CC BY
13ПОК со средней термической устойчивостью -это соединения И-кислота, ОХА АУК, ДС-кислота. Все исследованные соединения имеют положительное значение Ах, кроме ПСФМП, для которого Ах близко к нулю.
При разработке классификации рассматриваемых групп ПОК по их термической устойчивости в процессах сушки необходимо учитывать: выводы по термической устойчивости ПОК, сделанные на основе анализа химической структуры рассматриваемых веществ; результаты анализа кривых, полученных при дериватографических исследованиях термической устойчивости ПОК; сведения по особенностям протекания процессов тепло- и массообмена, выявленные при изучении кинетических характеристик процесса сушки ПОК.
Таким образом, методология оценки термической устойчивости рассматриваемых ПОК состоит в следующем.
1. Анализ химической структуры исследуемого ПОК. Определение принадлежности к определенной группе ПОК.
2. Дериватографические исследования и анализ термической устойчивости исследуемых ПОК с учетом кривых, полученных для ПОК того же класса, что и исследуемый, для которого класс термической устойчивости уже определен.
3. Уточнение термической устойчивости исследуемых ПОК с учетом особенностей протекания процессов тепло- и массообмена, выявленных при изучении кинетических характеристик процесса сушки ПОК; класс термической устойчивости присвоенный по результатам деривато-графических исследований может быть изменен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Петров А.А. и др. Органическая химия: учебник. М.: Высшая школа. 1973. 623 с.
2. Брянкин К.В. и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2003. Т.46. Вып. 7. С. 12-16.
3. Коновалов В.И., Коваль А.М. Пропиточно-сушильное и клеепромазочное оборудование. М.: Химия. 1989. 224 с.
4. Пахомов А.Н., Гатапова Н.Ц. К вопросу кинетики сушки дисперсий на подложках. Труды ТГТУ. Вып.6. Тамбов: ТГТУ. 2000. С. 55-59.
Кафедра химических технологий органических веществ
УДК 677.027.524.11:523.5
В.Н. Некрасова, Т.Л. Щеглова, О.А. Белокурова
НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ ВЯЗКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАГУЩЕНИЯ
ПЕЧАТНЫХ КРАСОК
(Ивановский государственный химико-технологический университет) е-mail: valyanekrasova@mail. ru
Изучены закономерности образования пористых и гелеобразных структур вязких систем на основе карбоксиметиловых эфиров целлюлозы и крахмала. Для оценки пригодности пористых составов в качестве загусток определены показатели рН, значения кратности пены, а также устойчивость систем во времени. Проведена оптимизация концентрации алюмо-щелочного стабилизатора в составе загустки, оценка влияния составляющих его компонентов на полноту комплексообразования. На основании кратности и устойчивости пористой структуры определена оптимальная концентрация стеарата натрия в составе загустки. Изучено изменение вязкости и кратности пористой загустки в зависимости от температуры окружающей среды и температуры вводимого раствора стеарата натрия.
Ключевые слова: загустка, карбоксиметиловый эфир целлюлозы, карбоксиметиловый эфир крахмала, стабилизатор, кратность, пористая система, гелеобразная композиция
В настоящее время на отечественных отделочных предприятиях для колорирования хлопчатобумажных текстильных материалов, в основ-
ном, используют пигменты и активные красители. При печати этими классами красителей остро стоит вопрос выбора загустителя.
В соответствии с современными экологическими требованиями и с учетом экономической целесообразности, наиболее привлекательными для использования в отделочном производстве, безусловно, являются низкоконцентрированные загущающие составы на основе продуктов отечественного производства. В качестве таковых нами предлагается использовать загущающие композиции на основе модифицированных эфиров целлюлозы и крахмала.
Простые эфиры целлюлозы и крахмала относятся к перспективным продуктам для текстильной промышленности, т.к. производятся из возобновляемого растительного сырья, подвергаются биологическому расщеплению без образования вредных веществ, не дефицитны и сравнительно недороги.
В основу получения предлагаемых нами составов заложен принцип образования химических и/или физических связей между макромолекулами полимера и ПАВ посредством специально подобранных стабилизаторов, которые способны сохранять гидрофильность и устойчивость новой структуры. Используя этот принцип, можно получать низкоконцентрированные полимерные композиции как гелеобразных, так и пористых структур с различными значениями водородного показателя: от «щелочных» (рН 9^12) до «кислых» (рН 2,5н-6).
Анализ свойств получаемых структур показал, что пористые составы, содержащие катио-ноактивные ПАВ и стабилизаторы кислотного характера, не обеспечивают необходимую устойчивость во времени. Напротив, хорошей стабильностью характеризуются структуры «щелочных» вязких составов, которые содержат в качестве полимера карбоксиметиловые эфиры целлюлозы (ПаЦ-В, КМЦ-7В и КМЦ-9В) или крахмала (КМК-ОК и КМК-БУР 1), стабилизатор щелочного характера и анионоактивный ПАВ.
Для оценки влияния вида и концентрации полимера, при одинаковом содержании стабилизатора и ПАВ, на свойства получаемых систем была исследована зависимость вязкости композиции (п) от концентрации карбоксиметилового эфира полисахарида (С). При этом установлено, что самые низкоконцентрированные системы с необходимой динамической вязкостью и хорошей устойчивостью структуры обеспечивает препарат ПАЦ-В (1% - для получения пористых структур и 2,5% - для гелеоб-разных), что наглядно видно из рис. 1 и 2.
Предварительными исследованиями, проведенными на кафедре ХТВМ ИГХТУ, установлено, что наиболее эффективным стабилизатором является смесь комплексных солей алюминия
([А1(ОН)4(Н2О)2]\ [А1(ОН)б]3-, [А1(0Н)5(Н20)]2-). Для оптимизации состава алюмо-щелочного стабилизатора (АЩ) была проведена оценка влияния различных соединений алюминия и концентрации компонентов комплексного стабилизатора на полноту комплексообразования. На основании полученных данных по прозрачности раствора можно сделать вывод, что необходимую смесь комплексных солей можно получить, используя любую водорастворимую соль алюминия или непосредственно гидроксид алюминия в сочетании с гидро-ксидом натрия при оптимальном соотношении компонентов. С экономической точки зрения наиболее предпочтительным является комплексный алюмо-щелочной стабилизатор, полученный из А1(0Н)з.
120
100
о 80 я
с
ST 60
20
0
1
5
L^r^
\3
0 1 2 3 4 С> %
Рис. 1. Зависимость вязкости пористой композиции от концентрации и вида полимера: 1 - ПАЦ-В; 2 - КМЦ-7В;
3 - КМЦ-9В; 4 - КМК-ОК; 5 - КМК-БУР 1 Fig. 1. Dependence of viscosity of porous composition on concentration and type of polymer: 1 - PAC-V; 2 - CMC-7V; 3 - CMC-9V; 4 - CMS-OK; 5 - CMS-BUR 1
70
60
50
и
« a 40
30
20
10
0
4 /
1
3 2 /
\ 5
0 1 2 3 4 С, %
Рис. 2. Зависимость вязкости гелеобразной композиции от концентрации и вида полимера: 1 - ПАЦ-В; 2 - КМЦ-7В; 3 - КМЦ-9В; 4 - КМК-ОК; 5 - КМК-БУР 1 Fig. 2. Dependence of viscosity of gel-like composition on concentration and type of polymer: 1 - PAC-V; 2 - CMC-7V; 3 - CMC-9V; 4 - CMS-OK; 5 - CMS-BUR 1
Экономическое преимущество важно, но технологически необходимой характеристикой
стабилизатора является его способность обеспечивать устойчивость пористых и гелеобразных структур. Поэтому было оценено влияние вида и концентрации стабилизатора на основные свойства загустки и показано, что наибольшую устойчивость и наименьшее рН системы обеспечивает стабилизатор АЩ на основе Al(OH)3, взятый в концентрации 25 г/кг (табл. 1).
Таблица 1
Влияние стабилизатора на качество получаемой пористой загустки на основе ПАЦ-В 1,0% Table 1. The influence of stabilizer on quality of prepared porous thickener on the base of cellulose carboxymethyl ester -V 1.0%
S2 Плотность загустки, г/л
Соль алюминия Концентрация стабилизатора, г/ рН Кратность пень свежеприготовленной после выдерживания в течение суток
X Од 40 10 5,9 147,9 147,9
50 10 6,5 143,8 143,8
< 60 10 5,6 163,3 163,3
О <N К 40 10 6,1 129,0 258,0
"О X т 50 10 5,9 142,4 142,4
О < 60 10 5,2 186,0 186,0
X m 40 10 5,4 153,1 153,1
D о О н? z ® 50 10 5,3 146,1 146,1
< 60 10 6,2 140,5 140,5
m К О < 30 10 6,1 135,8 135,8
25 9 6,5 132,3 132,3
20 8,5 6,5 132,3 135,3
ния пористых структур, т.к. динамическая вязкость и кратность пористой загустки изменяются в зависимости от температуры окружающей среды и температуры вводимого раствора стеарата натрия. В результате исследований было установлено, что пористая система обладает оптимальной кратностью и хорошей устойчивостью во времени, если ее приготовление осуществляется при температуре окружающей среды 20^25 °С, а раствор стеарата натрия имеет температуру 45^55°С (табл. 2).
Не менее важным компонентом при получении как пористых, так и гелеобразных систем является ПАВ, в качестве которого использовали стеарат натрия. Оценка влияния его концентрации (С) на основные показатели загусток показала, что наибольшую кратность (Кр) и устойчивость пористой структуры (У) обеспечивает стеарат натрия в концентрации 20 г/кг (рис. 3).
Как показали исследования, важным условием оптимизации процесса получения новых низкоконцентрированных вязких составов являются температурно-временные условия образова-
а И
6,2 6 5,! 5,6
I- 100 80 60 -40 ? 20 0
14
16
22
24
26
18 20 С, г/кг
Рис. 3. Зависимость кратности и устойчивости пены от концентрации стеарата натрия Fig. 3. Dependencies of multiplicity and stability on sodium stearate concentration
Таблица 2
Изменение вязкости и кратности пористой загустки
в зависимости от температуры Table 2. Changes of viscosity and multiplicity of porous thickener vs temperature
Температура, °С ь т с Вязкость загустки, Па-с
окруж. среды стеарата натрия о н та рК свежепри-готовленой после выдерживания в течение суток
20 4,5 23 10
45 4,5 60 60
20 55 4,1 60 60
65 5,6 60 50
75 4,4 60 45
85 5,3 60 42
10 3,9 32 23
15 4,1 36 32
20 45 4,5 60 60
25 4,4 60 60
30 4,3 60 60
35 3,1 40 40
Представления о структуре разработанных гелеобразных и пористых составов можно сформировать на основании поведения систем при механическом деформировании, т.е. по их реологическим и тиксотропным характеристикам. Эти
характеристики необходимы для оценки поведения загусток в процессе печатания. Оценка реологических характеристик исследуемых вязких систем как гелеобразных, так и пористых в сопоставлении с реологией гидрогелей карбоксиметиловых эфиров целлюлозы и крахмала показала, что все препараты по реологическим свойствам можно признать пригодными для использования в качестве загустителей печатных красок [1, 2].
Таблица 3
Энергия активации вязкого течения составов, используемых при получении низкоконцентрированных систем Table 3. The activation energy of viscous flow of compositions used for preparation of low-concentrated systems
вых эфиров целлюлозы и крахмала. Чтобы выявить возможность взаимодействия компонентов гелеобразной и пористой композиций на различных стадиях их приготовления воспользовались закономерностями, установленными Эйрингом [4]. Определив показатели вязкости (при наименьшем градиенте сдвига) при различных температурах и построив график зависимости логарифма вязкости (1пп) от обратной температуры (1/Т), получили для каждой системы прямолинейные зависимости, подчиняющиеся уравнению вязкого течения Эйринга в логарифмическом виде
Е
1пл = 1п4 + —— .
Я • Т
С использованием этой зависимости рассчитали энергию активации вязкого течения для каждого состава (табл. 3).
Энергия активации вязкого течения свежеприготовленных гелеобразных и пористых составов достаточно мала (<28кДж/моль), что указывает на нестабильность систем. В то же время для разрушения этих же систем, выдержанных в течение суток, требуется количество энергии большее («50 кДж/моль), чем для разрушения гидрогеля исходного полимера (около 41 кДж/моль). Это указывает на то, что между компонентами низкоконцентрированных загусток химическое взаимодействие протекает в течение 24 часов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Некрасова В.Н., Щеглова Т. Л., Белокурова О. А. Новые пористые композиции для пигментной печати // Тез. докл. Междунар. науч. конф. посвящ. 70-летию фак-та прикл. химии и экологии «Современные тенденции развития химии и технологии полимерных материалов». Санкт-Петербург: СПГУТД. 2008. С. 29-30.
2. Некрасова В.Н., Щеглова Т.Л., Белокурова О.А. Применение новых загущающих составов для активных красителей // Тез. докл. Междунар. науч. техн. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРО-ГРЕСС-2008). Иваново: ИГТА. 2008. С. 114.
3. Ханце Томас. Карбоксиметиловые эфиры целлюлозы и крахмала. Обзор // Сб. тр. XI Междунар. науч. техн. конф. «Эфиры целлюлозы и крахмала: синтез, свойства, применение». Владимир: ЗАО «ПОЛИЦЕЛЛ». 2007. С. 8-24.
4. Сенахов А.В., Коваль В.В., Садов Ф.И. Загустки, их теория и применение. М.: Легкая индустрия. 1972. 304 с.
5. Черенков А.В. Физика полимеров. Шр:/80Йаса(1ату. 1npu.edu.ua.
Состав Линейное уравнение Достоверность аппроксимации, R2 Энергия активации Еа, кДж/моль
ПАЦ-В 2,5% о 5,026-103 Inn = -8,452 + -- T 0,953 41,8
Гелеобразная структура на основе ПАЦ-В 2,5% о . 3,062 -103 lnn =-15,005 + —- T 0,867 25,5
X 2 . loon 6,1071 -103 lnh = -18,89 +- T 0,870 50,8
Пористая структура на основе ПАЦ-В 1,0% X о , 16683 , 0,931-103 lnn = -1,6683 +-- T 0,665 7,7
X 2 ЛЛСПП 5,881-103 lnn = 14,570 + T 0,863 48,9
Согласно литературным данным [3], водорастворимые соли алюминия обеспечивают поперечные сшивки макромолекул карбоксиметило-
Кафедра химической технологии волокнистых материалов
