liyane E. f>einoiiнгы в текстильной иромьиплснносги. Hut; Кутаисский тдательекин центр. 2005* I>\atse Е. и л р. Способ утяжеления шпуршнлюго шелка. Ах„ ,Л*?670646. fCCCPj.
livu не Е. и лр« С4 нос об отварки тканей нт пагуралмшго телка. Дх, № 1 ШМ2. (ССТТ). 1> И. 1987, №40. Ьуа.вс К., Кмртпе 'Г. Способ проммнкн шерстяных гкаией А.с, Х-1606557, [СССР), В.и, IW0. №42. Куалзд К*, Джокари^пс 1\ Способ рашоткн тктюв, АЛЛ М 943343. [СССР). Б.М. 1982, № 26. liyu не Е* и л р. Красильный раствор лм крашения тканей ¡зримыми краен геля mil Патент на полетную миделе Si 263 Д06 Р Ш). Вюл, №>7 (16). W7., G la rum S.N. EmerDycsi. Rep, 1434, 23, ! 75: 936, 25, 150 Perry HJC Higginbotham R.S. JSDC, 69, 569. 1953
УДК 542.8
Д,И, Москвичек* А.Л. Москвич»*
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И КИНЕТИКИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ АНАЭРОБНЫХ
ГЕРМЕТИКОЙ МЕТОДОМ ИМПЕДАНС НЬ1Х ИЗМЕРЕНИЙ
(Нижеюродский филиал Института машш-шведения им, А.А.Влагонравова РАН)
E-mail; amoskvichcvfr^mts-nn.ru
Покаита применимость метода импедаисных измерении для исследования свойств и кинетики полимеризации анаэробных герме тиков. Предложена новая эквивалентная электрическая схема, описывающая диэлектрические свойства полимеров без использования эмпирических уравнений. На ее основе предложено рассматривать полимер как динимическут систему, в которой протекает обратимый гомогенный химический процесс перехода макромолекул из некоторой стационарной изомерной структуры в состояние с повышенной энергетикой, приводящее к образованию изомеров с новыми свойствами.
Анаэробные герметизирующие композиции на основе метакршювых однгомеров применяются в машшкютроевни для фиксации и герметизации болтовых, цилиндрических и фланцевых соединений, т.е. они полимер!вуются в узком (не более ОД - 0,5 мм) зазоре между двумя, обычно металлическими, поверхностями. 11апрямую исследовать полимер и кинетику его формирования в таких условиях классическими оптическими и калориметрическими методами невозможно, 11о-тгому решили апробировать для таких условии модифицированный нами метод днэлектрнческон спектроскопии.
Исходные метакриловыс олигомеры и полимеры, формируемые в ходе их анаэробной по» лнмсризацни. содержат в своей структуре функциональные группы, обладающие собственным дипольным моментом (ОН, СО, СП% и т.д.)- При такс и структуре набл юдаетея завис 11 мость ди -польно групповой, сегментарной и обшей подвижности молекул в жидкой олигомерной композиции и в конечном полимере от температуры и интенсивности внешнего -электрического поля [!, 2]. Это позволяет использовать методы дииольной релаксационной спектрометрии (диэлектрической спектроскопии) для изучения их свойств н кипе-
